直线导轨选型培训教程

H 2 fV <1 L
为了保证运动灵活， 为了保证运动灵活，建议设计时取
H 2 fV < 0 .5 L
通过运动件轴线， 当H及a 均为零时，即驱动力 通过运动件轴线， 及 均为零时，即驱动力F通过运动件轴线 可得F=Fa，此时驱动力不会产生附加的摩擦力，导轨 此时驱动力不会产生附加的摩擦力， 可得 的运动灵活性最好，设计时应力求符合这种情况。 的运动灵活性最好，设计时应力求符合这种情况。
一、导轨的分类 按摩擦性质分 滑动导轨
两导轨面间的摩擦 性质是滑动摩擦
静压导执 动压导轨 普通滑动导轨 滚珠导轨 滚柱导轨 滚针导轨 滚动轴承导轨
滚动导轨
两导轨面间的摩擦 性质是滚动摩擦
按受力情况分 开式导轨
必须借助于外力才能保证 动、静导轨面间的接触
闭式导轨
依靠导轨本身的几何形状保 证动、 证动、静导轨面间的接触
p m ≤ [ pm ] pmax p′ max
≤ [ pmax ] ≤ [ pmax ]
不同工作条件下导轨的许用压强值不同。 不同工作条件下导轨的许用压强值不同。铸铁 导轨的许用平均压强和许用最大压强见表18－ ， 导轨的许用平均压强和许用最大压强见表 －3， 钢导轨可将表中数值提高20％～ ％～30％。 钢导轨可将表中数值提高 ％～ ％。
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（3）辅助导轨面上的压强 ） 当导轨面上作用有法向力F和倾覆力矩 和倾覆力矩M时 当导轨面上作用有法向力 和倾覆力矩 时，辅助导 轨面最大压强可按下式计算
′ p max = K ′p max
式中，pmax是主导轨面上的最大压强；K′是系数，其 是主导轨面上的最大压强； 是系数 是系数， 式中， 值见图18－ 。 值见图 －12。 当导轨面上只作用有倾覆力矩M时 当导轨面上只作用有倾覆力矩 时，辅助导轨面上的 最大压强可按下式计算
三、导轨的设计程序及内容 根据机器的工作条件、性能特点、精度要求， 根据机器的工作条件、性能特点、精度要求，选择 导轨的结构类型、导轨截面形状。 导轨的结构类型、导轨截面形状。 进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。 进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。 确定导轨副的间隙、公差和加工精度。 确定导轨副的间隙、公差和加工精度。 选择导轨材料、摩擦面硬度匹配、 选择导轨材料、摩擦面硬度匹配、表面精加工和热 处理方法。 处理方法。 选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方式与 选择导轨的预紧载荷， 装置。 装置。 选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。 选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。 选择导轨的润滑方式，设计润滑系统和防护装置。 选择导轨的润滑方式，设计润滑系统和防护装置。
2、运动部件不被卡住的条件
保证运动部件不被卡住的条件是
2H cosα 1 − f V L
2 L1 f V d − >0 − f V sin α 1 + L L
很小时， 项可略去， 当d／L很小时，上式 Vd/L项可略去，则有 ／ 很小时 上式f 项可略去
燕尾形和矩形组合
能承受倾覆力矩， 能承受倾覆力矩，用矩形导轨 承受大部分压力， 承受大部分压力，用燕尾形导轨 作侧导向面， 作侧导向面，可减少压板的接触 面。调整间隙简便。 调整间隙简便。
V形和燕尾形组合 形和燕尾形组合
组合成闭式导轨的接触面较 少，便于调整间隙。V形导轨起 便于调整间隙。 形导轨起 导向作用，导向精度高。 导向作用，导向精度高。加工和 测量都比较复杂。 测量都比较复杂。
双圆形组合
结构简单， 结构简单，圆柱面既是导 向面又是支承面。 向面又是支承面。对两导轨的平 行度要求严。导轨刚度较差， 行度要求严。导轨刚度较差，磨 损后不易补偿。 损后不易补偿。
圆形和矩形组合
矩形导轨可用镶条调整， 矩形导轨可用镶条调整，对圆 形导轨的位置精度要求较双圆形组 合要求低。 合要求低。
L − 2 fV H tan α < f V ( L + 2 L1 )
当H=0时，即驱动力 的作用点在运动部件的轴线 时 即驱动力F的作用点在运动部件的轴线 上，可得运动部件正常运动的条件为
2 f V tan α L > L1 1 − f V tan α
即驱动力F平行于运动部件轴线 平行于运动部件轴线， 当 a=0 时，即驱动力 平行于运动部件轴线， 可得
开槽
制出平面
2、常用导轨的组合形式 一条导轨往往不能承受力矩载荷， 一条导轨往往不能承受力矩载荷，故通常都采用 两条导轨来承受载荷和进行导向。 两条导轨来承受载荷和进行导向。常用滑动导轨的 组合形式有： 组合形式有： 双V形组合 形组合
两条导轨同时起着支承和导向 作用，故导轨的导向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀， 作用，故导轨的导向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀， 磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这种导轨的制造、 磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这种导轨的制造、 检验和维修都比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触， 检验和维修都比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触， 刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。 刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。
二、导轨的基本要求 导向精度 指运动部件按给定方向作直线运动的准确 程度。 程度。 精度保持性 指导轨在工作过程中保持原有几何精度 的能力。 的能力。 包括低速运动平稳、无爬行、定位准确。 运动精度 包括低速运动平稳、无爬行、定位准确。 在载荷的作用下， 足够的刚度 在载荷的作用下，导轨的变形不应超过 允许值。 允许值。 导轨的结构应力求简单、便于制造、 结构工艺性好 导轨的结构应力求简单、便于制造、 检验和调整，从而降低成本。 检验和调整，从而降低成本。 具有良好的润滑和防护装置
′ pmax = K ′′pmax
式中系数K″查表 － 。 式中系数 查表18－2。 查表
（4）许用压强 ） 为了保证导轨有足够的耐磨性，设计导轨时， 为了保证导轨有足够的耐磨性，设计导轨时， 应使导轨面上的平均压强不超过许用平均压强， 应使导轨面上的平均压强不超过许用平均压强， 最大压强不超过许用最大压强， 最大压强不超过许用最大压强，即
二、导轨间隙的调整 为了保证导轨正常工作， 为了保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应 保持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力， 保持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过 大又会降低导向精度。为此常采用镶条 压板来调 镶条和 大又会降低导向精度。为此常采用镶条和压板来调 整导轨的间隙。 整导轨的间隙。
圆形导轨
圆形导轨的优点是导轨面的加工和检验 比较简单，易于获得较高的精度； 比较简单，易于获得较高的精度；缺点是 导轨间隙不能调整， 导轨间隙不能调整，特别是磨损后间隙不 能调整和补偿， 能调整和补偿，闭式圆形导轨对温度变化 比较敏感。 比较敏感。 为防止转动， 为防止转动，可在圆柱表面开槽或加工出平面
p max
F 6M = + 2 bL bL
当M/(FL)>1/6时，主导轨面上的最小压强为负， 时 主导轨面上的最小压强为负， 应采用辅助导轨面和压板。此种情况下， 应采用辅助导轨面和压板。此种情况下，主导轨面 上的最大压强可按下式计算
p max = p m ( K m + K ∆ )
式中， 为考虑压板和辅助导轨面的影响系数， 式中，Km为考虑压板和辅助导轨面的影响系数，见 图18－10；为间隙影响系数，见图 －11（a）。 － ；为间隙影响系数，见图18－ （ ）。 当导轨上只有倾覆力矩作用时（ ），考虑间 当导轨上只有倾覆力矩作用时（F=0），考虑间 ）， 刚度的影响， 隙、刚度的影响，取
第二节
滑动导轨
一、滑动导轨的类型、特点及应用 滑动导轨的类型、 滑动导轨的动、静导轨面直接接触。 滑动导轨的动、静导轨面直接接触。其优点是结构 简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、 简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低 速运动时易产生爬行现象。 速运动时易产生爬行现象。 1、导轨截面的基本形式 V形导轨 形导轨
V形和平面形组合 形和平面形组合
这种组合保持了双V形组合导向精度 这种组合保持了双 形组合导向精度 承载能力大的特点， 高、承载能力大的特点，避免了由于热 变形所引起的配合状况的变化， 变形所引起的配合状况的变化，且工艺 性比双V形组合导轨大为改观 形组合导轨大为改观， 性比双 形组合导轨大为改观，因而应 用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀， 用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀， 磨损后不能自动调整间隙。 磨损后不能自动调整间隙。
1、镶条 平镶条
楔形镶条
2、压板
（a）用磨或刮压板的结合面来调整； ）用磨或刮压板的结合面来调整； （b）用改变垫片的厚度来调整 ）
三、滑动导轨的设计计算 1、压强验算 导轨的失效形式主要是磨损， 导轨的失效形式主要是磨损，而导轨的磨损又 与导轨表面的压强密切相关。 与导轨表面的压强密切相关。 （1）导轨面上的压强 ） 假设： 导轨本身刚度大于接触刚度， 假设：①导轨本身刚度大于接触刚度，只考虑接 触变形对压强的影响； 触变形对压强的影响；②接触变形和压强沿导轨 长度方向线性分布，沿导轨宽度方向均匀分布。 长度方向线性分布，沿导轨宽度方向均匀分布。
机械设计
第一节 概述 第二节 滑动导轨 第三节 滚动导轨
第十八章
直线导轨
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第一节 概述
直线导轨的作用是支承和引导运动部件按给定 直线导轨的作用 是支承和引导运动部件按给定 的方向作往复直线运动。 的方向作往复直线运动 。 两个作相对运动的部件 形成一对导轨副 导轨副。 形成一对导轨副。 设在支承部件2上的 设在支承部件 上的 配合面称为静导轨 静导轨； 配合面称为静导轨； 设在运动部件1上的配 设在运动部件 上的配 合面称为动导轨 动导轨。 合面称为动导轨。 具有动导轨的运动部件常称为工作台、滑台、 具有动导轨的运动部件常称为工作台、滑台、 滑板、导靴、头架等。 滑板、导靴、头架等。
当导轨面上作用有法向力F和倾覆力矩 时 当导轨面上作用有法向力 和倾覆力矩M时 和倾覆力矩 最大压强
p max
F 6M = + 2 bL bL F 6M = − 2 bL bL
最小压强
p min
平均压强
F pm = bL
（2）导轨面上的最大压强 ） 当M/(FL)<1/6时，主导轨面上的最小压强为正， 时 主导轨面上的最小压强为正， 可以用开式导轨。这时， 可以用开式导轨。这时，主导轨面上的最大压强用 前式计算， 前式计算，即
导轨磨损后能自动补偿， 导轨磨损后能自动补偿，故导向 精度较高。 精度较高。它的截面角度由载荷大 小及导向要求而定，一般为90° 小及导向要求而定，一般为 °。
矩形导轨
结构简单，制造、检验和修理较易。 结构简单，制造、检验和修理较易。矩形 导轨可以做得较宽， 导轨可以做得较宽，因而承载能力和刚度较 应用广泛。 大，应用广泛。缺点是磨损后不能自动补偿 间隙，用镶条调整时，会降低导向精度。 间隙，用镶条调整时，会降低导向精度。
燕尾形导轨
主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。 主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺 点是几何形状比较复杂， 点是几何形状比较复杂，难于达到很高的配 合精度，并且导轨中的摩擦力较大， 合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵 活性较差，因此， 活性较差，因此，通常用在结构尺寸较小及 导向精度与运动灵活性要求不高的场合。 导向精度与运动灵活性要求不高的场合。
矩形和平面形组合
承载能力高，制造简单。 承载能力高，制造简单。间隙受温度 影响小，导向精度高。 影响小，导向精度高。容易获得较高的 平行度。侧导向面间隙用镶条调整， 平行度。侧导向面间隙用镶条调整，侧 向接触刚度较低。 向接触刚度较低。
双矩形组合
特点与矩形和平面形组合相同， 特点与矩形和平面形组合相同， 但导向面之间的距离较大， 但导向面之间的距离较大，侧向 间隙受温度影响大， 间隙受温度影响大，导向精度较 矩形和平面形组合差。 矩形和平面形组合差。
′ ′ pmax = pM ( K m + K ∆ )
式中
6M pM = 2 bL
为由倾覆力矩引起的最大压 强（MPa）； ）；
系数K 根据参数 按表18－ 选取 根据参数m按表 选取， 系数 m′根据参数 按表 －2选取， K∆′系数根据 系数根据 参数m和按图 和按图18－ （ ）选取。 参数 和按图 －11（b）选取。