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,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第十二章 直线运动导轨,参考文献,张策主编，,机械原理与机械设计,（下册），机械工业出版社，,2004,蒋秀珍主编，,机械学基础,，科学出版社，,2004,陈立德主编，,机械制造装备设计,，高等教育出版社，,2006,其他有关导轨的相关书籍,主要内容,第一节 概述,第二节 滑动摩擦导轨,第三节 滚动摩擦导轨,第四节 其它类型的导轨简介,第一节 概述,作用,：,支承和引导运动部件按给定方向作往复直 线运动。,基本组成,:,运动件、承导件,静导轨 导轨副中设在支承构件上的，其导轨面为承导面，比较长。,动导轨 设在运动件上的，导轨面一般较短,。,各种导轨,导轨的导向原理（,保留一个移动自由度,）,导轨的导向面,棱柱面,圆柱面,第一节 概述,x,y,z,导轨的分类,按摩擦性质分,滑动摩擦导轨 滚动摩擦导轨,弹性摩擦导轨 流体摩擦导轨,按结构特点分,力封式,借助外力保证运动件和承导件导轨面间的接触。,自封式,依靠导轨本身的几何形状保证运动件和承导件导轨面间的接触。可以承受倾覆力矩。,第一节 概述,导轨的基本要求,导向精度,直线度,平行度,运动轻便、平稳、低速时无爬行现象,耐磨性好 精度保持性,对温度变化的不敏感性,足够的刚度,结构工艺好,第一节 概述,第二节 滑动摩擦导轨,运动件与承导件直线接触。,优点,：结构简单、接触刚度大。,缺点,：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。,滑动摩擦导轨截面的常用形式,凸形导轨,不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。,凹形导轨,与上相反，高速导轨，需保护装置。,第二节 滑动摩擦导轨,圆柱面导轨,优点：加工和检验比较简单，易于达到较高精度。,缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。,防转结构,示例,导轨的配合,导轨的表面粗糙度,第二节 滑动摩擦导轨,棱柱面导轨,三角形导轨,导向精度高，无间隙，可自动补偿磨损。,矩形导轨,制造简单，承载能力大，需调整间隙，不能补偿磨损，导向精度低。,燕尾形导轨,制造较复杂，磨损不能补偿，尺寸紧凑，调整（间隙）方便。,组合导轨,双三角形导轨,三角形平面导轨,矩形导轨,燕尾导轨,第二节 滑动摩擦导轨,各种导轨分析,导轨间隙的调整,采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法,采用平镶条调整,图示,采用斜镶条调整,图示,第二节 滑动摩擦导轨,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,减小倾覆力矩，使运动件不被卡住,第二节 滑动摩擦导轨,很小时,，,可略去,，,h,=0,时，驱动力的作用点在运动件的轴线上，则,=0,时，驱动力的平行于运动件的轴线，则,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,不同截面形状的组合导轨，摩擦力合力位置决定驱动元件的位置。（三角导轨摩擦力大）,第二节 滑动摩擦导轨,温度变化对导轨间隙的影响,温度变化可使自封式导轨卡住或过大间隙，承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的材料。,温度影响验算,保证导轨在工作时不卡住,min,=0,保证导轨的工作精度,max,=,max,第二节 滑动摩擦导轨,D,2min,包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸,D,1max,被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸,D,2max,包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸,D,1min,被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸,导轨的刚度（静刚度）计算,导轨的最大弹性变形量不超过允许值。,设机座为绝对刚体，则导轨的刚度主要取决于在载荷作用下，运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面接触变形的大小。,计算弯曲变形将运动件及连成一体的工作台简化成梁。,措施：增大导轨尺寸、合理布置加强筋。,计算接触变形经验公式估算。,第二节 滑动摩擦导轨,p,接触面间的平均压力,C,系数，,材料要求,耐磨性、减摩性、尺寸稳定性、良好的工艺性,提高导轨耐磨性的措施,合理选择导轨的材料及热处理,常用材料,减小导轨面压强,卸载导轨,保证导轨良好润滑油膜,提高导轨精度直线度、相对位置精度、粗糙度,第二节 滑动摩擦导轨,导轨主要尺寸的确定,两导轨之间的距离,a,工作稳定前提下尽可能减小,运动件长度,L,(1.2,1.8),a,or L,2,a,承导件长度取决于运动件长度及工作行程,导轨宽度,B,F/( pL),三角形导轨的顶角（,90,）,第二节 滑动摩擦导轨,第三节 滚动摩擦导轨,型式,运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等）,特点,摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；,定位精度高；,磨损较小，寿命长，润滑方便；,结构较为复杂，加工较困难，成本较高；,对脏物及导轨面的误差比较敏感。,滚动导轨的类型及结构特点,滚珠导轨,典型结构型式,其它结构型式,滚柱导轨,常见结构型式,滚动轴承导轨,应用示例,第三节 滚动摩擦导轨,滚动导轨的预紧,预紧,增大刚度、减小磨损，结构复杂，成本增加,采用过盈装配形成预加负载,示例,用移动导轨板的方法实现预紧,示例,第三节 滚动摩擦导轨,导轨主要参数的确定,运动件的长度,隔离架限动槽长度,b,和平椭圆长度,B,滚动体的大小和数量,第三节 滚动摩擦导轨,滚动导轨的材料和热处理,滚动体材料：滚动轴承,钢（,GCr15,）,导轨材料,:,低碳合金钢 合金结构钢 合金工具钢,氮化钢 铸铁,第三节 滚动摩擦导轨,镶装式导轨结构,导轨材料钢,机座材料铸铁,导轨截面形状,a,无凸台,b,有凸台,c,带,V,形槽,第三节 滚动摩擦导轨,镶装式导轨结构,导轨全长与机座接触 导轨变形示意图,第三节 滚动摩擦导轨,第四节 其它类型导轨简介,弹性摩擦导轨,静压导轨,弹性摩擦导轨,弹性摩擦导轨,弹性摩擦导轨,优点,摩擦力极小；,没有磨损，不需润滑；,运动灵便性高；,当运动件位移足够小时，精度很高，可达极高分辨率。,缺点：,只能作很小的移动,。,静压导轨简介,导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，保证液体或气体摩擦。,液体静压导轨,分类：,开式静压导轨,闭式静压导轨,优点：摩擦系数小、无磨损、承载能力大、导轨温升小、抗振性好。,气体静压导轨,开式、闭式、,负压吸浮式气垫导轨,导向精度,导轨在垂直平面和水平面内的直线度,导向精度,导轨间的平行度,有防转结构的圆柱面导轨,平面、凸起、凹槽、辅助导向面,双三角形导轨,导向精度高、承载能力大、精度保持性好；对温度变化较敏感。,三角形平面导轨,导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感性，工艺性好；磨损后不能自动调整间隙。,矩形导轨,承载能力和刚度较大，结构简单，磨损后不能自动补偿间隙。,a) A,导向面,（距离小，受温度影响小）,，,B,、,C,承载面。,燕尾导轨,结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活性差。,平镶条调整,制造容易、但易变形，用于受力较小导轨。,斜镶条调整,调整容易、受力均匀，但制造较难。,常用材料,铸铁,HT200,、,HT300,、高磷铸铁等,表面淬火、镀铬、涂钼等,钢 碳素钢,(40,、,T8A),、合金钢,(20Cr,、,40Cr),渗碳、高频淬火等；镶装导轨,有色金属 黄铜、锡青铜、超硬铝、铸铝,工程塑料 聚四氟乙烯、聚酰胺等,涂层、软带、复合导轨板,导轨热处理后，需时效。,不同材料匹配使用,铸铁,-,淬火钢、,铸铁,-,塑料、钢,-,青铜等,减小导轨面压强,卸载导轨,静压卸载导轨,减小导轨面压强,卸载导轨,水银卸载导轨,浮子,水银槽,减小导轨面压强,卸载导轨,机械卸载导轨,刚度合适的弹簧,滚珠导轨,典型结构型式,力封式,滚珠导轨,典型结构型式,自封式,滚珠导轨,改善措施,预先磨出一窄条圆弧面的浅槽,采用双圆弧滚珠导轨,滚珠导轨,其它结构型式,滚珠导轨,其它结构型式,滚珠循环导轨,滚柱导轨,交叉滚柱,V,平导轨,a,）,V,平滚柱导轨,b,）,滚动轴承导轨,万能工具显微镜纵向导轨,过盈预紧,移动预紧,液体静压导轨,开式静压导轨,结构简单，但承受倾覆力矩的能力较差。,液体静压导轨,闭式静压导轨,气体静压导轨,负压吸浮式气垫的工作原理,气体静压导轨,两坐标负压吸浮式气垫导轨,over,
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