机电一体化系统设计课件——第2章(4)：机械系统的部件选择与设计(导轨.ppt

第三节第三节 导向支承部件的设计与选择导向支承部件的设计与选择2021/9/231导向支承部件的作用是：导向支承部件的作用是：1）支承）支承2）限制运动部件按给定的运动要求）限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。和规定的运动方向运动。2021/9/232一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件1、导轨副的组成、导轨副的组成 承导件承导件 运动件运动件2021/9/233导轨副导轨副运动件运动件承导件承导件2021/9/2342、导轨副的分类、导轨副的分类（1）按运动轨迹分）按运动轨迹分l 直线运动导轨副直线运动导轨副l 回转运动导轨副回转运动导轨副2021/9/235直线运动导轨副直线运动导轨副2021/9/236回转运动导轨副回转运动导轨副2021/9/237（2）按接触面的摩擦性质分）按接触面的摩擦性质分2021/9/238滚珠导轨滚珠导轨滚柱导轨滚柱导轨滚动轴承导轨滚动轴承导轨液体静压导轨液体静压导轨2021/9/239（3）按导轨副的截面形状分）按导轨副的截面形状分l三角形三角形l矩形矩形l燕尾形燕尾形l圆形圆形每种又分为凸形和凹形每种又分为凸形和凹形2021/9/2310对称三角形对称三角形45o9001200凸形凸形 凹形凹形2021/9/2311燕尾形燕尾形550 550凸形凸形 凹形凹形2021/9/2312矩形矩形凸形凸形 凹形凹形2021/9/2313圆形圆形凸形凸形 凹形凹形2021/9/2314（4）按结构特点分为）按结构特点分为l开式导轨开式导轨l闭式导轨闭式导轨2021/9/2315开式导轨开式导轨 借助重力或弹簧力保证运动借助重力或弹簧力保证运动件与承导面之间的接触。件与承导面之间的接触。开式圆柱面导轨开式圆柱面导轨开式开式“V”形导轨形导轨2021/9/2316闭式导轨：闭式导轨：只靠导轨本身的结构形式保只靠导轨本身的结构形式保证运动件与承导面之间的接触。证运动件与承导面之间的接触。闭式圆柱面导轨闭式圆柱面导轨闭式直角导轨闭式直角导轨2021/9/23173、导轨副应满足的基本要求、导轨副应满足的基本要求 指动导轨按给定方向作直线运指动导轨按给定方向作直线运动的准确程度。动的准确程度。导向精度：导向精度：（1）导向精度高）导向精度高2021/9/2318影响导向精度的因素：影响导向精度的因素：l导轨的结构导轨的结构l导轨的几何精度和接触精度导轨的几何精度和接触精度 l导轨的配合间隙导轨的配合间隙 l油膜厚度和油膜刚度（静压导轨）油膜厚度和油膜刚度（静压导轨）l导轨和基础件的刚度导轨和基础件的刚度l热变形热变形2021/9/2319（2）刚性好）刚性好导轨的刚度即抵抗载荷的能力。导轨的刚度即抵抗载荷的能力。2021/9/2320（3）精度的保持性）精度的保持性提高导轨的精度保持性方法：提高导轨的精度保持性方法：正确的润滑与保护；正确的润滑与保护；对于滑动导轨，采用贴塑导轨；对于滑动导轨，采用贴塑导轨；2021/9/2321（4）运动的灵活性和低速运动的平稳性）运动的灵活性和低速运动的平稳性 减小摩擦可以提高系统运动的减小摩擦可以提高系统运动的灵活性和低速运动的平稳性；灵活性和低速运动的平稳性；2021/9/2322 为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几项措施：项措施：项措施：项措施：l采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑导轨等；贴塑导轨等；l在普通导轨上使用含有极性添加剂的导在普通导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；轨油；l用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副等方法来提高传动系动链、减少传动副等方法来提高传动系统的刚度。统的刚度。2021/9/2323（5）对温度的敏感性和结构工艺性）对温度的敏感性和结构工艺性 导轨对温度变化的敏感性，导轨对温度变化的敏感性，主要取决于导轨材料和导轨配合主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择；间隙的选择；2021/9/2324 结构工艺性是指系统在正常工作条结构工艺性是指系统在正常工作条件下，应力求结构简单，制造容易，装件下，应力求结构简单，制造容易，装拆、调整、维修及检测方便，从而最大拆、调整、维修及检测方便，从而最大限度的降低成本。限度的降低成本。2021/9/23254、导轨副的设计内容、导轨副的设计内容1）根据工作条件，选择合适的导轨类型）根据工作条件，选择合适的导轨类型导轨性能的比较导轨性能的比较低低高高成本成本好好大大大大静压导轨静压导轨差差小小小小滚动导轨滚动导轨较好较好较大较大大大小小大大滑动导轨滑动导轨抗振性抗振性承载力承载力摩擦力摩擦力刚度刚度导轨类型导轨类型2021/9/23262）选择导轨的截面形状，以保证导向精度）选择导轨的截面形状，以保证导向精度2021/9/2327常用导轨性能比较常用导轨性能比较导轨类型导轨类型结构结构工艺工艺性性方向方向精度精度摩擦摩擦力力对温度对温度变化的变化的敏感性敏感性承载承载能力能力耐耐磨磨性性成成本本闭式圆柱闭式圆柱面导轨面导轨好好较高较高 较大较大 不敏感不敏感小小较较差差低低燕尾导轨燕尾导轨较差较差高高大大敏感敏感大大好好较较高高开式开式V V型导型导轨轨较差较差 较高较高 较大较大 不敏感不敏感大大好好较较高高闭式滚珠闭式滚珠导轨导轨差差较高较高 较小较小 不敏感不敏感 较小较小较较好好高高开式滚柱开式滚柱导轨导轨较差较差 较高较高小小不敏感不敏感 较大较大较较好好较较高高2021/9/23283）选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给）选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给定的载荷及工作温度范围内，满足系统定的载荷及工作温度范围内，满足系统的要求。的要求。2021/9/23294）选择导轨的补偿及调整装置）选择导轨的补偿及调整装置5）选择合理的耐磨涂料、润滑方）选择合理的耐磨涂料、润滑方法和防护装置法和防护装置6）制定保证导轨所必须的技术条件）制定保证导轨所必须的技术条件 2021/9/2330二、滚动导轨副的结构及其选择二、滚动导轨副的结构及其选择1、直线运动滚动导轨副的特点与要求、直线运动滚动导轨副的特点与要求2021/9/2331优点优点l摩擦系数小（摩擦系数小（0.0030.005）运动灵活；）运动灵活；l不易出现爬行；不易出现爬行；l可以预紧，刚度高；可以预紧，刚度高；l寿命长寿命长l精度高；精度高；l润滑方便润滑方便l由专业厂生产，可以外购选用由专业厂生产，可以外购选用2021/9/2332缺点：缺点：l抗振性差，接触应力大；抗振性差，接触应力大；l对导轨的表面硬度、表面形状精度对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高和滚动体的尺寸精度要求高l结构复杂，制造困难，成本高；结构复杂，制造困难，成本高；l对脏物比较敏感，必须有良好的防对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置。护装置。2021/9/2333对滚动导轨的基本要求是：对滚动导轨的基本要求是：l导向精度导向精度l耐磨性耐磨性l刚度刚度l工艺性工艺性2021/9/23342、分类、分类2021/9/2335（1）滚动体不循环）滚动体不循环 行程不能太长，结构简单，制行程不能太长，结构简单，制造容易，成本较低，但施加预紧力造容易，成本较低，但施加预紧力较难，刚度较低，抗振性差，不能较难，刚度较低，抗振性差，不能承受冲击载荷承受冲击载荷2021/9/23361）滚珠导轨）滚珠导轨运动件运动件滚珠滚珠承导件承导件2021/9/2337特点：特点：l摩擦小，但承载能力差，刚度低，不能摩擦小，但承载能力差，刚度低，不能承受大的颠覆力矩和水平力。承受大的颠覆力矩和水平力。l适用于载荷不超过适用于载荷不超过200N的小型部件的小型部件2021/9/23382）滚柱导轨）滚柱导轨运动件运动件滚柱滚柱承导件承导件2021/9/2339特点：特点：l承载能力和刚度比滚珠导轨副要高，承载能力和刚度比滚珠导轨副要高，导向性能也高；导向性能也高；l 对安装精度的要求较高对安装精度的要求较高2021/9/23403）滚针导轨）滚针导轨特点：特点：承载力比滚柱导轨大，但安装精度要承载力比滚柱导轨大，但安装精度要求更高，适用于结构尺寸受限制的机床求更高，适用于结构尺寸受限制的机床2021/9/2341三角三角-平面滚珠导轨平面滚珠导轨 双三角滚珠导轨双三角滚珠导轨2021/9/2342 双三角交叉滚柱导轨、滚动导轨副双三角交叉滚柱导轨、滚动导轨副2021/9/2343（2）滚动体循环）滚动体循环l行程无限，一般制造成标准件；行程无限，一般制造成标准件；l用于重载条件下，结构复杂，装卸调用于重载条件下，结构复杂，装卸调整不方便。整不方便。2021/9/2344滚动导轨副滚动导轨副滚动导轨副滚动导轨副2021/9/2345 滚动导轨块滚动导轨块 2021/9/23462021/9/2347 滚动导轨副滚动导轨副 1-定导轨定导轨；2-机身；机身；3-运动件；运动件；4-动导轨；动导轨；5-调整螺钉调整螺钉；6-塞块；塞块；7-偏心调整销轴偏心调整销轴2021/9/2348 滚珠轴承导轨滚珠轴承导轨1-承导件承导件；2-偏心轴偏心轴；3-滚珠轴承滚珠轴承；4-轴承支架；轴承支架；5-摆杆摆杆；6-轴承轴承 ；7-小轴小轴 ；8-左轴承；左轴承；9-工作台；工作台；10-弹簧；弹簧；11-螺钉；螺钉；12-丝杠；丝杠；A、B-导轨面；导轨面；01-摆杆转动中心；摆杆转动中心；02-轴承回转中心轴承回转中心2021/9/2349 滚动轴承及其偏心轴机构滚动轴承及其偏心轴机构2021/9/2350滚动导套副滚动导套副2021/9/2351闭式液体静压导轨副工作原理闭式液体静压导轨副工作原理2021/9/2352卸荷导轨工作原理图卸荷导轨工作原理图1、3、6-主导轨；主导轨；2、4、5-辅助导轨；辅助导轨；7-活塞销；活塞销；8-弹簧；弹簧；9-滚动轴承；滚动轴承；10-调节螺钉；调节螺钉；11-手柄手柄2021/9/23533、滚动导轨的预紧、滚动导轨的预紧目的：目的：提高刚度提高刚度预紧的方法：预紧的方法：采用过盈配合采用过盈配合采用调整元件采用调整元件2021/9/23541）采用过盈配合）采用过盈配合2021/9/23552）采用调整元件）采用调整元件2021/9/2356