3導軌的結構設計

1. 滑動導軌

（1）基本形式

三角形導軌: 該導軌磨損后能自動補償，故導向精度高。它的截面角度由載荷大小及導向要求而定，一般為 90°為增加承載面積，減小比壓，在導軌高度不變的條件下，采用較大的頂角 (110°~120:為進步導向性，采用較小的頂角(60°。假如導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。

矩形導軌:優(yōu)點是結構簡單，制造、檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。但它的導向精度沒有三角形導軌高:導軌間隙需用壓板或鑲條調整，且磨損后需重新調整。

燕尾形導軌:燕尾形導軌的調整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調節(jié)各面的間隙，且高度小，結構緊湊:但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。圓形導軌:制造方便，外圓采用磨削，內孔磨可達精密的配合，但磨損后不能調整間隙。為防止轉動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。

（2）常用導軌組合形式

三角形和矩形組合:這種組合形式以三角導軌為導向面，導向精度較高，而平導軌的工藝性好，因此應用最廣這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導軌易儲存潤滑油，低、高速都能采用;校-平組合導軌不能儲存潤滑油，只用于低速移動。

為使導軌移動輕便省力和兩導軌磨損均勻，驅動元件應設在三角形導軌之下，或偏向三角形導軌。矩形和矩形組合:承載面和導向面分開，因而制造和調整簡單。導向面的間隙用鑲條調整，接觸剛度低.

雙三角形導軌:由于采用對稱結構，兩條導軌磨損均勻，磨損后對稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛度好，導向精度高，但工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，假如運動部件熱變形不同，也不能保證四個面同時接觸，故不宜用在溫度變化大的場合。

（3）間隙調整

為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力;間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調整，故導軌應有間隙調整裝置。矩形導軌需要在垂直和水平兩個方向上調整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調整它的低面間隙，其方法有:a)刮研或配磨下壓板的結合面:b) 用螺釘調整條位置:C)改變墊片的片數(shù)或厚度:

在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調整它的側面間隙。

圓形導軌的間隙不能調整

(4) 夾緊裝置

有些導軌(如非水平放置的導軌)在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖(夾)緊裝置。常用的鎖緊方式有機械鎖緊和液壓鎖緊。

（5）進步耐磨性措施

導軌的使用壽命取決于導軌的結構、材料、制造質量、熱處理方法，以及使用與維護。進步導軌的耐磨性，使其在較長的時間內保持一定的導向精度，就能延長設備的使用壽命。進步導軌耐磨性的措施有:

1)選擇公道的比壓 單位面積上的壓力成為比壓，即P=P/S(公斤/厘米 2)

式中 P-作用在導軌上的力(公斤)

S-導軌的支承面積(厘米 2)

由上式可知，要減小導軌的比壓，應減輕運動部件的重量和增大導軌支承面的面積。減小兩導軌面之間的中心距?？梢詼p小外形尺寸和減輕運動部件的重量。但減小中心距受到結構尺寸的限制，同時中心距太小，將導致運動不穩(wěn)定。

降低導軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導軌載荷的相反方向，增加彈黃或液壓作用力，以抵消導軌所承受的部分載荷。

2)選擇合適材料 目前常采用的導軌材料有以下幾種:鑄鐵· 導軌與承導件或運動件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有本錢低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點。在潤滑和防護良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是 HT200~HT400，硬度以HB=180~200 較為合適適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可進步導軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為 HB=180~220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加進一定量的銅和欽，成為磷銅欽鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應力較大，易產生裂紋，應采用適當?shù)蔫T造工藝

此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。

鋼-要求較高的或焊接機架上的導軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高 5~10 倍常用的有 20Cr 鋼滲碳淬火和 40Cr 高頻淬火。

鋼導軌鑲接的方法有:

螺釘連接，應使螺釘不受剪切:為避免導軌上有孔(孔內積存贓物而加速磨損)，一般采用倒裝螺釘。結構上不便于從下面伸進螺釘固定時，可采用如圖 21-16 所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。

用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過 0.25 毫米。膠粘導軌具有一定的膠接剛度和強度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡單，本錢較低。塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導軌材料。它具有耐磨、抗振以及動、靜摩擦系數(shù)低(0.04).可消除低速爬行現(xiàn)象，在實際應用中取得良好的效果。3)熱處理 為進步鑄鐵導軌的耐磨性，常對導軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有:火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。

4) 潤滑和防護 潤滑油能使導軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長導軌的使用壽命。同時，對低速運動，潤滑可以防止"爬行":對高速運動，可減少摩擦熱，減少熱變形。導軌潤滑的方式有澆杯、油杯、手動油泵和自動潤滑等。導軌的防護裝置用來防止切削、灰塵等贓物落到導軌表面，以免使導軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運動導軌端部安裝刮板:采用各種式樣的防護置，使導軌不過露等辦法。

(6)結構尺寸的驗算

1)校核溫度變化對導軌間隙的影響 導軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應在選定精度和配合后，作導軌間隙驗算。為了保證工作時不致卡住，導軌的最小間隙應大于或即是零，即 Amin20導軌的最小間隙用下式計算:

Amin=Dmin[1+ak(t-to)-dmax[1+az(t-to)](mm)式中t-工作溫度(C)

t0-制造時溫度(C)

Dmin-包容件在to 時的最小尺寸 (mm)

dmax-被包容件在 to 時的最大尺寸 (mm)

ak-包容件材料的線膨脹系數(shù) (1/C)

az-被包容件材料的線膨脹系數(shù) (1/C)

為保證導向精度，導軌的最大間隙 Amax 應小于或即是答應值，即 Amaxs[Amax]導軌的最大間隙用下式計算:

Amax=Dmax[1+ak(t-to)]-dmin[1+az(t-to)](mm)式中Dmax-包容件在 t0 時的最大尺寸 (mm)dmin-被包容件在 to 時的最小尺寸 (mm)2)不自鎖條件和導軌間隙計算

當初定導軌的結構形式和尺寸后，應留意作用力的方向和作用點的位置，力求使導軌的傾斜力矩小，否則使導軌的摩擦力增大，磨損加快，從而降低導軌的靈活性和導向精度，甚至回使導軌卡住。