機(jī)電一體化教案與(共27頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第三章 機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)研究的三大結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括傳動(dòng)、支承、導(dǎo)軌等內(nèi)容。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要種類有：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠副、滑動(dòng)絲杠副、同步帶傳動(dòng)副、間歇機(jī)構(gòu)、繞性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，傳動(dòng)裝置不僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而且還能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求有較小的摩擦、較高的精度和剛度。所以在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)，應(yīng)盡量采用現(xiàn)代的精密機(jī)械設(shè)計(jì)方法以提高系統(tǒng)的性能。第一節(jié) 無側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)是機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，通常用齒輪傳動(dòng)裝置傳遞轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位移，使電機(jī)和

2、滾珠絲杠副及工作臺(tái)之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位移得到匹配。所以齒輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)是伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，在各類型機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛使用。齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)精確度高，可做到零側(cè)隙無回差，強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦力小和效率高，成為在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中使用最多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)傳動(dòng)裝置總的要求是傳動(dòng)精度高、穩(wěn)定性好和靈敏度高（響應(yīng)速度快）。傳動(dòng)誤差會(huì)直接影響到系統(tǒng)的控制精度。對(duì)于開環(huán)控制而言，傳動(dòng)誤差直接影響設(shè)備的工作精度，因而應(yīng)盡可能的縮短傳動(dòng)鏈、消除傳動(dòng)間隙，以提高傳動(dòng)精度和剛度。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)，其性能

3、參數(shù)將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無論是開環(huán)還是閉環(huán)控制，齒輪傳動(dòng)裝置都將影響整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個(gè)角度考慮應(yīng)注意減少摩擦、減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高傳動(dòng)裝置的加速度。特別是當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有自動(dòng)變向功能時(shí)，會(huì)使運(yùn)動(dòng)反向時(shí)滯后于指令信號(hào)，造成反向死區(qū)也會(huì)影響傳動(dòng)精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以為了提高系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，必須采取措施消除齒輪機(jī)構(gòu)的齒側(cè)間隙，保證齒輪的雙向傳動(dòng)精度。下面介紹幾種消除齒輪間隙的方法。 一、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1、偏心軸套調(diào)整法 圖3-1所示為最簡單的偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)2通過偏心軸套1裝在殼體上。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套l可以調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，消除直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙及

4、其造成的換向死區(qū)。 這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償。 圖3-1 偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)2、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 1偏心軸套 2電動(dòng)機(jī)圖3-2所示為雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)嚙合的直齒圓柱齒輪中一個(gè)采用寬齒輪，另一個(gè)由兩片可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的薄片齒輪組成。裝配時(shí)使一片薄齒輪的齒左側(cè)和另一片的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，通過兩薄片齒輪的錯(cuò)齒，消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。如圖3-2所示，兩薄片齒輪1、2上各裝入有螺紋的凸耳3、4，螺釘5裝在凸耳3上，螺母6、7可調(diào)節(jié)螺釘5的伸出長度。彈簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺釘5上。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母7（螺母6用于鎖緊）可改變彈簧8

5、的張力大小，調(diào)節(jié)齒輪1、2的相對(duì)位置，達(dá)到錯(cuò)齒。雙片齒輪錯(cuò)齒法調(diào)整間隙，在齒輪傳動(dòng)時(shí)，由于正向和反向旋轉(zhuǎn)分別只有一片齒輪承受扭矩，因此承載能力受到限制，并有彈簧的拉力要足以能克服最大扭矩，否則起不到消隙作用，這種方法稱為柔性調(diào)整法，它適用于負(fù)荷不大的傳動(dòng)裝置中。這種結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是裝配好后，齒側(cè)間隙自動(dòng)消除（補(bǔ)償），可始終保持無間隙嚙合，是一種常用的無間隙齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。 圖3-2 圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整 圖 3-3 斜齒薄片齒輪墊片調(diào)整1、2薄片齒輪 3、4、9凸耳 1斜齒輪 2墊片 3、4薄片斜齒輪5螺釘 6、7螺母 8彈簧 二、斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、墊片調(diào)整法 墊片調(diào)整法與錯(cuò)齒調(diào)整法基本相

6、同，兩薄片斜齒輪之間的錯(cuò)位由兩者之間的軸向距離獲得。圖3-3中兩薄片斜齒輪3、4中間加一墊片2，使薄片斜齒輪3、4的螺旋線錯(cuò)位，齒側(cè)面相應(yīng)地與寬齒輪1的左右側(cè)面貼緊。墊片的厚度H與齒側(cè)間隙的關(guān)系為 (3-1)式中，為螺旋角。 該方法結(jié)構(gòu)簡單，但在使用時(shí)往往需要反復(fù)測試齒輪的嚙合情況，反復(fù)調(diào)節(jié)墊片的厚度才能達(dá)到要求，而且齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，并且承載能力小。 2、軸向壓簧調(diào)整法專心-專注-專業(yè)軸向壓簧調(diào)整法如圖3-4所示。該方法是用彈簧3的軸向力來獲得薄片斜齒輪1、2之間的錯(cuò)位，使其齒側(cè)面分別緊貼寬齒輪7的齒槽的兩側(cè)面。薄片齒輪1、2用鍵4套在軸6上。彈簧3的軸向力用螺母5來調(diào)節(jié)，其大小必須調(diào)整

7、合適，壓力過大會(huì)加快齒輪磨損，壓力過小達(dá)不到消隙作用。這種結(jié)構(gòu)齒輪間隙能自動(dòng)消除，能夠保持無間隙的嚙合，但它只適用于負(fù)載較小的場合。而且這種結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大。圖3-4 斜齒薄片齒輪軸向壓簧調(diào)整1、2薄片齒輪 3彈簧 4鍵 5螺母 6軸 7寬齒輪三、錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)錐齒輪同圓柱齒輪一樣可用上述類似的方法來消除齒側(cè)間隙。1、軸向壓簧調(diào)整法如圖3-5所示為錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法，在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側(cè)間隙。 圖 3-5 錐齒輪軸向壓簧調(diào)整 圖3-6 錐齒輪周向彈簧調(diào)整 1、4錐齒輪 2、3鍵

8、5壓簧 6螺母 7軸 1大片錐齒輪 2小片錐齒輪 3錐齒輪 4鑲塊 5彈簧 6止動(dòng)螺釘 7凸爪 8槽2、周向彈簧調(diào)整法如圖3-6所示，與錐齒輪3嚙合的齒輪作成大小兩片（1、2），在大片錐齒輪1上制有三個(gè)周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個(gè)可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動(dòng)螺釘6裝配時(shí)用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。四、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒條同側(cè)齒廓為平行線,它在與齒定線平行的任一直線上具有相同齒距；齒條直線齒廓上各點(diǎn)的壓力角相同,等于直線齒廓的齒形角。機(jī)電一體化系統(tǒng)中大行程傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

9、往往采用齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是剛度、精度和工作性能不會(huì)因行程增大而明顯降低，但也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)消隙。 當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小時(shí)，可采用類似于圓柱齒輪中的雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法，通過錯(cuò)齒的方法消除間隙。當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙厚齒輪調(diào)整法。如圖3-7所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪l、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。 圖 3-7 雙齒輪調(diào)整 1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒輪 4預(yù)載裝置 7齒條第二節(jié) 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺旋運(yùn)動(dòng)是

10、構(gòu)件的一種空間運(yùn)動(dòng)，它由具有一定制約關(guān)系的轉(zhuǎn)動(dòng)及沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向的移動(dòng)兩部分組成。組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿軸線作相對(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為螺旋副。螺旋副是面接觸的低副。螺旋傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動(dòng)形式， 螺旋傳動(dòng)是利用螺旋副來傳遞運(yùn)動(dòng)和 (或)動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)，可以方便地把主動(dòng)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為 L = （3-2）式中， L螺桿（或螺母）的位移； Ph 導(dǎo)程； 螺桿和螺母間的相對(duì)轉(zhuǎn)角。根據(jù)用途不同，螺旋傳動(dòng)可以分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋、調(diào)整螺旋；根據(jù)摩擦性質(zhì)的不同，可以分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓滑動(dòng)摩擦螺旋傳動(dòng)。 一、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)與其他將回

11、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置 (如曲柄滑塊機(jī)構(gòu))相比，螺旋傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)比大、承載能力大和自鎖等特點(diǎn)。1、降速傳動(dòng)比大 螺桿（或螺母）轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，螺母（或螺桿）移動(dòng)一個(gè)螺距（單頭螺紋）。采用螺旋副可以大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈。螺旋傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動(dòng)精度高，工作平穩(wěn)。2、具有增力作用 只要給主動(dòng)件（螺桿）一個(gè)較小的輸入轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件即能得到較大的軸向力輸出，因此帶負(fù)載能力較強(qiáng)。3、能自鎖 當(dāng)螺旋線升角小于摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖作用。4、效率低、磨損快 螺旋工作面為滑動(dòng)摩擦，所以傳動(dòng)效率低（約3040），磨損快，不適于高速和大功率傳動(dòng)。5、低速或運(yùn)動(dòng)微調(diào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于滑動(dòng)螺旋具

12、有以上特點(diǎn)，所以滑動(dòng)螺旋主要用在機(jī)床進(jìn)給、定位等機(jī)構(gòu)，如壓力機(jī)、千斤頂?shù)膫髁C(jī)構(gòu)等。二、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的形式及應(yīng)用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)主要有以下兩種基本型式。1、螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)如圖3-8a所示，這種傳動(dòng)型式的螺母起著支承作用，簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，傳動(dòng)精度高。但是軸向尺寸較大（螺桿行程的兩倍加上螺母高度），剛性較差，僅適用于行程短的情況。 圖 3-8 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的基本型式2、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)如圖3-8b所示，這種傳動(dòng)型式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊（所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大?。?，剛度較大。適用于工作行程較長的情況。但是傳動(dòng)精度不如上一種，例如機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)常采

13、用這種方式。 圖3-9 差動(dòng)螺旋原理3、差動(dòng)螺旋傳動(dòng)。差動(dòng)螺旋傳動(dòng)的原理如圖3-9所示。螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為 （3-3） 如果Ph1與Ph2相差很小，則 L很小。因此差動(dòng)螺旋常用于各種微動(dòng)裝置中，如分度機(jī)構(gòu)、測微機(jī)構(gòu)等。 若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為 （3-4）可知，此時(shí)差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。三、螺旋副零件與滑板聯(lián)接結(jié)構(gòu)的確定螺旋副零件與滑板的聯(lián)接結(jié)構(gòu)對(duì)螺旋副的磨損有直接影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu)有下列幾種： 圖

14、3-10 剛性連接結(jié)構(gòu)1、剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu) 圖3-10所示為剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是牢固可靠，但當(dāng)螺桿軸線與滑板運(yùn)動(dòng)方向不平行時(shí)，螺紋工作面的壓力增大，磨損加劇，嚴(yán)重（ 、較大）時(shí)還會(huì)發(fā)生卡住現(xiàn)象。剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)多用于受力較大的螺旋傳動(dòng)中。 圖 3-11 測量顯微鏡縱向測微螺旋2、彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu) 圖3-11所示的裝置中，螺旋傳動(dòng)采用了彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。片簧7的一端在工作臺(tái)（滑板）8上，另一端套在螺母的錐形銷上。為了消除兩者之間的間隙，片簧以一定的預(yù)緊力壓向螺母（或用螺釘壓緊）。當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與螺桿軸線偏斜角（圖3-10a）時(shí)，可以通過片簧變形進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果偏斜角（圖3-10b）時(shí)，螺母可繞軸線

15、自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)引起過大的應(yīng)力。彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)適用于受力較小的精密螺旋傳動(dòng)。3、活動(dòng)聯(lián)接結(jié)構(gòu) 圖3-12所示為活動(dòng)聯(lián)接結(jié)構(gòu)的原理圖?；謴?fù)力F（一般為彈簧力）使聯(lián)接部分保持經(jīng)常接觸。當(dāng)滑板1的運(yùn)動(dòng)方向與螺桿2的軸線不平行時(shí)，通過螺桿端部的球面與滑板在接觸處自由滑動(dòng)（圖3-12a），或中間桿3自由偏斜（圖3-12b），從而可以避免螺旋副中產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 圖3-12 活動(dòng)聯(lián)接結(jié)構(gòu)四、影響螺旋傳動(dòng)精度的因素及提高傳動(dòng)精度的措施螺旋傳動(dòng)的傳動(dòng)精度是指螺桿與螺母間實(shí)際相對(duì)運(yùn)動(dòng)保持理論值（公式3-2）的準(zhǔn)確程度。影響螺旋傳動(dòng)精度的因素主要有以下幾項(xiàng)： 1、 螺紋參數(shù)誤差 螺紋的各項(xiàng)參數(shù)誤差中，影響傳動(dòng)精度的主

16、要是螺距誤差、中徑誤差以及牙型半角誤差。 （1）螺距誤差 螺距誤差分為單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差。單個(gè)螺距誤差與螺紋的長度無關(guān)。而螺距累積誤差與螺紋的長度有關(guān)。 從式(3-2)可知，螺距誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響是很明顯的。螺距累積誤差和單個(gè)螺距誤差都將直接影響傳動(dòng)精度。而螺母的螺距累積誤差對(duì)傳動(dòng)精度沒有影響，它的單個(gè)螺距誤差也只有當(dāng)螺桿也有單個(gè)螺距誤差時(shí)才會(huì)引起傳動(dòng)誤差。所以在精密螺旋傳動(dòng)中，對(duì)螺桿的精度比對(duì)螺母的精度要求高一些。 （2）中徑誤差 中徑是螺桿和螺母的配合尺寸，為了使螺桿和螺母轉(zhuǎn)動(dòng)靈活和儲(chǔ)存潤滑油，配合處需要有一定的均勻間隙，因此對(duì)螺桿全長上中徑尺寸變動(dòng)量的公差應(yīng)予以控制。特別對(duì)長徑

17、比較大的螺桿，由于其細(xì)而長，剛性差、易彎曲，使螺母在螺桿上各段的配合產(chǎn)生偏心，引起螺桿螺距誤差，故應(yīng)控制其中徑跳動(dòng)公差。（3）牙型半角誤差 如圖3-13，當(dāng)螺紋各牙之間的牙型角有差異（牙型半角誤差各不相等）時(shí)，會(huì)引起螺距變化，從而影響傳動(dòng)精度。但是，如果螺紋全長是在一次裝刀切削出來的，所以牙型半角誤差在螺紋全長上變化不大，對(duì)傳動(dòng)精度影響很小。 圖313 牙型半角誤差 圖314 螺桿軸向串動(dòng)誤差 2、螺桿軸向竄動(dòng)誤差圖3-14所示，若螺桿軸肩的端面與軸承的止推面不垂直于螺桿軸線而有1和2的偏差，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將引起螺桿的軸向竄動(dòng)誤差，并轉(zhuǎn)化為螺母位移誤差。最大的軸向竄動(dòng)誤差為max=Dtanm

18、in （3-5） 式中，D螺桿軸肩的直徑； min1和2中較小者，圖3-14為2圖3-15 偏斜誤差3、偏斜誤差在螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，若螺桿的軸線方向與移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向有一個(gè)偏斜角（圖3-15）時(shí)，就會(huì)發(fā)生偏斜誤差。設(shè)螺桿的總移動(dòng)量為L ，移動(dòng)件的實(shí)際移動(dòng)量為x ，則偏斜誤差為L =L x =L（1-cos）=2Lsin2/2 由于一般很小，sin/2/2，因此L=L2/2 （3-6） 由此可見，偏斜角對(duì)偏斜誤差有很大的影響，對(duì)其值應(yīng)該加以控制。4、溫度誤差螺旋傳動(dòng)的工作溫度與制造溫度不同時(shí)引起螺桿長度和螺距發(fā)生變化產(chǎn)生傳動(dòng)誤差稱為溫度誤差，大小L t=Lt （3-7） 式中，L螺桿螺紋部分長度；

19、 螺桿材料熱膨脹系數(shù)，對(duì)于鋼，一般取為11.610-6/ C t工作溫度與制造溫度之差 設(shè)計(jì)時(shí)為了提高傳動(dòng)精度，應(yīng)盡可能減小或消除這些誤差?？梢蕴岣呗菪绷慵闹圃炀龋@樣會(huì)使成本提高。因此，除了規(guī)定合理的制造精度以外，可采取某些結(jié)構(gòu)措施提高其傳動(dòng)精度。螺桿的螺距誤差是造成螺旋傳動(dòng)誤差的最主要因素，因此采用螺距誤差校正裝置是提高螺旋傳動(dòng)精度的有效措施之一。 五、消除螺旋傳動(dòng)的空回的方法當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，若改變螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，螺母不能立即產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，只有螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度后才能使螺母開始反向運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為空回?？栈貙⒅苯右饌鲃?dòng)誤差，消除空回的方法就是在保證螺旋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)要求的前提下

20、消除螺桿與螺母之間的間隙。下面是幾種常見的消除空回的方法。1、利用單向作用力 在螺旋傳動(dòng)中，利用彈簧產(chǎn)生單向恢復(fù)力，使螺桿和螺母螺紋的工作表面保持單面接觸，從而消除了另一側(cè)間隙對(duì)空回的影響。這種結(jié)構(gòu)在螺母上無需開槽或剖分（圖3-16），螺桿與螺母接觸情況較好，提高了螺旋副的壽命。 2、利用調(diào)整螺母（1）徑向調(diào)整法 利用不同的結(jié)構(gòu)，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，以減小螺紋旋合處的間隙，從而減小空回。圖3-16所示為徑向調(diào)整法的典型示例。圖3-16a為開槽螺母結(jié)構(gòu)，擰動(dòng)螺釘調(diào)整螺紋間隙。圖3-16b為卡簧式螺母結(jié)構(gòu)。主螺母1上銑出縱向槽，擰緊副螺母2，靠主副螺母的圓錐面，迫使主螺母徑向收縮消除螺旋副的間隙。

21、圖3-16c是為對(duì)開螺母結(jié)構(gòu)。在螺釘和螺母之間裝有螺旋彈簧，可使壓緊力均勻穩(wěn)定。當(dāng)在此結(jié)構(gòu)中裝入緊定螺釘調(diào)整螺紋間隙時(shí)，可避免螺母直接壓緊在螺桿上而增加摩擦力矩，加速螺紋磨損，如圖3-16d所示。 圖 3-16 螺紋間隙徑向調(diào)整結(jié)構(gòu)（2）軸向調(diào)整法 圖3-17為軸向調(diào)整法的典型結(jié)構(gòu)示例。圖3-17a為開槽螺母結(jié)構(gòu)。擰緊螺釘強(qiáng)迫螺母的左、右兩半部的螺紋分別壓緊在螺桿螺紋相反的側(cè)面上，消除了螺桿相對(duì)螺母軸向竄動(dòng)的間隙。圖3-17b為剛性雙螺母結(jié)構(gòu)。主螺母1和副螺母2之間用螺紋聯(lián)接，聯(lián)接螺紋的螺距P不等于螺桿螺紋的螺距P，主副螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)即可消除螺桿相對(duì)螺母軸向竄動(dòng)的間隙，再用緊定螺釘將其固定。圖3

22、-17c為彈性雙螺母結(jié)構(gòu)。它是利用彈簧的彈力來達(dá)到調(diào)整的目的。螺釘3的作用是防止主螺母1和副螺母2的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 3-17 螺紋間隙軸向調(diào)整結(jié)構(gòu) 3、利用塑料螺母消除空回圖3-18所示是用聚乙烯或聚酰胺(尼龍)制作螺母，用金屬壓圈壓緊，利用塑料的彈性能很好地消除間隙。圖3-18 塑料螺母結(jié)構(gòu)第三節(jié) 滾珠螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)中最常見的是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。但是，由于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的接觸面間存在著較大的滑動(dòng)摩擦阻力，故其傳動(dòng)效率低，磨損快、精度不高，使用壽命短，已不能適應(yīng)機(jī)電一體化設(shè)備與產(chǎn)品在高速度、高效率、高精度等方面的要求。滾珠絲杠螺母副則是為了適應(yīng)機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求而發(fā)展起來的一種新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

23、。滾珠螺旋傳動(dòng)是在螺桿和螺母間放入適量的滾珠，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的螺旋傳動(dòng)。滾珠螺旋傳動(dòng)是由螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部分組成，如圖3-19所示。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。為了防止?jié)L珠沿滾道面掉出來，螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，構(gòu)成了一個(gè)滾珠循環(huán)通道，滾珠從滾道的一端滾出后，沿著循環(huán)通道返回另一端，重新進(jìn)入滾道，從而構(gòu)成一閉合回路。圖 3-19 滾珠螺旋傳動(dòng)工作原理圖 一、滾珠螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn) 滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)相比較，具有下列特點(diǎn)：1、運(yùn)動(dòng)效率高，摩擦力小。滾動(dòng)摩擦阻力很小，實(shí)驗(yàn)測得的摩擦系數(shù)般為0.00250.0035，因而傳動(dòng)效率很高，可達(dá)0.920.96（滑

24、動(dòng)絲杠為0.20.4），相當(dāng)于普通滑動(dòng)絲杠螺母副的3 4倍。這樣滾珠絲杠副相對(duì)于滑動(dòng)絲杠副來說，僅用較小的扭矩就能獲得較大的軸向推力，功率損耗只有滑動(dòng)絲杠副的1/4 1/3，這對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)小型化、快速響應(yīng)能力及節(jié)省能源等方面，都具有重要意義。2、運(yùn)動(dòng)精度高。摩擦力小，工作時(shí)螺桿的熱變形小，螺桿尺寸穩(wěn)定，經(jīng)預(yù)緊調(diào)整后可得到無間隙傳動(dòng)。滾珠絲杠螺母副屬于精密機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，絲杠與螺母經(jīng)過淬硬和精磨后，本身就具有較高的定位精度和進(jìn)給精度。滾珠絲杠副的摩擦損失小，因而工作時(shí)本身溫度變化很小，絲杠尺寸穩(wěn)定，有利于提高傳動(dòng)精度。由于滾動(dòng)摩擦的啟動(dòng)摩擦阻力很小，所以滾珠絲杠螺母副的動(dòng)作靈敏，且滾動(dòng)摩擦阻力

25、幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，即使在低速下，仍可獲得均勻的運(yùn)動(dòng)，保證了較高的傳動(dòng)精度。 3、具有傳動(dòng)的可逆性，但不能自鎖。一般的螺旋傳動(dòng)是指其正傳動(dòng)，即把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)。而滾珠絲杠副不僅能實(shí)現(xiàn)正傳動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)上的可逆性是滾珠絲杠螺母副所獨(dú)有的。而且逆?zhèn)鲃?dòng)效率同樣高達(dá)90以上。滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)，可使其開拓新的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，但另一方面其應(yīng)用范圍也受到限制，在一些不允許產(chǎn)生逆運(yùn)動(dòng)的地方，如橫梁的升降系統(tǒng)等，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才可使用。4、制造工藝復(fù)雜，成本較高，但使用壽命長，維護(hù)簡單。滾動(dòng)磨損要比滑動(dòng)磨損小得多，而且滾珠、絲杠和

26、螺母都經(jīng)過淬硬，所以滾珠絲杠副長期使用仍能保持其精度，工作壽命比滑動(dòng)絲杠副高5 6倍。 二、滾珠螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式與類型 各種設(shè)計(jì)制造的滾珠絲杠螺母副，盡管在結(jié)構(gòu)上式樣很多，但其主要區(qū)別是在螺紋滾道截面的形狀，滾珠循環(huán)的方式，以及軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法等三個(gè)方面。 1、螺紋滾道法向截形螺紋滾道的截面形狀和尺寸是滾珠絲杠最基本的結(jié)構(gòu)特征。螺紋滾道法向截形是指通過滾珠中心且垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面交線的形狀。常用的截形有兩種，單圓弧形（圖3-20a）和雙圓弧形（圖3-20b）。滾珠與滾道表面在接觸點(diǎn)處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角叫接觸角。理想接觸角450。滾道半徑rs

27、（或rn）與滾珠直徑D的比值，稱為適應(yīng)度frs=rs/D(或frn=rn/D)。適應(yīng)度對(duì)承載能力的影響較大，一般取frs(或frn)=0.250.55。(1) 單圓弧滾道型面單圓弧滾道型面如圖2-40a所示，其形狀簡單，磨削螺紋滾道的砂輪成型比較簡便，易于獲較高的加工精度。但其接觸角隨著軸向負(fù)載的大小不同而變化，因而使得傳動(dòng)效率、承載能力及軸向剛度等變得不穩(wěn)定。(2) 雙圓弧滾道型面如圖2-40b所示為雙圓弧滾道型面，它是由兩個(gè)不同圓心的圓弧組成。由于接觸角在工作過程中能基本保持不變，因而傳動(dòng)效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定。一般均取=45。另一方面，由于采用了雙圓弧，螺旋槽底部不與滾珠接觸，形

28、成小小的空隙，可容納潤滑油，使磨損減小，對(duì)滾珠的流暢運(yùn)動(dòng)大有好處。因此，雙圓弧滾道型面是目前普遍采用的滾道形狀。但雙圓弧形砂輪修整、加工、檢驗(yàn)比較困難。圖3-20 滾道法向截形示意圖螺紋滾道的曲率半徑（即滾道半徑）R與滾珠半徑r0比值的大小，對(duì)滾珠絲杠副承載能力有很大影響，一般取R/r01.04 1.11之間。比值過大摩擦損失增加；比值過小承載能力降低。2、滾珠循環(huán)方式滾珠的循環(huán)方式及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)對(duì)滾珠絲杠的加工工藝性、工作可靠性和使用壽命都有很大的影響。目前使用的有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。按滾珠在整個(gè)循環(huán)過程中與螺桿表面的接觸情況，滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩類。（1）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)

29、過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)（圖3-21）。在螺母1的側(cè)孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器，借助反向器上的回珠槽，迫使?jié)L珠2沿滾道滾動(dòng)一圈后越過螺桿螺紋滾道頂部，重新返回起始的螺紋滾道，構(gòu)成單圈內(nèi)循環(huán)回路。在同一個(gè)螺母上，具有循環(huán)回路的數(shù)目稱為列數(shù)，內(nèi)循環(huán)的列數(shù)通常有二四列。為了結(jié)構(gòu)緊湊，反向器沿螺母周圍均勻分布的，即對(duì)應(yīng)二列、三列、四列的滾珠螺旋的反向器分別沿螺母圓周方向互錯(cuò)1800、1200、900。反向器的軸向間隔視反向器的型式不同，分別為3Ph/2、4Ph/3、5Ph/4或5Ph/2、7Ph/3、9Ph/4，其中Ph為導(dǎo)程。滾珠在每一循環(huán)中繞經(jīng)螺紋滾道的圈數(shù)稱為工作圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)的

30、工作圈數(shù)是一列只有一圈，回路短，滾珠少，滾珠的流暢性好，效率高，裝配簡單；但反向器的回珠槽為空間曲面，加工復(fù)雜。圖 3-21 內(nèi)循環(huán) （2）外循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中有一部分與絲杠脫離接觸的循環(huán)方式稱為外循環(huán)。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式。 螺旋槽式（圖3-22）是直接在螺母1外圓柱面上銑出螺旋線形的凹槽作為滾珠循環(huán)通道，凹槽兩端鉆出兩個(gè)通孔分別與螺紋滾道相切，同時(shí)用兩個(gè)擋珠器4引導(dǎo)滾珠3通過兩通孔，用套筒2或螺母座內(nèi)表面蓋住凹槽，構(gòu)成滾珠循環(huán)通道。螺旋槽式結(jié)構(gòu)工藝簡單，易于制造，螺母徑向尺寸小，但是擋珠器剛度較差

31、，容易磨損。圖 3-22 螺旋槽式外循環(huán)插管式（圖3-23）是用管2代替螺旋槽式中的凹槽，彎管的兩端插入螺母3上與螺紋滾道相切的兩個(gè)通孔內(nèi)，外加壓板1用螺釘固定，用彎管的端部或其它形式的擋珠器引導(dǎo)滾珠4進(jìn)出彎管，構(gòu)成循環(huán)通道。插管式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但彎管在螺母外部，徑向尺寸較大，若用彎管端部作擋珠器，耐磨性較差。 圖 3-23 插管式外循環(huán) 圖 3-24 端蓋式外循環(huán)端蓋式（圖3-24）在螺母1上鉆出縱向孔作為滾子回程滾道，螺母兩端裝有的塊扇形蓋板或套筒2，滾珠的回程道口就在蓋板上。滾道半徑為滾珠直徑的1.4 1.6倍。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但是滾珠通過短槽時(shí)容易卡住，影響性能，故應(yīng)

32、用較少。 3、消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法若滾珠螺旋副中有軸向間隙，或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，螺桿反向時(shí)會(huì)產(chǎn)生空回誤差。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個(gè)螺母1和2，使兩個(gè)螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形（圖3-25），從而消除軸向間隙，提高軸向剛度。常用的調(diào)整預(yù)緊方法有三種。 圖 3-25 雙螺母預(yù)緊 圖 3-26 墊片調(diào)隙式（1）墊片調(diào)隙式 如圖3-26所示，調(diào)整墊片2的厚度，使螺母1軸向移動(dòng)，從而消除軸向間隙并預(yù)緊。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，剛性好。墊片制成

33、剖分式可避免要調(diào)整時(shí)拆卸螺母；但是精確調(diào)整比較困難。所以這種方法一般用于精度要求較低的傳動(dòng)中。（2）螺紋調(diào)隙式 如圖3-27所示，螺母1的外端有凸緣，螺母3沒有凸緣但是加工有螺紋，它的外端伸出螺母座外，兩個(gè)圓螺母2鎖緊即可調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊（里側(cè)螺母調(diào)整間隙并加以一定預(yù)緊力，外側(cè)螺母鎖緊）。鍵4可防止兩個(gè)螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾珠相向受力，從而消除軸向間隙。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠。使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地調(diào)整。 圖 327 螺紋調(diào)隙式 圖 3-28 齒差調(diào)隙式 （3）齒差調(diào)隙式 如圖3-28所示，螺母1和2的凸緣上分別制出圓柱外齒輪，外齒輪的齒數(shù)相差一齒（z2z1

34、+1）。螺母1和2裝入螺母座中，分別與有相應(yīng)齒數(shù)（z1和z2）的內(nèi)齒輪3和4嚙合。調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪，將兩個(gè)螺母相對(duì)螺母座同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的齒數(shù)，則一個(gè)滾珠螺母相對(duì)于另一個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，使兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)軸向移動(dòng)，從而消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。當(dāng)兩個(gè)螺母按同方向轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)；其相對(duì)軸向位移為。 （3-8）式中，Ph為導(dǎo)程。如果z1=99，z2=100，Ph=8mm，則L=0.8m。可見，這種方法的調(diào)整精度很高，工作可靠；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和裝配性能較差。三、滾珠螺旋副的精度滾珠螺旋副的精度包括螺母的行程誤差和空回誤差。影響螺旋副精度的因素主要是螺旋副的參數(shù)誤差，機(jī)構(gòu)誤差和動(dòng)

35、態(tài)變性誤差。在JB/T3162. 2-19標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)滾珠螺旋副的使用范圍和要求分為兩類：P類定位滾珠螺旋副和T類傳動(dòng)滾珠螺旋副。精度等級(jí)有7個(gè)，1級(jí)精度最高，其次遞減。 四、滾珠絲杠副的標(biāo)注方法滾珠絲杠副的型號(hào)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度和螺紋旋向等特征按下列格式編寫。 循環(huán)方式 預(yù)緊方式 公稱直徑 基本導(dǎo)程 負(fù)荷滾珠總?cè)?shù) 精度等級(jí) 螺紋旋向負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5圈，代號(hào)分別為1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5。螺旋旋向?yàn)樽蟆⒂倚?，只?biāo)左旋代號(hào)為LH，右旋不標(biāo)。滾珠螺紋的代號(hào)用GQ表示，標(biāo)注在公稱直徑前，如GQ5083。循環(huán)方式的標(biāo)注參見表2-

36、1。預(yù)緊方式的標(biāo)注參見表2-2。第四節(jié) 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的主要作用是支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按一定的軌道作運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫做動(dòng)導(dǎo)軌；不動(dòng)的一方叫做支承導(dǎo)軌（或靜導(dǎo)軌）。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；瑒?dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；但是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。一個(gè)剛體在空間有6個(gè)自由度。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，必須限制運(yùn)動(dòng)件的5個(gè)自由度，只保留沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度。導(dǎo)軌的導(dǎo)向面有棱柱面和圓柱面兩種基本型式。 圖3-29 導(dǎo)軌的導(dǎo)向原理 與棱柱面相接觸的零件只有沿一個(gè)方向移動(dòng)的自由度，如圖3-29b、c、d所示的棱

37、柱面導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)件只能沿x方向移動(dòng)。棱柱面由幾個(gè)平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗(yàn)出發(fā)，平面數(shù)量應(yīng)盡量減少。限制運(yùn)動(dòng)件自由度的面，可以集中在一根導(dǎo)軌上。一般為了提高導(dǎo)軌的承載能力和抵抗傾復(fù)力矩的能力，往往采用兩根導(dǎo)軌。以圓柱面相配合的兩個(gè)零件，有繞圓柱面軸線轉(zhuǎn)動(dòng)及沿此軸線移動(dòng)的兩個(gè)自由度，在限制轉(zhuǎn)動(dòng)這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動(dòng)的自由度（圖3-29e）。 一、導(dǎo)軌的基本要求1、導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。導(dǎo)軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下的導(dǎo)向精度。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的檢驗(yàn)內(nèi)容主要

38、是：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度；導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度；在水平面內(nèi)，兩條導(dǎo)軌的平行度。 圖3-30導(dǎo)軌的幾何角度 （1）導(dǎo)軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度 如圖3-30a、b所示，理想的導(dǎo)軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線應(yīng)為一條理想直線，但由于制造誤差使交線的實(shí)際輪廓偏離理想直線，最大偏差量即為導(dǎo)軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內(nèi)的直線度誤差。 （2）導(dǎo)軌面間的平行度 圖3-30c所示為導(dǎo)軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導(dǎo)軌沒有誤差，平面導(dǎo)軌縱向傾斜產(chǎn)生的誤差即為導(dǎo)軌間的平行度誤差。平行度誤差一般以角度值表示，它會(huì)使運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生“扭曲”。2、運(yùn)動(dòng)輕便、平穩(wěn)、低速時(shí)無

39、爬行現(xiàn)象導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌速度的不均勻。在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的爬行，將提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對(duì)于高精度的機(jī)床尤其重要。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇導(dǎo)軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。3、耐磨性好導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長期運(yùn)行會(huì)引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如：臥式車床的鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳，潤滑不良或維修不及時(shí)，則靠近床頭箱一段的前導(dǎo)軌，每年磨損量達(dá)0.20.3 mm，這樣就降低了刀架移動(dòng)的直線度對(duì)主軸的平行度

40、，加工精度也就下降。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料、導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強(qiáng)的大小。4、對(duì)溫度變化的不敏感性導(dǎo)軌對(duì)溫度變化的不敏感性主要取決于導(dǎo)軌類型、材料及導(dǎo)軌配合間隙等。5、足夠的剛度剛度不足會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌的變形過大，降低導(dǎo)向精度，加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。6、結(jié)構(gòu)工藝性好導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗(yàn)和調(diào)整，從而降低成本。 二、滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)軌的分類方法有多種。按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌；按工作性質(zhì)可分為主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給導(dǎo)軌和調(diào)整導(dǎo)軌，按受力情況可以分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。按摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)

41、導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。按導(dǎo)軌承導(dǎo)面的截面形狀，滑動(dòng)導(dǎo)軌可分為圓柱面導(dǎo)軌和棱柱面導(dǎo)軌（圖3-31）。其中凸形導(dǎo)軌不易積存切屑、臟物，但也不易保存潤滑油，故宜作低速導(dǎo)軌，例如車床的床身導(dǎo)軌。凹形導(dǎo)軌則相反，可作高速導(dǎo)軌，如磨床的床身導(dǎo)軌，但需有良好的保護(hù)裝置，以防切屑、臟物掉入。 圖3-31 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌截面形狀 1、圓柱面導(dǎo)軌圓柱面導(dǎo)軌導(dǎo)軌面的加工和檢驗(yàn)比較簡單，精度較高；但是對(duì)溫度比較敏感，間隙不能調(diào)整。它適用于受軸向載荷的場合，如壓力機(jī)、珩磨機(jī)、攻螺紋機(jī)和機(jī)械手等。圖3-32結(jié)構(gòu)中，支臂3和立柱5構(gòu)成圓柱面導(dǎo)軌。立柱5的圓柱面上加工有螺紋槽，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母1即可帶動(dòng)支臂3上下移動(dòng)，螺釘2用于鎖緊，墊

42、塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱表面。 圖3-32 圓柱面導(dǎo)軌 在多數(shù)情況下，圓柱面導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件不允許轉(zhuǎn)動(dòng)，為此，可采用各種防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。最簡單的防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是在運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件的接觸表面上作出平面、凸起或凹槽，如圖3-33a、b、c。圖3-33d中利用輔助導(dǎo)向面也可限制運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。雙圓柱面導(dǎo)軌（圖3-33e），它既能保證較高的導(dǎo)向精度,又能保證較大的承載能力。 圖3-33 有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的圓柱面導(dǎo)軌 為了提高圓柱面導(dǎo)軌的精度，必須正確選擇圓柱面導(dǎo)軌的配合。當(dāng)導(dǎo)向精度要求較高時(shí)，常選用H7f7或H7S6配合。當(dāng)導(dǎo)向精度要求不高時(shí)，可選用H8f7或H8s7配合。導(dǎo)軌表面粗糙度可根據(jù)相應(yīng)的精度等級(jí)決定，通常被包容零

43、件外表面的粗糙度小于包容件的內(nèi)表面的粗糙度。 2、棱柱面導(dǎo)軌 常用的棱柱面導(dǎo)軌有三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌以及它們的組合式導(dǎo)軌。（1）雙三角形導(dǎo)軌 如圖334a所示兩條導(dǎo)軌同時(shí)起著支承和導(dǎo)向作用，導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，磨損均勻且能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，精度保持性好。但制造、檢驗(yàn)比較困難，刮研量較大，對(duì)溫度變化也較敏感。 （2）三角形一平面導(dǎo)軌(圖3-34b) 保持了雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高、承載能力大的優(yōu)點(diǎn)，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，工藝性大為改善；但是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動(dòng)調(diào)整間隙。 圖 3-34 三角形導(dǎo)軌（3）矩形導(dǎo)軌 矩形導(dǎo)軌可以做得較寬，承載能力和剛度較

44、大，結(jié)構(gòu)簡單，易檢驗(yàn)修理較；但是磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，導(dǎo)向精度不如三角形導(dǎo)軌。它適用于載荷大且導(dǎo)向精度要求不高的機(jī)床。圖3-35中，矩形導(dǎo)軌的導(dǎo)向面A與承載面B、C分開，減小導(dǎo)向面的磨損，有利于保持導(dǎo)向精度。圖3-35a中的導(dǎo)向面A是同一導(dǎo)軌的內(nèi)外側(cè)，兩者之間的距離較小，熱變形較小，導(dǎo)軌的間隙相應(yīng)減小，導(dǎo)向精度較高。但兩導(dǎo)軌面的摩擦力將不相同，應(yīng)合理布置驅(qū)動(dòng)元件的位置，避免工作臺(tái)傾斜或被卡住。圖3-35b中以兩導(dǎo)軌面的外側(cè)為導(dǎo)向面，克服了上述缺點(diǎn)，但導(dǎo)軌面間距離較大，易受熱膨脹影響，間隙不宜過小以影響導(dǎo)向精度。 圖 3-35 矩形導(dǎo)軌（4）燕尾導(dǎo)軌 如圖3-36，燕尾導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方

45、便；但是幾何形狀比較復(fù)雜，配合精度較低，導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運(yùn)動(dòng)靈活性較差。常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小及導(dǎo)向精度與運(yùn)動(dòng)靈便性要求不高的場合。圖3-36c燕尾導(dǎo)軌將燕尾槽分成幾塊，便于制造、裝配和調(diào)整。 圖 3-36 燕尾導(dǎo)軌應(yīng)用舉例三、導(dǎo)軌間隙的調(diào)整 為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小會(huì)增大摩擦力，過大又會(huì)降低導(dǎo)向精度。1、采用磨、刮相應(yīng)的結(jié)合面或加墊片的方法，獲得合適的間隙。如圖3-36a所示燕尾導(dǎo)軌，為了獲得合適的間隙，可在零件1與2之間加上墊片3或采取直接鏟刮承導(dǎo)件與運(yùn)動(dòng)件的結(jié)合面A的辦法達(dá)到。 圖 3-37 平鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙2、采用平鑲條調(diào)整間隙。平鑲條為一平行六

46、面體，其截面形狀為矩形（圖3-37a）或平行四邊形（圖3-37b）。只要擰動(dòng)側(cè)面沿鑲條全長均布的幾個(gè)螺釘，便能調(diào)整導(dǎo)軌的側(cè)向間隙，再用螺母鎖緊。平鑲條制造容易，但在全長上只有幾個(gè)點(diǎn)受力，著力點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)翹曲，易變形，常用于受力較小的導(dǎo)軌。一般當(dāng)Lh=34時(shí)，鑲條壓力基本上均布(圖3-37c)。3、采用斜鑲條調(diào)整間隙。斜鑲條的側(cè)面磨成斜度很小的斜面，導(dǎo)軌間隙是用鑲條的縱向移動(dòng)來調(diào)整的，為了縮短鑲條長度，一般將其放在運(yùn)動(dòng)件上。 圖 3-38 用斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙圖3-38a的結(jié)構(gòu)簡單，但螺釘凸肩與斜鑲條的缺口存在間隙，會(huì)使鑲條產(chǎn)生竄動(dòng)。圖3-38b所示的結(jié)構(gòu)較為完善，但軸向尺寸較長，調(diào)整也較麻煩。圖3

47、-38 c是由斜鑲條兩端螺釘調(diào)整，鑲條的形狀簡單，便于制造。圖3-38d是用斜鑲條調(diào)整燕尾導(dǎo)軌間隙的實(shí)例。 四、驅(qū)動(dòng)力方向和作用點(diǎn)對(duì)導(dǎo)軌工作的影響 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，必須合理確定驅(qū)動(dòng)力的方向和作用點(diǎn)，使導(dǎo)軌的傾復(fù)力矩盡可能小。否則，將使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨損加劇，降低導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈便性和導(dǎo)向精度，甚至導(dǎo)軌卡住不能正常工作。所以必須研究運(yùn)動(dòng)件不被卡住的條件。 圖 3-39 導(dǎo)軌受力簡圖設(shè)驅(qū)動(dòng)力作用在通過導(dǎo)軌軸線的平面內(nèi)，驅(qū)動(dòng)力F的方向與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的夾角為，作用點(diǎn)離導(dǎo)軌軸線的距離為h。導(dǎo)軌受力情況如圖3-39所示，驅(qū)動(dòng)力F將使運(yùn)動(dòng)件傾轉(zhuǎn)，可認(rèn)為運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件的兩端點(diǎn)壓緊，正壓力分別為N1、N2，相應(yīng)的摩

48、擦力為N1fV和N2fV，載荷為Fa，忽略運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件間的配合間隙和運(yùn)動(dòng)件重力的影響，當(dāng)d/L很小時(shí)，保證運(yùn)動(dòng)件不被卡住的條件是 （3-9）當(dāng)h=0時(shí)， （3-10） 當(dāng)=0時(shí)， 為了保證運(yùn)動(dòng)靈活，建議設(shè)計(jì)時(shí)?。?(3-11) 上述公式中，為當(dāng)量滑動(dòng)摩擦系數(shù)，對(duì)于不同的導(dǎo)軌，不同：（1）矩形導(dǎo)軌 （2） 燕尾形和三角形導(dǎo)軌 （3） 圓柱面導(dǎo)軌 式中 滑動(dòng)摩擦系數(shù)；燕尾輪廓角或三角形底角。不同截面形狀的組合導(dǎo)軌，兩根導(dǎo)軌的摩擦力不同，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)元件(螺旋副、齒輪齒條或其它傳動(dòng)裝置)的位置應(yīng)隨之不同。如右圖3-40所示的三角形平面組合導(dǎo)軌，三角形導(dǎo)軌上的摩擦力要比平面導(dǎo)大，摩擦力的合力作用

49、在O點(diǎn)，且cb，因此，驅(qū)動(dòng)元件的位置應(yīng)該設(shè)在O點(diǎn)，從而消除運(yùn)動(dòng)件移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，使運(yùn)動(dòng)件移動(dòng)平穩(wěn)而靈活。 圖3-40 三角形平面導(dǎo)軌五、溫度變化對(duì)導(dǎo)軌間隙的影晌滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感。為減小溫度變化對(duì)導(dǎo)軌的影響，承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件材料的膨脹系數(shù)相同或相近。如果導(dǎo)軌在溫度變化大的條件下工作(如大地測量儀器或軍用儀器等)，在選定精度等級(jí)和配合以后，應(yīng)對(duì)溫度變化的影響進(jìn)行驗(yàn)算。 為了保證導(dǎo)軌在工作時(shí)不致卡住，導(dǎo)軌中的最小間隙值min響應(yīng)大于或等于零：min=D2min(1+2(t-t0)-D1max(1+1(t-t0) (3-12)式中，D2min包容件在制造溫度時(shí)的最小直徑或最小直線尺寸；

50、D1max一被包容件在制造溫度時(shí)的最大直徑或最大直線尺寸； 1、2被包容件與包容件材料的線膨脹系數(shù)； t0導(dǎo)軌制造時(shí)的溫度； t導(dǎo)軌工作時(shí)的最高或最低溫度。 為保證導(dǎo)軌的工作精度，導(dǎo)軌副中的最大間隙max應(yīng)小于或等于允許間隙： max=D2max1+2(t-t0)-D1min1+(t-t0) (3-13)式中，D2max包容件在制造溫度時(shí)的最大直徑或最大直線尺寸；D1min被包容件在制造溫度時(shí)的最小直徑或最小直線尺寸。 六、導(dǎo)軌的剛度計(jì)算 為了保證機(jī)構(gòu)的工作精度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)軌的最大彈性變形量不超過允許值。導(dǎo)軌主要受靜載荷作用，故導(dǎo)軌的剛度主要是指靜剛度。 假設(shè)機(jī)座為絕對(duì)剛體，導(dǎo)軌的剛度主要

51、取決于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件的彎曲變形和工作面接觸變形的大小。 在計(jì)算導(dǎo)軌的彎曲變形時(shí)，可將與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件連成一體的工作臺(tái)簡化成梁，按梁的變形公式進(jìn)行簡化計(jì)算。常采用合理布置加強(qiáng)筋的辦法提高導(dǎo)軌的剛度或必要時(shí)增大導(dǎo)軌尺寸，也減輕了重量。 接觸變形可按經(jīng)驗(yàn)公式估算，如接觸面積不超過100150cm2的鋼和鑄鐵，接觸變形（單位為m）為 = c (3-14)式中，p 接觸面間的平均壓力（Ncm2）； c 系數(shù)，對(duì)于精刮導(dǎo)軌面和磨削導(dǎo)軌面為1.471.94，研磨表面（粗糙度Ra為0.010.02m)為0.69。 七、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施 提高導(dǎo)軌的耐磨性可以使導(dǎo)軌在較長工作期間間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度。磨損速度