机械设计基础第16章_直线运动导轨课件.ppt

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1、1.作用：按给定的方向和要求作往复直线运动。2.组成：导轨是由运动件和承导件这两部分组成。3.原理：由承导件限制运动件（刚体）的五个自由度，仅保留一个方向移动自由度形成如图16-1b、c、d所示。,16.1直线运动导轨的作用、原理、分类与基本要求,第十六章 直线运动导轨,1,16.1.1 直线运动导轨的分类1.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2.按结构特点分 力封式导轨 借助外力保证运动件和承导件导轨面间的接触。自封式导轨 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。,2,1.导向精度导轨面几何精度：直线度、平行度、接触精度导向

2、精度：运动件按规定的运动方向作直线运动，其轨迹与理想轨迹的相似程度。2.基本要求运动轻便、平稳、低速时无爬行现象耐磨性好、精度保持性对温度变化的不敏感性足够的刚度结构工艺好,16.1.2 直线运动导轨的基本要求和精度,3,特点：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。,16.2 滑动摩擦导轨,16.2.1 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（单根导轨有俩自由度，需防止转动）。导轨的配合（导向精度要求不高，可选用H8/f7或H8/g7）。导轨的表面粗糙度（通常导轨

3、的精度等级决定表面粗糙度）。,4,5,有防转结构的圆柱面导轨,6,棱柱面导轨其承导面为几个平面组成的棱柱面，主要的基本形式有三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨。,16.2.2 棱柱面导轨,7,16.2.3 滑动导轨间隙调整,8,1导轨的几何参数 导轨的长宽比L/b愈大，导轨的导向精度愈高。三角形导轨的顶角愈小，则导向性愈好。2导轨的刚度3耐磨性合理选择导轨的材料及热处理提高导轨的耐磨性减小导轨面压强提高导轨的耐磨性,16.2.4 滑动导轨设计应注意的几个重要问题,9,10,保证导轨良好的润滑提高导轨的耐磨性 提高导轨的精度提高导轨的耐磨性 精密车床的床身导轨在垂直面内的直线度误差只允许上凸 适当

4、减小导轨工作面的粗糙度，可提高耐磨性 4运动平稳性 导轨运动的不平稳性主要表现是运动件低速运动时速度不均匀，运动不灵活，运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。爬行现象不仅影响工作台稳定移动，同时也影响工作台的定位精度，最终影响整个仪器的精度。滑动和滚动导轨在低速微位移的条件下，均有爬行现象，滑动导轨更是明显。,11,减小导轨运动件爬行的方法：(1)减小动、静摩擦系数之差；(2)减小运动件的质量；(3)提髙传动系统的刚度。5.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,12,型式 运

5、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。常见的类型：滚珠导轨、滚柱导轨、滚动轴承导轨。,16.3 滚动摩擦导轨,16.3.1 滚动导轨的类型及结构特点,13,过盈预紧,16.3.2 滚动导轨的预紧,14,移动预紧,15,16.3.3 导轨主要参数的确定,1.运动件的长在满足导轨最大位移Smax的前提下，应尽可能减小运动件的长度L。,运动件长度计算简图,16,隔离架的速度与左边滚道滚珠中心的移动速度相同，为运动件移动速度之半。当运动件

6、移动Smax时，隔离架只移动Smax/2。,2.隔离架限动槽长度b和平椭圆长度B,17,承载能力与滚动体的数量z和滚动体直径d2成正比。提髙接触刚度，增大直径比增加数目更为有利。另外，滚动体的直径越大，滚动摩擦系数越小，滚动导轨的摩擦阻力也越小。般规定最小直径为68 mm。,3.滚动体的大小和数量,18,滚动导轨的强度计算主要是滚动体与导轨面间受力后的接触强度，核算每个滚动体所承受的最大压力Fmax 是否超过导轨材料接触强度所允许的最大压力Fa，即：FmaxFa。对于滚动导轨的刚度计算，本质上是计算接触变形。由于导轨运动件一般刚性较大、变形较小，因此在导轨设计时应主要考虑滚珠与承导面接触面积较

7、小所导致的较大的接触变形，而这种变形严重的影响导轨运动的直线性。具体有关滚动导轨的强度与刚度计算见“机床设计手册”。,4滚动导轨的强度与刚度,19,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。滚动体的材料一般采用滚动轴承钢（GCr15），淬火硬度60 66HRC。常用的导轨材料有：1.低碳合金钢 如20Cr，经渗碳（深度11.5mm）淬火，渗碳层硬度可达6063HRC。2.合金结构钢 如40Cr，淬火后低温回火，硬度可达4550HRC。加工性能良好，但硬度较低。3.合金工具钢 如铬钨锰钢（CrWMn）、铬锰钢（CrMn），淬火后低温回火，硬度可达6064HRC。这种材料的性能

8、稳定，可以制造变形小、耐磨性高的导轨。4.氮化钢 如铬钼铝钢（38CrMoAlA）或铬铝钢（38CrAl），经调质或正火后，表面氮化，可得很高的表面硬度（850HV），但硬化层很薄（0.5mm以下），加工时应注意。5.铸铁 例如某些仪器中采用铬钼铜合金铸铁，硬度可达230240HBS，加工方便，滚动体用滚柱，一般可满足使用要求。,16.3.4 滚动导轨的材料和热处理,20,16.4 滑动导轨与滚动导轨设计应注意的几个问题,16.4.1 导轨主要尺寸的确定,1导轨宽度B 导轨宽度与导轨的承载能力有关,W已知载荷L 为导轨长度 P 合理的压强,2.V形导轨角度 V形导轨角度以采用90。小于90。角

9、可以提髙导向性，但磨损会使精度急剧降低。过小还会使工作台移动时有楔紧作用，增大摩擦阻力。大于90。角，能减少压强，但导向较差。,式中：,21,3.二条导轨的间距LA 导轨间距，应在保证运动件工作稳定的前提下，尽可能取小值。,4.运动件的长度,取较长运动件导轨，有利于改善导向精度和工作的可靠性。如图所示，当存在导轨间隙时，运动件倾斜角/L与导轨长度L有关，L愈大，愈小，间隙对导轨的精度影响也愈小。,22,运动件导轨长度对导向精度的影响,减小倾覆力矩，使运动件不被卡住,16.4.2 驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,1.单根圆柱导轨驱动力方向和作用点对导轨工影响,23,驱动力方向和作用点对导轨工

10、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）,2.三角形平面组合导轨驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,24,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。,16.5 其它类型的导轨简介,16.5.1 弹性摩擦导轨,25,26,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,16.5.2 静压导轨,27,开式静压导轨结构简单，

11、但承受倾覆力矩的能力较差。,返回,28,闭式静压导轨,返回,29,负压吸浮式气垫的工作原理,返回,30,气体静压导轨,两坐标负压吸浮式气垫导轨,31,导向精度,导轨间的平行度,32,导向精度,导轨在垂直平面和水平面内的直线度,33,返回,34,接触精度精密仪器的滑（滚）动导轨，在全长上的接触应达到80%，在全宽上达70%。刮研导轨表面，每2525mm2的面积内，接触点数不少于20点。一般对导轨接触精度检查是采用着色法。精密仪器动导轨的表面粗糙度Ra1.60.8m，支承导轨的Ra0.800.20m。对于淬硬导轨的表面粗糙度，应比上述Ra的值提高一级。滚动导轨的表面粗糙度应小于Ra0.20m。,返

12、回,35,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。,返回,36,三角形平面导轨,导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感，工艺性好；磨损后不能自动调整间隙。,37,矩形导轨,承载能力和刚度较大，结构简单。,返回,38,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。,返回,39,常用材料铸铁 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

13、同材料匹配使用 铸铁淬火钢、铸铁塑料、钢青铜等,返回,40,弹性摩擦导轨,返回,41,滚珠导轨,典型结构型式自封式,42,典型结构型式 力封式,43,44,滚珠导轨组件,特点：滚珠循环导轨,返回,45,滚柱导轨,交叉滚柱V平导轨 图aV平滚柱导轨 图b,返回,46,滚动轴承导轨,万能工具显微镜纵向导轨,返回目录,下一章,47,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,