滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(含滾動(dòng)導(dǎo)軌)當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力(載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量)的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌1.一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它3.良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過(guò)程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)4.足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。6.結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對(duì)其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是相3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的5.選擇合理的潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適1.滑動(dòng)導(dǎo)軌(1)基本形式(見圖21-10)對(duì)稱三角形不對(duì)稱三角形矩形燕尾形圓形凹形三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求(110°~120°);為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角(60°)。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒(méi)有三角形導(dǎo)軌高：導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡(jiǎn)便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各而的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊：但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度尺圓形導(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導(dǎo)軌易儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導(dǎo)軌不能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，只用于低速移動(dòng)。見圖21-11。為使導(dǎo)軌移動(dòng)輕便省力和兩導(dǎo)軌磨損均勻，驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)設(shè)在三角形導(dǎo)軌之下，或偏向三角形導(dǎo)矩形和矩形組合：承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡(jiǎn)單。導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接圖21-12雙三角形導(dǎo)軌：由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，磨損后對(duì)稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛度好，導(dǎo)向精度高，但工藝性差，四個(gè)表面刮削或磨削也難以完全接觸，如(3)間隙調(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(guò)小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過(guò)大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來(lái)保證，要廢很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故的片數(shù)或厚度；見圖21-13。在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙。見圖21-14。(4)夾緊裝置有些導(dǎo)軌(如非水平放置的導(dǎo)軌)在移動(dòng)之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖(夾)緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。見圖21-15。液壓鎖緊裝置4、5-橫梁6-橫刀架7-壓板(5)提高耐磨性措施導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。提高導(dǎo)軌1)選擇合理的比壓?jiǎn)挝幻娣e上的壓力成為比壓，即p=P/S(公斤/厘米2)式中P-作用在導(dǎo)軌上的力(公斤)S-導(dǎo)軌的支承面積(厘米2)由上式可知，要減小導(dǎo)軌的比壓，應(yīng)減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量和增大導(dǎo)軌支承面的面積。減小兩導(dǎo)軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量。但減小中心距受到結(jié)構(gòu)尺寸的降低導(dǎo)軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導(dǎo)軌載荷的相反方向，增加彈簧或液壓作用2)選擇合適材料目前常采用的導(dǎo)軌材料有以下幾種：鑄鐵-導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動(dòng)件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。在潤(rùn)滑和防護(hù)良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200~HT400,硬度以HB=180~200較為合適。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220,耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高鋼-要求較高的或焊接機(jī)架上的導(dǎo)軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高5～10倍。常用的有20Cr鋼滲碳淬火和40Cr高頻淬火。螺釘連接，應(yīng)使螺釘不受剪切；為避免導(dǎo)軌上有孔(孔內(nèi)積存贓物而加速磨損),一般采用倒裝螺釘。結(jié)構(gòu)上不便于從下面伸入螺釘固定時(shí)，可采用如圖21-16所示的方法。螺釘固緊后，在承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件之間放入一些滾動(dòng)體(滾珠、滾柱或滾針),使相配的兩個(gè)導(dǎo)軌面不直接接滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活；磨損小，能長(zhǎng)期保持精度；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，低速時(shí)不易出現(xiàn)"爬行"現(xiàn)象，故運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)。因此滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是：導(dǎo)軌面和滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大，故對(duì)導(dǎo)軌的滾珠導(dǎo)軌-圖示21-17為V-平截面的滾珠導(dǎo)軌、雙V形截面的滾珠導(dǎo)軌和圓形截面滾珠導(dǎo)軌。由于滾珠和導(dǎo)軌面是點(diǎn)接觸，故運(yùn)動(dòng)輕便，但剛度低，承載能力小。常用于運(yùn)動(dòng)件重量、載荷圖21-17滾柱(滾針)導(dǎo)軌-滾柱導(dǎo)軌中的滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，耐磨性較好，靈活性稍差。如圖21-18,滾柱對(duì)導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動(dòng)，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱的直徑越大，對(duì)導(dǎo)軌的不平度越為敏感。圖21-18滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，調(diào)整防護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖21-19所1-本體2-滾柱3-導(dǎo)向片4-反射器滾柱導(dǎo)軌可采用標(biāo)準(zhǔn)的滾動(dòng)軸承，裝在偏心軸上，如圖21-20所示，以便于調(diào)整。其偏心量一1)結(jié)構(gòu)形式的選擇：滾動(dòng)導(dǎo)軌按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為開式和閉式兩種。開式滾動(dòng)導(dǎo)軌用于外加載荷作用在兩條導(dǎo)軌中間，依靠運(yùn)動(dòng)件本身重量即可保持導(dǎo)軌良好接觸的場(chǎng)合。閉式導(dǎo)軌則相滾珠導(dǎo)軌的靈活性最好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但承載能力小，剛度低，常用于精度要求高、運(yùn)動(dòng)靈活、輕載的場(chǎng)合。滾柱(針)導(dǎo)軌剛度大，承載能力強(qiáng)，但對(duì)位置精度要求高。滾動(dòng)導(dǎo)軌采用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，潤(rùn)滑方便。宜用于中等精度的場(chǎng)合。為了增加滾動(dòng)導(dǎo)軌的承載能力，可施預(yù)加載荷。這時(shí)剛度大，且沒(méi)有間隙，精度相應(yīng)提高，但阻尼比無(wú)預(yù)為防止?jié)L動(dòng)體在行程的極端位置時(shí)脫落，運(yùn)動(dòng)件的長(zhǎng)度應(yīng)為式中L-運(yùn)動(dòng)件或承導(dǎo)件的長(zhǎng)度，計(jì)算時(shí)取較短者的長(zhǎng)度(毫米);1-支承點(diǎn)的距離(毫米);a-在極端位置時(shí)的余量；如圖21-21。滾動(dòng)體尺寸和數(shù)目：滾動(dòng)體直徑大，承載能力大，摩擦阻力小。對(duì)于滾珠導(dǎo)軌，滾珠直徑增大，剛度增高(滾柱導(dǎo)軌的剛度與滾柱直徑無(wú)關(guān))。因此，如果不受結(jié)構(gòu)的限制，應(yīng)有限選用尺寸滾針導(dǎo)軌的摩擦阻力較大，且滾針可能產(chǎn)生滑動(dòng)。所以盡可能不采用滾針導(dǎo)軌(特別是滾針直徑小于4毫米時(shí))。當(dāng)滾動(dòng)體的數(shù)日增加時(shí)，導(dǎo)軌的承載能力和剛度也增加。但滾動(dòng)體的數(shù)日不宜太多，過(guò)多會(huì)增加載荷在滾動(dòng)體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動(dòng)體數(shù)目太少，制造誤差將會(huì)顯著地動(dòng)部件的重量，使?jié)L柱單位長(zhǎng)度上的載荷q≥4公斤/厘米時(shí)；對(duì)于滾珠導(dǎo)軌，在每個(gè)滾珠上的載荷為p≥3(d)1/2公斤時(shí)，(d為滾珠直徑，毫米),載荷的分布比較均勻。在滾柱導(dǎo)軌中，增加滾柱的長(zhǎng)度，可減小接觸應(yīng)力和增大剛度，但載荷分布的不均勻性也增大。對(duì)于鋼制摸削導(dǎo)軌，滾柱導(dǎo)軌和直徑之比Vd<1.5,對(duì)于鑄鐵導(dǎo)軌，d可增大些(滾柱直徑一般不小于6毫米，滾針直徑不小于4毫米)。3)滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法：如圖21-22所示，工作臺(tái)的變形工作臺(tái)的變形(a)當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置「時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置Ⅱ或Ⅲ時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜a角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，見圖21-23,則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹(有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形),影響導(dǎo)軌的精度。5公斤[路靜匹R為減小導(dǎo)軌變形，提高剛度，除合理選擇滾動(dòng)體的形狀、尺寸、數(shù)量和適當(dāng)增加工作臺(tái)的厚度外，常用預(yù)加載荷的辦法來(lái)提高導(dǎo)軌的剛度。圖21-18所示的燕尾形滾動(dòng)導(dǎo)軌，用移動(dòng)導(dǎo)軌板獲得并控制預(yù)加載荷。試驗(yàn)證明：隨著過(guò)盈量的增加，導(dǎo)軌的剛度開始急劇增加，達(dá)到一定程度后，再增加過(guò)盈量，剛度不會(huì)顯著提高。牽引力隨著過(guò)盈量增加而增大，但在一定限度內(nèi)變化不大，過(guò)盈量超過(guò)一定值后，則急劇增加。因此，合理的過(guò)盈量應(yīng)使導(dǎo)軌剛度較好而牽引力不4)技術(shù)要求：導(dǎo)軌的質(zhì)量取決于它的制造精度和安裝精度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求，制定出滾導(dǎo)軌不直度一般為10-15微米，精密的小于10微米。滾動(dòng)體的直徑差，對(duì)于一般的導(dǎo)軌，全部滾動(dòng)體的直徑差不大于2微米，每組滾動(dòng)體的直徑差不大于1微米；對(duì)于精密導(dǎo)軌，全部滾動(dòng)體的直徑差不大于1微米，每組滾動(dòng)體的直徑差不大表面光潔度通常應(yīng)刮研；在25×25厘米2內(nèi)，其接觸斑點(diǎn)為20-25個(gè)點(diǎn)，精圖21-16用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過(guò)0.25毫米。膠粘導(dǎo)軌具有一定的膠接剛度和強(qiáng)度，塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導(dǎo)軌材料。它具有耐磨、抗振以及動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低(0.04),可消除低速爬行現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。3)熱處理為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對(duì)導(dǎo)軌表面進(jìn)行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、4)潤(rùn)滑和防護(hù)潤(rùn)滑油能使導(dǎo)軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導(dǎo)軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命。同時(shí)，對(duì)低速運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑可以防止"爬行";對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，可導(dǎo)軌的防護(hù)裝置用來(lái)防止切削、灰塵等贓物落到導(dǎo)軌表面，以免使導(dǎo)軌擦傷、生銹和過(guò)早的磨損。為此，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護(hù)罩，使導(dǎo)軌不外露等辦法。(6)結(jié)構(gòu)尺寸的驗(yàn)算1)校核溫度變化對(duì)導(dǎo)軌間隙的影響導(dǎo)軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應(yīng)在選定精度和配合后，作導(dǎo)軌間隙驗(yàn)算。為了保證工作時(shí)不致卡住，導(dǎo)軌的最小間隙應(yīng)大于或等于零，即△min≥0式中t-工作溫度(℃)tO-制造時(shí)溫度(℃)Dmin-包容件在tO時(shí)的最小尺寸(mm)ak-包容件材料的線膨脹系數(shù)(1/℃)az-被包容件材料的線膨脹系數(shù)(1/℃)為保證導(dǎo)向精度，導(dǎo)軌的最大間隙△max應(yīng)小于或等于允許值，即△max≤[△max]式中Dmax-包容件在tO時(shí)的最大尺寸(mm)dmin-被包容件在tO時(shí)的最小尺寸(mm)當(dāng)初定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和尺寸后，應(yīng)注意作用力的方向和作用點(diǎn)的位置，力求使導(dǎo)軌的傾斜力矩小，否則使導(dǎo)軌的摩擦力增大，磨損加快，從而降低導(dǎo)軌的靈活性和導(dǎo)向精度，甚至回使導(dǎo)軌卡住。其驗(yàn)算公式