1、<p>　　第四節(jié) 滑動摩擦導軌 </p><p>　　直線運動導軌的作用是用來支承和引導運動部件按給定的方向作往復直線運動。導軌可以是一個專門的零件，也可以是一個零件上起導向作用的部分?；瑒幽Σ翆к壍倪\動件與承導件直接接觸。其優(yōu)點是結構簡單、接觸剛度大；缺點是摩擦阻力大、磨損快、低速運動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。</p><p>　　按照機械運動學原理，一個剛體在空間有六個自由度

2、，即沿x、y、z軸移動和繞它們轉(zhuǎn)動（圖3-29a）。對于直線運動導軌，必須限制運動件的五個自由度，僅保留沿一個方向移動的自由度。</p><p>　　導軌的導向面有棱柱面和圓柱面兩種基本型式。</p><p>　　圖3-29 導軌的導向原理 </p><p>　　以棱柱面相接觸的零件只有沿一個方向移動的自由度，如圖3-29b、c、d所示的棱柱面導軌，運動件只能沿

3、x方向移動。棱柱面由幾個平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗出發(fā)，平面的數(shù)目應盡量少，圖中的棱柱面導軌由兩個窄長導向平面組成。限制運動件自由度的面，可以集中在一根導軌上，但為提高導軌的承載能力和抵抗傾復力矩的能力，絕大多數(shù)情況是采用兩根導軌。</p><p>　　以圓柱面相配合的兩個零件，有繞圓柱面軸線轉(zhuǎn)動及沿此軸線移動的兩個自由度，在限制轉(zhuǎn)動這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動的自由度（圖3-29e）。</

4、p><p><b>　　一、導軌的基本要求</b></p><p>　　1、導向精度高。導向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準確程度，它主要取決于導軌本身的幾何精度及導軌配合間隙。導軌的幾何精度可用線值或角值表示。</p><p>　　圖3-30導軌的幾何角度</p><p>　?。?）導軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度

5、 如圖3-30a、b所示，理想的導軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量△即為導軌全長在垂直平面（圖3-30a）和水平面（圖3-30b）內(nèi)的直線度誤差。</p><p>　?。?）導軌面間的平行度 圖3-30c所示為導軌面間的平行度誤差。設V形導軌沒有誤差，平面導軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差△即為導軌間的平行度誤差。導軌間的平

6、行度誤差一般以角度值表示，這項誤差會使運動件運動時發(fā)生“扭曲”。</p><p>　　2、運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設計時應合理選擇導軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。</p><p>　　3、耐磨性好。

7、導軌的初始精度由制造保證，而導軌在使用過程中的精度保持性則與導軌面的耐磨性密切相關。導軌的耐磨性主要取決于導軌的類型、材料?導軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導軌表面壓強的大小。</p><p>　　4、對溫度變化的不敏感性。即導軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導軌對溫度變化的不敏感性主要取決于導軌類型、材料及導軌配合間隙等。</p><p>　　5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導軌的變

8、形不應超過允許值。剛度不足不僅會降低導向精度，還會加快導軌面的磨損。剛度主要與導軌的類型、尺寸以及導軌材料等有關。</p><p>　　6、結構工藝性好。導軌的結構應力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。</p><p>　　二、滑動摩擦導軌的類型及結構特點</p><p>　　按導軌承導面的截面形狀，滑動導軌可分為圓柱面導軌和棱柱面導軌（圖3-31）。其中

9、凸形導軌不易積存切屑、臟物，但也不易保存潤滑油，故宜作低速導軌，例如車床的床身導軌。凹形導軌則相反，可作高速導軌，如磨床的床身導軌，但需有良好的保護裝置，以防切屑、臟物掉入。</p><p>　　圖3-31 滑動摩擦導軌截面形狀</p><p><b>　　1、圓柱面導軌</b></p><p>　　圓柱面導軌的優(yōu)點是導軌面的加工和檢驗比較簡單

10、，易于達到較高的精度；缺點是對溫度變化比較敏感，間隙不能調(diào)整。</p><p>　　圖3-32 圓柱面導軌</p><p>　　在圖3-32所示的結構中，支臂3和立柱5構成圓柱面導軌。立柱5的圓柱面上加工有螺紋槽，轉(zhuǎn)動螺母1即可帶動支臂3上下移動，螺釘2用于鎖緊，墊塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱表面。 </p><p>　　在多數(shù)情況下，圓柱面導軌的運動件不允許

11、轉(zhuǎn)動，為此，可采用各種防轉(zhuǎn)結構。最簡單的防轉(zhuǎn)結構是在運動件和承導件的接觸表面上作出平面、凸起或凹槽。圖3-33a、b、c是這種防轉(zhuǎn)結構的幾個例子。利用輔助導向面可以更好地限制運動件的轉(zhuǎn)動（圖3-33d），適當增大輔助導向面與基本導向面之間的距離，可減小由導軌間的間隙所引起的轉(zhuǎn)角誤差。當輔助導向面也為圓柱面時，即構成雙圓柱面導軌（圖3-33e），它既能保證較高的導向精度,又能保證較大的承載能力。</p><p>　

12、　圖3-33 有防轉(zhuǎn)結構的圓柱面導軌</p><p>　　為了提高圓柱面導軌的精度，必須正確選擇圓柱面導軌的配合。當導向精度要求較高時，常選用H7／f7或H7／S6配合。當導向精度要求不高時，可選用H8／f7或H8／s7配合。若儀器在溫度變化不大的環(huán)境下工作，可按H7／h6或H7巧s6配合加工，然后再進行研磨直到能夠平滑移動時為止。</p><p>　　導軌的表面粗糙度可根據(jù)相應的精度等

13、級決定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件的內(nèi)表面的粗糙度。</p><p><b>　　2、棱柱面導軌</b></p><p>　　常用的棱柱面導軌有三角形導軌、矩形導軌、燕尾形導軌以及它們的組合式導軌。</p><p>　?。?）雙三角形導軌 如圖3—34a所示兩條導軌同時起著支承和導向作用，故導軌的導向精度高，承載能力大，兩條導軌

14、磨損均勻，磨損后能自動補償間隙，精度保持性好。但這種導軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導軌對溫度變化比較敏感。 </p><p>　?。?）三角形一平面導軌(圖3-34b) 這種導軌保持了雙三角形導軌導向精度高、承載能力大的優(yōu)點，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性比雙三角形導軌大為改善，因而應

15、用很廣。缺點是兩條導軌磨損不均勻，磨損后不能自動調(diào)整間隙。</p><p>　　圖 3-34 三角形導軌</p><p>　　（3）矩形導軌 矩形導軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大。優(yōu)點是結構簡單制造、檢驗、修理較易。缺點是磨損后不能自動補償間隙，導向精度不如三角形導軌。</p><p>　　圖3-35所示結構是將矩形導軌的導向面A與承載面B、C分開，從而

16、減小導向面的磨損，有利于保持導向精度。圖3-35a中的導向面A是同一導軌的內(nèi)外側，兩者之間的距離較小，熱膨脹變形較小，可使導軌的間隙相應減小，導向精度較高。但此時兩導軌面的摩擦力將不相同，因此應合理布置驅(qū)動元件的位置，以避免工作臺傾斜或被卡住。圖3-35b所示結構以兩導軌面的外側作為導向面，克服了上述缺點，但因?qū)к壝骈g距離較大，容易受熱膨脹的影響，要求間隙不宜過小，從而影響導向精度。</p><p>　　圖 3-

17、35 矩形導軌</p><p>　?。?）燕尾導軌 主要優(yōu)點是結構緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點是幾何形狀比較復雜，難于達到很高的配合精度，并且導軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差，因此，通常用在結構尺寸較小及導向精度與運動靈便性要求不高的場合。圖3-36為燕尾導軌的應用舉例，其中圖3-36c所示結構的特點是把燕尾槽分成幾塊，便于制造、裝配和調(diào)整。</p><p>　　圖 3-36 燕尾導軌應

18、用舉例</p><p><b>　　三、導軌間隙的調(diào)整</b></p><p>　　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。間隙過小會增大摩擦力，間隙過大又會降低導向精度。為此常采用以下辦法，以獲得必要的間隙。</p><p>　　1、采用磨、刮相應的結合面或加墊片的方法，以獲得合適的間隙。如圖3-36a所示燕尾導軌，為了獲得合適

19、的間隙，可在零件1與2之間加上墊片3或采取直接鏟刮承導件與運動件的結合面A的辦法達到。</p><p>　　圖 3-37 平鑲條調(diào)整導軌間隙</p><p>　　2、采用平鑲條調(diào)整間隙。平鑲條為一平行六面體，其截面形狀為矩形（圖3-37a）或平行四邊形（圖3-37b）。調(diào)整時，只要擰動沿鑲條全長均布的幾個螺釘，便能調(diào)整導軌的側向間隙，調(diào)整后再用螺母鎖緊。平鑲條制造容易，但在全長上只有

20、幾個點受力，容易變形，故常用于受力較小的導軌?？s短螺釘間的距離加大鑲條厚度(h)有利于鑲條壓力的均勻分布，當L／h=3～4時，鑲條壓力基本上均布(圖3-37c)。</p><p>　　3、采用斜鑲條調(diào)整間隙。斜鑲條的側面磨成斜度很小的斜面，導軌間隙是用鑲條的縱向移動來調(diào)整的，為了縮短鑲條長度，一般將其放在運動件上。</p><p>　　圖 3-38 用斜鑲條調(diào)整導軌間隙</p>

21、;<p>　　圖3-38a的結構簡單，但螺釘凸肩與斜鑲條的缺口間不可避免地存在間隙，可能使鑲條產(chǎn)生竄動。圖3-38b所示的結構較為完善，但軸向尺寸較長，調(diào)整也較麻煩。圖3-38 c是由斜鑲條兩端的螺釘進行調(diào)整，鑲條的形狀簡單，便于制造。圖3-38d是用斜鑲條調(diào)整燕尾導軌間隙的實例。</p><p>　　四、驅(qū)動力方向和作用點對導軌工作的影響</p><p>　　設計導軌時，必

22、須合理確定驅(qū)動力的方向和作用點，使導軌的傾復力矩盡可能小。否則，將使導軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而降低導軌運動靈便性和導向精度，嚴重時以至使導軌卡住而不能正常工作。因此，需要研究運動件不被卡住的條件。</p><p>　　圖 3-39 導軌受力簡圖</p><p>　　設驅(qū)動力作用在通過導軌軸線的平面內(nèi)，驅(qū)動力F的方向與導軌運動方向的夾角為α，作用點離導軌軸線的距離為h。導軌受力情況

23、如圖3-39所示，由于驅(qū)動力F將使運動件傾轉(zhuǎn)，可認為運動件與承導件的兩端點壓緊，正壓力分別為N1、N2，相應的摩擦力為N1fV和N2fV，載荷為Fa，忽略去運動件與承導件間的配合間隙和運動件重力的影響，且當d/L很小時，保證運動件不被卡住的條件是</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　當h=0時，

24、 （3-10）</p><p>　　當α=0時， </p><p>　　為了保證運動靈活，建議設計時取</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　上述公式中，為當量滑動摩擦系數(shù)，對于不同的導軌，值為</p><p>　　矩形導軌

25、 </p><p>　　燕尾形和三角形導軌 </p><p>　　圓柱面導軌 </p><p>　　式中 —滑動摩擦系數(shù)；</p><p>　　——燕尾輪廓角或三角形底角。</p><p>　　對于不同截面形狀的組合導軌，由于兩根

26、導軌的摩擦力不同，驅(qū)動運動件的驅(qū)動元件(螺旋副、齒輪—齒條或其它傳動裝置)的位置應隨之不同。例如對圖3-40所示的三角形—平面組合導軌，因三角形導軌上的摩擦力要比平面導大，摩擦力的合力作用在O點，且c>b，因此，驅(qū)動元件的位置應該設在O點，從而消除運動件移動時轉(zhuǎn)動的趨勢，使運動件移動平穩(wěn)而靈活。</p><p>　　圖3-40 三角形——平面導軌</p><p>　　五、溫度變化對

27、導軌間隙的影晌</p><p>　　滑動摩擦導軌對溫度變化比較敏感。由于溫度的變化，可能使自封式導軌卡住或造成不能允許的過大間隙。為減小溫度變化對導軌的影響，承導件和運動件最好用膨脹系數(shù)相同或相近的材料。</p><p>　　如果導軌在溫度變化大的條件下工作(如大地測量儀器或軍用儀器等)，在選定精度等級和配合以后，應對溫度變化的影響進行驗算。</p><p>　　為

28、了保證導軌在工作時不致卡住，導軌中的最小間隙值Δmin響應大于或等于零。</p><p>　　導軌的最小間隙可用下式計算</p><p>　　Δmin=D2min(1+α2(t-t0))-D1max(1+α1(t-t0)) (3-12)</p><p>　　式中D2min——包容件在制造溫度時的最小直徑或最小直線尺寸；<

29、;/p><p>　　D1max一—被包容件在制造溫度時的最大直徑或最大直線尺寸；</p><p>　　α1、α2——被包容件與包容件材料的線膨脹系數(shù)；</p><p>　　t0——導軌制造時的溫度；</p><p>　　t——導軌工作時的最高或最低溫度。</p><p>　　為保證導軌的工作精度，導軌副中的最大間隙Δmax

30、應小于或等于允許間隙，導軌中的最大間隙可用下式計算</p><p>　　Δmax=D2max[1+α2(t-t0)]-D1min[1+α(t-t0)] (3-13)</p><p>　　式中D1max——包容件在制造溫度時的最大直徑或最大直線尺寸；</p><p>　　D1min——被包容件在制造溫度時的最

31、小直徑或最小直線尺寸。</p><p><b>　　六、導軌的剛度計算</b></p><p>　　為了保證機構的工作精度，設計時應保證導軌的最大彈性變形量不超過允許值。必要時應進行導軌的剛度計算或驗算。由于導軌主要受靜載荷作用，故導軌的剛度主要是指靜剛度。</p><p>　　如果忽略機座變形對導軌剛度的影響(假設機座為絕對剛體)，則導軌的剛

32、度主要取決于在載荷作用下，導軌運動件和承導件的彎曲變形和它們工作面間接觸變形的大小。</p><p>　　在計算導軌的彎曲變形時，可將與導軌運動件連成一體的工作臺簡化成梁，按工程力學中梁的變形公式進行簡化計算。為了提高導軌的剛度，除必要時增大導軌尺寸外，常采用合理布置加強筋的辦法，以達到既保證剛度又減輕重量的目的。</p><p>　　導軌的接觸變形可按經(jīng)驗公式估算，對于名義接觸面積不超過

33、100～150cm2的鋼和鑄鐵的接觸，其接觸變形δ（單位為μm）為</p><p>　　δ = c (3-14)</p><p>　　式中p —一接觸面間的平均壓力（N／cm2）； </p><p>　　c ——系數(shù)，對于精刮導軌面（每25mm

34、15;25mm在16點以上）和磨削導軌面（粗糙度R a為0.16～0.32μm）為1.47～1.94，研磨表面（粗糙度Ra為0.01～0.02μm)為0.69。</p><p>　　七、提高導軌耐磨性的措施</p><p>　　為使導軌在較長的使用期間內(nèi)保持一定的導向精度，必須提高導軌的耐磨性。由于磨損速度與材料性質(zhì)、加工質(zhì)量、表面壓強、潤滑及使用維護等因素直接有關，故欲想提高導軌的耐磨性

35、，須從這些方面采取措施。</p><p>　　1、合理選擇導軌的材料及熱處理</p><p>　　用于導軌的材料，應具有耐磨性好，摩擦系數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。常用的材料有：</p><p>　?。?）鑄鐵 如HT200、HT300等，均有較好的耐磨性。采用高磷鑄鐵(含磷量質(zhì)量分數(shù)高于0.3％)、磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵作導軌，耐磨性比普通鑄鐵分別提高1～

36、4倍。鑄鐵導軌的硬度一般為180～200HBS。為提高其表面硬度，采用表面淬火工藝，表面硬度可達55HBC，導軌的耐磨性可提高1～3倍。</p><p>　?。?）鋼 常用的有碳素鋼(40、50、T8A、T10A)和合金鋼(20Cr、40Cr)。淬硬后鋼導軌的耐磨性比一般鑄鐵導軌高5～10倍。要求高的可用20Cr制成，滲碳后淬硬至56～62HBC；要求低的用40Cr制成，高頻淬火硬度至52～58HRC。鋼制導軌

37、一般做成條狀，用螺釘及銷釘固定在鑄鐵機座上，螺釘?shù)某叽绾蛿?shù)量必須保證良好的接觸剛度，以免引起變形。</p><p>　　（3）有色金屬 常用的有黃銅、錫青銅、超硬鋁(LC4)、鑄鋁(ZL6)等。 </p><p>　　（4）塑料 聚四氟乙烯具有優(yōu)良的減摩、耐磨和抗振性能，工作溫度適應范圍廣（-200～+280°C），靜、動摩擦系數(shù)都很小，是一種良好的減摩材料。以聚四氟乙烯為

38、基體的塑料導軌性能良好，它是一種在鋼板上燒結球狀青銅顆粒并浸漬聚四氟乙烯塑料的板材，如圖3-41所示。導軌板的厚度為1.5～3mm，在多孔青銅顆粒上面的聚四氟乙烯表層厚為0.025mm。這種塑料導軌板既有聚四氟乙烯的摩擦特性，又具有青銅和鋼鐵的剛性與導熱性，裝配時可用環(huán)氧樹脂粘接在動導軌上。這種導軌用在數(shù)控機床、集成電路制板設備上，可保證較高的重復定位精度和滿足微量進給時無爬行的要求。</p><p>　　圖3-

39、41 塑料導軌板截面示意圖</p><p><b>　　2、減小導軌面壓強</b></p><p>　　導軌面的平均壓強越小，分布越均勻，則磨損越均勻，磨損量越小。導軌面的壓強取決于導軌的支承面積和負載，設計時應保證導軌工作面的最大壓強不超過允許值。為此，許多精密導軌，常采用卸載導軌，即在導軌截荷的相反方向給運動件施加一個機械的或液壓的作用力（卸載力），抵消導軌上的

40、部分載荷，從而達到既保持導軌面間仍為直接接觸，又減小導軌工作面的壓力。一般卸載力取為運動件所受總重力的2／3左右。</p><p>　　圖3-42 靜壓卸載導軌原理</p><p>　?。?）靜壓卸載導軌（圖3-42） 在運動件導軌面上開有油腔，通入壓力為Ps的液壓油，對運動件施加一個小于運動件所受載荷的浮力，以減小導軌面的壓力。油腔中的液壓油經(jīng)過導軌表面宏觀與微觀不平度所形成的間隙

41、流出導軌，回到油箱。</p><p>　　圖 3-43 水銀卸載導軌原理</p><p>　?。?）水銀卸載導軌（圖3-43） 在運動件下面裝有浮子1（木塊），并置于水銀槽2中，利用水銀產(chǎn)生的浮力抵消運動組件的部分重力。這種卸載方式結構簡單，缺點是水銀蒸氣有毒，故必須采取防止水銀揮發(fā)的措施。</p><p>　　圖 3－44 機械卸載導軌</p>

42、<p>　?。?）機械卸載導軌（圖3-44） 選用剛度合適的彈簧，并調(diào)節(jié)其彈簧力，以減小導軌面直接接觸處的壓力。</p><p>　　3、保證導軌良好的潤滑</p><p>　　保證導軌良好的潤滑，是減小導軌摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是潤滑油的分子吸附在導軌接觸表面，形成厚度約為0.005～0.008mm的一層極薄的油膜，從而阻止或減少導軌面間直接接觸的緣故。<

43、/p><p>　　由于滑動導軌的運動速度一般較低，并且往復反向，運動和停頓相間進行，不易形成油楔，因此，要求潤滑油具有合適的粘度和較好的油性，以防止導軌出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。</p><p>　　選擇導軌潤滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的粘度應越大；垂直導軌的潤滑油粘度，應比水平導軌潤滑油的粘度大些。在工作溫度變化時，潤滑油的粘度變化要小。潤滑油應具有良好的潤滑性能和足夠的油膜強度，不浸蝕

44、機件，油中的雜質(zhì)應盡量少。</p><p>　　對于精密機械中的導軌，應根據(jù)使用條件和性能特點來選擇潤滑油。常用的潤滑油有機袖，精密機床液壓導軌油和變壓器油等。還有少數(shù)精密導軌，選用潤滑脂進行潤滑。</p><p>　　關于潤滑方法，對于載荷不大、導軌面較窄的精密儀器導軌，通常只需直接在導軌上定期地用手加油即可，導軌面也不必開出油溝。對于大型及高速導軌，則多用手動油泵或自動潤滑，并在導軌面

45、上開出合適形狀和數(shù)量的油溝，以使?jié)櫥驮趯к壒ぷ鞅砻嫔戏植季鶆颉?lt;/p><p><b>　　4、提高導軌的精度</b></p><p>　　提高導軌精度主要是保證導軌的直線度和各導軌面間的相對位置精度。導軌的直線度誤差都規(guī)定在對導軌精度有利的方向上，如精密車床的床身導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差只允許上凸，以補償導軌中間部分經(jīng)常使用而產(chǎn)生向下凹的磨損。</p>

46、;<p>　　適當減小導軌工作面的粗糙度，可提高耐磨性，但過小的粗糙度不易貯存潤滑油，甚至產(chǎn)生“分子吸力”，以致撕傷導軌面。粗糙度一般要求。</p><p>　　八、導軌主要尺寸的確定</p><p>　　導軌的主要尺寸有運動件和承導件的長度、導軌寬度、兩導軌之間的距離、三角形導軌的頂角等。</p><p>　　增大導軌運動件長度L，有利于提高導軌的導

47、向精度和運動靈活性，但卻使工作臺的尺寸和重量加大。因此，設計時一般取L=(1.2～1.8) a 。其中a為兩導軌之間的距離。如結構允許，則可取L≥2a。承導件的長度則主要取決于運動件的長度及工作行程。</p><p>　　導軌寬度B可根據(jù)載荷F和允許壓強P求出。</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　兩導軌之間的

48、距離減小，則導軌尺寸減小，但導軌穩(wěn)定性變差。設計時應在保證導軌工作穩(wěn)定的前提下，減小兩導軌之間的距離。 </p><p>　　三角形導軌的頂角，一般取為90°。</p><p>　　第五節(jié) 滾動摩擦導軌</p><p>　　滾動摩擦導軌是在運動件和承導件之間放置滾動體（滾珠、滾柱、滾動軸承等），使導軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。滾動摩擦導軌按滾動體的形

49、狀可分為滾珠導軌、滾柱導軌、滾動軸承導軌等。</p><p>　　與滑動摩擦導軌比較，滾動導軌的特點是：①摩擦系數(shù)小，并且靜、動摩擦系數(shù)之差很小，故運動靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；②定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為 0.1～0.2μm，而滑動導軌的定位誤差一般為10～20μm。因此，當要求運動件產(chǎn)生精確微量的移動時，通常采用滾動導軌；③磨損較小，壽命長，潤滑簡便；④結構較為復雜，加工比較困難，成本較高

50、；⑤對臟物及導軌面的誤差比較敏感。</p><p><b>　　一、滾珠導軌</b></p><p>　　圖3-45 力封式滾珠導軌 圖3-46 自封式滾珠導軌</p><p>　　圖3-45和圖3-46是滾珠導軌的兩種典型結構型式。在V形槽（V形角一般為900）中安置著滾珠，隔離架1用來保持各個滾珠的相對

51、位置，固定在承導件上的限動銷2與隔離架上的限動槽構成限動裝置，用來限制運動件的位移，以免運動件從承導件上滑脫。</p><p>　　V形滾珠導軌的優(yōu)點是工藝性較好，容易達到較高的加工精度，但由于滾珠和導軌面是點接觸，接觸應力較大，容易壓出溝槽，如溝槽的深度不均勻，將會降低導軌的精度。為了改善這種情況，可采取如下措施：</p><p>　　1、預先在V形槽與滾珠接觸處研磨出一窄條圓弧面的淺槽

52、，從而增加了滾珠與滾道的接觸面積，提高了承載能力和耐磨性，但這時導軌中的摩擦力略有增加。 </p><p>　　2、采用雙圓弧滾珠導軌（圖3-47a）。這種導軌是把V形導軌的V形滾道改為圓弧形滾道，以增大滾動體與滾道接觸點的綜合曲率半徑，從而提高導軌的承載能力、剛度和使用壽命。雙圓弧導軌的缺點是形狀復雜，工藝性較差，摩擦力較大，當精度要求很高時不易滿足使用要求。</p><p>　　

53、圖 3-47 雙圓弧導軌</p><p>　　為使雙圓弧滾珠導軌既能發(fā)揮接觸面積較大，變形較小的優(yōu)點，又不致于過分增大摩擦力，應合理確定雙圓弧滾珠導軌的主要參數(shù)（圖3-47b）。根據(jù)使用經(jīng)驗，滾珠半徑r與滾道圓弧半徑R之比常取為r／R=0.90～0.95，接觸角θ= 45°。</p><p>　　導軌兩圓弧的中心距C為</p><p>　　C=2(R—r)

54、sinθ （3-16）</p><p>　　當要求運動件的行程很大或需要簡化導軌的設計和制造時，可采用滾珠循環(huán)式導軌。圖3-48是這種導軌的結構簡圖，它由運動件1、滾珠2、承導件3和返回器4組成。運動件上有工作滾道5和返回滾道6，與兩端返回器的圓弧槽面滾道接通，滾珠在滾道中循環(huán)滾動，行程不受限制。</p><p>　　圖 3-48 滾珠循環(huán)式滾動導軌的結構簡圖&

55、lt;/p><p>　　為了保證滾珠導軌的運動精度和各滾珠承受載荷的均勻性，應嚴格控制滾珠的形狀誤差和各滾珠間的直徑差。例如19JA萬能工具顯微鏡橫向滑板滾珠導軌，滾珠間的直徑不均勻度和滾珠的圓度誤差均要求在0.5μm以內(nèi)。</p><p>　　二、滾柱導軌和滾動軸承導軌 </p><p>　　為了提高滾動導軌的承載能力和剛度，可采用滾柱導軌或滾動軸承導軌。這類導

56、軌的結構尺寸較大，常用在比較大型的精密機械上。</p><p>　　圖3-49 滾柱導軌</p><p>　　1、交叉滾柱V——平導軌 </p><p>　　如圖3-49a所示，在V形空腔中交叉排列著滾柱，這些滾柱的直徑d略大于長度b，相鄰滾柱的軸線互相垂直交錯，單數(shù)號滾柱在AA1面間滾動(與B1面不接觸)，雙數(shù)號滾柱在BB1面間滾動(與A1面不接觸)，右邊的滾柱

57、則在平面導軌上運動。這種導軌不用保持架，可增加滾動體數(shù)目，提高導軌剛度。</p><p>　　2、V—平滾柱導軌 </p><p>　　如圖3-49b，這種導軌加工比較容易，V形滾柱直徑d與平面導軌滾柱d1之間有如下關系</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　其中α是V形導軌的V形角。&

58、lt;/p><p>　　第六節(jié) 靜壓螺旋傳動與靜壓導軌簡介</p><p><b>　　一、靜壓螺旋傳動</b></p><p>　　1、靜壓螺旋傳動的工作原理 </p><p>　　靜壓螺旋傳動的工作原理如圖3-50所示。來自液壓泵3的潤滑油，經(jīng)溢留閥6調(diào)壓后，通過精密過濾器2以一定壓力（FS ）通過節(jié)流閥1，

59、由內(nèi)螺紋牙側面的油腔進入工作螺紋的間隙，然后經(jīng)各回油孔（虛線所示，回油路圖中未畫出）流回油箱5。</p><p>　　圖3-50 靜壓螺旋傳動原理</p><p>　　1—節(jié)流閥 2—精密濾油器 3—液壓泵 4—濾油器 5—油箱 6—溢流閥</p><p>　　當螺桿無外載荷時，通過每一油腔沿間隙流出的流量相等，螺紋牙兩側的油壓及間隙也相等，既Pr1=

60、Pr2 =Pr0 ，h1=h2 = h0 ，螺桿保持在中間位置。</p><p>　　當螺桿受軸向力F a 而偏向左側時，則間隙h1減小，h2增大。由節(jié)流閥的作用，使Pr1>Pr2，從而產(chǎn)生一個平衡F a 的反力。</p><p>　　當螺桿受徑向力Fr作用而沿載荷方向產(chǎn)生位移時，油腔A側間隙減小，B、C側間隙增大。同樣，由于節(jié)流閥的作用，使A側的油壓增高，B、C側油壓降低，形成壓差

61、與徑向力Fr平衡。</p><p>　　當螺桿一端受徑向力矩M作用而形成一傾覆力矩時，螺母上對應油腔E、J側間隙減小，D,C側間隙增大。由于節(jié)流閥的作用使螺桿產(chǎn)生一個反向力矩，使其保持平衡。</p><p>　　由上述三種受力情況可知，當每一個螺旋面上設有三個以上的油腔時，螺桿（或螺母）不但能承受軸向載荷，同時也能承受一定的徑向載荷和傾覆力矩。</p><p>　　

62、2、靜壓螺旋傳動的特點</p><p>　　靜壓螺旋傳動與滑動螺旋和滾動螺旋傳動相比，具有下列特點：</p><p>　?。?）摩擦阻力小，效率高(可達99％)。</p><p>　?。?）壽命長。螺紋表面不直接接觸，能長期保持工作精度。</p><p>　?。?）傳動平穩(wěn)，低速時無爬行現(xiàn)象。</p><p>　?。?

63、）傳動精度和定位精度高。 </p><p>　?。?）具有傳動可逆性，必要時應設置防止逆轉(zhuǎn)機構。</p><p>　　（6）需要一套可靠的供油系統(tǒng)，并且螺母結構復雜，加工比較困難。</p><p><b>　　二、靜壓導軌</b></p><p>　　靜壓導軌是在兩個相對運動的導軌面間通入壓力油或壓縮空氣，使運動件

64、浮起，以保證兩導軌面間處于液體或氣體摩擦狀態(tài)下工作。</p><p><b>　　1、液體靜壓導軌</b></p><p>　　根據(jù)結構特點，液體靜壓導軌分為開式靜壓導軌和閉式靜壓導軌兩類。</p><p>　　圖3-51 開式靜壓導軌工作原理</p><p><b>　?。?）開式靜壓導軌</b>

65、</p><p>　　如圖3-51所示，液壓泵3起動后，油液經(jīng)濾油器2吸入，用溢流閥4調(diào)節(jié)進油壓力，液壓油經(jīng)精密濾油器5過濾后流經(jīng)節(jié)流閥6，其壓力降為P0，流入導軌油腔產(chǎn)生浮力將運動件浮起，直到形成一定的原始間隙h0時，浮力與載荷F平衡，油膜將運動件7與承導件8完全隔開。油液從油腔經(jīng)過間隙h0流出，回到油箱1。</p><p>　　當載荷F增大時，運動件下沉，間隙h0減小，回油阻力增大，流

66、量減小，油腔壓力增大。當運動件下沉某一距離e時，導軌間隙減小至h（h=h0-e）油腔壓力增至Fr，其所形成的浮力重新與載荷F平衡，從而將運動件的下沉限制在一定的范圍內(nèi)，保證導軌在液體摩擦狀態(tài)下工作。開式靜壓導軌結構簡單，但承受傾復力矩的能力較差。.</p><p>　　圖3-52 閉式靜壓導軌工作原理</p><p><b>　?。?）閉式靜壓導軌</b></p

67、><p>　　圖3—52為閉式靜壓導軌的工作原理圖。圖a為兩側沒有采用靜壓，圖b是兩側采用了靜壓?，F(xiàn)以圖b為例說明閉式靜壓導軌的工作原理。3為承導件，當運動件2受到傾復力矩M后，導軌間隙h3、h4增大，h1、h6減小，由于各相應節(jié)流閥1的作用，Pr3、Pr4減小，而Pr1、Pr6增大，它們作用在運動件的力，形成一個與傾復力矩相反的力矩，從而使運動件保持平衡。當承受載荷F時，則導軌間隙h1、h4減小，h3、h6增大，由

68、于各相應節(jié)流閥的作用，Pr1、Pr4增大，而Pr3、Pr6減小，從而形成了向上的承載力，與載荷F平衡。同理，側向載荷可由左、右兩側靜壓油腔所產(chǎn)生的壓力差來平衡。</p><p>　　液體靜壓導軌的優(yōu)點是：①摩擦系數(shù)很?。ㄆ饎幽Σ料禂?shù)可小至0.0005），可使驅(qū)動功率大大降低，運動輕便靈活，低速時無爬行現(xiàn)象；②導軌工作表面不直接接觸，基本上沒有磨損，能長期保持原始精度，壽命長；③承載能力大，剛度好；④摩擦發(fā)熱小，導

69、軌溫升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。</p><p>　　靜壓導軌的缺點是：結構較復雜，需要一套供油設備，油膜厚度不易掌握，調(diào)整較困難，這些都影響靜壓導軌的廣泛使用。</p><p>　　2、氣體靜壓導軌 </p><p>　　氣體靜壓導軌是由外界供壓設備供給一定壓力的氣體將運動件與承導件分開，運動件運動時只存在很小的氣體層之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小，適用于精密

70、、輕載、高速的場合，在精密機械中的應用愈來愈廣。</p><p>　　氣體靜壓導軌按結構形式的不同可分為開式、閉式和負壓吸浮式氣墊導軌三種。下面只對負壓吸浮式氣墊導軌作一簡單介紹。</p><p>　　負壓吸浮式氣墊導軌是一種適用于高精度、高速度、輕載的新型空氣靜壓導軌，它是利用負壓吸浮式平面氣墊在工作面上不同區(qū)域同時存在正壓（浮力）和負壓（吸力）的特點，使運動件和承導件之間形成一定厚度的

71、氣體膜。負壓吸浮式氣墊的工作原理如圖3-53所示,圖a為氣墊的結構，圖b為氣墊工作面上的壓力分布。</p><p>　　圖 3-53 負壓吸浮式氣墊的工作原理</p><p>　　10為承導件，氣源3產(chǎn)生的壓力Ps，經(jīng)直徑為d的節(jié)流孔流入氣腔，氣流分兩個方向排出：一部分沿導軌面間的間隙向外流動，排入大氣，壓力降為p。；另一部分向內(nèi)流動，經(jīng)半徑為r1的負壓腔，由真空泵9抽走。因此，在rd與

72、r2之間的環(huán)形區(qū)域形成正壓Pk、P1、P2，將氣墊1浮起，使其具有承載能力，而在以r1為半徑的圓域內(nèi)，形成負壓產(chǎn)生吸力。正壓使氣膜厚度增大，負壓則使氣膜厚度減小，當二者匹配時，形成一個穩(wěn)定的氣膜厚度h，使氣墊與導軌面既不接觸，又不脫開。 </p><p><b>　　思考題</b></p><p>　　3-1、機電一體化系統(tǒng)中的機械裝置包括那些內(nèi)容？</p

73、><p>　　3-2、機電一體化傳動系統(tǒng)有哪幾種類型？各有什么作用？</p><p>　　3-3、齒輪傳動間隙對系統(tǒng)有何影響？有那些方法可以消除該因素引起的系統(tǒng)誤差？</p><p>　　3-4、導向機構都有哪幾種類型？各有什么特點？</p><p>　　3-5、滾珠絲杠副的軸向間隙對系統(tǒng)有何影響？如何處理？</p><p&g