机电装备设计(9)ppt课件
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第四章 机电装备支承件和导轨设计 Bearing Part And Guideway Design for Electro-mechanical Equipment
4.6 导轨的类型及基本要求 4.7 滑动导轨设计 4.8 卸荷导轨设计 4.9 滚动导轨设计 4.10 润滑与防护、提高耐磨性的措施
本节 主要 内容
精选ppt
5
4.6.2 导轨副应满足的要求
1、导向精度
定义：运动导轨的实际运动方向与给定运动方向之间的偏差。
影响导向精度的主要因素：导轨的几何精度、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等。
2、接触精度
定义：导轨副摩擦表面的实际接触面积占理论接触面积的百分比。
3、精度保持性
主要由导轨的耐磨件决定。影响因素有磨损性质、载荷状况、
导轨材料、工艺方法和润滑防护条件等。
4、低速运动平稳性
低速运动速度可达0.05mm/min 。
5、刚度
6、结构简单、工艺性好等。 精选ppt
6
4.7 滑动导轨
4.7.1 材料与热处理
对导轨材料的要求和匹配
●材料应具有良好的耐磨件、摩擦因数小和动静摩擦因
数差小；
● 加工和使用时产生的内应力小，工艺性和尺寸稳定性
• 镶钢导轨材料有几类： ① 合金工具钢或轴承钢，牌号为9Mn2V、GrWMn、GGr l5
等。整体淬硬，硬度≥60 HRC；
② 高碳工具钢，牌号为T8A、T10A等，整体淬硬，硬度 ≥58HRC； ③ 中碳钢。牌号为45或40C r ，整体淬硬，硬≥48HRC； ④ 低碳钢，牌号为20 C r，渗碳淬硬，硬度≥61HRC ；
精选ppt
1
4.6 导轨的类型及基本要求
4.61 功用和分类
功用：使运动部件沿一定的轨迹(直线或圆周)运
动，并承受运动部件上的载荷即起导向和承载作
用。
在导轨副中，运动的一方称作运动导轨，不
动的一方称作支承导轨。支承导轨用以支承和约
束运动导轨，使之按功能要求作正确运动。
精选ppt
2
分类
按运动导轨的轨迹分：
⑤ 氮化钢，牌号为38CrMoALA以，氮化处理，表面硬度
≥850HV（相当于64～65HRC精选)p。pt
12
• 有色金属
• 用于镶装导轨的有色金属板的材料，主要有：锡青铜
ZCuSn6Pb6Zn3、铝青铜ZCuAl9Mn2和锌合金ZZuAl-10-5
等。
多用于重型机床的动导轨上，与铸铁的支撑导轨相配偶，
广泛应用。
精选Βιβλιοθήκη Baidupt
3
按结构形式分 ：开式导轨和闭式导轨
开式导轨：
● 必须借助于运动件的 自重或外载荷，保证在一 定的空间位置和受力状态 下，运动导轨和支承导轨 的工作面保持可靠的接触， 从而保证运动导轨的规定 运动。
●结构简单，但不能承受
较大颠覆力矩的作用。 精选ppt
4
闭式导轨： 借助导轨副本身的封 闭式结构，保证在变 化的空间位置和受力 状态下，运动导轨和 支承导轨的工作面都 能始终保持可靠的接 触，从而保证运动导 轨的规定运动。
好及成本低等性能；
● 导轨副应尽量由不同材料组成，如果选用相同材料，
应采用不同的热处理或不同的硬度；
● 通常动导轨用较软、耐磨性低的材料，固定导轨用较
硬和耐磨材料制造。
精选ppt
7
导软材料匹配及其相对寿命
导轨材料及热处理
铸铁/铸铁 铸铁/淬火铸铁 铸铁/淬火钢
相对 导轨材料及热处理 寿命
1 淬火铸铁/淬火铸铁 2~3 铸铁/镀鉻或喷涂钼铸铁 ＞2 塑料/铸铁
和运动速度低的导轨。
孕育铸铁： 在铁水中加入少量孕育剂硅和铝而构成的孕育铸铁，可
使铸件获得到均匀的强度和硬度。
耐磨铸铁： 高磷铸铁、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁。高磷铸铁是指磷的
质量分数高于0.3％的铸铁、耐磨性比孕育铸铁提高1倍多。磷铜钛
铸铁和钒钛铸铁是提高机床导轨耐磨性的好材料。具有力学性能
好、耐磨性比孕育铸铁高1.5～2.0倍、铸铁质量容易控制等优点，但
较大的提高，但淬火后的变形较大，增加了磨削加工
量。
精选ppt
10
电极间的短路电流控制在400～600A，工作时滚轮在 20N的压力下与HT导轨保持接触。导轨与滚轮接触产生电
热效应 Q0.24I2Rt,自行冷却。淬硬深度0.15mm左右，
硬度达55HRC。
精选ppt
11
• 钢：
• 采用淬火钢和氮化钢的镶钢导轨，可大幅度地提高 导轨的耐磨性。
用于防止撕伤、保证运动的平稳性和提高移动精度。
• 从摩擦状态和耐磨性来看，铝青铜ZCnAl9Mn2与锡青铜
ZCuSn6Pb6Zn3相仿，抗磨料磨损的耐磨性比锌合金ZZnAl-
10-5高，但锌合金的抗撕伤能力比较强。从成本来看，铝青
铜ZCnAl9Mn2比锡青铜ZCuSn6Pb6Zn3低，但比锌合金
ZZnAl-10-5高。
相对 寿命
4~5 3~4
8
注：导轨材料前边为动导轨，后面为定导轨
精选ppt
8
导轨材料与热处理
• 铸铁（灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁）
铸铁是一种成本低、有良好的减振性和耐磨性、易于铸造和切削加
工的金属材料。
灰铸铁： 应用最多的灰铸铁是HT200，铸铁—铸铁的导轨摩擦副适
用于需要手工刮研的导轨；对加工精度保持性要求不高的中等精度
直线运动导轨副：一个直线运动自由度
圆周运动导轨副：一个旋转自由度
按导轨面间的摩擦特性分：
滑动摩擦导轨副：是基础
滚动摩擦导轨副：导向精度高
液体摩擦导轨副：吸振性好，摩擦系数小
导轨面间有一层油膜，实现液体摩擦，导轨间不相互接
触，摩擦因数为0.0005～0.0010，不会磨损，有利于保持 导轨的导向精度，在低速下不宜产生爬行，在机床上得到
精选ppt
9
成本较高。目前多用于精密机床。
铸铁导轨的淬火
○ 接触电阻淬火淬硬深度很浅，对导轨耐磨性提高的
幅度不大。
○感应淬火有高频与中频感应加热淬火两种，硬度可达
45～55HRC，耐磨性可提高近两倍。中频加热淬硬层
较深，可达2～3mm。高频与中频淬火后的导轨面要进
行磨削加工。
火焰表面淬火的导轨因淬硬层深而使导轨耐磨性有
精选ppt
13
• 高分子材料
• 镶装高分子材料导轨具有摩擦因数低、耐磨性好、 抗损伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学 稳定性好、工艺简单和成本低等优点，在各类机床的 动导轨上都有应用，在精密、数控和重型机床动导轨 上的应用在逐渐增多。塑料导轨可与不淬硬的铸铁导 轨组成对偶摩擦副，也可与镶钢导轨组成对偶摩擦 副。
4.6 导轨的类型及基本要求 4.7 滑动导轨设计 4.8 卸荷导轨设计 4.9 滚动导轨设计 4.10 润滑与防护、提高耐磨性的措施
本节 主要 内容
精选ppt
5
4.6.2 导轨副应满足的要求
1、导向精度
定义：运动导轨的实际运动方向与给定运动方向之间的偏差。
影响导向精度的主要因素：导轨的几何精度、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等。
2、接触精度
定义：导轨副摩擦表面的实际接触面积占理论接触面积的百分比。
3、精度保持性
主要由导轨的耐磨件决定。影响因素有磨损性质、载荷状况、
导轨材料、工艺方法和润滑防护条件等。
4、低速运动平稳性
低速运动速度可达0.05mm/min 。
5、刚度
6、结构简单、工艺性好等。 精选ppt
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4.7 滑动导轨
4.7.1 材料与热处理
对导轨材料的要求和匹配
●材料应具有良好的耐磨件、摩擦因数小和动静摩擦因
数差小；
● 加工和使用时产生的内应力小，工艺性和尺寸稳定性
• 镶钢导轨材料有几类： ① 合金工具钢或轴承钢，牌号为9Mn2V、GrWMn、GGr l5
等。整体淬硬，硬度≥60 HRC；
② 高碳工具钢，牌号为T8A、T10A等，整体淬硬，硬度 ≥58HRC； ③ 中碳钢。牌号为45或40C r ，整体淬硬，硬≥48HRC； ④ 低碳钢，牌号为20 C r，渗碳淬硬，硬度≥61HRC ；
精选ppt
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4.6 导轨的类型及基本要求
4.61 功用和分类
功用：使运动部件沿一定的轨迹(直线或圆周)运
动，并承受运动部件上的载荷即起导向和承载作
用。
在导轨副中，运动的一方称作运动导轨，不
动的一方称作支承导轨。支承导轨用以支承和约
束运动导轨，使之按功能要求作正确运动。
精选ppt
2
分类
按运动导轨的轨迹分：
⑤ 氮化钢，牌号为38CrMoALA以，氮化处理，表面硬度
≥850HV（相当于64～65HRC精选)p。pt
12
• 有色金属
• 用于镶装导轨的有色金属板的材料，主要有：锡青铜
ZCuSn6Pb6Zn3、铝青铜ZCuAl9Mn2和锌合金ZZuAl-10-5
等。
多用于重型机床的动导轨上，与铸铁的支撑导轨相配偶，
广泛应用。
精选Βιβλιοθήκη Baidupt
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按结构形式分 ：开式导轨和闭式导轨
开式导轨：
● 必须借助于运动件的 自重或外载荷，保证在一 定的空间位置和受力状态 下，运动导轨和支承导轨 的工作面保持可靠的接触， 从而保证运动导轨的规定 运动。
●结构简单，但不能承受
较大颠覆力矩的作用。 精选ppt
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闭式导轨： 借助导轨副本身的封 闭式结构，保证在变 化的空间位置和受力 状态下，运动导轨和 支承导轨的工作面都 能始终保持可靠的接 触，从而保证运动导 轨的规定运动。
好及成本低等性能；
● 导轨副应尽量由不同材料组成，如果选用相同材料，
应采用不同的热处理或不同的硬度；
● 通常动导轨用较软、耐磨性低的材料，固定导轨用较
硬和耐磨材料制造。
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7
导软材料匹配及其相对寿命
导轨材料及热处理
铸铁/铸铁 铸铁/淬火铸铁 铸铁/淬火钢
相对 导轨材料及热处理 寿命
1 淬火铸铁/淬火铸铁 2~3 铸铁/镀鉻或喷涂钼铸铁 ＞2 塑料/铸铁
和运动速度低的导轨。
孕育铸铁： 在铁水中加入少量孕育剂硅和铝而构成的孕育铸铁，可
使铸件获得到均匀的强度和硬度。
耐磨铸铁： 高磷铸铁、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁。高磷铸铁是指磷的
质量分数高于0.3％的铸铁、耐磨性比孕育铸铁提高1倍多。磷铜钛
铸铁和钒钛铸铁是提高机床导轨耐磨性的好材料。具有力学性能
好、耐磨性比孕育铸铁高1.5～2.0倍、铸铁质量容易控制等优点，但
较大的提高，但淬火后的变形较大，增加了磨削加工
量。
精选ppt
10
电极间的短路电流控制在400～600A，工作时滚轮在 20N的压力下与HT导轨保持接触。导轨与滚轮接触产生电
热效应 Q0.24I2Rt,自行冷却。淬硬深度0.15mm左右，
硬度达55HRC。
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11
• 钢：
• 采用淬火钢和氮化钢的镶钢导轨，可大幅度地提高 导轨的耐磨性。
用于防止撕伤、保证运动的平稳性和提高移动精度。
• 从摩擦状态和耐磨性来看，铝青铜ZCnAl9Mn2与锡青铜
ZCuSn6Pb6Zn3相仿，抗磨料磨损的耐磨性比锌合金ZZnAl-
10-5高，但锌合金的抗撕伤能力比较强。从成本来看，铝青
铜ZCnAl9Mn2比锡青铜ZCuSn6Pb6Zn3低，但比锌合金
ZZnAl-10-5高。
相对 寿命
4~5 3~4
8
注：导轨材料前边为动导轨，后面为定导轨
精选ppt
8
导轨材料与热处理
• 铸铁（灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁）
铸铁是一种成本低、有良好的减振性和耐磨性、易于铸造和切削加
工的金属材料。
灰铸铁： 应用最多的灰铸铁是HT200，铸铁—铸铁的导轨摩擦副适
用于需要手工刮研的导轨；对加工精度保持性要求不高的中等精度
直线运动导轨副：一个直线运动自由度
圆周运动导轨副：一个旋转自由度
按导轨面间的摩擦特性分：
滑动摩擦导轨副：是基础
滚动摩擦导轨副：导向精度高
液体摩擦导轨副：吸振性好，摩擦系数小
导轨面间有一层油膜，实现液体摩擦，导轨间不相互接
触，摩擦因数为0.0005～0.0010，不会磨损，有利于保持 导轨的导向精度，在低速下不宜产生爬行，在机床上得到
精选ppt
9
成本较高。目前多用于精密机床。
铸铁导轨的淬火
○ 接触电阻淬火淬硬深度很浅，对导轨耐磨性提高的
幅度不大。
○感应淬火有高频与中频感应加热淬火两种，硬度可达
45～55HRC，耐磨性可提高近两倍。中频加热淬硬层
较深，可达2～3mm。高频与中频淬火后的导轨面要进
行磨削加工。
火焰表面淬火的导轨因淬硬层深而使导轨耐磨性有
精选ppt
13
• 高分子材料
• 镶装高分子材料导轨具有摩擦因数低、耐磨性好、 抗损伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学 稳定性好、工艺简单和成本低等优点，在各类机床的 动导轨上都有应用，在精密、数控和重型机床动导轨 上的应用在逐渐增多。塑料导轨可与不淬硬的铸铁导 轨组成对偶摩擦副，也可与镶钢导轨组成对偶摩擦 副。