精密机械设计课件：运动导轨 -

运动导轨主要内容6.1概述6.2滑动摩擦导轨6.3滚动摩擦导轨6.4其它类型的导轨简介6.1概述作用：支承和引导运动部件按给定方向作往复直线运动。基本组成:

运动件、承导件

静导轨(承导件):导轨副中设在支承构件上的，其导轨面为承导面，比较长。支承和限制运动件，使其只能按给定方向运动。动导轨（运动件）:设在运动件上的，导轨面一般较短。作直线运动。导轨的导向原理（保留一个移动自由度）导轨的导向面

6.1概述棱柱面圆柱面xyz（1）导向精度：直线度、平行度（2）运动轻便、平稳、低速时无爬行现象（3）对温度变化的不敏感性（4）耐磨性好：精度保持性（5）结构工艺好，足够的刚度6.1.1导轨的分类6.1概述

按摩擦性质分滑动摩擦导轨滚动摩擦导轨弹性摩擦导轨流体摩擦导轨按结构特点分力封式–借助外力保证运动件和承导件导轨面间的接触。自封式–依靠导轨本身的几何形状保证运动件和承导件导轨面间的接触。可以承受倾覆力矩。6.1.2导轨的基本要求6.2滑动摩擦导轨运动件与承导件直接接触。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。6.2.1滑动导轨的类型及结构特点按导轨承导面的截面形状，分为圆柱面导轨棱柱面导轨滑动摩擦导轨截面的常用形式

凸形导轨–不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。凹形导轨–与上相反，高速导轨，需保护装置。6.2滑动摩擦导轨优点：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。设计时要考虑防转结构示例导轨的配合:正确选择圆柱面导轨的配合，提高圆柱面导轨的导向精度

导轨的表面粗糙度:根据相应的精度等级设计导轨的表面粗糙度

一般被包容件外表面的粗糙度数值小于包容件的内表面的粗糙度数值。

1.圆柱面导轨6.2滑动摩擦导轨常用棱柱面导轨类型三角形导轨——导向精度高，无间隙，可自动补偿磨损。矩形导轨——制造简单，承载能力大，需调整间隙，不能补偿磨损，导向精度低。燕尾形导轨——制造较复杂，磨损不能补偿，尺寸紧凑，调整（间隙）方便。组合导轨

双三角形导轨

三角形－平面导轨

矩形导轨

燕尾导轨2.棱柱面导轨(1)采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法6.2滑动摩擦导轨6.2.2导轨间隙的调整(2)采用平镶条调整图示(3)采用斜镶条调整图示6.2.3导轨精度及影响导轨精度的因素1、导轨的导向精度和接触精度

(1)导轨在垂直平面和水平面内的直线度

(2)导轨面间的平行度

(3)导轨间的垂直度

(4)接触精度精密仪器导轨的表面粗糙度Ra=1.6～0.8μm,支承导轨的Ra=0.80～0.20μm。

2、影响导轨精度的因素(1)导轨的几何参数(2)导轨和机座的刚度(3)耐磨性(4)运动平稳性(5)温度变化的影响1.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6.2滑动摩擦导轨6.2.4驱动力和作用点对导轨工作的影响保证运动件不被卡住的条件运动件正常运动的条件（1）当h=0时，

（2）当时，设计时建议取

（3）当h和均为零时，

=永远不卡死（1）（2）（3）

可以看出，不卡死只与导轨结构及尺寸有关，与推力大小无关以上公式中，当量滑动摩擦因数

矩形导轨

=燕尾形和三角形导轨

圆柱面导轨

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。温度影响验算保证导轨在工作时不卡住

min>=0

保证导轨的工作精度

max<=[

max]6.2滑动摩擦导轨2.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。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6.2滑动摩擦导轨6.2.5提高导轨耐磨性的措施两导轨之间的距离a－工作稳定前提下尽可能减小运动件长度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)三角形导轨的顶角（90

）

6.2.6导轨主要尺寸的确定

在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。

6.3滚动摩擦导轨特点

（1）摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；（2）定位精度高；（3）磨损较小，寿命长，润滑方便；（4）结构较为复杂，加工较困难，成本较高；（5）对脏物及导轨面的误差比较敏感。1）滚珠导轨

典型结构型式其它结构型式2）滚柱导轨常见结构型式3）滚动轴承导轨应用示例6.3滚动摩擦导轨

1.滚动导轨的类型及结构特点2.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）采用过盈装配形成预加负载示例（2）用移动导轨板的方法实现预紧示例1）运动件的长度2）隔离架限动槽长度b和平椭圆长度B3）滚动体的大小和数量第三节滚动摩擦导轨3.导轨主要参数的确定

滚动体材料：滚动轴承钢（GCr15）导轨材料:

(1)低碳合金钢如20Cr(2)合金结构钢如40Cr(3)合金工具钢如铬钨锰钢(CrWMn)(4)氮化钢如铬铝钢(38CrAl)(5)铸铁6.3滚动摩擦导轨4.滚动导轨的材料和热处理

对滚动导轨材料的主要要求是硬度高、性能稳定以及良好的加工性能。End导向精度导轨在垂直平面和水平面内的直线度导向精度导轨间的平行度3)-导轨间的垂直度

导向精度常见有防转结构的圆柱面导轨平面、凸起、凹槽、辅助导向面在运动件和承导件的接触表面上加工出平面、凸起或凹槽防转

利用辅助导向面限制运动件的转动

设计双圆柱面导轨限制运动件的转动

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。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。矩形导轨承载能力和刚度较大，结构简单。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。平镶条调整制造容易、但易变形，用于受力较小导轨。斜镶条调整调整容易、受力均匀，但制造较难。常用材料

材料要求：耐磨性、减摩性、尺寸稳定性、良好的工艺性铸铁HT200、HT300、高磷铸铁等表面淬火、镀铬、涂钼等钢碳素钢(40、T8A)、合金钢(20Cr、40Cr)

渗碳、高频淬火等；镶装导轨有色金属黄铜、锡青铜、超硬铝、铸铝工程塑料聚四氟乙烯、聚酰胺等涂层、软带、复合导轨板导轨热处理后，需时效。不同材料匹配使用铸铁-淬火钢、铸铁-塑料、钢-青铜等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水银卸载导轨浮子

水银槽减小导轨面压强卸载导轨机械卸载导轨刚度合适的弹簧滚珠导轨典型结构型式力封式滚珠导轨典型结构型式自封式滚珠导轨改善措施预先磨出一窄条圆弧面的浅槽采用双圆弧滚珠导轨（上页实物图）V形滚珠导轨的优点：工艺性较好，加工精度高；缺点：接触应力较大，容易压出沟槽，降低导轨的精度。

滚珠导轨其它结构型式－滚珠导轨其它结构型式－滚珠循环导轨滚柱导轨交叉滚柱V－平导轨a）V－平滚柱导轨b）滚动轴承导轨万能工具显微镜纵向导轨过盈预紧移动预紧1)运动件的长度e——保险量，一般取e=5～lOmm

初始状态运动到极限位置限动槽长度b2)隔离架限动槽长度b和平椭