文档介绍：直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。导轨可以是一个专门的零件,也可以是一个零件上起导向作用的部分。滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大;缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。
按照机械运动学原理,一个刚体在空间有六个自由度,即沿x、y、z轴移动和绕它们转动(图3-29a)。对于直线运动导轨,必须限制运动件的五个自由度,仅保留沿一个方向移动的自由度。
导轨的导向面有棱柱面和圆柱面两种基本型式。
图3-29 导轨的导向原理
以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度,如图3-29b、c、d所示的棱柱面导轨,运动件只能沿x方向移动。棱柱面由几个平面组成,但从便于制造、装配和检验出发,平面的数目应尽量少,图中的棱柱面导轨由两个窄长导向平面组成。限制运动件自由度的面,可以集中在一根导轨上,但为提高导轨的承载能力和抵抗倾复力矩的能力,绝大多数情况是采用两根导轨。
以圆柱面相配合的两个零件,有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度,在限制转动这一自由度后,则只有沿其轴线方向移动的自由度(图3-29e)。
一、导轨的基本要求
1、导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度,它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。导轨的几何精度可用线值或角值表示。
图3-30导轨的几何角度
(1)导轨在垂直平面和水平面内的直线度如图3-30a、b所示,理想的导轨面与垂直平面A-A或水平面B-B的交线均应为一条理想直线,但由于存在制造误差,致使交线的实际轮廓偏离理想直线,其最大偏差量
△即为导轨全长在垂直平面(图3-30a)和水平面(图3-30b)内的直线度误差。
(2)导轨面间的平行度图3-30c所示为导轨面间的平行度误差。设V形导轨没有误差,平面导轨纵向有倾斜,由此产生的误差△即为导轨间的平行度误差。导轨间的平行度误差一般以角度值表示,这项误差会使运动件运动时发生“扭曲”。
2、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时导轨速度的不均匀,使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。爬行现象主要取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳定性。为此,设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、配合表面的几何形状精度及润滑方式。
3、耐磨性好。导轨的初始精度由制造保证,而导轨在使用过程中的精度保持性则与导轨面的耐磨性密切相关。导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料?导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。
4、对温度变化的不敏感性。即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。导轨对温度变化的不敏感性主要取决于导轨类型、材料及导轨配合间隙等。
5、足够的刚度。在载荷的作用下,导轨的变形不应超过允许值。刚度不足不仅会降低导向精度,还会加快导轨面的磨损。刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。
6、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。
二、滑动摩擦导轨的类型及结构特点
按导轨承导面的截面形状,滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨(图3-31)。其中凸形导轨不易积存切屑、脏物,但也不易保存润滑油,故宜作低速导轨,例如车床的床身导轨。凹形导轨则相反,可作高速导轨,如磨床的床身导轨,但需有良好的保护装置,以防切屑、脏物掉入。
图3-31 滑动摩擦导轨截面形状
1、圆柱面导轨
圆柱面导轨的优点是导轨面的加工和检验比较简单,易于达到较高的精度;缺点是对温度变化比较敏感,间隙不能调整。
图3-32 圆柱面导轨
在图3-32所示的结构中,支臂3和立柱5构成圆柱面导轨。立柱5的圆柱面上加工有螺纹槽,转动螺母1即可带动支臂3上下移动,螺钉2用于锁紧,垫块4用于防止螺钉2压伤圆柱表面。
在多数情况下,圆柱面导轨的运动件不允许转动,为此,可采用各种防转结构。最简单的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。图3-33a、b、c是这种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动(图3-33d),适当增大辅助导向面与基本导向面之间的距离,可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅助导向面也为圆柱面时,即构成双圆柱面导轨(图3-33e),它既能保证较高的导向精度,又能保证较大的承载能力。
图3-33 有防转结构的圆柱面导轨
为了提高圆柱面导轨的精度,必须正确选择圆柱面导轨的配合。当导向精度要求较高时,常选用H7/f7或H7/S6配合。当导向精度要求不高时,可选用H8/f7或H8/s7配合。若仪器在温度变化不大的环境下工作,可按H7/h6或H7巧s6配合加工,然后再进行研磨直到能够平滑移动时为止