导轨设计与寿命计算

第一节 导 轨 概 述导轨的功用 —— 导向和承载导轨副 —— 由两根相互接触、并能作相对运动的导轨组成一根导轨运动、一根导轨固定（运动导轨在上，固定导轨在下）一根导轨较短、一根导轨较长（通常将长导轨作为固定导轨）以下G、h）两图屮，假设工作台而长度s导轨副接触而 长度.导轨行程均相筹口同定导轨① a）图支承刚度明显好于b）图② 短导轨更易磨损显然，a）图短导轨卸下（拿去修复）更容易一、导轨的分类1．按运动轨迹分直线运动导轨圆周运动导轨2．按工作性质分主运动导轨进给运动导轨调整导轨3．按摩擦性质分1）液体摩擦动压和静压导轨）2）滑动摩擦（固体 （普通滑动导轨）磨损的基本形式是：磨粒磨损和咬合磨损磨粒磨损磨粒是指存在于导轨面间的微小硬粒（如切屑、尘粒和导轨自身的硬质点等 ，这些微小硬粒将使导轨面产生机 械划伤和磨损沟痕咬合磨损又称咬焊是指相对运动的两个表面互相咬合，并在表面产生撕裂的现象咬合的物理意义是：两接触面的分子相互渗透、吸引（同种金属，分子间的亲和力更强 ， 高温下将会产 生相互粘连、甚至咬焊运动时则被撕裂这种磨损是决不允许发生 的3）滚动摩擦固体 （滚动导轨）滚动导轨的磨损形式为疲劳磨损和压溃现象。

即，滚动体施压，被施压点弹性变形、恢复，再…，反复循环一定次数后，产生疲劳，出现点蚀更严重的，将会压出凹坑，这就是压溃现象，这种破坏也是不允许发生的4．按受力情况分开式闭式导轨的基本要求导向精度；耐磨性；低速运动平稳性；刚度三、导轨设计的步骤第二节 滑 动 导 轨普通滑动导轨通常与支承件做成一体运动导轨相对固定导轨，总是朝着个确定的方向运动所以，导轨副间的定位应消除五个自由度一、滑动导轨的结构1．直线滑动导轨的截面形状现在，滑动导轨的截面形状和尺寸已经标准化即图 8-2 所示的：(a)矩形；(b)三角形；(c)燕尾形；(d)形al (b) (c)医TT變滑动导軌的载直形狀圆Id)另外，根据导轨副中固定导轨的凹凸状态，可将导轨分为：凸形导轨 —— 固定导轨凸起状态 (用于速度较低场合)凹形导轨 —— 固定导轨凹下状态 (用于速度较高场合)［注］图8-2中的(a)和(c),在实际中均需留出间隙用以调整1) 矩形导轨矩形导轨：结构简单，承载能力强安装和调整较方便（见图 8-3b ，但磨损后不能自动补偿间隙2）三角形导轨凸三角形又称“山形”凹三角形又称“V形”当三角形导轨水平布置时 （三角形导轨一般水平布置） ，若切削力不大，在重力作用下，能自动贴紧定位面，则不需要调整。

另 外，导轨磨损后能自动补偿间隙三角形导轨：导向性好3）燕尾形导轨燕尾形导轨：尺寸小、抗颠覆；制造困难 调整比矩形困难导轨磨损后不能自动补偿间隙4）圆柱形导轨圆柱形导轨：制造工艺性好 但圆柱形导轨磨损后无法调 整间隙，因此主要用在一些承受纯轴向力（如拉床 ，或受力较小（如珩磨机和机械手）的场合2．直线运动导轨的组合形式（图 8-3）3．圆周运动导轨二、导轨的间隙调整装置1．间隙调整方法1）压如果导轨副水平放置，上导轨所带支承件足够重，且工作 时不存在颠覆力矩，则矩形或三角形导轨可不必采用闭式导轨 （燕尾形或圆柱形不存在此问题 否则，用“压板”压板 —— 调整间隙并承受颠覆力矩 由于被压紧，所以 需考虑调整间隙的大小 （见图 8-5）2)镶条镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨副的正常工作平镶条 —— 沿间隙方向，镶条的全长厚度相等平镶条的调整见图 8-6(a 斜镶条沿间隙方向，镶条的全长厚度呈一角度变化；斜镶条的调整见图 8-6(b 2．镶条的安放位置和导向面的选择Rl 8-7邸畀向与世导冋［注］图8-7为窄导向结构形式；宽导向结构形式见图8-3b第三节其它类型导轨一、卸荷导轨ra a-s訓荷导呦3—泡勃辂車* q WT：5—Kitt 5 ：—评背可以是机械式，也可以是液压式，圏是机械式卸荷导轨口主导轨面（导向、承受主要载荷）卸荷导轨 〔承受部分载荷）（适用于：大、車型机床；带密机床）动压导轨□□ .m m（bi團S 9 甜屋导轨的油蛇原理：与多油楔动压轴承相同。

［注］ 轴承单向性，导轨双向性形成压力油楔的条件：①运动速度必须高于一定数值;② 油腔沿运动方向间隙逐渐减小速度越高，油楔承载能力越强所以，适用于：主运动导轨（如：立式车床和龙门刨床的工作台导轨）三、静压导轨原理：与静压轴承相似［注］ 动压导轨：启动及低速时，具有干摩擦现象 静压导轨：无干摩擦现象四、滚动导轨目前，在数控机床上已普遍采用滚动导轨相当于滚动轴承，在动、静导轨间安放滚动体，变滑动摩擦 为滚动摩擦滚动导轨的优点：① 运动灵敏度高（一般滑动摩擦系数：静 ~ 为 0.2~0.4；动 ~ 为 0.1~0.2）② 动、静摩擦系数极为接近（基本可消除爬行现象）③ 所需牵引力小，移动轻便（功率消耗少）④ 定位精度高⑤ 精度保持性好⑥ 润滑简单（广泛采用脂润滑）滚动导轨的缺点：① 抗振性差② 防护要求高 （对赃物很敏感）③ 成本高1 ．滚动体不做循环运动的滚动导轨（图 8-11）（1）滚珠导轨图 8-11a ：闭式刚度低，承载能力较小，适用于载荷较小的机床（2）滚柱导轨图 8-11b ：开式结构简单，成本低，使用方便，应用较多图 8-11c ：闭式滚柱十字交叉，可承受多向载荷，结构相对紧凑，精度和刚度较高；但制造比较困难。

sa-jj点纜远动瀝动呂羽i3）滚针导轨承载能力强，，摩擦力较大适用于结构尺寸受限制的场合2 ．滚动体不做循环运动的滚动导轨1）直线滚动导轨副（简称“直线导轨”）图 8-17 是直线导轨的装配结构形式圖R打直线滾动0轨副洞杞优i—2剖2杭怀I i-柑坟图 8-18 是直线导轨的工作原理第四节 导轨的材料与热处理一、铸铁导轨导轨常用的铸铁有：灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等灰铸铁常选用 HT200孕育铸铁常选用HT300其耐磨性高于灰铸铁，但较硬脆，不易刮研，且成本较高常用于较精密的机床导轨耐磨铸铁中应用较多的是高磷铜钛铸铁及钒钛铸铁与孕育铸铁相比，其耐磨性提高1 ~ 2倍，但成本较高常用于精密机床导轨铸铁导轨可进行表面淬火以提高其耐磨性导轨表面的淬火 加热方法有：感应加热和火焰加热等 感应加热有高频加热（淬硬 层1.5 ~ 3mm）和中频加热（淬硬层2 ~ 3mm）两种，火焰加热的淬硬层 较深，但热变形较大，感应和火焰淬火后都必须进行磨削加工另外，电接触淬火淬硬层较浅，效果不大目前主要用于维修二、钢导轨钢导轨可镶接到铸铁或钢焊接件上常用材料有：45或 40Cr，表面淬硬至 52 ~ 58HRC；或 20Cr、20CrMnTi 等， 经渗碳并淬硬至56 ~ 62HRC。

钢导轨成本高，工艺性较差, 尤其是不能刮研，用于滑动导轨中较少三、有色金属导轨常用于重型机床的 动导轨上，与铸铁的支承导轨搭四、塑料导轨（又称“贴塑导轨”） 通过粘接或喷涂，把塑料覆盖在动导轨表面上，称为 ~ 塑料导轨的优点是：摩擦系数低；抗咬合磨损能力强（自润滑能力强 ；低速时不易出现爬行；加工简单，工艺性好；化学稳定性好（耐水、耐油 ；成本低塑料导轨的缺点是：易蠕变且承载能力低；接触刚度低；导热性差等适用于中、小型精密机床和数控机床；也可用于重型机 床上承载不太大的进给导轨；用于竖直导轨更显示其优点五、导轨材料的搭配ft? 2导軌材料的搭配JT号[】'3r^«2-^3 1>34**~5[M玄植盘■ 1iff料P W跌偉鏡铸徒耨茂琦ft第五节 导轨的防护1．刮板式(a)2, 3- t i 亍一耀皮刮極战陆护荐训2．导轨两侧的防护（附图 b）3．防护罩（附图 c、d）。