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第十二章

直线运动导轨精密机械设计第十二章

直线运动导轨精密机械设计1目录第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节其它类型的导轨简介目录第一节概述2第一节概述2.基本组成运动件:作直线运动的部件承导件:支承和限制运动的部件.1.作用：支承和引导运动部件按给定方向作往复直线运动。第一节概述2.基本组成1.作用：支承和引导运动部件按给定方3第一节概述3.导轨的导向原理（保留一个移动自由度）导轨的导向面:棱柱面,圆柱面.导向面尽量少（便于制造装配检测）棱柱面圆柱面第一节概述3.导轨的导向原理（保留一个移动自由度）棱柱面圆4第一节概述4.导轨的分类按摩擦性质分

①滑动摩擦导轨②滚动摩擦导轨

③弹性摩擦导轨④流体摩擦导轨按结构特点分

①力封式:导轨借助外力保证运动件和导轨接触.

②自封式（承受倾覆力矩）:靠导轨的形状保证运动件和导轨接触.第一节概述4.导轨的分类5第一节概述5.导轨的基本要求导向精度直线度

平行度运动轻便、平稳、低速时无爬行现象耐磨性好对温度的变化不敏感性足够的刚度结构工艺好第一节概述5.导轨的基本要求6第二节滑动摩擦导轨运动件与承导件直线接触。优点：结构简单、接触刚度大。缺点：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。第二节滑动摩擦导轨运动件与承导件直线接触。7第二节滑动摩擦导轨滑动摩擦导轨截面的常用形式不易积存切屑,脏物及润滑油,宜低速易积存切屑,脏物及润滑油,宜高速第二节滑动摩擦导轨滑动摩擦导轨截面的常用形式不易积存切屑8第二节滑动摩擦导轨圆柱面导轨1.优点:加工,检测简单,易于达到高精度.2.缺点:对温度变化敏感,间隙不能调整,还应具有防转结构(平面,凹槽,凸起)第二节滑动摩擦导轨圆柱面导轨9第二节滑动摩擦导轨1.圆柱面导轨优点：加工和检验比较简单，易于达到较高精度。缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。防转结构示例导轨的配合高精度H7/f7,H7/g6,一般精度H8/f7,H8/g7,温度变化小,H7/h6,H7/js6,第二节滑动摩擦导轨1.圆柱面导轨10第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）1)双三角形导轨优点:两条导轨同时起支承、导向作用.导向精度高,承载能力大,磨损后间隙自动补偿.缺点:制造困难,检测困难,对温度变化敏感第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）11第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）2)三角形－平面导轨优点:导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感性，工艺性好；缺点:磨损后不能自动调整间隙。第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）12第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）3)矩形导轨优点:承载能力和刚度较大，结构简单。缺点:磨损后间隙不可自动补偿.导向精度不如三角导轨.第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）13第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）矩形导轨A面:承导面.

B、C面:支承面.第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）14第二节滑动摩擦导轨矩形导轨a图①优点:导向面距离小,对温度不敏感,可使导轨的间隙减小,导向精度高.②缺点:两导轨面摩擦不相同,驱动元件的位置要合理布置,否则工作台易卡住.

b图①优点:两导轨面摩擦相同,工作台不易卡住.②缺点:导向面距离大,对温度敏感,导轨的间隙大,导向精度不高.第二节滑动摩擦导轨矩形导轨15第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）4)燕尾导轨特点:结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活性差。第二节滑动摩擦导轨2.棱柱面导轨（三角形、矩形、燕尾形）16第二节滑动摩擦导轨导轨间隙的调整1.采用磨、刮相应的结合面（A)或加垫片(3)的方法第二节滑动摩擦导轨导轨间隙的调整172.采用平镶条调整:制造容易、但易变形，用于受力较小导轨

第二节滑动摩擦导轨平镶条平镶条平镶条2.采用平镶条调整:制造容易、但易变形，用于受力较小导轨第二183.采用斜镶条调整

第二节滑动摩擦导轨调整容易、受力均匀，但制造较难3.采用斜镶条调整第二节滑动摩擦导轨调整容易、受力均匀19第二节滑动摩擦导轨驱动力方向和作用点对导轨工作的影响－减小倾覆力矩，使运动件不被卡住第二节滑动摩擦导轨驱动力方向和作用点对导轨工作的影响20第二节滑动摩擦导轨驱动力方向和作用点对导轨工作的影响－不同截面形状的组合导轨，摩擦力合力位置决定驱动元件的位置第二节滑动摩擦导轨驱动力方向和作用点对导轨工作的影响21第二节滑动摩擦导轨温度变化对导轨间隙的影响承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的材料。保证导轨在工作时不卡住min>=0。保证导轨的工作精度max<=[max]。第二节滑动摩擦导轨温度变化对导轨间隙的影响22第二节滑动摩擦导轨导轨的刚度（－静刚度）计算设机座为绝对刚体，则导轨的刚度主要取决于在载荷作用下，运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面接触变形的大小。计算弯曲变形－将运动件及连成一体的工作台简化成梁。计算接触变形－经验公式估算。第二节滑动摩擦导轨导轨的刚度（－静刚度）计算23第二节滑动摩擦导轨提高导轨耐磨性的措施合理选择导轨的材料及热处理常用材料减小导轨面压强卸载导轨保证导轨良好润滑－油膜提高导轨精度－直线度、相对位置精度、粗糙度第二节滑动摩擦导轨提高导轨耐磨性的措施24合理选择导轨的材料及热处理常用材料铸铁HT200、HT300、高磷铸铁等钢碳素钢(40、T8A)、合金钢(20Cr、40Cr)有色金属黄铜、锡青铜、超硬铝、铸铝塑料聚四氟乙烯不同材料匹配使用合理选择导轨的材料及热处理常用材料25减小导轨面压强卸载导轨静压卸载导轨减小导轨面压强卸载导轨26减小导轨面压强卸载导轨水银卸载导轨减小导轨面压强卸载导轨27减小导轨面压强卸载导轨机械卸载导轨减小导轨面压强卸载导轨28第二节滑动摩擦导轨导轨主要尺寸的确定运动件长度L＝(1.2～1.8)aorL2a承导件长度－取决于运动件长度及工作行程导轨宽度B＝F/([p]L)两导轨之间的距离a－工作稳定前提下尽可能减小三角形导轨的顶角（90）

a导轨间距第二节滑动摩擦导轨导轨主要尺寸的确定a导轨间距29第三节滚动摩擦导轨型式－运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等）特点摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；定位精度高；磨损较小，寿命长，润滑方便；结构较为复杂，加工较困难，成本较高；对脏物及导轨面的误差比较敏感。第三节滚动摩擦导轨型式－运动件和承导件之间放置滚动体（滚30第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点1.滚珠导轨

典型结构型式(1)力封式第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点31第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点1.滚珠导轨

典型结构型式(2)自封式第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点32滚珠导轨其它结构型式（1）滚珠导轨其它结构型式（1）33滚珠导轨其它结构型式－（2）滚珠循环导轨滚珠导轨其它结构型式－（2）滚珠循环导轨34第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点2.滚柱导轨常见结构型式交叉滚柱V－平导轨a）V－平滚柱导轨b）第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点交叉滚柱V－平35第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点3.滚动轴承导轨应用示例万能工具显微镜纵向导轨第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的类型及结构特点万能工具显微镜36第三节滚动摩擦导轨采用过盈装配形成预加负载示例用移动导轨板的方法实现预紧示例第三节滚动摩擦导轨371.过盈预紧第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的预紧预紧增大刚度、减小磨损，结构复杂，成本增加1.过盈预紧第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的预紧382.移动预紧第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的预紧预紧增大刚度、减小磨损，结构复杂，成本增加2.移动预紧第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的预紧39第三节滚动摩擦导轨导轨主要参数的确定运动件的长度隔离架限动槽长度b和平椭圆长度B滚动体的大小和数量第三节滚动摩擦导轨导轨主要参数的确定40第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的材料和热处理滚动体材料：滚动轴承钢（GCr15）导轨材料:低碳合金钢合金结构钢合金工具钢氮化钢铸铁第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的材料和热处理41第三节滚动摩擦导轨镶装式导轨结构导轨材料－钢机座材料－铸铁导轨截面形状a无凸台b有凸台c带V形槽第三节滚动摩擦导轨镶装式导轨结构42第三节滚动摩擦导轨镶装式导轨结构导轨全长与机座接触导轨变形示意图第三节滚动摩擦导轨镶装式导轨结构导轨全长与机座接触43第四节其它类型导轨简介

弹性摩擦导轨静压导轨第四节其它类型导轨简介弹性摩擦导轨44弹性摩擦导轨弹性摩擦导轨45弹性摩擦导轨弹性摩擦导轨46弹性摩擦导轨优点摩擦力极小；没有磨损，不需润滑；运动灵便性高；当运动件位移足够小时，精度很高，可达极高分辨率。缺点：只能作很小的移动。弹性摩擦导轨优点47静压导轨简介导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，保证液体或气体摩擦。液体静压导轨分类：开式静压导轨

闭式静压导轨优点：摩擦系数小、无磨损、承载能力大、导轨温升小、抗振性好。气体静压导轨开式、闭式、负压吸浮式气垫导轨静压导轨简介导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，保证48液体静压导轨开式静压导轨结构简单，但承受倾覆力矩的能力较差。液体静压导轨开式静压导轨49液体静压导轨闭式静压导轨液体静压导轨闭式静压导轨50气体静压导轨负压吸浮式气垫的工作原理气体静压导轨负压吸浮式气垫的工作原理51气体静压导轨两坐标负压吸浮式气垫导轨气体静压导轨两坐标负压吸浮式气垫导轨52EndEnd53双三角形导轨导向精度高、承载能力大、精度保持性好；对温度变化较敏感。双三角形导轨导向精度高、承载能力大、精度保持性好；对温度变化54三角形－平面导轨导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感性，工艺性好；磨损后不能自动调整间隙。三角形－平面导轨导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感性55矩形导轨承载能力和刚度较大，结构简单。矩形导轨承载能力和刚度较大，结构简单。56燕尾导轨结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活性差。燕尾导轨结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活57平镶条调整制造容易、但易变形，用于受力较小导轨平镶条调整制造容易、但易变形，用于受力较小导轨58斜镶条调整调整容易、受力均匀，但制造较难斜镶条调整调整容易、受力均匀，但制造较难59合理选择导轨的材料及热处理常用材料铸铁HT200、HT300、高磷铸铁等钢碳素钢(40、T8A)、合金钢(20Cr、40Cr)有色金属黄铜、锡青铜、超硬铝、铸铝塑料聚四氟乙烯不同材料匹配使用合理选择导轨的材料及热处理常用材料60减小导轨面压强卸载导