导轨设计与寿命计算

导轨的功用导轨副——一根导轨较短、一根导轨较长（通常将长导轨作为固定导轨导轨副接触而导轨的功用导轨副——一根导轨较短、一根导轨较长（通常将长导轨作为固定导轨导轨副接触而固定导轨以下a）、b）两图中，假设工作合面长度、长度、导轨行程均相等口固定导轨a）图支承刚度明显好于b）图第一节导轨概述 导向和承载由两根相互接触、并能作相对运动的导轨组成。一根导轨运动、一根导轨固定（运动导轨在上，固定导轨在下短导轨更易磨损。显然，a）图短导轨卸下（拿去修复）更容易。一、导轨的分类1.按运动轨迹分直线运动导轨圆周运动导轨按工作性质分

主运动导轨进给运动导轨调整导轨3.按摩擦性质分（1）液体摩擦（动压和静压导轨）（2）滑动摩擦（固体（普通滑动导轨）磨损的基本形式是：磨粒磨损和咬合磨损磨粒磨损磨粒是指存在于导轨面间的微小硬粒磨粒磨损磨粒是指存在于导轨面间的微小硬粒（如切屑、尘粒和导轨自身的硬质点等），这些微小硬粒将使导轨面产生机械划伤和磨损沟痕。咬合磨损又称咬焊。是指相对运动的两个表面互相咬咬合磨损又称咬焊。是指相对运动的两个表面互相咬合，并在表面产生撕裂的现象。咬合的物理意义是：两接触面的分子相互渗透、吸引（同种金属，分子间的亲和力更强），高温下将会产生相互粘连、甚至咬焊。运动时则被撕裂。这种磨损是决不允许发生的。（3）滚动摩擦（固体（滚动导轨）滚动导轨的磨损形式为疲劳磨损和压溃现象。即，滚动体施压，被施压点弹性变形、恢复，再…，反复循环一定次数后，产生疲劳，出现点蚀。更严重的，将会压出凹坑，这就是压溃现象，这

种破坏也是不允许发生的。4.按受力情况分开式闭式闭式导轨的基本要求导轨的基本要求导向精度;耐磨性；低速运动平稳性;刚度。导向精度;耐磨性；低速运动平稳性;刚度。三、导轨设计的步骤第二节滑动导轨

普通滑动导轨通常与支承件做成一体。运动导轨相对固定导轨，总是朝着一个确定的方向运动。所以，导轨副间的定位应消除五个自由度。一、滑动导轨的结构1.直线滑动导轨的截面形状现在，滑动导轨的截面形状和尺寸已经标准化。即图8-2所示的:(a)矩形；(b)三角形；(c)燕尾形；(d)形。LSI的:(a)矩形；(b)三角形；(c)燕尾形；(d)形。LSI(b) (c)医剥？宜蚣沔丁导孰的植尚眼技圆另外，根据导轨副中固定导轨的凹凸状态，可将导轨分为:凸形导轨——固定导轨凸起状态(用于速度较低场合)凹形导轨 固定导轨凹下状态(用于速度较高场合)［注］图8-2中的(a)和(c)，在实际中均需留出间隙用以调整。矩形导轨：结构简单，承载能力强。安装和调整较方便（见图8-3b），但磨损后不能自动补偿间隙。（2）三角形导轨凸三角形又称“山形”，凹三角形又称“V形”。当三角形导轨水平布置时（三角形导轨一般水平布置） ，若切削力不大，在重力作用下，能自动贴紧定位面，则不需要调整。另外，导轨磨损后能自动补偿间隙。三角形导轨：导向性好。（3）燕尾形导轨燕尾形导轨：尺寸小、抗颠覆；制造困难。调整比矩形困难。导轨磨损后不能自动补偿间隙。（4）圆柱形导轨圆柱形导轨：制造工艺性好。但圆柱形导轨磨损后无法调整间隙，因此主要用在一些承受纯轴向力（如拉床），或受力较小（如珩磨机和机械手）的场合。直线运动导轨的组合形式（图8-3）圆周运动导轨二、导轨的间隙调整装置1.间隙调整方法(1)压7如果导轨副水平放置，上导轨所带支承件足够重，且工作时不存在颠覆力矩，则矩形或三角形导轨可不必采用闭式导轨（燕尾形或圆柱形不存在此问题）。否则，用“压板”。压板一一调整间隙并承受颠覆力矩。由于被压紧，所以需考虑调整间隙的大小（见图8-5）是1S5松导机I常用御三神.压板靖构

（2）镶条镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨副的正常工作。平镶条一一沿间隙方向，镶条的全长厚度相等;平镶条的调整见图8-6（a）斜镶条沿间隙方向，镶条的全长厚度呈一角度变化;斜镶条的调整见图8-6（b）咨条的调节斜镶条沿间隙方向，镶条的全长厚度呈一角度变化;斜镶条的调整见图8-6（b）咨条的调节=1=12.镶条的安放位置和导向面的选择［注］图8-7为窄导向结构形式；宽导向结构形式见图8-3b第三节其它类型导轨一、卸荷导轨s-T.作寻航I1抽助普胃h第三节其它类型导轨一、卸荷导轨s-T.作寻航I1抽助普胃hraa-s卸尚导坝3—浪旬辂季,」WT：5—祠■柱I7—麻袖可以是机械我，也可以是液压我，图8-8是机械式卸荷导轨口主导轨而（导向，承受主要载荷）卸荷导轨 （承受部分载荷）（适用于：大，重型机床；精•密机床）动压导轨原理：与多油楔动压轴承相同。［注］轴承单向性，导轨双向性。形成压力油楔的条件：①运动速度必须高于一定数值;②油腔沿运动方向间隙逐渐减小。速度越高，油楔承载能力越强。所以，适用于：主运动导轨（如：立式车床和龙门刨床的工作台导轨）

三、静压导轨原理：与静压轴承相似。［注］动压导轨：启动及低速时，具有干摩擦现象;静压导轨：无干摩擦现象。四、滚动导轨目前，在数控机床上已普遍采用滚动导轨。相当于滚动轴承，在动、静导轨间安放滚动体，变滑动摩擦为滚动摩擦。滚动导轨的优点:①运动灵敏度高（一般滑动摩擦系数：静-为0・2~0・4；动-为0・1~0・2）静摩②动、静摩擦系数极为接近静摩②动、静摩擦系数极为接近（基本可消除爬行现象）所需牵引力小，移动轻便（功率消耗少）定位精度高精度保持性好润滑简单（广泛采用脂润滑）滚动导轨的缺点：抗振性差防护要求高（对赃物很敏感）成本高1.滚动体不做循环运动的滚动导轨(图8-11)滚珠导轨图8-11a:闭式。刚度低，承载能力较小，适用于载荷较小的机床。滚柱导轨图8-11b:开式。结构简单，成本低，使用方便，应用较多。图8-11c:闭式。滚柱十字交叉，可承受多向载荷，结构相对紧凑，精度和刚度较高；但制造比较困难。sa-jj直雄远动漏动导地滚针导轨承载能力强，，摩擦力较大。适用于结构尺寸受限制的场合。

2.滚动体不做循环运动的滚动导轨(1)直线滚动导轨副(简称“直线导轨”)图8-17是直线导轨的装配结构形式图H!「直我液动针轨副的配脱i一导轨知2网尊机怀IA带攻图8-18是直线导轨的工作原理w-4^'罔w-4^'罔£-18点浅寇动导粗L-盗2—闻珠孔』MH容甘成？4里面担坂I5—滑块】5油7—罪辄羲第四节导轨的材料与热处理一、铸铁导轨导轨常用的铸铁有：灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。灰铸铁常选用HT200O孕育铸铁常选用HT300O其耐磨性高于灰铸铁，但较硬脆，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。耐磨铸铁中应用较多的是高磷铜钛铸铁及帆钛铸铁。与孕育铸铁相比，其耐磨性提高1-2倍，但成本较高。常用于精密机床导轨。铸铁导轨可进行表面淬火以提高其耐磨性。导轨表面的淬火加热方法有：感应加热和火焰加热等。感应加热有高频加热（淬硬层1.5~3mm）和中频加热（淬硬层2~3mm）两种，火焰加热的淬硬层较深，但热变形较大，感应和火焰淬火后都必须进行磨削加工。另外，电接触淬火淬硬层较浅，效果不大。目前主要用于维修。二、钢导轨钢导轨可镶接到铸铁或钢焊接件上。常用材料有：45或40Cr，表面淬硬至52~58HRC；或20Cr、20CrMnTi等，经渗碳并淬硬至56~62HRC°钢导轨成本高，工艺性较差，尤其是不能刮研，用于滑动导轨中较少。三、有色金属导轨常用于重型机床的动导轨上，与铸铁的支承导轨搭，四、 塑料导轨（又称“贴塑导轨”）通过粘接或喷涂，把塑料覆盖在动导轨表面上，称为-。塑料导轨的优点是：摩擦系数低；抗咬合磨损能力强（自润滑能力强）低速时不易出现爬行；加工简单，工艺性好；化学稳定性好（耐水、耐油）；成本低。塑料导轨的缺点是：易