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滑动导轨的结构设计

作者:乐发国际 来源:本站原创 日期:2020-03-05 14:40 点击: 

  内蒙古民族大学机械工程学院 机械制造装备设计作业 姓名: 班级: 13 机械设计制造及其自动化 0 941 学号: 滑动导轨的结构设计 1 滑动导轨的作用和设计要求 滑动导轨的最大作用就是耐磨性好,工艺性好,成本低。当运动件沿着承导 件作直线运动时, 承导件上的导轨起支承和导向的作用,即支承运动件和保证运 动件在外力 (载荷及运动件本身的重量) 的作用下, 沿给定的方向进行直线运动。 对导轨的要求如下: 1)一定的导向精度。导向精度是指运动件沿导轨移动的直线性,以及它与有关 基面间的相互位置的正确性。 2)运动轻便平稳。工作时,应轻便省力,速度均匀,低速时应无爬行现象。 3) 良好的耐磨性。 导轨的耐磨性是指导轨长期使用后, 能保持一定的使用精度。 导轨在使用过程中要磨损,但应使磨损量小,且磨损后能自动补偿或便于调整。 4)足够的刚度。运动件所受的外力,是由导轨面承受的,故导轨应有足够的接 触刚度。为此,常用加大导轨面宽度,以降低导轨面比压;设置辅助导轨,以承 受外载。 5)温度变化影响小。应保证导轨在工作温度变化的条件下,仍能正常工作。 6)结构工艺性好。在保证导轨其它要求的条件下,应使导轨结构简单,便于加 工、丈量、装配和调整,降低本钱。 不同设备的导轨,必须作具体分析,对其提出相应的设计要求。必须指出,上述 六点要求是相互影响的。 2 滑动导轨设计的主要内容 (1) 根据工作条件,选择合适的导轨类型。 (2) 选择导轨的截面外形,以保证导向精度。 (3) 选择适当的导轨结构及尺寸,使其在给定的载荷及工作温度范围内,有足够 的刚度,良好的耐磨性,以及运动轻便和平稳。 (4) 选择导轨的补偿及调整装置,经长期使用后,通过调整能保持需要的导向精 度。 (5) 选择公道的润滑方法和防护装置,使导轨有良好的工作条件,以减少摩擦和 磨损。 (6) 制订保证导轨所必须的技术条件,如选择适当的材料,以及热处理、精加工 和丈量方法等。 3 滑动导轨的结构设计 (1) 基本形式(见图 1-1) 图 1-1 三角形导轨:该导轨磨损后能自动补偿,故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导 向要求而定,一般为 90° 。为增加承载面积,减小比压,在导轨高度不变的条件下,采用较 大的顶角(110° ~120° ) ;为进步导向性,采用较小的顶角(60° ) 。假如导轨上所受的力, 在两个方向上的分力相差很大, 应采用不对称三角形, 以使力的作用方向尽可能垂直于导轨 面。 矩形导轨:优点是结构简单,制造、检验和修理方便;导轨面较宽,承载力较大,刚度 高,故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高;导轨间隙需用压板或镶条调整,且磨 损后需重新调整。 燕尾形导轨:燕尾形导轨的调整及夹紧较简便,用一根镶条可调节各面的间隙,且高度 小, 结构紧凑; 但制造检验不方便, 摩擦力较大, 刚度较差。 用于运动速度不高, 受力不大, 高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨:制造方便,外圆采用磨削,内孔珩磨可达精密的配合,但磨损后不能调整间 隙。为防止转动,可在圆柱表面开键槽或加工出平面,但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴 向载荷的场合。 (2) 常用导轨组合形式 三角形和矩形组合:这种组合形式以三角导轨为导向面,导向精度较高,而平导轨的工 艺性好,因此应用最广。这种组合有 V-平组合、棱-平组合两种形式。V-平组合导轨易储存 润滑油,低、高速都能采用;棱-平组合导轨不能储存润滑油,只用于低速移动。为使导轨 移动轻便省力和两导轨磨损均匀,驱动元件应设在三角形导轨之下,或偏向三角形导轨。 矩形和矩形组合:承载面和导向面分开,因而制造和调整简单。导向面的间隙用镶条调 整,接触刚度低。双三角形导轨:由于采用对称结构,两条导轨磨损均匀,磨损后对称位置 位置不变,故加工精度影响小。接触刚度好,导向精度高,但工艺性差,四个表面刮削或磨 削也难以完全接触,假如运动部件热变形不同,也不能保证四个面同时接触,故不宜用在温 度变化大的场合。 (3)间隙调整 为保证导轨正常工作,导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小,会增加摩擦阻 力;间隙过大,会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证,要废很大的劳动量,而且 导轨经过长期使用后,会因磨损而增大间隙,需要及时调整,故导轨应有间隙调整装置。 矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。 在垂直方向上, 一般采用下压板调整它的 低面间隙,其方法有:a)刮研或配磨下压板的结合面;b)用螺钉调整镶条位置;c)改变 垫片的片数或厚度; 在水平方向上,常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙。圆形导轨的间隙不能调整。 (4)夹紧装置 有些导轨 (如非水平放置的导轨) 在移动之后要求将它的位置固定, 因而要用专用的锁 (夹) 紧装置。常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。见图 1-2。 图 1-2 (5)进步耐磨性措施 导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法,以及使用与维护。 进步导轨的耐磨性,使其在较长的时间内保持一定的导向精度,就能延长设备的使用寿命。 进步导轨耐磨性的措施有: 1) 选择公道的比压 单位面积上的压力成为比压,即 p=P/S(pa/cm2) 式中 P-作用在导轨上的力(pa) S-导轨的支承面积(cm2) 由上式可知,要减小导轨的比压,应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积。减小两 导轨面之间的中心距, 可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。 但减小中心距受到结构尺 寸的限制,同时中心距太小,将导致运动不稳定。 降低导轨比压的另一办法,是采用卸荷装置,即在导轨载荷的相反方向,增加弹簧或液压作 用力,以抵消导轨所承受的部分载荷。 2) 选择合适材料 目前常采用的导轨材料有以下几种: 铸铁- 导轨与承导件或运动件铸成一体,其材料常用灰口铸铁。它具有本钱低,工艺性 好, 热稳定性高等优点。 在润滑和防护良好的情况下, 具有一定的耐磨性。 常用的是 HT200~ HT400,硬度以 HB=180~200 较为合适。适当增加铸铁中含碳量和含磷量,减少含硅量, 可进步导轨的耐磨性。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求,可使用耐磨铸铁,如高磷铸铁,硬 度为 HB=180~220,耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。若加进一定量的铜和钛,成为磷铜 钛铸铁,其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。但高磷系铸铁的脆性和铸造应力较大,易产生裂 纹,应采用适当的铸造工艺。此外,还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。 钢-要求较高的或焊接机架上的导轨,常用淬火的合金钢制造。淬硬的钢导轨的耐磨性 比普通灰铸铁高 5~10 倍。常用的有 20Cr 钢渗碳淬火和 40Cr 高频淬火。钢导轨镶接的方 法有: 螺钉连接,应使螺钉不受剪切;为避免导轨上有孔(孔内积存赃物而加速磨损) ,一般采用 倒装螺钉。 结构上不便于从下面伸进螺钉固定时, 可采用如图 1-3 所示的方法。 螺钉固紧后, 将六角头磨平,使导轨上的螺钉孔和螺钉头之间没有间隙。 图 1-3 用环氧树脂胶接, 胶接面之间的间隙不超过 0.25mm。 胶粘导轨具有一定的胶接刚度和强度, 尚有一定的抗冲击性能,工艺简单,本钱较低。 塑料-用聚四氟乙烯为基材,添加不同的填充剂作为导轨材料。它具有耐磨、抗振以及动、 静摩擦系数低(0.04) ,可消除低速爬行现象,在实际应用中取得良好的效果。 3) 热处理 为进步铸铁导轨的耐磨性,常对导轨表面进行淬火处理。表面淬火方法有:火焰 淬火、高频淬火和电接触淬火。 4) 润滑和防护 润滑油能使导轨间形成一层极薄的油膜,阻止或减少导轨面直接接触,减小 摩擦和磨损,以延长导轨的使用寿命。同时,对低速运动,润滑可以防止爬行;对高速运 动,可减少摩擦热,减少热变形。导轨润滑的方式有浇杯、油杯、手动油泵和自动润滑等。 导轨的防护装置用来防止切削、灰尘等赃物落到导轨表面,以免使导轨擦伤、生锈和过早的 磨损。为此,在运动导轨端部安装刮板;采用各种式样的防护罩,使导轨不过露等办法。 (6) 结构尺寸的验算 1) 校核温度变化对导轨间隙的影响 导轨在温度变化较大的环境中工作, 应在选定精度和配 合后,作导轨间隙验算。为了保证工作时不致卡住,导轨的最小间隙应大于或即是零,即 Δmin≥0 导轨的最小间隙用下式计算: Δmin=Dmin[1+αk(t-t0)]-dmax[1+αz(t-t0)] (mm) 式中 t-工作温度(° C) t0-制造时温度(° C) Dmin-包容件在 t0 时的最小尺寸(mm) dmax-被包容件在 t0 时的最大尺寸(mm) αk-包容件材料的线/° C) αz-被包容件材料的线/° C) 为保证导向精度,导轨的最大间隙 Δmax 应小于或即是答应值,即: Δmax≤[Δmax] 导轨的最大间隙用下式计算: Δmax=Dmax [1+αk(t-t0)]-dmin[1+αz(t-t0)] (mm) 式中 Dmax-包容件在 t0 时的最大尺寸(mm) dmin-被包容件在 t0 时的最小尺寸(mm) 2) 不自锁条件 当初定导轨的结构形式和尺寸后, 应留意作用力的方向和作用点的位置, 力求使导轨的 倾斜力矩小,否则使导轨的摩擦力增大,磨损加快,从而降低导轨的灵活性和导向精度,甚 至回使导轨卡住。

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