机电一体化系统设计课件——第2章(4)：机械系统的部件选择与设计(导轨)

3）滚针导轨
特点： 特点： 承载力比滚柱导轨大， 承载力比滚柱导轨大，但安装精度要 求更高， 求更高，适用于结构尺寸受限制的机床
三角三角-平面滚珠导轨
双三角滚珠导轨
双三角交叉滚柱导轨、滚动导轨副
（2）滚动体循环 行程无限，一般制造成标准件； 行程无限，一般制造成标准件； 用于重载条件下，结构复杂， 用于重载条件下，结构复杂，装卸调 整不方便。 整不方便。
第三节 导向支承部件的设计与选择
导向支承部件的作用是： 导向支承部件的作用是： 1）支承 ） 2）限制运动部件按给定的运动要求 ） 和规定的运动方向运动。 和规定的运动方向运动。
一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件 导轨副的组成、 1、导轨副的组成 、
承导件 运动件
导轨副
运动件
承导件
2、导轨副的分类 （1）按运动轨迹分 ）
滚动轴承及其偏心轴机构
滚动导套副
闭式液体静压导轨副工作原理
卸荷导轨工作原理图
1、3、6-主导轨；2、4、5-辅助导轨；7-活塞销； 、 、 主导轨 主导轨； 、 、 辅助导轨 辅助导轨； 活塞销 活塞销； 8-弹簧；9-滚动轴承；10-调节螺钉；11-手柄 弹簧； 滚动轴承 滚动轴承； 调节螺钉 调节螺钉； 手柄 弹簧
5）选择合理的耐磨涂料、润滑方 ）选择合理的耐磨涂料、 法和防护装置 6）制定保证导轨所必须的技术条件 ）
二、滚动导Βιβλιοθήκη Baidu副的结构及其选择 1、直线运动滚动导轨副的特点与要求 、
优点 摩擦系数小（ 摩擦系数小（0.003~0.005）运动灵活； ）运动灵活； 不易出现爬行； 不易出现爬行； 可以预紧，刚度高； 可以预紧，刚度高； 寿命长 精度高； 精度高； 润滑方便 由专业厂生产， 由专业厂生产，可以外购选用
开式V 开式V型导 较差 较高 较大 不敏感 大 轨 闭式滚珠 差 较高 较小 不敏感 较小 导轨 开式滚柱 较差 较高 小 不敏感 较大 导轨
3）选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给 ）选择适当的导轨结构及尺寸， 定的载荷及工作温度范围内，满足系统 定的载荷及工作温度范围内， 的要求。 的要求。
4）选择导轨的补偿及调整装置
滚动导轨副
滚动导轨块
滚动导轨副
1-定导轨 ； 2-机身； 3-运动件； 4-动导轨； 定导轨 机身； 运动件 运动件； 动导轨 动导轨； 机身 5-调整螺钉 ； 6-塞块； 7-偏心调整销轴 塞块； 偏心调整销轴 调整螺钉 塞块
滚珠轴承导轨
1-承导件 ； 2-偏心轴 ； 3-滚珠轴承 ； 4-轴承支架； 承导件 轴承支架； 偏心轴 滚珠轴承 轴承支架 5-摆杆 ； 6-轴承 ；7-小轴 ；8-左轴承； 左轴承； 摆杆 轴承 小轴 左轴承 9-工作台； 10-弹簧； 11-螺钉；12-丝杠； 工作台； 弹簧； 螺钉； 丝杠 丝杠； 工作台 弹簧 螺钉 A、B-导轨面；01-摆杆转动中心；02-轴承回转中心 、 导轨面 导轨面； 摆杆转动中心 摆杆转动中心； 轴承回转中心
缺点： 缺点： 抗振性差，接触应力大； 抗振性差，接触应力大； 对导轨的表面硬度、 对导轨的表面硬度、表面形状精度 和滚动体的尺寸精度要求高 结构复杂，制造困难，成本高； 结构复杂，制造困难，成本高； 对脏物比较敏感， 对脏物比较敏感，必须有良好的防 护装置。 护装置。
对滚动导轨的基本要求是： 对滚动导轨的基本要求是： 导向精度 耐磨性 刚度 工艺性
正确的润滑与保护； 正确的润滑与保护； 对于滑动导轨，采用贴塑导轨； 对于滑动导轨，采用贴塑导轨；
（4）运动的灵活性和低速运动的平稳性 减小摩擦可以提高系统运动的 灵活性和低速运动的平稳性； 灵活性和低速运动的平稳性；
为防止爬行现象的出现， 为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几 项措施： 项措施：
2、分类
滚珠导轨副 滚动体不循环 滚针导轨副 圆柱滚子导轨副 直线滚动导轨副 筏子导轨块 滚动体循环 滚动花键副 直线运动球轴承及其支 承 滚珠导轨块
（1）滚动体不循环 行程不能太长，结构简单， 行程不能太长，结构简单，制 造容易，成本较低，但施加预紧力 造容易，成本较低， 较难，刚度较低，抗振性差， 较难，刚度较低，抗振性差，不能 承受冲击载荷
采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、 采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、 贴塑导轨等； 贴塑导轨等； 在普通导轨上使用含有极性添加剂的导 轨油； 轨油； 用减小结合面、增大结构尺寸、 用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传 动链、 动链、减少传动副等方法来提高传动系 统的刚度。 统的刚度。
（5）对温度的敏感性和结构工艺性 导轨对温度变化的敏感性， 导轨对温度变化的敏感性， 主要取决于导轨材料和导轨配合 间隙的选择； 间隙的选择；
开式圆柱面导轨
开式“ 形导轨 开式“V”形导轨
闭式导轨： 闭式导轨： 只靠导轨本身的结构形式保 证运动件与承导面之间的接触。 证运动件与承导面之间的接触。
闭式圆柱面导轨
闭式直角导轨
3、导轨副应满足的基本要求 （1）导向精度高 ） 导向精度： 导向精度： 指动导轨按给定方向作直线运 动的准确程度。 动的准确程度。
结构工艺性是指系统在正常工作条 件下，应力求结构简单，制造容易， 件下，应力求结构简单，制造容易，装 调整、维修及检测方便， 拆、调整、维修及检测方便，从而最大 限度的降低成本。 限度的降低成本。
4、导轨副的设计内容 1）根据工作条件，选择合适的导轨类型 ）根据工作条件， 导轨性能的比较
导轨类型 滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 刚度 大 小 大 小 摩擦力 大 承载力 较大 小 大 抗振性 较好 差 好 高 成本 低
滚珠导轨
滚柱导轨
滚动轴承导轨
液体静压导轨
（3）按导轨副的截面形状分 三角形 矩形 燕尾形 圆形 每种又分为凸形和凹形
对称三角形
900~1200
45o
凸形
凹形
燕尾形
550 550
凸形
凹形
矩形
凸形
凹形
圆形
凸形
凹形
（4）按结构特点分为 开式导轨 闭式导轨
开式导轨 借助重力或弹簧力保证运动 件与承导面之间的接触。 件与承导面之间的接触。
影响导向精度的因素： 影响导向精度的因素： 导轨的结构 导轨的几何精度和接触精度 导轨的配合间隙 油膜厚度和油膜刚度（静压导轨） 油膜厚度和油膜刚度（静压导轨） 导轨和基础件的刚度 热变形
（2）刚性好 导轨的刚度即抵抗载荷的能力。 导轨的刚度即抵抗载荷的能力。
（3）精度的保持性
提高导轨的精度保持性方法： 提高导轨的精度保持性方法：
3、滚动导轨的预紧 目的： 目的：提高刚度 预紧的方法： 预紧的方法： 采用过盈配合 采用调整元件
1）采用过盈配合
2）采用调整元件
直线运动导轨副 回转运动导轨副
直线运动导轨副
回转运动导轨副
（2）按接触面的摩擦性质分
圆 柱型 动导 棱 轨 柱型 滑 组 合型 滚 珠型 柱（ 柱 针 型 滚 （ ） 动导 轨 滚 动导 块 轨 型 滚 滚 承 动轴 型 体介 摩 质 擦导 轨 流 弹 擦 轨 性摩 导
2）选择导轨的截面形状，以保证导向精度 ）选择导轨的截面形状，
常用导轨性能比较
结构 对温度 方向 摩擦 承载 导轨类型 工艺 变化的 精度 力 能力 性 敏感性 闭式圆柱 好 较高 较大 不敏感 小 面导轨 燕尾导轨 较差 高 大 敏感 大 耐 磨 性 较 差 好 好 较 好 较 好 成 本 低 较 高 较 高 高 较 高
1）滚珠导轨
运动件 滚珠 承导件
特点： 特点： 摩擦小，但承载能力差，刚度低， 摩擦小，但承载能力差，刚度低，不能 承受大的颠覆力矩和水平力。 承受大的颠覆力矩和水平力。 适用于载荷不超过200N的小型部件 适用于载荷不超过 的小型部件
2）滚柱导轨
运动件 滚柱 承导件
特点： 特点： 承载能力和刚度比滚珠导轨副要 高，导向性能也高； 导向性能也高； 对安装精度的要求较高