导轨的选型及计算

导轨的选型及计算 按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主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 主要特点 应用 导轨类型 主要特点 应用 滑动导轨 1, 结构简单,使用维修方便。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 普通机床,冶金设备上应用普遍 滚动导轨 1,运动灵敏度高,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,结构复杂成本高,要求良好的保护 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,贴塑工艺简单。3,刚度较低,耐热性差容易蠕变 主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,结构简单,不需复杂供油系统,使用维护方便4,油膜厚度随载荷与速度而变化。影响加工精度,低速重载易出现导轨面接触 主要用语速度高,精度要求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结构需要。2,在动导轨上镶有青铜只类的金属防止咬合磨损,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,结构复杂,调整困难 各种大型,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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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 为何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。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。 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，降低成本。 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确定导轨长度。 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=980N F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N 1)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））。 由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取fh =1 ft ——温度系数，查表6-2[7],得 =1 表6-2 温度系数 工作温度/ 100~150 150~200 200~250 1 0．90 0．73 0．60           fc——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 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61             fa——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，速度小于15m/min 1~1.5 无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/min 1.5~2 有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/min 2~3.5     fw——载荷系数，查表6-5；得 =1 表6-5 载荷系数 精度等级 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9           则L=27166Km 2)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） ——每分钟往返次数 则 工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为： 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=26340.1km Lh=25230h=14年 6.3导轨材料与热处理 机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。 灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。 JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6[10]所示 表6-6    灰铸铁导轨硬度要求 硬度要求(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 - 190 255 ≤2500 25 >2500 >3 180 241 >2500 35   >5 175 241 由几何件连接的导轨 45   >10 165 241             常用耐磨铸铁与普通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 耐磨性高于普通铸铁倍数 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     导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。 常用导轨淬火方法有: 1)中频淬火，淬硬层深度(1～2)mm。硬度(45～50)HRC。 2)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。这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。 6.4导轨的技术要求 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。主要用于高精度导轨。 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 ＞100 Ⅲ级和Ⅲ级以上 20 16 16 12 12 Ⅳ级 16 12 12 10 10 Ⅴ级 10 8 8 6 6             2)导轨  生产率高,是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到的要求,见表6-9[10]。接触面要求见表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.滑动速度大于0.5时,粗糙度应降低一级(括号内数值)。 2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级(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 80 70 70 50 Ⅳ级 75 60 65 45 Ⅴ级 70 50 60 40           注:1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。 2.镶条按相配导轨接触指标检验。 6.4.2几何精度 导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度,垂直度等。具体相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。本机构导轨精度取3级。 6.5导轨设计和使用注意事项 正确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理想状态下算出的。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,有可能超过计算Ca值时确定的许用接触应力,导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动,噪声,降低移动精度等现象。 2)提高刚度,减少振动  适当预紧可以提高刚度,均化滚动体的受力从而提高寿命,并在一定程度上提高阻尼。但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力,增加发热,降低使用寿命。因此预紧力有其最佳值。 滚动支承的阻尼较小,因此要尽可能使它承受恒定的载荷。有过大的振动和冲击载荷的场合不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)降低加速度的影响  直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min。起动和停止时,将产生一个力矩,使部分滚动体受载过大,造成破坏。因此,如果加速度较大,应采取以下措施:减轻被移动物体的质量,降低物体的重心,采取多级制动以降低加速度,在启动和制动时,增加阻尼装置等。 4）导轨防护 固定保护：利用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨。 刮屑板：利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 滚动导轨通常采用钠基润滑脂润滑。如果使用油润滑。应尽可能采用高拈度的润滑油。如果与其他机构同统一供油，则需附加滤油器。在油进入导轨前再经一道精细的过滤。 为了防止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。 继续阅读