3导轨的结构设计

1. 滑动导轨

（1）基本形式

三角形导轨: 该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为 90°为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件下，采用较大的顶角 (110°~120:为进步导向性，采用较小的顶角(60°。假如导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。

矩形导轨:优点是结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高:导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。

燕尾形导轨:燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑:但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。圆形导轨:制造方便，外圆采用磨削，内孔磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。

（2）常用导轨组合形式

三角形和矩形组合:这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高，而平导轨的工艺性好，因此应用最广这种组合有V-平组合、棱-平组合两种形式。V-平组合导轨易储存润滑油，低、高速都能采用;校-平组合导轨不能储存润滑油，只用于低速移动。

为使导轨移动轻便省力和两导轨磨损均匀，驱动元件应设在三角形导轨之下，或偏向三角形导轨。矩形和矩形组合:承载面和导向面分开，因而制造和调整简单。导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低.

双三角形导轨:由于采用对称结构，两条导轨磨损均匀，磨损后对称位置位置不变，故加工精度影响小。接触刚度好，导向精度高，但工艺性差，四个表面刮削或磨削也难以完全接触，假如运动部件热变形不同，也不能保证四个面同时接触，故不宜用在温度变化大的场合。

（3）间隙调整

为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力;间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有:a)刮研或配磨下压板的结合面:b) 用螺钉调整条位置:C)改变垫片的片数或厚度:

在水平方向上，常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙。

圆形导轨的间隙不能调整

(4) 夹紧装置

有些导轨(如非水平放置的导轨)在移动之后要求将它的位置固定，因而要用专用的锁(夹)紧装置。常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。

（5）进步耐磨性措施

导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法，以及使用与维护。进步导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。进步导轨耐磨性的措施有:

1)选择公道的比压 单位面积上的压力成为比压，即P=P/S(公斤/厘米 2)

式中 P-作用在导轨上的力(公斤)

S-导轨的支承面积(厘米 2)

由上式可知，要减小导轨的比压，应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积。减小两导轨面之间的中心距。可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。但减小中心距受到结构尺寸的限制，同时中心距太小，将导致运动不稳定。

降低导轨比压的另一办法，是采用卸荷装置，即在导轨载荷的相反方向，增加弹黄或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。

2)选择合适材料 目前常采用的导轨材料有以下几种:铸铁· 导轨与承导件或运动件铸成一体，其材料常用灰口铸铁。它具有本钱低，工艺性好，热稳定性高等优点。在润滑和防护良好的情况下，具有一定的耐磨性。常用的是 HT200~HT400，硬度以HB=180~200 较为合适适当增加铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可进步导轨的耐磨性。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，可使用耐磨铸铁，如高磷铸铁，硬度为 HB=180~220，耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。若加进一定量的铜和钦，成为磷铜钦铸铁，其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。但高磷系铸铁的脆性和铸造应力较大，易产生裂纹，应采用适当的铸造工艺

此外，还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。

钢-要求较高的或焊接机架上的导轨，常用淬火的合金钢制造。淬硬的钢导轨的耐磨性比普通灰铸铁高 5~10 倍常用的有 20Cr 钢渗碳淬火和 40Cr 高频淬火。

钢导轨镶接的方法有:

螺钉连接，应使螺钉不受剪切:为避免导轨上有孔(孔内积存赃物而加速磨损)，一般采用倒装螺钉。结构上不便于从下面伸进螺钉固定时，可采用如图 21-16 所示的方法。螺钉固紧后，将六角头磨平，使导轨上的螺钉孔和螺钉头之间没有间隙。

用环氧树脂胶接，胶接面之间的间隙不超过 0.25 毫米。胶粘导轨具有一定的胶接刚度和强度，尚有一定的抗冲击性能，工艺简单，本钱较低。塑料-用聚四氟乙烯为基材，添加不同的填充剂作为导轨材料。它具有耐磨、抗振以及动、静摩擦系数低(0.04).可消除低速爬行现象，在实际应用中取得良好的效果。3)热处理 为进步铸铁导轨的耐磨性，常对导轨表面进行淬火处理。表面淬火方法有:火焰淬火、高频淬火和电接触淬火。

4) 润滑和防护 润滑油能使导轨间形成一层极薄的油膜，阻止或减少导轨面直接接触，减小摩擦和磨损，以延长导轨的使用寿命。同时，对低速运动，润滑可以防止"爬行":对高速运动，可减少摩擦热，减少热变形。导轨润滑的方式有浇杯、油杯、手动油泵和自动润滑等。导轨的防护装置用来防止切削、灰尘等赃物落到导轨表面，以免使导轨擦伤、生锈和过早的磨损。为此，在运动导轨端部安装刮板:采用各种式样的防护置，使导轨不过露等办法。

(6)结构尺寸的验算

1)校核温度变化对导轨间隙的影响 导轨在温度变化较大的环境中工作，应在选定精度和配合后，作导轨间隙验算。为了保证工作时不致卡住，导轨的最小间隙应大于或即是零，即 Amin20导轨的最小间隙用下式计算:

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

t0-制造时温度(C)

Dmin-包容件在to 时的最小尺寸 (mm)

dmax-被包容件在 to 时的最大尺寸 (mm)

ak-包容件材料的线膨胀系数 (1/C)

az-被包容件材料的线膨胀系数 (1/C)

为保证导向精度，导轨的最大间隙 Amax 应小于或即是答应值，即 Amaxs[Amax]导轨的最大间隙用下式计算:

Amax=Dmax[1+ak(t-to)]-dmin[1+az(t-to)](mm)式中Dmax-包容件在 t0 时的最大尺寸 (mm)dmin-被包容件在 to 时的最小尺寸 (mm)2)不自锁条件和导轨间隙计算

当初定导轨的结构形式和尺寸后，应留意作用力的方向和作用点的位置，力求使导轨的倾斜力矩小，否则使导轨的摩擦力增大，磨损加快，从而降低导轨的灵活性和导向精度，甚至回使导轨卡住。