精密機械設計 第14章 導軌和基座

1、第14章 導軌和基座,直線運動導軌限制了其他五個自由度，只剩下單向的移動.,導軌的導向面,1）棱柱面,2）圓柱面,§1 導軌的作用、特點和分類,直線運動導軌的作用是支承和引導運動部件作直線運動.,導軌的組成 運動件 承導件,,導軌的分類,滑動摩擦導軌 滾動摩擦導軌 彈性摩擦導軌 流體摩擦導軌,,導軌的基本要求,導向精度高運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象耐磨性好

2、對溫度變化不敏感足夠的剛度結構工藝性好,,§2 導軌設計的基本要求,1、 導向精度導向精度是運動副的主要技術指標，它是指導軌副中運動件沿給定方向做直線或旋轉運動的精確程度,直線運動導軌幾何精度的幾項指標,① 導軌在水平平面和垂直平面的直線度,圖（a) 圖（b）為V型導軌在水平平面和垂直平面的直線度，其誤差為△。,② 導軌間的平行度和垂直度,導軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對工作平面加工精度的影響,兩導軌面的平行度,二

3、 剛度,導軌的剛度是指外力作用下導軌本身抵抗變形的能力,1—刀具；2—橫梁；3—主軸箱,1—立柱；2—縱梁；3—橫梁；4—滾動軸承；5—小車；6—滾輪；7—校正板；8—螺桿,三 耐磨性,減少磨損的措施,1．降低導軌面比壓,導軌面比壓是指導軌單位面積上承受載荷的能力，即,,,式中 p——導軌面比壓； W——作用于導軌面上的集中載荷； A——承載面積；a為導軌寬度； L——為動導軌長度。,2．良好的

4、防護與潤滑,3．正確選擇導軌副的材料和熱處理,§ 3 導軌導向設計,一、 按運動學原理設計,一個剛體在空間中有6個自由度，如圖（a）所示沿x，y，z軸的移動和繞這三個軸的轉動,,,實際中往往受到約束，如圖（b）所示。,在將導軌的形體用符號來表示：球—S、平面—P、圓柱—C、V形—VG、山形—VM的情況下，導軌副的基本單元可組合成如下六種實用類型如下。,（1）球與平面,（3）平面與平面,（4）球與V形,（5）山形與V形,（

5、6）圓柱與V形,（2）圓柱與平面,二 按誤差平均原理計算,§ 滑動摩擦導軌,滑動摩擦導軌的類型及結構特點,滑動導軌的截面形狀：1）圓柱面導軌 2）棱柱面導軌,凸形,凹形,不對稱三角形,1、圓柱面導軌,特點：防轉機構,2、棱柱面導軌,A、雙三角形導軌,C、矩形導軌,D、燕尾導軌,B、三角形－平面導軌,提高導軌耐磨性的措施,3、保證導軌良好的潤滑,導軌材料的要求： 耐磨性好， 摩擦系數(shù)小 良好的加工和熱處理性質(zhì),2

6、、減小導軌面壓強,① 鑄鐵 180～200HBS，采用表面淬火工藝，表面硬度可達 55HRC，耐磨性可提高1-3倍。② 鋼 碳素鋼和合金鋼③ 有色金屬材料④ 塑料,,1、合理選擇導軌的材料及熱處理,,4、提高導軌的精度,導軌主要尺寸的確定,寬度B,F 載荷 L 長度 【p】 壓強,V形導軌角度θ,θ =90º 制造方便,,間距LA 兩導軌之間的距離,,運動的導軌長度

7、: L=(1.2-1.8)LA,,,,,§4 滾動摩擦導軌,與滑動摩擦導軌比較，滾動導軌的特點：1、摩擦系數(shù)小，并且靜、動摩擦系數(shù)之差很小，故運動靈便， 不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;2、定位精度高，滾動導軌的重復定位誤差約為0.1－0.2 μm ，而滑動導軌的定位誤差一般為10－20 μm 。因此，當要求運動件產(chǎn)生精確微量的移動時，通常采用滾動導軌；3、磨損較小，壽命長，潤滑簡單；4、結構較為復雜，加工比較困難，成本較高

8、；5、對臟物及導軌面的誤差比較敏感；,在動、靜兩導軌面間放入滾珠、滾柱或滾針等滾動體，導軌運動處于滾動摩擦狀態(tài)，這種導軌稱為滾動導軌。,1、滾珠導軌,2、滾柱導軌與滾動軸承導軌,交叉滾柱V－平導軌,V－平滾柱導軌,滾動軸承導軌,2．滾柱（針）導軌,滾柱（針）導軌副結構形式,3．滾動軸承導軌,4．組合導軌,滾珠與滾柱組合的導軌,滾柱與長圓柱軸組合的導軌副,材料,滾動體： 滾動軸承鋼 （GCr15）導軌材料： 低碳合金

9、鋼 合金結構鋼 合金工具鋼 氮化鋼 鑄鐵,,,§ 5 基座,一 基座的結構特點及主要技術要求,精密數(shù)控銑床的結構圖,1—基座；2—工作臺；3—傳動系統(tǒng)；4—電機；5—立柱；6—控制系統(tǒng),基座與支承件的特點①尺寸較大②結構比較復雜,基座設計時應注意的問題①剛性 ②熱變形③抗振性 ④穩(wěn)定性,提高抗振性

10、的方法① 提高靜剛度 ② 減小內(nèi)部振源的振動影響。 ③ 減輕重量。 ④ 有時采取隔振措施以減小外界振源對儀器正常工作的影響。,為提高穩(wěn)定性對基座和支承件要進行時效處理的方法 ① 自然時效處理。 ② 人工時效處理。,二 、基座與支承件的結構設計,當構件承受彎曲載荷，其彎曲變形量為,,,1 、正確的選擇截面,扭曲變形量則為,,式中 K1，K2——抗彎、抗扭系數(shù)，與材料彈性模數(shù)和尺寸有關；,,,——截面抗彎、抗扭慣性矩，與構件的

11、截面形狀有關。,結論：① 空心的截面慣性矩比實心的大，即空心截面構件的剛度比實心的高。因此在相同截面面積的情況下，采用加大橫截面輪廓尺寸而減小壁厚的辦法可提高支承件的剛度。② 采用圓形空心截面能提高抗彎和抗扭剛度。采用長方開空心截面對提高長邊方向的抗彎剛度效果顯著。③ 截面為不封閉形式，抗扭剛度極差。因此，在相同的截面面積的情況下，支承件的截面最好做成四邊封閉的箱形。,2合理布置筋板和加強筋,按布置形式筋板分,,縱向筋板,橫向

12、筋板,斜置筋板,筋板的布置形式,各種筋板的布置形式如圖所示,(a)，(b)和(c)都是方格式縱橫筋，其中(c)比(b)的鑄造性能好，因為(c)中筋條受力狀況好，交叉處金屬聚集較少，分布均勻，內(nèi)應力小 。,(d)、(e)是三角形和菱形筋，，不僅剛度較好，工藝也較簡單。,(f)是六角（蜂窩）形筋，抗彎、抗扭剛度較好，鑄件均勻收縮，內(nèi)應力小，不易斷裂，但其鑄造泥芯很多。,(f)是六角（蜂窩）形筋，抗彎、抗扭剛度較好，鑄件均勻收縮，內(nèi)應力小，不

13、易斷裂，但其鑄造泥芯很多。,(g)、(h)形筋鑄造工藝也較復雜，但剛度很好。,一般筋條采用直筋或人字形筋,筋條的形狀,三 基座與支承件的材料選擇,材料,,鑄鐵,鋼板,花崗巖,花崗巖的優(yōu)點：穩(wěn)定性好 、加工簡便 、保養(yǎng)簡便 、溫度穩(wěn)定性好 、吸振性好 、不導電，抗電磁、價格便宜 。,彈性摩擦導軌,彈性摩擦導軌的優(yōu)點：1、摩擦力極?。?、沒有磨損，不需潤滑；3、運動靈便性高；4、當運動件的位移足夠小時，精度很高，可以達到極高的分辨

14、率。彈性導軌的主要缺點：運動件只能作很小的移動，大大限制了其使用范圍。,靜壓導軌,1、液體靜壓導軌,開式靜壓導軌,液體靜壓導軌的優(yōu)點：①摩擦系數(shù)很小（起動摩擦系數(shù)可小至0.0005），可使驅動功率大大降低，運動輕便靈活，低速時無爬行現(xiàn)象；②導軌工作表面不直接接觸，基本沒有磨損，能長期保持原始精度，壽命長；③承載能力大，剛度好；④摩擦發(fā)熱小，導軌溫升??；⑤油液具有吸振作用，抗振性好；靜壓導軌的缺點；結構復雜，需要一套供油