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滑动导轨设计初论

作者:利发88 来源:本站原创 日期:2020-03-02 09:41 点击: 

  滑动导轨设计初论_机械/仪表_工程科技_专业资料。第二节 滑动导轨 主要内容: 一 导轨材料及热处理 二 三 四 五 滑动导轨的结构 滑动导轨的润滑与防护 滑动导轨的设计验算 滑动导轨提高耐磨性的措施 滑动导轨 ?最常见的导轨 ?其它类型的

  第二节 滑动导轨 主要内容: 一 导轨材料及热处理 二 三 四 五 滑动导轨的结构 滑动导轨的润滑与防护 滑动导轨的设计验算 滑动导轨提高耐磨性的措施 滑动导轨 ?最常见的导轨 ?其它类型的导轨都是在滑动导轨的基础上 逐步发展起来的 ?结构简单 ?有良好的工艺性 ?刚度和精度易于保证 ?在一般机床上广泛应用 一、导轨材料及热处理 对导轨材料的要求和搭配 铸铁 钢 有色金属 塑料 对导轨材料的要求和搭配 ? 要求——耐磨性好、工艺性好、成本低。 ? 常用材料——铸铁、钢、有色金属和塑料 铸铁应用最为普遍 ? 为了提高耐磨性和防止咬焊,动导轨和支承导轨 应尽量采用不同的材料 ? 如果选用相同的材料,也一定要采取不同的热处 理方式以使其具有不同的硬度。 直线运动导轨 ? 长导轨(支承导轨)——耐磨性较好、硬度较高 ? 支承导轨各处使用机会难以均等,且修复困难 ? 动导轨总是全长接触,且动导轨短,磨损后易于 维修 ? 长导轨不易防护 回转运动导轨 ?动导轨:较软的材料 ?因为花盘或圆工作台导轨比底座加工 方便些,磨损后可在机床上加工,以 减少修理的工作量。 1.铸 铁 ?铸铁——成本低 有良好减振性和耐磨性 易于铸造和切削加工 ?导轨常用的铸铁——灰铸铁 孕育铸铁 耐磨铸铁 ?灰铸铁应用最多的牌号是HT200 孕育铸铁 ?常用的孕育铸铁牌号是HT300 ?耐磨性高于灰铸铁,但较脆硬, 不易刮研,且成本较高。 ?常用于较精密的机床导轨 耐磨铸铁 ?耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、 磷铜钛铸铁及钒钛铸铁 ?与孕育铸铁相比,其耐磨性提高1~2 倍,但成本较高 ?常用于精密机床导轨 铸铁材料热处理 ? 为了提高铸铁导轨的硬度,以增强抗硬粒磨 损的能力和防止撕伤,铸铁导轨经常采用高 频淬火,中频淬火及电接触自冷淬火等表面 淬火方法。 ? 高频淬火是借助 200 ~ 300kHz 的高频电流对 导轨面加热,淬火温度一般为 900 ~ 950°C ,淬火层深度可达 1.5 ~ 3mm,硬度达 48 ~ 55HRC,可使普通铸铁耐磨性提高2倍左右。 铸铁材料热处理 ? 中频淬火可采用8kHz左右的中频电流进行,淬 火温度一般为950°C左右,淬硬层可达2~3mm ,表面硬度可达40~50HRC。 ? 高频及中频淬火的优点是淬火质量稳定,生产 效率高,缺点是淬火后必须进行磨削加工。 ? 电接触自冷淬火表面硬度可达55~60HRC,淬 硬深度可达0.2~0.4mm。这种淬火方法具有设 备简单、操作方便、成本低、淬火变形小等优 点,但由于淬硬深度较浅等原因,对导轨耐磨 性提高幅度不大,目前主要用于维修。 2. 钢 ? 耐磨性要求较高时,采用淬硬钢制成的镶钢导 轨; ? 淬火钢的耐磨性比普通铸铁高5~10倍; ? 镶钢导轨常用材料: 45 或 40Cr 表面淬硬或全淬透,硬度达到 52 ~ 58HRC 20Cr、20CrMnTi等渗碳淬硬至56~62HRC ? 导轨工作面上不能钻孔,以免积存杂质导致磨 损; ? 镶钢导轨工艺复杂,成本高,主要用于数控机 床的滚动导轨。 螺钉连接 焊接 粘结 3.有色金属 ? 有色金属镶装导轨常用于重型机床运动 部件的动导轨上,与铸铁的支承导轨搭 配,以防止咬合磨损、保证运动平稳性 和提高运动精度。 ? 常用的材料有锡青铜 ZQSn6-6-3、铝青 铜ZQA19-2和锌合金ZZnAl10- 5等。 4.塑料 ? 塑料导轨具有良好的耐磨性能,落在导轨 表面上的硬粒可挤入导轨内部,避免了磨 粒磨损和撕伤; ? 常用的塑料材料有锦纶、酚醛夹布塑料、 环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯基滑动导 轨软带等。 在数控机床上,目前多数使用金属对塑料形式, 称为贴塑导轨或注塑导轨 ? 注塑导轨:环氧树脂为基体,加入二硫化钼和胶 体石墨及铅粉等混合而成 ? 贴塑导轨:聚四氟乙烯为基体,加入青铜粉、二 硫化钼、石墨及铅粉等混合而成 二、滑动导轨的结构 滑动摩擦导轨截面的常用形式 ? (一)导轨截形 ? 1.直线)矩形导轨 承载能力大,制造方便。 但磨损后不能自动补偿间隙。 必须设置间隙调整装置。 ? (2)三角形导轨 具有自动补偿磨损的能力,故 其导向性好,但制造较麻烦。 ? 顶角一般为90度,小于90度可 提高导向精度,110~120度时可 提高承载能力。设计时两斜面的 比压要基本相等。 ? (3)燕尾形导轨 结构紧凑,高度 较小,常用于多层 次移动部件中(如 车床刀架)。 但制造较麻烦。 不能自动补偿间隙。 必须有消除间隙 装置。 (4)圆柱面导轨 ? 圆柱面导轨 ? 优点:加工和检验比较简 单,易于达到较高精度。 ? 缺点:对温度变化比较敏 感,磨损后间隙调整困难 ,故常用于受轴向力为主 的场合,如拉床、钻床的 主轴和导向套组成的导轨 副。 2.圆周运动导轨 用于圆工作台、转 盘等旋转运动部件。 (1)平面圆环导轨 必须配有工作台心 轴轴承,用得较多。 (2)锥形圆环导轨 能承受轴向和 径向载荷,但制造较 困难。 (3)V形圆环导轨 制造复杂。 不管是直线还是圆环导轨,还可分为凸 形导轨副与凹形导轨副(按固定导轨的凹 凸情况)。 凸形导轨副~不易积存切屑,但也不易 存油,故常用于低速移动的场合。 凹形导轨副~能存油,润滑条件好,用 于速度较大的场合,但必须有充分的防护 措施。 (二)导轨的组合 除圆柱导轨有时能单 根使用外,导轨需两根 (或两根以上)组合使用。 重型机床常采用双矩 形导轨。 中、小型车床床身采 用山形、矩形导轨组合。 要求导向精度高的, 采用双三角形导轨组合。 要求结构紧凑,高度小,调整方便的采用燕尾导轨。 从制造工艺性来看,矩形、圆形导轨好,三角形、燕尾形差。 (三)导轨间隙的调整 矩形、燕尾形导轨必须具有间隙调整装置。 常用结构: 1.压板 (三)导轨间隙的调整 2.镶条 (三)导轨间隙的调整 ? 采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法 三、滑动导轨的润滑与防护 1.润滑: ? (1)人工定期直接加油或用油杯滴油。 用于低速,不重要的导轨。 ? (2)压力油强制润滑。 2.导轨的防护 四、滑动导轨的设计验算 ? 滑动导轨设计步骤: ? 参考同类型机床 ? 初步拟定导轨的形状和尺寸 ? 验算 滑动导轨的验算 ? 受力分析 ? 求出导轨的平均比压和最大比压 ? 与导轨的许用比压相对照,判断导轨设计是否合 理。 ? 根据比压分布情况,判断是否需用压板 (一)导轨比压的分布 ? 每条导轨面所受的载荷,都可最终归 纳为一个其作用点距导轨中心距离为x 的力F的作用。 ? 这个力又等价于一个作用于导轨中心 的力F和一个颠覆力矩M的作用。 ? 在F作用下,导轨面的比压pF(MPa): pF=F/aL ? 在力矩M作用下,导轨面产生的比压pM(Mpa) 1 1 2 1 2 M = pM aL L = pM aL 2 2 3 6 2 =6M/aL ? pM ? 由于力F与力矩M 同时作用,因此导轨所承受的 最大、最小、平均比压分别为 6M ? F ? pmax = p F + pM = ? ?1 + aL ? FL ? 6M ? F ? pmin = p F ? pM = ? ?1 ? aL ? FL ? 1 F pav = ( pmax + pmin ) = 2 aL 比压出现的四种情况 x 1 0 M=FX 6M/FL pmax 0 pav pmin pav 分布 矩形 理想 尽量 梯形 用 梯形 可用 一端有 间隙 2 L/6 FL/6 3 =L/6 =FL/6 4 L/6 FL/6 1 2pav 0 =1 =2pav =0 1 0 不用 (二)导轨的许用比压 ? 比压:影响导轨耐磨性的一个主要因素 ? 导轨的支承面积应与导轨所承受的载荷相适应 ? 保证导轨面上的平均比压不超过许用值 导轨结构尺寸的选择 ? 导轨的跨距、导轨长度、导轨截面的宽度与厚度等尺 寸的选择,设计时查阅《机床设计手册》。 ? 运动件长度L=(1.2~1.8)a or L≥2a ? 承导件长度-取决于运动件长度及工作行程 ? 导轨宽度B=F/( [p]L) ? 两导轨之间的距离-工作稳定前提下尽可能减小 ? 三角形导轨的顶角(90ο) 导轨主要尺寸的确定 宽度B F B= pL F — 载荷 L — 长度 p — 压强 V形导轨角度θ θ =90? 间距LA 研具刚性好,制造方便 按稳定性指标考虑 运动的导轨长度: L=(1.2-1.8)LA 驱动力方向和作用点对导轨工作 的影响 ? -减小倾覆力矩,使运动件不被卡住 fV d 2h 2b cos α (1 ? fV ) ? fV sin α (1 + )0 ? L L L 驱动力方向和作用点对导轨 工作的影响 ? -不同截面形状的组合导轨,摩擦力合力 位置决定驱动元件的位置 温度变化对导轨间隙的影响 ? 承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的 材料。 ? 保证导轨在工作时不卡住 ?min≥0 ? 保证导轨的工作精度 ?max≤ [?max] 导轨的刚度(-静刚度)计算 ? 设机座为绝对刚体,则导轨的刚度主要取 决于在载荷作用下,运动件和承导件的弯 曲变形和它们工作面接触变形的大小。 ? 计算弯曲变形-将运动件及连成一体的工 作台简化成梁。 ? 计算接触变形-经验公式估算。 导轨误差 1998-11-6 47 导轨的直线度误差 如导轨的直线度误差对车削加工精 度的影响 1998-11-6 48 车床前后导轨扭曲对加工精度的影响 1998-11-6 49 1998-11-6 50 1998-11-6 51 五、提高导轨耐磨性的措施 1.合理选择材料及热处理 ? 导轨副中,固定导轨的材料应较硬,运 动导轨的材料应较软。 ? 常用材料组合 铸铁——表面淬火铸铁 铸铁——淬硬钢 铸铁——贴塑铸铁 ? 热处理:高频淬火,电接触淬火。 2.减小导轨面压强——导轨的卸荷 ? 载荷的传递 ? 6- 7- 5- 4- 3- 2 ? 使1处载荷减小。 导轨的卸荷 ? 液压卸荷导轨,运动导轨面上开油腔(其面积比静压导 轨小),压力油作用于油腔面,起到了卸荷作用。 其它措施如: 3.保证导轨良好润滑-油膜 4.提高导轨精度-直线度、相对位 置精度、粗糙度等。 谢谢大家!

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