导轨的选型及计算.doc

导轨的选型及计算按构造特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的重要特点及应用列于表中表6-1 导轨类型特点及应用导轨类型重要特点应用导轨类型重要特点应用滑动导轨1, 构造简朴,使用维修以便2,未形成完全液体摩擦时低速易爬行 3,磨损大寿命低,运动精度不稳定一般机床,冶金设备上应用普遍滚动导轨1,运动敏捷度高,低速运动平稳性好,定位精度高2,精度保持性好,磨损少,寿命长3,刚性和抗振性差,构造复杂成本高,规定良好的保护广泛用于各类精密机床,数控机床,纺织机械等塑料导轨1,动导轨表面贴塑料软带等与铸铁 或钢导轨搭配,摩擦系数小,且动静摩擦系数搭配,不易爬行,抗摩擦性能好2,贴塑工艺简朴3,刚度较低,耐热性差容易蠕变重要应用与中大型机床压强不大的导轨应用日益广泛动压导轨1,速度高(90m/min~600m/min),形成液体摩擦2,阻尼大,抗阵性好 3,构造简朴,不需复杂供油系统,使用维护以便4,油膜厚度随载荷与速度而变化影响加工精度,低速重载易浮现导轨面接触重要用语速度高,精度规定一般的机床主运动导轨镶钢,镶金属导轨1,在支撑导轨上镶装有一定硬度的不钢板或钢带,提高导轨耐磨性,改善摩擦或满足焊接床身构造需要。

2,在动导轨上镶有青铜只类的金属避免咬合磨损,提高耐磨性,运动平稳精度高镶钢导轨工艺复杂,成本高常用于重型机床如立车,龙门铣床的导轨上静压导轨1,摩擦系数很小,驱动力小2,低速运动平稳性好 3,承载能力大,刚性,吸阵性好4,需要一套液压装置,构造复杂,调节困难多种大型,重型机床,精密机床,数控机床的工作台6.1 初选导轨型号及估算导轨长度X方向初选导轨型号为 [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y方向初选导轨型号为导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动为什么选用滚动直线导轨副：1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好有助于提高数控系统的响应速度和敏捷度驱动功率小，只相称一般机械的十分之一2）承载能力大，刚度高3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，减少成本导轨的长度：由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来拟定导轨长度其公式为：L=H+S+△l-S1-S2由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm其中L—导轨长度H—滑块的导向面长度S—滑块行程△l—封闭高度调节量S1—滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度S2—滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度6.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命X方向的导轨计算X方向初选导轨型号为，查表9.3-73[1]得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。

4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算其中工作台的最大重量为:G=100×9.8=980NF1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为：L=（fh ft fc fa Ca/ fwPc）K=27166km式中 L——额定寿命（km）； Ca——额定动载荷（KN）； P——当量动载荷（KN）； Fmax——受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z——导轨上的滑块数；——指数，当导轨体为滚珠时，=3；当为滚柱时=10/3；K——额定寿命单位（KM），滚珠时，K=50KM；滚柱时，K=100KM；fh ——硬度系数；fh ――（滚道实际硬度（HRC））由于产品技术规定规定，滚道硬度不得低于58HRC，故一般可取fh =1ft ——温度系数，查表6-2[7],得=1表6-2 温度系数工作温度/100~150150~200200~25010．900．730．60fc——接触系数，查表6-3；得=1表6-3 接触系数每根导轨上的滑块数123451．000．810．720．660．61fa——精度系数，查表6-4；取=1.5表6-4 精度系数工作条件无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度不不小于15m/min1~1.5无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/min1.5~2有外部冲击或高速运动的场合，速度不小于60m/min2~3.5fw——载荷系数，查表6-5；得=1表6-5 载荷系数精度级别23451．01．00．90．9 则L=27166Km2)寿命时间的计算当行程长度一定，以h为单位的额定寿命为：式中 ——寿命时间（h） L——额定寿命（km） La——行程长度（m） ——每分钟来回次数则工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则估计寿命年限为：Lh=30592.3/300×6=16.9年同理求出Y方向滚动导轨副的距离额定寿命：L=26340.1kmLh=25230h=6.3导轨材料与热解决机床滑动导轨常用材料重要是灰铸铁和耐磨铸铁。

灰铸铁一般以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨JB/T3997-1994原则对一般灰铸铁导轨的硬度规定如表6-6[10]所示表6-6 灰铸铁导轨硬度规定硬度规定(HBS)硬度不均匀性(HBS)导轨长度/mm导轨铸件重量/t不低于不高于导轨长度/mm硬度差不超过≤2500-190255≤250025>2500>3180241>250035>5175241由几何件连接的导轨45>10165241常用耐磨铸铁与一般铸铁耐磨性比较见表6-7[8]表6-7 常用耐磨铸铁耐磨铸铁名称耐磨性高于一般铸铁倍数磷铜钛耐磨铸铁1.5～2高磷耐磨铸铁1钒钛耐磨铸铁1～2稀土铸铁1铬钼耐磨铸铁1导轨热解决:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效解决，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效解决常用导轨淬火措施有:1)中频淬火，淬硬层深度(1～2)mm硬度(45～50)HRC2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.2～0.25)mm,显微硬度600HM左右这种淬火措施重要用于大型铸件导轨6.4导轨的技术规定6.4.1表面粗糙度1)刮研导轨 刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。

重要用于高精度导轨刮研导轨轨面每25mm×25mm面积内的接触点数不得少于表6-8[9]的规定表6-8 刮研导轨面25mm×25mm内接触点数机床类别滑动导轨移置导轨镶条、压板滑动面每条导轨宽度／mm≤250＞250≤100＞100Ⅲ级和Ⅲ级以上2016161212Ⅳ级1612121010Ⅴ级1088662)导轨 生产率高,是加工淬硬导轨唯一措施，磨削导轨表面粗糙度应达到的规定,见表6-9[10]接触面规定见表6-10[10]表6-9 磨削导轨表面粗糙度Ra机床类型动导轨固定导轨中小型大型重型中小型大型重型Ⅲ级和Ⅲ级以上0.2～0.4(0.1～0.2)0.4～0.8(0.2～0.4)0.8(0.4)0.1～0.2(0.05～0.1)0.2～0.4(0.1～0.2)0.4(0.2)Ⅳ级0.4(0.2)1.6(0.8)1.6(0.8)0.2(0.1)0.4(0.2)0.8(0.4)Ⅴ级0.8(0.4)1.6(0.8)1.6(0.8)0.4(0.2)0.8(0.4)1.6(0.8)注:1.滑动速度不小于0.5时,粗糙度应减少一级(括号内数值)2.淬硬导轨的表面粗糙度应减少一级(括号内数值)。

表6-10 磨削导轨表面的接触指标(%)机床类型滑(滚)动导轨移置导轨全长上全宽上全长上全宽上Ⅲ级和Ⅲ级以上80707050Ⅳ级75606545Ⅴ级70506040注:1.宽度接触达到规定后,方能作长度的评估2.镶条按相配导轨接触指标检查6.4.2几何精度导轨的几何精度重要是指引轨的直线度和导轨间的平行度,垂直度等具体有关的几何精度参阅有关机械的精度原则本机构导轨精度取3级6.5导轨设计和使用注意事项对的合理地设计和使用滚动直线导轨副,可以提高耐用度和精度保持性,减少维修和保养时间为此,应注意如下事项:1)尽量避免力矩和偏心载荷的作用 滚动直线导轨副样本中给出的额定动,静载荷,都是在各个滚珠受载均匀的抱负状态下算出的因此,必须十分注意避免力矩载荷和偏心载荷否则,一部分滚珠承受的载荷,有也许超过计算Ca值时拟定的许用接触应力,导致过早的疲劳破坏或产生压痕并浮现振动,噪声,减少移动精度等现象2)提高刚度,减少振动 合适预紧可以提高刚度,均化滚动体的受力从而提高寿命,并在一定限度上提高阻尼但是预紧力过大会增长导轨副的摩擦阻力,增长发热,减少使用寿命因此预紧力有其最佳值滚动支承的阻尼较小,因此要尽量使它承受恒定的载荷。

有过大的振动和冲击载荷的场合不适宜应用直线滚动导轨副为了减少振动,可以在移动的工作台上加装减振装置条件许可时可安装锁紧装置,加工时把不移动的工作台固定3)减少加速度的影响 直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min起动和停止时,将产生一种力矩,使部分滚动体受载过大,导致破坏因此,如果加速度较大,应采用如下措施:减轻被移动物体的质量,减少物体的重心,采用多级制动以减少加速度,在启动和制动时,增长阻尼装置等4）导轨防护①固定保护：运用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨②刮屑板：运用毛毡或耐油橡胶制成与导轨形状相吻合的刮条，使之刮走落在导轨上的灰尘，切屑等5)注意润滑和防尘 滚动导轨一般采用钠基润滑脂润滑如果使用油润滑应尽量采用高拈度的润滑油如果与其她机构同统一供油，则需附加滤油器在油进入导轨前再经一道精细的过滤为了避免异物浸入和润滑油泻出，产品出厂时滑块座两端均装有耐橡胶密封垫。