第九章 导轨.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 导轨,第一节 导轨的功用、分类和应满足的要求,一、导轨的功用和分类,1,、导轨的功用,功用是,导向,和,承载,。在导轨副中，运动的一方叫做,动导轨,，不动的一方叫做,支承导轨,。,2,、导轨的分类,1,）,按,运动轨迹,分,直线,运动导轨,圆周,运动导轨,主运动,导轨,动导轨与支承导轨之间相对运动,速度较高。,2,）,按,工作性质,分,进给运动,导轨,动导轨与支承导轨之间相对运,动速度较低。机床中多数导轨,属于进给导轨。,移置,导轨,只用于调整部件之间的相对位置，,移置后固定，,在加工时没有相对,运动。,3,）,按,摩擦性质,分,滑动,导轨,静压,导轨,两导轨面间有一层静压油膜，属于纯液体,摩擦，多用于进给运动导轨。,动压,导轨,当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，,液体的动压效应使导轨油腔处出现压力油,楔，把两个导轨面分开，形成液体摩擦，,这种导轨只用于高速场合，故仅用作主运,动导轨。,普通滑动,导轨,混合摩擦导轨，速度不高，导轨面仍处,于直接接触状态。大多数普通滑动导轨,属于这一类。,滚动,导轨：两导轨面间装有滚动元件，具有滚动摩擦的性质，广泛,地应用于进给运动和旋转主运动。,4,）,按,受力情况,分,开式,导轨,在重力和外载作用下，使导轨面能保持始终贴合。,闭式,导轨,在外力作用下，产生大的倾覆力,矩，使导轨面不能始终保持贴合。,二、导轨应满足的要求,1,、导向精度,导轨在空载下运动和切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。,（,1,）,几何精度,直线运动的导轨,导轨在,竖直平面,内的直线度（简称,A,项精度）,导轨在,水平平面,内的直线度（简称,B,项精度）,两导轨面间的,平行度,（简称,C,项精度）,其精度值可参考有关机床精度检查标准。,（,2,）,接触精度,磨削和刮研的导轨表面，接触精度,按,JB2278,的规定，采用,着色法,进行检查，用接触面所占的百分比或,2525,平方毫米面积内的接触点数衡量。,影响导向精度的因素：,制造精度；导轨的结构形式；装配质量；导轨及其支承件的刚度和热变形；对于动压和静压导轨还有油膜刚度。,2,、精度保持性,其影响因素主要是,磨损,。,提高耐磨性以保持精度是提高机床质量的主要内容之一。,常见的磨损有：磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳。,3,、低速运动平稳性,即,不出现爬行现象,。,其平稳性与导轨的结构、材料和润滑有关；与动、静摩擦系数的差值有关；与传动导轨运动的传动链的刚度等因素有关。,4,、结构简单、工艺性好,：设计时要注意使导轨的制造和维护方便。,第二节 导轨的材料,对导轨材料的主要要求是：耐磨性高、工艺性好和成本低等。,一、铸铁,铸铁是一种成本低，优良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。在,动导轨,和支承导轨,中都有应用。,灰铸铁,：在润滑与防护较好的条件下有一定的耐磨,性。,HT200,。,精度不高，次要导轨。,孕育铸铁,：耐磨性高于灰铸铁。,HT300,。,普通精度。,耐磨铸铁,：含合金元素，耐磨性高于孕育铸铁。,精密机床。,热处理：导轨的表面淬火，采用淬火的方法提高铸,铁导轨表面的硬度，增强抗磨料磨损、粘,着磨损的能力，防止划伤与撕伤，提高导,轨的耐磨性。,二、钢,采用,淬火钢,或,氮化钢,的镶钢支承导轨，可大幅度提高导轨的耐磨性。,镶钢导轨材料有几类：,（,1,）,合金工具钢或轴承钢,，牌号为,9Mn2V,、,CrWMn,、,GCr15,等；,（,2,）,高碳工具钢,，牌号为,T8A,、,T10A,等；,（,3,）,中碳钢,，牌号为,45,、,40Cr,；,（,4,）,低碳钢,，牌号为,20Cr,；,（,5,）,氮化钢,，牌号为,38CrMoAlA,。,镶钢导轨工艺复杂、加工较困难、成本也较高，,多用于数控机床和加工中心上,。,三、有色金属,用于,镶装,导轨的有色金属板材料，主要有锡青铜,ZQSn6-6-3,和铝青铜,ZQAl9-4,。,它们多用于,重型机床的动导轨,上。这种材料的优点是耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动的平稳性和提高移动精度。,四、塑料,优点是摩擦系数低、耐磨性高、抗撕拉能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低。在各类机床上都有应用，特别是用在,精密、数控和重型机床的动导轨,上。,五、导轨副材料的选用,在导轨副中，为了提高耐磨性和防止咬焊，,动导轨和支承导轨,应分别采用,不同的材料,。如果采用相同的材料，也应采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。,第三节 滑动导轨的结构,一、导轨的截面形状与组合,1,、导轨的截面形状：,三角形,、,矩形,、,燕尾形,和,圆形,。一对导轨副,一凸一凹,。,2,、,窄式、宽式导轨,窄式导轨：,用一条导,轨面的两侧面导向，,导向精度高。,宽式导轨：,用两条导,轨的两外侧面导向。,3,、导轨的组合,（,1,）,双三角形导轨（,12-3a,）,：,导向性和精度保持性都高,，,磨损时会自动补偿磨损量,，加工、检验和维修都比较困难，多用于精度要求较高的机床。,（,2,）,双矩形导轨（,12-3b,）,：,这种导轨的刚度高，,承载能力高,，,加工,、检验和维修都,方便,。矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整。,（,3,）,三角形和矩形导轨的组合（,12-3c,）,：,兼有,导向性好、制造方便和刚度高,的优点而应用很广。,（,4,）,燕尾形导轨（,12-3d,）,：,可以,承受颠覆力矩,，是闭式导轨中接触面最少的一种结构，间隙调整方便。这种导轨刚性较差，加工、检验和维修都不大方便，适用于受力小，层次多、要求间隙调整方便的地方。,（,5,）,矩形和燕尾形导轨的组合（,12-3e,）,兼有,调整方便和能承受较大力矩,的优点，多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副等。,（,6,）,双圆柱导轨的组合（,12-3f,）,：,制造方便，,不易积存较大的切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后也不易补偿。常用于移动件只受轴向力场合。,二、导轨间隙的调整,原因,：配合过紧不仅操作费力还会加快磨损；配合过松则将影响运动精度，甚至会产生振动。,1,、镶条,镶条用来调整,矩形导轨和燕尾形导轨,的侧隙，以保证导轨面的正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧。常用的有,平镶条和楔形镶条,两种。,（,1,）平镶条：靠调整螺钉移动镶条的位置调整间隙。调整方便，制造容易，镶条较薄时，容易变形，刚度较低。目前应用已较少。,（,2,）楔形镶条：调整螺钉带动镶条作纵向移动以调节间隙。比平镶条刚度高，但加工稍困难。,2,、压板,用于调整,辅助导轨,面的间隙和承受颠覆力矩。,这种方式构造简单，应用较 这种方法比刮、磨压板方便，,多，但调整要麻烦些。但调整量受垫片厚度的限制，,而且降低了结合面的接触刚度。,第四节 滑动导轨的验算,一、验算滑动导轨的步骤,、受力分析,、计算导轨的压强,二、导轨的受力分析,三、按线性分布,的导轨的压强,每个导轨面上所受的载荷，都可归结为一个,集中力,F,和一个,倾覆力矩,M,。,F,在动导轨上引起的压强,（,MPa,）,为：,p,F,=F/,aL,M,在动导轨上引起的压强,（,MPa为,所以,p,M,=6M/aL,2,由于力,F,与力矩,M,同时作用，因此导轨所受的最大、最小和平均压强分别为,1.,当,6M/FL=0,，即,M=0,时，导轨面上的压强,p=,p,max,=,p,min,=,p,av,，这时导轨的受力情况最好，但这种情况在切削时实际上几乎是不存在的。,2.,当,0,6M/FL,1,，这是一种较好的受力情况。,3.,当,6M/FL=1,，,p,min,=0,，这是一种使动导轨与支承导轨在全长接触的临界状态。,4.,当,6M/FL,1,，应采用有压板的闭式导轨。,压板与辅助导面间的间隙为，主导轨面的间隙为,。,当 ,时，压板不起作用。,当,时，压板起作用。第五节 各种滑动导轨的设计特点,一、动压导轨,二、普通滑动导轨,三、静压导轨,四、卸荷导轨,1,、机械卸荷导轨,2,、液压卸荷导轨,3,、自动调节气压卸荷导轨,第七节 导轨的润滑与防护,一、导轨的润滑,1,、润滑的目的、要求与方式,润滑的目的：,是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温,度和防止生锈。,润滑要求：,供给导轨清洁的润滑油，油量可以调节，,尽量采取自动和强制润滑，润滑元件要可靠，要有安,全装置。,润滑方式：,人工定期向导轨面浇油；在运动部件上装,油杯，使油沿油孔流或滴向导轨面；在运动部件上装,润滑电磁泵或手动润滑泵。,2,、润滑油的选择,导轨常用的润滑剂有,润滑油,和,润滑脂,，,滑动导轨用润,滑油,，,滚动导轨则两种都可用,。,导轨润滑油的粘度可根据导轨的工作条件和润滑方式,选择。,高速,低载荷可用,粘度较低,的油，反之则用粘度,较高的油。,滚动导轨支承多采用润滑脂润滑。优点是不会泄漏，,不需经常加油；缺点是尘屑进入后易磨损导轨，因此,对防护要求较高，易被污染又难以防护的地方，可用,润滑油润滑。,二、导轨的防护,防止或减少导轨副磨损的重要方法之一，就是对导轨,进行防护。目前，防护装置已有专门工厂生产，可以,外购。,导轨防护方式有以下几种：,1,、刮板式,这种方法能刮除落在导轨面上的尘削屑，属于间接防,护装置。这种装置广泛应用于外露导轨的防护。,2,、伸缩式,是把导轨全部封闭起来的结构，防护可靠，在滚动导,轨与滑动导轨中都有应用。,第八节 提高导轨耐磨性的措施,从设计角度提高耐磨性的基本思路是：尽量争取无磨,损；在无法避免磨损时尽量争取少磨损、均匀磨损以,及磨损后能够补偿，以便提高使用期限。,一、争取无磨损,磨损的原因：,是配合面在一定的压强作用下直接接触,并作相对运动。,不磨损的条件：,配合面在作相对运动时不直接接触；,接触时则无相对运动。,配合面在作相对运动时不直接接触的办法,之一是保证,完全的液体润滑，使润滑剂把摩擦面完全分隔开。,二、争取少磨损,争取无磨损只能在少数和特殊情况下才能做到。多数,情况只能争取少磨损以延长工作期限。,争取少磨损的措施：,1,、降低压强,可采用加大导轨的接触面和减轻负荷的方法来降低压,强。,2,、改变摩擦性质,用滚动副代替滑动副，可以减少磨损。,3,、正确选择摩擦副的材料和热处理,4,、加强防护,三、争取均匀磨损,磨损是否均匀对零部件的工作期限影响很大。,争取均匀磨损的措施：,1,、力求使摩擦面上压强均匀分布。,2,、尽量减少扭转力矩和倾覆力矩。,3,、保证支承件有足够的刚度。,4,、摩擦副中全长上使用机会不均的那一件硬度应高些。,四、磨损后应能补偿磨损量,磨损后间歇变大了，设计时应考虑在构造上能补偿这,个间隙。,补偿方法：,可以是自动的连续补偿，也可以是定期的,人工补偿。,第九节,低速运动平稳性,一、,爬行的现象及其影响,二、对,爬行现象的分析,（,1,）静摩擦力和动摩擦力之差，差值越大，越容易产生爬行。,（,2,）传动系统刚度越差，越容易产生爬行,（,3,）运动件的质量越大，越容易产生爬行,（,4,）当导轨面之间的阻尼较大时，有利于减轻或消除爬行。,三、产生爬行的原因,四、消除爬行的措施,设计低速运动机构时，首先应估算其临界速度。,如果所设计机构的最低速度低于临界速度时，应采取措施,降低其临界速度,，以避免产生爬行。,运动部件的质量往往由于结构要求成为定值，阻尼比目前研究得还不充分，改善措施也不很多。,（一）减小静、动摩擦系数之差,1,）采用导轨油,2,）以滚动摩擦代替滑动摩擦,3,）采用卸荷寻轨和静压导轨,4,）采用减摩导轨材料,(,二）提高传动系统刚度,1,）,机械传动,：尽可能缩短传动链，以减少弹性变形量；适当提高未端传动副的刚度；合理分配传动比，使多数传动件受力较小。,2,）,液压传动,：液压传动机构受力后的变形来自油的可压缩性以及活塞杆、活塞杆座等的变形。因此，要防止油中混入空气泡和注意提高活塞杆及活塞杆座的刚度。,