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1、第四章第四章 导轨设计导轨设计一、导轨的功用、分类和基本要求一、导轨的功用、分类和基本要求1 1、导轨的功用和分类、导轨的功用和分类支承并引导运动部件，使之沿着一定的轨迹准确运动。支承并引导运动部件，使之沿着一定的轨迹准确运动。1）主运动导轨）主运动导轨:动导轨作主运动动导轨作主运动,与支承导轨间相与支承导轨间相对运动的速度较高。对运动的速度较高。（1 1）按运动性质分类）按运动性质分类2）进给运动导轨：）进给运动导轨：动导轨作进给运动，与支承动导轨作进给运动，与支承导轨间的相对运动速度较低。机床中大多数导轨属导轨间的相对运动速度较低。机床中大多数导轨属于进给运动导轨。于进给运动导轨。第第4

2、4章章 导轨设计导轨设计动导轨。相对于支承导动导轨。相对于支承导轨的运动为直线运动轨的运动为直线运动支承导轨支承导轨进给运动导轨的动导轨作进给运动导轨的动导轨作进给运动，与支承导轨间进给运动，与支承导轨间的相对运动速度较低的相对运动速度较低3）移置导轨：）移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置，加只用于调整部件之间的相对位置，加工时无相对运动。工时无相对运动。第第4 4章章 导轨设计导轨设计（2 2）按摩擦性质分类）按摩擦性质分类1）滑动导轨：）滑动导轨：两导轨面间的摩擦性质为滑动摩擦。两导轨面间的摩擦性质为滑动摩擦。滑动导轨按其摩擦状态又可分为：滑动导轨按其摩擦状态又可分为：液体静（动）液体

3、静（动）压、混合摩擦和边界摩擦导轨。压、混合摩擦和边界摩擦导轨。混合摩擦导轨：两导轨面间处于直接接触状态。混合摩擦导轨：两导轨面间处于直接接触状态。第第4 4章章 导轨设计导轨设计2）滚动导轨：）滚动导轨：两导轨副接触面间装有球、滚子和滚两导轨副接触面间装有球、滚子和滚针等滚动体，具有滚动摩擦性能，广泛应用于进给运针等滚动体，具有滚动摩擦性能，广泛应用于进给运动和旋转运动的导轨。动和旋转运动的导轨。支承导轨支承导轨动导轨动导轨滚动体：球滚动体：球第第4 4章章 导轨设计导轨设计（3 3）按受力情况分类：）按受力情况分类：开式和闭式导轨。开式和闭式导轨。根据所承受的颠覆力矩的大小来选择根据所承受

4、的颠覆力矩的大小来选择开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨全长上可以可以始终贴合的。特点：结构简单，但不全长上可以可以始终贴合的。特点：结构简单，但不能承受较大的颠覆力矩。能承受较大的颠覆力矩。闭式导轨：增加压板形成辅助导轨面，以使主导轨面闭式导轨：增加压板形成辅助导轨面，以使主导轨面良好接触的导轨形式。特点：借助压板使导轨能承受良好接触的导轨形式。特点：借助压板使导轨能承受较大的颠覆力矩。较大的颠覆力矩。第第4 4章章 导轨设计导轨设计足够的刚度足够的刚度良好的耐磨性良好的耐磨性较高的导向精度较高的导向精度结构简单、工艺性好结构简单、工

5、艺性好良好的低速运动平稳性良好的低速运动平稳性2 2、导轨的基本要求：、导轨的基本要求：第第4 4章章 导轨设计导轨设计二、滑动导轨二、滑动导轨导轨材料选择的注意点：导轨材料选择的注意点：1 1、导轨的材料：、导轨的材料：导轨的材料有铸铁、钢、非铁金导轨的材料有铸铁、钢、非铁金属和塑料等。主要要求是：耐磨性和工艺性好、成本属和塑料等。主要要求是：耐磨性和工艺性好、成本低。低。（1）动导轨和支承导轨应尽量采用不同材料或材料）动导轨和支承导轨应尽量采用不同材料或材料相同则采用不同的热处理方法；相同则采用不同的热处理方法；（2）动导轨比支承导轨的硬度低）动导轨比支承导轨的硬度低1545HBS为宜；为

6、宜；（3）直线运动导轨中的长导轨选用耐磨材料或硬度）直线运动导轨中的长导轨选用耐磨材料或硬度较高的材料制造。较高的材料制造。第第4 4章章 导轨设计导轨设计2 2、导轨的结构、导轨的结构（1 1）直线运动导轨的类型及特点：）直线运动导轨的类型及特点：直线运动导轨截面的基本形状主要有三角形、矩直线运动导轨截面的基本形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆柱形四种形式。形、燕尾形和圆柱形四种形式。第第4 4章章 导轨设计导轨设计三角形导轨：三角形导轨：三角形导轨的对称和不对称两种结构三角形导轨的对称和不对称两种结构当水平力大于垂直力，当水平力大于垂直力，两侧压力分布不均时用两侧压力分布不均时用支承导轨的

7、凸支承导轨的凸三角和凹三角三角和凹三角 三角形导轨的导向性随顶角三角形导轨的导向性随顶角的大小而不同，的大小而不同，越越小导向性越好。但是当小导向性越好。但是当减小时，导轨面的当量摩擦因减小时，导轨面的当量摩擦因数会加大。故，通常取数会加大。故，通常取为为900。第第4 4章章 导轨设计导轨设计三角形导轨的特点三角形导轨的特点：2 2）其导向性随顶角）其导向性随顶角的大小而改变。顶角的大小而改变。顶角越小越小导向性越好，但摩擦力也越大。导向性越好，但摩擦力也越大。1 1）导轨面磨损时，动导轨自动下沉，自动补偿磨损量导轨面磨损时，动导轨自动下沉，自动补偿磨损量3）小顶角用于轻载精密机械；大顶角用

8、于大型或）小顶角用于轻载精密机械；大顶角用于大型或重型机床。重型机床。第第4 4章章 导轨设计导轨设计矩形导轨：矩形导轨：燕尾形导轨：燕尾形导轨：1 1）刚度高，加工、维修较方便。但）刚度高，加工、维修较方便。但因侧面间隙使导向性差。因侧面间隙使导向性差。2 2）适用于载荷较大，导向性要求略）适用于载荷较大，导向性要求略低的设备。低的设备。1 1）高度较小，间歇调整方便，可）高度较小，间歇调整方便，可以承受颠覆力矩。以承受颠覆力矩。2 2）刚度差，加工、检验和维修不）刚度差，加工、检验和维修不方便。方便。3 3）适用于受力小、层次多、要求间）适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合。隙调整

9、方便的场合。第第4 4章章 导轨设计导轨设计圆柱形导轨：圆柱形导轨：制造方便，不易积存较大的切屑，制造方便，不易积存较大的切屑，但磨损后很难调整和补偿间歇。但磨损后很难调整和补偿间歇。导轨的组合：导轨的组合：双三角形：导向性和精度保持性好双三角形：导向性和精度保持性好特点：过定位使加工、检验和维修比较困难。特点：过定位使加工、检验和维修比较困难。适用：多用于精度要求较高的设备适用：多用于精度要求较高的设备第第4 4章章 导轨设计导轨设计双巨型导轨：承载能力较大，导向性双巨型导轨：承载能力较大，导向性稍差，多用于普通精度的设备稍差，多用于普通精度的设备窄式组合：由一条导窄式组合：由一条导轨的两侧

10、导向轨的两侧导向宽式组合：分别由两宽式组合：分别由两条导轨的外侧导向条导轨的外侧导向宽式组合的导向性比窄式组合更差宽式组合的导向性比窄式组合更差第第4 4章章 导轨设计导轨设计三角形和矩形导轨的组合：导向性好、制造方便、刚三角形和矩形导轨的组合：导向性好、制造方便、刚度高。故应用广泛，如磨床、龙门刨床等工作台导轨度高。故应用广泛，如磨床、龙门刨床等工作台导轨燕尾形导轨：闭式导轨中接触面最少的结构，用一根燕尾形导轨：闭式导轨中接触面最少的结构，用一根镶条就可调节各接触面的间歇。如牛头刨床的滑枕。镶条就可调节各接触面的间歇。如牛头刨床的滑枕。第第4 4章章 导轨设计导轨设计矩形和燕尾形导轨：调整方

11、便，能承受矩形和燕尾形导轨：调整方便，能承受较大扭矩。多用于横梁、立柱等的导轨。较大扭矩。多用于横梁、立柱等的导轨。双圆柱导轨：常用于只受轴向力的场合，如双圆柱导轨：常用于只受轴向力的场合，如攻丝机和机械手等。攻丝机和机械手等。第第4 4章章 导轨设计导轨设计（2 2）回转运动导轨）回转运动导轨平面环行导轨平面环行导轨只能承受轴向载荷只能承受轴向载荷特点：特点：回转运动导轨的截面回转运动导轨的截面形状有平面、锥面和形状有平面、锥面和V V形面形面三种。三种。承载力大、结构简单、制造方便承载力大、结构简单、制造方便适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的设备适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的设备第

12、第4 4章章 导轨设计导轨设计锥面环形导轨锥面环形导轨 除能承受轴向载荷外，还可承受一定的径向载荷，除能承受轴向载荷外，还可承受一定的径向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。但不能承受较大的颠覆力矩。母线倾角通常取母线倾角通常取30300 0的夹角的夹角特点：特点：导向性比平面环行导轨好，但制造较难。导向性比平面环行导轨好，但制造较难。第第4 4章章 导轨设计导轨设计 可以承受较大可以承受较大的径向载荷、轴向的径向载荷、轴向载荷和一定的颠覆载荷和一定的颠覆力矩。力矩。特点：特点：制造研磨困难，故制造研磨困难，故工艺性差。有被平工艺性差。有被平面环行导轨取代的面环行导轨取代的趋势。趋势。V V形环面

13、导轨形环面导轨第第4 4章章 导轨设计导轨设计（3 3）镶装导轨：）镶装导轨：镶装导轨有镶纲导轨（支承导轨）、镶装导轨有镶纲导轨（支承导轨）、镶装非铁金属导轨和镶装塑料导轨（动导轨）三种。镶装非铁金属导轨和镶装塑料导轨（动导轨）三种。淬火钢和氮化钢镶钢导轨：淬火钢和氮化钢镶钢导轨：可提高导轨的耐磨性。可提高导轨的耐磨性。但镶钢导轨的工艺复杂，加工困难，成本较高。但镶钢导轨的工艺复杂，加工困难，成本较高。将导轨分段地镶装在铸铁将导轨分段地镶装在铸铁或钢制的床身上。或钢制的床身上。在铸铁床身上镶装钢导轨在铸铁床身上镶装钢导轨常用螺钉或楔块挤紧固定。常用螺钉或楔块挤紧固定。在钢制床身上镶装钢导轨在钢

14、制床身上镶装钢导轨一般用焊接的方法连接。一般用焊接的方法连接。第第4 4章章 导轨设计导轨设计（4 4）导轨间歇的调整：）导轨间歇的调整：导轨结合面配合的松紧对设备的工作性能影响很导轨结合面配合的松紧对设备的工作性能影响很大。过紧操作困难，磨损加快；过松影响运动精度，大。过紧操作困难，磨损加快；过松影响运动精度，甚至产生振动。因此，必须对导轨间歇进行调整。甚至产生振动。因此，必须对导轨间歇进行调整。调整导轨间歇的装置有镶条和压板两种。调整导轨间歇的装置有镶条和压板两种。镶条：镶条：调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面的正常接触。镶条放在导轨受力较小

15、一侧。导轨面的正常接触。镶条放在导轨受力较小一侧。通常有平镶条和楔形镶条两种。通常有平镶条和楔形镶条两种。第第4 4章章 导轨设计导轨设计 平镶条调整方便、制造容平镶条调整方便、制造容易；但只在与螺钉接触的几个易；但只在与螺钉接触的几个点受力，容易变形，刚度低。点受力，容易变形，刚度低。特点：特点：平镶条横截面有矩形、平平镶条横截面有矩形、平行四边形等，其厚度均匀相等。行四边形等，其厚度均匀相等。平镶条有全长上的几个调整螺平镶条有全长上的几个调整螺钉进行间歇调整。钉进行间歇调整。第第4 4章章 导轨设计导轨设计 楔形镶条两个面分别与动导楔形镶条两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，刚度轨和支承

16、导轨均匀接触，刚度高。通过调节螺钉或修磨垫的高。通过调节螺钉或修磨垫的方式轴向移动镶条，以调整导方式轴向移动镶条，以调整导轨的间隙。轨的间隙。当镶条尺寸较大时，为保证当镶条尺寸较大时，为保证两端良好的接触可在中部削低两端良好的接触可在中部削低或横向开槽，增加镶条柔度。或横向开槽，增加镶条柔度。第第4 4章章 导轨设计导轨设计压板：压板：用于调整间隙并承受颠覆力矩。用于调整间隙并承受颠覆力矩。磨或刮压板的磨或刮压板的d d、e e面调整间隙。面调整间隙。特点：制造简单、调整复杂特点：制造简单、调整复杂改变压板与床鞍结合面间垫片厚度来调整间歇。改变压板与床鞍结合面间垫片厚度来调整间歇。特点：调整比

17、较方便，但调整量受垫片厚度限制，结特点：调整比较方便，但调整量受垫片厚度限制，结合面的接触刚度下降。合面的接触刚度下降。用压板与导轨之间的平镶条来调整间歇。用压板与导轨之间的平镶条来调整间歇。特点：调节方便，刚性较差。多用于经常特点：调节方便，刚性较差。多用于经常调节间歇和受力不大的场合。调节间歇和受力不大的场合。第第4 4章章 导轨设计导轨设计3 3、导轨的验算：、导轨的验算：导轨设计先参考同类型设备，初步确定导轨的结构导轨设计先参考同类型设备，初步确定导轨的结构形式和尺寸，然后再进行验算。其步骤和方法见形式和尺寸，然后再进行验算。其步骤和方法见P P8282。三、滚动导轨三、滚动导轨1 1

18、、滚动导轨的特点：、滚动导轨的特点：优点：优点：运动灵活轻便、摩擦发热少，精度保持性好；运动灵活轻便、摩擦发热少，精度保持性好；低速运动平稳性好，移动和定位精度高；润滑简单，低速运动平稳性好，移动和定位精度高；润滑简单，动压效应好。动压效应好。缺点：缺点：结构复杂，制造困难，成本高，抗振性较差，结构复杂，制造困难，成本高，抗振性较差，必须具有良好的防护装置。必须具有良好的防护装置。第第4 4章章 导轨设计导轨设计2 2、滚动导轨的结构：、滚动导轨的结构：滚动导轨按滚动体类型可分滚动导轨按滚动体类型可分为滚珠、滚柱、滚针等型式。为滚珠、滚柱、滚针等型式。结构紧凑，制造容结构紧凑，制造容易，成本较

19、低。易，成本较低。点接触，刚度低，点接触，刚度低，承载能力小。承载能力小。（1 1）滚珠导轨：）滚珠导轨：特点：特点：适用于运动部件重量不大，切削力和颠覆力矩都较适用于运动部件重量不大，切削力和颠覆力矩都较小的场合。小的场合。第第4 4章章 导轨设计导轨设计V V形形-平面组合的开式滚柱导轨：结构简单、导轨面平面组合的开式滚柱导轨：结构简单、导轨面可以配作、制造方便。可以配作、制造方便。（2 2）滚柱导轨：）滚柱导轨：线接触，承载能力和刚度比滚珠导轨大，适合线接触，承载能力和刚度比滚珠导轨大，适合于载荷较大的设备。于载荷较大的设备。特点：特点：第第4 4章章 导轨设计导轨设计燕尾型滚柱导轨：尺

20、寸紧凑、调节方便，但制造成本燕尾型滚柱导轨：尺寸紧凑、调节方便，但制造成本较高，装配时精度检验不方便。适用于空间尺寸不大较高，装配时精度检验不方便。适用于空间尺寸不大又承受颠覆力矩的设备部件上。又承受颠覆力矩的设备部件上。第第4 4章章 导轨设计导轨设计十字交叉滚柱导轨：在一对导轨之间是截面为正方形十字交叉滚柱导轨：在一对导轨之间是截面为正方形的空腔，空腔中装入滚柱，前后相邻的滚柱轴线交叉的空腔，空腔中装入滚柱，前后相邻的滚柱轴线交叉成成900，使导轨能承受各个方向的力。，使导轨能承受各个方向的力。特点：精度高，动作灵敏，刚性好，结构紧凑，制造特点：精度高，动作灵敏，刚性好，结构紧凑，制造困难

21、。困难。第第4 4章章 导轨设计导轨设计3 3、滚动导轨的预紧：、滚动导轨的预紧：预紧可以提高滚动导轨刚预紧可以提高滚动导轨刚度，故通常在下列情况下应对导轨预紧：颠覆力矩度，故通常在下列情况下应对导轨预紧：颠覆力矩大、立式滚动导轨上、重量较轻部件的滚动导轨。大、立式滚动导轨上、重量较轻部件的滚动导轨。有关内容参见有关内容参见P87页。页。4 4、滚动体的尺寸与数目：、滚动体的尺寸与数目：滚动体的直径、长度滚动体的直径、长度和数目，可根据滚动导轨的结构进行选择，然后按和数目，可根据滚动导轨的结构进行选择，然后按许用载荷进行验算。选择时考虑如下因素：许用载荷进行验算。选择时考虑如下因素：（1 1）

22、滚动体直径：）滚动体直径：滚动体直径越大，摩擦阻力越滚动体直径越大，摩擦阻力越小，接触应力越小，刚度越高。一般滚珠直径不小于小，接触应力越小，刚度越高。一般滚珠直径不小于6mm;滚柱长度在滚柱长度在2540mm内。内。第第4 4章章 导轨设计导轨设计（2 2）滚动体承载能力：）滚动体承载能力：滚动体承载能力若不能满滚动体承载能力若不能满足要求时，可加大滚动体直径或增加滚动体数目。足要求时，可加大滚动体直径或增加滚动体数目。（3 3）滚动体的数量：）滚动体的数量：滚动体数量过少，则导轨制滚动体数量过少，则导轨制造误差将明显地影响滚动导轨的移动精度。通常，每造误差将明显地影响滚动导轨的移动精度。通常，每个导轨上每排滚子数量最少个导轨上每排滚子数量最少1315个。但滚动体数量个。但滚动体数量过多，虽接触应力会减小，但由于制造误差，会使部过多，虽接触应力会减小，但由于制造误差，会使部分滚动体不参加工作，载荷分布不均匀，刚度反而下分滚动体不参加工作，载荷分布不均匀，刚度反而下降。故，滚动体数目应合理。降。故，滚动体数目应合理。第第4 4章章 导轨设计导轨设计