2.5-导向支撑部件的选择与设计解析

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第五节 导向支承部件的选择与设计
一.导轨副的组成、种类及其应满足的要求 二.滑动导轨副的结构及选择 三.滚动导轨副的类型与选择 四.静压导轨副工作原理
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一.导轨副的组成、种类及其应满足的要求
1.作用：支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的
运动方向运动，这样的运动通常被称为导轨副，简称导
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常用导轨副的结构原理
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4.导轨的基本要求（6项）： (1)导向精度高 (2)刚度好 (3)运动轻便平稳 (4)耐磨性好 (5)温度变化影响小 (6)工艺性好
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（1）导向精度高：导轨按给定方向运动的准确程度要高。
轨。运动方向为直线的被称为直线运动导轨副；运动方 向为回转的被称为回转运动导轨副。
2.组成：导轨副主要由承导件 1 和 运动件 2 组成。如右图所示。
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3.种类：常用的导轨副可按摩擦性质和结构特点分类。
按摩擦性质分为：
（1）滑动导轨：两导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。
（2）滚动导轨：两导轨导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等。 （3）气(液)体导轨：导轨的运动件与导向支承件之间充压力油或气。 按结构特点分： （1）开式导轨：借助重力或弹簧弹力保证运动件和承载面接触。 （2）闭式导轨：靠导轨本身形状保证运动件和承载面接触。
性，主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择； (6)工艺性好：结构简单，制造容易，装拆、调整、维修及检测 方便。
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5.导轨副的设计内容 (1) 根据工作条件，选择合适的导轨类型； (2)选择导轨的截面形状，以保证导向精度；
(3)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
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(4)耐磨性好：导轨在长时间使用后，仍能保持一定导向精度的
能力；主要取决于导轨的结构、材料、摩擦性质、表面粗糙度、 表面硬度、表面润滑及受力情况等；为此需要对导轨进行正确
的润滑与保护。
(5)温度变化影响小：导轨在环境温度变化的情况下仍能正常工
作，既不卡死，也不影响系统的精度；导轨对温度变化的敏感
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2. 滑动导轨副的组合形式
（1）双三角形导轨组合
（2）双矩形组合
（3）三角形--矩形组合 （4）三角形--平面导轨组合 （5）燕尾形--矩形导轨组合
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（1）双三角形导轨组合特点
* 这种组合突出了三角形导轨的优缺点，导向精度高，能自动补
偿垂直和水平方向的磨损；
影响因素：导轨的结构类型、导轨的几何精度、接触精
度、导轨的配合间隙、油膜厚度和油膜刚度、导轨和基础件 的刚度和热变形等。
对精度要求高的直线运动导轨，还要求导轨的承载面和
运动面严格分开；当运动件较重时必须设有卸荷装置，运动 件的支撑，必须符合三点定位的原理。
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几何精度： 导轨在水平、垂直平面内的直线度
围内，有足够的刚度、良好的耐磨性以及运动轻便和低速平稳性；
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5.导轨副的设计内容（续）
(4)选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，通过调整能
保持所需要的导向精度；
(5)选择合理的耐磨涂料、润滑方法和防护装置，使导轨有良
好的工作条件，以减少摩擦和磨损； (6)制订保证导轨正常工作所必需的技术条件，如选择适当的 材料，以及热处理、精加工和测量方法等。
两导轨面间的平行度
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(2)刚度好：导轨抵抗载荷的能力强。在恒定载荷作用下，
导轨刚度一般有自身、局部和接触三种刚度；可用加大尺 寸、添加辅助导轨或施加预载荷等方法提高刚度； (3)运动轻便平稳：工作时轻便省力，低速时无爬行现象
（其主要原因是摩擦系数随运动速度的变化和传动系统刚
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（2）矩形导轨特点：
* 导向精度没有三角形导轨高，磨损后不能自动补偿，须有调 整间隙装置； * 承载面（顶面）与导向面（侧面）分开，精度保持性好； * 导轨面较宽，承载能力大，刚度大； * 水平和垂直方向的位置各不相关，安装、调整、制造、检验 和修理方便。
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（3） 燕尾形特点
* 导轨磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置。两燕尾
面起压板面作用，用一根镶条就可调节水平与垂直方向的间隙； * 高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩； * 刚度较差，摩擦力较大； * 制造、检验和维修都不方便； * 用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的场合。
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二.滑动导轨副的结构及选择
1.滑动导轨副的截面形状及其特点
常见的导轨截面形状，有三角形(分对称、不对称两类)、矩 形、燕尾形及圆形四种。
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（1）三角形导轨特点 * 承载面与导向面重合，在垂直载荷的作用下，磨损后能自动补 偿，导向精度较高； * 截面角度α在90±30度范围内变化，α越小，导向精度越高，但 摩擦力也越大 * 如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用 不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面； * 缺点是导轨水平与垂直方向误差相互影响，工艺性差，制造、 检验和修理困难。
性不足）。
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1-主动件；2-弹簧-阻尼；3-运动件；4-静导轨
左图丝杆在低速运行时(如0.05mm／min)，往往不是作连 续的匀速运动而是时走时停，这就是爬行现象，右图将传动
系统和摩擦副简化为弹簧-阻尼系统，来解释爬行现象 。
为防止爬行现象的出现，可采用滚动导轨、静压导轨、贴塑料 层导轨等或在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；提高 传动系统的刚度。
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（4）圆形特点 * 磨损后很难调整和补偿间隙； * 制造方便，外圆采用磨削，内孔经过珩磨，可达到精密配合； * 圆柱导轨用于承受轴向载荷的场合； * 圆柱形导轨有两个自由度，适用于同时作直线运动和转动的 地方。若要限制转动。可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但 不能承受大的扭矩。