第四节滑动摩擦导轨 直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。导轨可 以是一个专门的零件，也可以是 个零件上起导向作用的部分。滑动摩擦导轨的运动件与承 导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大：缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时 易产生爬行现象。 按照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕它们转 动（图3-29）。对于直线运动导轨，必须限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动 的自由度。 导轨的导向面有棱柱面和圆柱面两种基本型式。 图3-29导轨的导向原理 以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度，如图329%、c、d所示的棱柱面 导轨，运动件只能沿x方向移动。棱柱面由几个平面组成，但从便于制造、装配和检验出发， 平面的数目应尽量少，图中的棱柱面导轨由两个窄长导向平面组成.限制运动件自由度的面， 可以集中在一根导轨上，但为提高导轨的承载能力和抵抗倾复力矩的能力，绝大多数情况是 采用两根导轨 以圆柱面相配合的两个零件，有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度，在限 制转动这一自由度后，则只有沿其轴线方向移动的自由度（图3-29）。 一、导轨的基本要求 1、导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决 于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。导轨的几何精度可用线值或角值表示
第四节 滑动摩擦导轨 直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。导轨可 以是一个专门的零件，也可以是一个零件上起导向作用的部分。滑动摩擦导轨的运动件与承 导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时 易产生爬行现象。 按照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿 x、y、z 轴移动和绕它们转 动（图 3-29a）。对于直线运动导轨，必须限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动 的自由度。 导轨的导向面有棱柱面和圆柱面两种基本型式。 图 3-29 导轨的导向原理 以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度，如图 3-29b、c、d 所示的棱柱面 导轨，运动件只能沿 x 方向移动。棱柱面由几个平面组成，但从便于制造、装配和检验出发， 平面的数目应尽量少，图中的棱柱面导轨由两个窄长导向平面组成。限制运动件自由度的面， 可以集中在一根导轨上，但为提高导轨的承载能力和抵抗倾复力矩的能力，绝大多数情况是 采用两根导轨。 以圆柱面相配合的两个零件，有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度，在限 制转动这一自由度后，则只有沿其轴线方向移动的自由度（图 3-29e）。 一、导轨的基本要求 1、导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决 于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。导轨的几何精度可用线值或角值表示
c) 图3.30导轨的几何角度 (1)导轨在垂直平面和水平面内的直线度如图330a、b所示，理想的导轨面与垂直 平面AA或水平面B-B的交线均应为一条理想直线，但由于存在制造误差，致使交线的实 际轮席偏离理想直线，其最大偏差量△即为导轨全长在垂直平面（图3-30a)和水平面（图 330b)内的直线度误差。 (2)导轨面间的平行度图330c所示为导轨面间的平行度误差。设V形导轨没有误 差，平面导轨纵向有倾斜，由此产生的误差△即为导轨间的平行度误差。导轨间的平行度误 差一般以角度值表示，这项误差会使运动件运动时发生“扭曲”。 2、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时 导轨速度的不均匀，使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。爬行现象主要取决于号 轨副中摩擦力的大小及其稳定性。为此，设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、 配合表面的几何形状精度及润滑方式。 3、耐磨性好。导轨的初始结度由制造保证，而导轨在使用过程中的锆度保特性则与导 轨面的耐磨性密切相关。导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料？导轨表面的粗糙度及 硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。 4、对温度变化的不敏感性。即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。导轨对温度变 化的不敏感性主要取决于导轨类型、材料及导轨配合间隙等。 5、足够的刚度。在载荷的作用下，导轨的变形不应超过允许值。刚度不足不仅会降低 导向精度，还会加快导轨面的磨损。刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。 6、结构工艺性好。导轨的结构应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低成本 二、滑动摩擦导轨的类型及结构特点 按导轨承导面的截面形状，滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨（图331）。其中 凸形导轨不易积存切屑、脏物，但也不易保存润滑油，故宜作低速导轨，例如车床的床身导 轨。凹形导轨则相反，可作高速导轨，如磨床的床身导轨，但需有良好的保护装置，以防切 屑、脏物掉入
图 3-30 导轨的几何角度 （1）导轨在垂直平面和水平面内的直线度 如图 3-30a、b 所示，理想的导轨面与垂直 平面 A-A 或水平面 B-B 的交线均应为一条理想直线，但由于存在制造误差，致使交线的实 际轮廓偏离理想直线，其最大偏差量△即为导轨全长在垂直平面（图 3-30a）和水平面（图 3-30b）内的直线度误差。 （2）导轨面间的平行度 图 3-30c 所示为导轨面间的平行度误差。设 V 形导轨没有误 差，平面导轨纵向有倾斜，由此产生的误差△即为导轨间的平行度误差。导轨间的平行度误 差一般以角度值表示，这项误差会使运动件运动时发生“扭曲”。 2、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时 导轨速度的不均匀，使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。爬行现象主要取决于导 轨副中摩擦力的大小及其稳定性。为此，设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、 配合表面的几何形状精度及润滑方式。 3、耐磨性好。导轨的初始精度由制造保证，而导轨在使用过程中的精度保持性则与导 轨面的耐磨性密切相关。导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料?导轨表面的粗糙度及 硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。 4、对温度变化的不敏感性。即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。导轨对温度变 化的不敏感性主要取决于导轨类型、材料及导轨配合间隙等。 5、足够的刚度。在载荷的作用下，导轨的变形不应超过允许值。刚度不足不仅会降低 导向精度，还会加快导轨面的磨损。刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。 6、结构工艺性好。导轨的结构应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低成本。 二、滑动摩擦导轨的类型及结构特点 按导轨承导面的截面形状，滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨（图 3-31）。其中 凸形导轨不易积存切屑、脏物，但也不易保存润滑油，故宜作低速导轨，例如车床的床身导 轨。凹形导轨则相反，可作高速导轨，如磨床的床身导轨，但需有良好的保护装置，以防切 屑、脏物掉入
对称三界 我是形 原形 图331滑动摩擦导轨截面形状 一生桂等而的状点是导处面的加工和检的比软简单，易于达到较高的桔度。缺点是对一 温度变化比较敏感，间隙不能调整。 图3.32圆柱面导轨 在图3-32所示的结构中，支臂3和立柱5构成圆柱面导轨。立柱5的圆柱面上加工有 螺纹槽，转动螺母1即可带动支臂3上下移动，螺钉2用于锁紧，垫块4用于防止螺钉2 压伤圆柱表面。 在多数情况下，圆柱面导轨的运动件不允许转动，为此，可采用各种防转结构。最简单 的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹桔。图333a、b、c是这 种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动（图333），适兰 增大辅助导向面与基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅 助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨（图333），它既能保证较高的导向精度，又 能保证较大的承载能力。 b)
图 3-31 滑动摩擦导轨截面形状 1、圆柱面导轨 圆柱面导轨的优点是导轨面的加工和检验比较简单，易于达到较高的精度；缺点是对 温度变化比较敏感，间隙不能调整。 图 3-32 圆柱面导轨 在图 3-32 所示的结构中，支臂 3 和立柱 5 构成圆柱面导轨。立柱 5 的圆柱面上加工有 螺纹槽，转动螺母 1 即可带动支臂 3 上下移动，螺钉 2 用于锁紧，垫块 4 用于防止螺钉 2 压伤圆柱表面。 在多数情况下，圆柱面导轨的运动件不允许转动，为此，可采用各种防转结构。最简单 的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。图 3-33a、b、c 是这 种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动（图 3-33d），适当 增大辅助导向面与基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅 助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨（图 3-33e），它既能保证较高的导向精度,又 能保证较大的承载能力
图3-33有防转结构的圆柱面导轨 楼程厂提高圆柱面导轨的桔度。必须正确选择圆柱面导轨的配合当导向墙修题求较高 /7或/6配合 当导向精度要求不高时，可用H8/或H8/ 转技器皮安光不大的下向装设男配省配，度装街是行研路 7配合 直到能够平滑移动时为止。 导轨的表面粗糙度可根据相应的精度等级决定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于 包容件的内表面的粗糙度 棱柱面导轨 常用的棱柱面导轨有三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨以及它们的组合式导轨。 (1)双三角形导轨如图3一34所示两条导轨同时起若支承和导向作用，故导轨的导 向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这 种导轨的制造、检验和维修都比较闲难，因为它要求四个导轨面都均匀接触，利研劳动量较 大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感 (2 平面导轨（图3346）这种导轨保持了双三角形导轨导向精度高、承载能 力大的优点，避免了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺性比双三角形导轨大为改 善，因而应用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整问隙。 图334三角形导轨 (3)矩形导轨矩形导轨可以做得较宽，因而承载能力和刚度较大。优点是结构简单 制造、检验、修理较易。缺点是磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。 图3.35所示结构是将矩形导轨的导向面A与承载面B、C分开，从而减小导向面的磨 损，有利于保持导向精度。图3-35中的导向面A是同一导轨的内外侧，两者之间的距离较 小，热膨胀变形较小，可使导轨的间隙相应减小，导向精度较高。但此时两导轨面的摩擦力 将不相同，因此应合理布置驱动元件的位置，以避免工作台倾斜或被卡住。图子35b所示结 构以两导轨面的外侧作为导向面，克服了上述缺点，但因导轨面间距离较大，容易受热膨胀 的影响，要求间隙不宜过小，从而影响导向精度。 b) 图335矩形导轨 (4)燕尾导轨主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺点是几何形状比较复杂，难 于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差，因此，通常用在结构
图 3-33 有防转结构的圆柱面导轨 为了提高圆柱面导轨的精度，必须正确选择圆柱面导轨的配合。当导向精度要求较高时， 常选用 H7／f7 或 H7／S6 配合。当导向精度要求不高时，可选用 H8／f7 或 H8／s7 配合。 若仪器在温度变化不大的环境下工作，可按 H7／h6 或 H7 巧 s6 配合加工，然后再进行研磨 直到能够平滑移动时为止。 导轨的表面粗糙度可根据相应的精度等级决定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于 包容件的内表面的粗糙度。 2、棱柱面导轨 常用的棱柱面导轨有三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨以及它们的组合式导轨。 （1）双三角形导轨 如图 3—34a 所示两条导轨同时起着支承和导向作用，故导轨的导 向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这 种导轨的制造、检验和维修都比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触，刮研劳动量较 大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。 （2）三角形一平面导轨(图 3-34b) 这种导轨保持了双三角形导轨导向精度高、承载能 力大的优点，避免了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺性比双三角形导轨大为改 善，因而应用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。 图 3-34 三角形导轨 （3）矩形导轨 矩形导轨可以做得较宽，因而承载能力和刚度较大。优点是结构简单 制造、检验、修理较易。缺点是磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。 图 3-35 所示结构是将矩形导轨的导向面 A 与承载面 B、C 分开，从而减小导向面的磨 损，有利于保持导向精度。图 3-35a 中的导向面 A 是同一导轨的内外侧，两者之间的距离较 小，热膨胀变形较小，可使导轨的间隙相应减小，导向精度较高。但此时两导轨面的摩擦力 将不相同，因此应合理布置驱动元件的位置，以避免工作台倾斜或被卡住。图 3-35b 所示结 构以两导轨面的外侧作为导向面，克服了上述缺点，但因导轨面间距离较大，容易受热膨胀 的影响，要求间隙不宜过小，从而影响导向精度。 图 3-35 矩形导轨 （4）燕尾导轨 主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺点是几何形状比较复杂，难 于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差，因此，通常用在结构
尺寸较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。图336为燕尾导轨的应用举例，其中 图3-36c所示结构的特点是把燕尾槽分成几块，便于制造、装配和调整。 图3-36燕尾导轨应用举例 三、导轨间隙的调整 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。间隙过小会增大摩擦力， 间隙过大又会降低导向精度。为此常采用以下办法，以获得必要的间隙 1、采用磨 刮相应的结合面或加垫片的方法 以获得合适的 如图3-36a所示燕 尾导轨，为了获得合适的间隙，可在零件1与2之间加上垫片3或采取直接铲刮承导件与运 动件的结合面A的办法达到。 图337平铺条调整导轨间隙 2、采用平镶条调整间隙。平镶条为一平行六面体，其截面形状为矩形（图3-37）或平 行四边形（图3-37b)。调整时，只要拧动沿镶条全长均布的几个螺钉，便能调整导轨的侧 向间隙，调整后再用螺母锁紧。平镶条制造容易，但在全长上只有几个点受力，容易变形， 故常用于受力较小的导轨。缩短螺钉间的距离加大镶条厚度()有利于镶条压力的均匀分布， 当L/=3~4时，镶条压力基本上均布（图3-37）。 3、采用斜镶条调整间隙。斜镶条的侧面磨成斜度很小的斜面，导轨间隙是用镶条的纵 向移动来调整的，为了缩短镶条长度，一般将其放在运动件上
尺寸较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。图 3-36 为燕尾导轨的应用举例，其中 图 3-36c 所示结构的特点是把燕尾槽分成几块，便于制造、装配和调整。 图 3-36 燕尾导轨应用举例 三、导轨间隙的调整 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。间隙过小会增大摩擦力， 间隙过大又会降低导向精度。为此常采用以下办法，以获得必要的间隙。 1、采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法，以获得合适的间隙。如图 3-36a 所示燕 尾导轨，为了获得合适的间隙，可在零件 1 与 2 之间加上垫片 3 或采取直接铲刮承导件与运 动件的结合面 A 的办法达到。 图 3-37 平镶条调整导轨间隙 2、采用平镶条调整间隙。平镶条为一平行六面体，其截面形状为矩形（图 3-37a）或平 行四边形（图 3-37b）。调整时，只要拧动沿镶条全长均布的几个螺钉，便能调整导轨的侧 向间隙，调整后再用螺母锁紧。平镶条制造容易，但在全长上只有几个点受力，容易变形， 故常用于受力较小的导轨。缩短螺钉间的距离加大镶条厚度(h)有利于镶条压力的均匀分布， 当 L／h=3～4 时，镶条压力基本上均布(图 3-37c)。 3、采用斜镶条调整间隙。斜镶条的侧面磨成斜度很小的斜面，导轨间隙是用镶条的纵 向移动来调整的，为了缩短镶条长度，一般将其放在运动件上
@ d) 图3-38用斜镶条调整导轨间隙 图阅的结的衡票的凸用与篷条的热回不蓝抽在在可能使销 产生窜动 构较为完善，但轴向尺 较长 调整也较 图3-38 是由 斜镶条两端的螺钉进行调整，镶条的形状简单，便于制造。图338d是用斜镶条调整燕尾号 轨间隙的实例。 四、驱动力方向和作用点对导轨作的影响 是轨时必须合 理确定驱 力的 向和作用点，使导轨的顿复力矩尽可能小。否则 将使导轨中的摩擦力增大，磨损加剧，从而降低导轨运动灵使性和导向精度，严重时以至使 导轨卡住而不能正常工作。因此，需要研究运动件不被卡住的条件。 图3-39导轨受力简图 设驱动力作用在通过导轨轴线的平面内，驱动力F的方向与导轨运动方向的夹角为ā 作用点离导轨轴线的距离为h。导轨受力情况如图3-39所示，由于驱动力F将使运动件倾 转，可认为运动件与承导件的两端点压紧，正压力分别为N、N2,相应的摩擦力为N科 N，载荷为Fa,忽略去运动件与承导件间的配合间隙和运动件重力的影响，且当dL很小 时，保证运动件不被卡住的条件是 tan a<.) L-2fh (3.9)
图 3-38 用斜镶条调整导轨间隙 图 3-38a 的结构简单，但螺钉凸肩与斜镶条的缺口间不可避免地存在间隙，可能使镶条 产生窜动。图 3-38b 所示的结构较为完善，但轴向尺寸较长，调整也较麻烦。图 3-38 c 是由 斜镶条两端的螺钉进行调整，镶条的形状简单，便于制造。图 3-38d 是用斜镶条调整燕尾导 轨间隙的实例。 四、驱动力方向和作用点对导轨工作的影响 设计导轨时，必须合理确定驱动力的方向和作用点，使导轨的倾复力矩尽可能小。否则， 将使导轨中的摩擦力增大，磨损加剧，从而降低导轨运动灵便性和导向精度，严重时以至使 导轨卡住而不能正常工作。因此，需要研究运动件不被卡住的条件。 图 3-39 导轨受力简图 设驱动力作用在通过导轨轴线的平面内，驱动力 F 的方向与导轨运动方向的夹角为α， 作用点离导轨轴线的距离为 h。导轨受力情况如图 3-39 所示，由于驱动力 F 将使运动件倾 转，可认为运动件与承导件的两端点压紧，正压力分别为 N1、N2，相应的摩擦力为 N1fV 和 N2fV，载荷为 Fa，忽略去运动件与承导件间的配合间隙和运动件重力的影响，且当 d/L 很小 时，保证运动件不被卡住的条件是 f (L b) L f h v v 2 2 tan + − （3-9）
当时，专>头器 (3-10) 当a=0时， 2f色b,因 此，驱动元件的位置应该设在0点，从而消除运动件移动时转动的趋势，使运动件移动平 稳而灵活。 e/2 图3.40二角形一一平面导轨 五、温度变化对导轨间隙的影响 滑动摩擦导轨对温度变化比较敏感。由于温度的变化，可能使自封式导轨卡住或造成不 能允许的过大间隙。为减小温度变化对导轨的影响，承导件和运动件最好用膨胀系数相同或 相近的材料。 如果导轨在温度变化大的条件下工作（如大地测量仪器或军用仪器等），在选定精度等级 和配合以后，应对温度变化的 进行验算 为了保证导轨在工作时不致卡住，导轨中的最小间隙值△m响应大于或等于零。 导轨的最小间限可用下式计算 △min=D2min(1+a(t-to)l-D1a(1+ai(tto)》 (3-12)
当 h=0 时， 1 tan 2 tan v v f f b L − （3-10） 当α=0 时， 2 1 L h v f 为了保证运动灵活，建议设计时取 2 0.5 L h v f (3-11) 上述公式中， v f 为当量滑动摩擦系数，对于不同的导轨， v f 值为 矩形导轨 f f v = 燕尾形和三角形导轨 f v = f / cos 圆柱面导轨 f f f v = 4 / =1.27 式中 f —滑动摩擦系数； ——燕尾轮廓角或三角形底角。 对于不同截面形状的组合导轨，由于两根导轨的摩擦力不同，驱动运动件的驱动元件(螺 旋副、齿轮—齿条或其它传动装置)的位置应随之不同。例如对图 3-40 所示的三角形—平面 组合导轨，因三角形导轨上的摩擦力要比平面导大，摩擦力的合力作用在 O 点，且 c>b，因 此，驱动元件的位置应该设在 O 点，从而消除运动件移动时转动的趋势，使运动件移动平 稳而灵活。 图 3-40 三角形——平面导轨 五、温度变化对导轨间隙的影晌 滑动摩擦导轨对温度变化比较敏感。由于温度的变化，可能使自封式导轨卡住或造成不 能允许的过大间隙。为减小温度变化对导轨的影响，承导件和运动件最好用膨胀系数相同或 相近的材料。 如果导轨在温度变化大的条件下工作(如大地测量仪器或军用仪器等)，在选定精度等级 和配合以后，应对温度变化的影响进行验算。 为了保证导轨在工作时不致卡住，导轨中的最小间隙值Δmin 响应大于或等于零。 导轨的最小间隙可用下式计算 Δmin=D2min(1+α2(t-t0))-D1max(1+α1(t-t0)) (3-12)
式中Dm一一包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸： 一被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸 01、02 被包容件与包容件材料的线膨胀系数： to- 一导轨制造时的温度： 一一导轨工作时的最高或最低温度。 为保证导轨的工作精度，导轨副中的最大间隙△x应小于或等于允许间隙，导轨中的 最大间隙可用下式计算 △r=D2a[1+az-to-D1amin[1+a(t-to)】 (3-13) 式中Dm 包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸： D1m。一一被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸。 六、导轨的刚府计算 为了保证机构的工作精度，设计时应保证导轨的最大弹性变形量不超过允许值。必要时 应进行导轨的刚度计算或验算。由于导轨主要受静载荷作用，故导轨的刚度主要是指静刚度 如果忽略机座变形对导轨刚度的影响（假设机座为绝对刚体），则导轨的刚度主要取决于 在载荷作用下，导轨运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面间接触变形的大小。 在计算导轨的弯曲变形时，可将与导轨运动件连成一体的工作台简化成梁，按工程力学 中梁的变形公式进行简化计算。为了提高导轨的刚度，除必要时增大导轨尺寸外，常采用合 理布置加强筋的办法 以达到既保证刚度又减轻重量 的目的 导轨的接触变形可按经验公式估算，对于名义接触面积不超过100~150cm的钢和铸铁 的接触，其接触变形6（单位为μm)为 6=c√p (3-14) 式中p一一接触面间的平均压力(N/cm): c一一系数，对于精刮导轨面（每25mm×25mm在16点以上）和磨削导轨面（粗糙度 Ra为0.16~0.32μm)为1.47~1.94，研磨表面（粗糙度Ra为0.01~0.02μm)为0.69。 七、提高导轨耐磨性的措施 的使用期间内保持一定的导向精度，必须提高导轨的耐磨性。由于磨损 速度与材料性质、加工质量、表面压强、润滑及使用维护等因素直接有关，故欲想提高导轨 的耐磨性，须从这些方面采取措施。 1、合理选择导轨的材料及热处理 用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦系数小，并具有良好的加工和热处理性质。常 用的材料有： (1)铸铁如HT200、HT300等，均有较好的耐 。采用高磷铸铁（含磷量质量分数 高于0.3%)、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁作导轨，耐磨性比普通铸铁分别提高1一4倍。铸铁导 轨的硬度一般为180~200HBS。为提高其表面硬度，采用表面淬火工艺，表面硬度可达 55HBC,导轨的耐磨性可提高1~3倍。 (2)钢常用的有碳素钢(40、50、T8A、T10A)和合金钢(20C、40C)。硬后钢导 的耐磨性比一般铸铁导轨高510倍。要求高的可 用20Cr制成，渗碳后 硬至5662HBC 要求低的用40C制成，高频淬火硬度至52~58HC。钢制导轨一般做成条状，用螺钉及销 钉固定在铸铁机座上，螺钉的尺寸和数量必须保证良好的接触刚度，以免引起变形。 (3)有色金属常用的有黄铜、锡青铜、超硬铝(LC、铸铝(Z6)等。 (4)塑料聚四氟乙烯具有优良的减摩、耐磨和抗振性能，工作温度适应范围广(-200~
式中 D2min——包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸； D1max 一—被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸； α1、α2——被包容件与包容件材料的线膨胀系数； t0——导轨制造时的温度； t——导轨工作时的最高或最低温度。 为保证导轨的工作精度，导轨副中的最大间隙Δmax 应小于或等于允许间隙，导轨中的 最大间隙可用下式计算 Δmax=D2max[1+α2(t-t0)]-D1min[1+α(t-t0)] (3-13) 式中 D1max——包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸； D1min——被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸。 六、导轨的刚度计算 为了保证机构的工作精度，设计时应保证导轨的最大弹性变形量不超过允许值。必要时 应进行导轨的刚度计算或验算。由于导轨主要受静载荷作用，故导轨的刚度主要是指静刚度。 如果忽略机座变形对导轨刚度的影响(假设机座为绝对刚体)，则导轨的刚度主要取决于 在载荷作用下，导轨运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面间接触变形的大小。 在计算导轨的弯曲变形时，可将与导轨运动件连成一体的工作台简化成梁，按工程力学 中梁的变形公式进行简化计算。为了提高导轨的刚度，除必要时增大导轨尺寸外，常采用合 理布置加强筋的办法，以达到既保证刚度又减轻重量的目的。 导轨的接触变形可按经验公式估算，对于名义接触面积不超过 100～150cm2 的钢和铸铁 的接触，其接触变形δ（单位为μm）为 δ = c p (3-14) 式中 p —一接触面间的平均压力（N／cm2）； c ——系数，对于精刮导轨面（每 25mm×25mm 在 16 点以上）和磨削导轨面（粗糙度 R a 为 0.16～0.32μm）为 1.47～1.94，研磨表面（粗糙度 Ra 为 0.01～0.02μm)为 0.69。 七、提高导轨耐磨性的措施 为使导轨在较长的使用期间内保持一定的导向精度，必须提高导轨的耐磨性。由于磨损 速度与材料性质、加工质量、表面压强、润滑及使用维护等因素直接有关，故欲想提高导轨 的耐磨性，须从这些方面采取措施。 1、合理选择导轨的材料及热处理 用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦系数小，并具有良好的加工和热处理性质。常 用的材料有： （1）铸铁 如 HT200、HT300 等，均有较好的耐磨性。采用高磷铸铁(含磷量质量分数 高于 0.3％)、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁作导轨，耐磨性比普通铸铁分别提高 1～4 倍。铸铁导 轨的硬度一般为 180～200HBS。为提高其表面硬度，采用表面淬火工艺，表面硬度可达 55HBC，导轨的耐磨性可提高 1～3 倍。 （2）钢 常用的有碳素钢(40、50、T8A、T10A)和合金钢(20Cr、40Cr)。淬硬后钢导轨 的耐磨性比一般铸铁导轨高 5～10 倍。要求高的可用 20Cr 制成，渗碳后淬硬至 56～62HBC； 要求低的用 40Cr 制成，高频淬火硬度至 52～58HRC。钢制导轨一般做成条状，用螺钉及销 钉固定在铸铁机座上，螺钉的尺寸和数量必须保证良好的接触刚度，以免引起变形。 （3）有色金属 常用的有黄铜、锡青铜、超硬铝(LC4)、铸铝(ZL6)等。 （4）塑料 聚四氟乙烯具有优良的减摩、耐磨和抗振性能，工作温度适应范围广（-200～
+280°C),静、动摩擦系数都很小，是一种良好的减摩材料。以聚四氟乙烯为基体的塑料导 轨性能良好，它是一种在钢板上烧结球状青铜颗粒并浸渍聚四氟乙烯塑料的板材，如图3-41 导轨板的厚度为1.5 年款家时配的摩豪得，文和保的性与来路住生，表卫 mm, 在多孔青铜颗粒上面的聚四氟乙烯表层厚为0.02 mm 用环氧树脂粘接在动导轨上。这种导轨用在数控机床、集成电路制板设备上，可保证较高的 重复定位精度和满足微量进给时无爬行的要求。 图341塑料导轨板截面示意图 2、减小导轨面压强 导轨面的平均压强越小，分布越均匀，则磨损越均匀，磨损量越小。导轨面的压强取 决于导轨的支承面积和负载，设计时应保证导轨工作面的最大压强不超过允许值。为此，许 多精密导轨，常采用卸我导轨，即在导轨截荷的相反方向给运动件施加一个机械的或液压的 作用力（卸载力），抵消导轨上的部分载荷，从而达到既保持导轨面间仍为直接接触，又减 小导轨工作面的压力。一般卸载力取为运动件所受总重力的2/3左右。 图3-42静压卸载导轨原理 《1)静压知载导轨（图342）在运动件导轨面上开右油腔，通入压力为的液压油 对运动件施加一个小于运动件所受载荷的浮力，以减小导轨面的压力。油腔中的液压油经过 导轨表面宏观与微观不平度所形成的间隙流出导轨，回到油箱
+280°C），静、动摩擦系数都很小，是一种良好的减摩材料。以聚四氟乙烯为基体的塑料导 轨性能良好，它是一种在钢板上烧结球状青铜颗粒并浸渍聚四氟乙烯塑料的板材，如图 3-41 所示。导轨板的厚度为 1.5～3mm，在多孔青铜颗粒上面的聚四氟乙烯表层厚为 0.025mm。 这种塑料导轨板既有聚四氟乙烯的摩擦特性，又具有青铜和钢铁的刚性与导热性，装配时可 用环氧树脂粘接在动导轨上。这种导轨用在数控机床、集成电路制板设备上，可保证较高的 重复定位精度和满足微量进给时无爬行的要求。 图 3-41 塑料导轨板截面示意图 2、减小导轨面压强 导轨面的平均压强越小，分布越均匀，则磨损越均匀，磨损量越小。导轨面的压强取 决于导轨的支承面积和负载，设计时应保证导轨工作面的最大压强不超过允许值。为此，许 多精密导轨，常采用卸载导轨，即在导轨截荷的相反方向给运动件施加一个机械的或液压的 作用力（卸载力），抵消导轨上的部分载荷，从而达到既保持导轨面间仍为直接接触，又减 小导轨工作面的压力。一般卸载力取为运动件所受总重力的 2／3 左右。 图 3-42 静压卸载导轨原理 （1）静压卸载导轨（图 3-42） 在运动件导轨面上开有油腔，通入压力为 Ps 的液压油， 对运动件施加一个小于运动件所受载荷的浮力，以减小导轨面的压力。油腔中的液压油经过 导轨表面宏观与微观不平度所形成的间隙流出导轨，回到油箱
图3-43水银卸载导轨原理 (2)水银卸载导轨（图343） 在运动件下面装有浮子1（木块），并置于水银槽2中 利用水银产生的浮力抵消运动组件的部分重力。这种卸载方式结构简单，缺点是水银蒸气有 毒，故必须采取防止水银挥发的措施。 图3一44机械卸载导轨 (3)机械卸载导轨（图344）选用刚度合适的弹簧，并调节其弹簧力，以减小导轨 面直接接触处的压力。 3、保证导轨良好的润滑 保证导轨良好的润滑， 是减小导轨摩擦和磨损的另 一个有效措施。这主要是润滑油的分 子吸附在导轨接触表面，形成厚度约为0.005~-0.008m的一层极薄的油膜，从而阻止或减 少导轨面间直接接触的缘故。 由于滑动导轨的运动速度一般较低，并且往复反向，运动和停顿相间进行，不易形成油 楔，因此，要求润滑油具有合适的粘度和较好的油性，以防止导轨出现干摩擦现象。 选择导轨润滑油的主要原则是载荷越大、速度越低，则油的粘度应越大：垂直导轨的润 滑油粘度，应比水平导轨润滑油的粘度大些。在工作温度变化时，润滑油的粘度变化要小。 润滑油应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，不浸蚀机件，油中的杂质应尽量少。 对于精密机械中的导轨，应根据使用条件和性能特点来选择润滑油。常用的润滑油有机 袖，精密机床液压导轨油和变压器油等。还有少数精密导轨，选用润滑脂进行润滑」 关于润滑方法，对于载荷不大、导轨面较窄的精密仪器导轨，通常只需直接在导轨上定 期地用手加油即可，导轨面也不必开出油沟。对于大型及高速导轨，则多用手动油泵或自动 润滑，并在导轨面上开出合适形状和数量的油沟，以使润滑油在导轨工作表面上分布均匀。 4、提高导轨的精度 提高导轨精度主要是保证导轨的直线度和各导轨面间的相对位置精度。导轨的直线度误
图 3-43 水银卸载导轨原理 （2）水银卸载导轨（图 3-43） 在运动件下面装有浮子 1（木块），并置于水银槽 2 中， 利用水银产生的浮力抵消运动组件的部分重力。这种卸载方式结构简单，缺点是水银蒸气有 毒，故必须采取防止水银挥发的措施。 图 3－44 机械卸载导轨 （3）机械卸载导轨（图 3-44） 选用刚度合适的弹簧，并调节其弹簧力，以减小导轨 面直接接触处的压力。 3、保证导轨良好的润滑 保证导轨良好的润滑，是减小导轨摩擦和磨损的另一个有效措施。这主要是润滑油的分 子吸附在导轨接触表面，形成厚度约为 0.005～0.008mm 的一层极薄的油膜，从而阻止或减 少导轨面间直接接触的缘故。 由于滑动导轨的运动速度一般较低，并且往复反向，运动和停顿相间进行，不易形成油 楔，因此，要求润滑油具有合适的粘度和较好的油性，以防止导轨出现干摩擦现象。 选择导轨润滑油的主要原则是载荷越大、速度越低，则油的粘度应越大；垂直导轨的润 滑油粘度，应比水平导轨润滑油的粘度大些。在工作温度变化时，润滑油的粘度变化要小。 润滑油应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，不浸蚀机件，油中的杂质应尽量少。 对于精密机械中的导轨，应根据使用条件和性能特点来选择润滑油。常用的润滑油有机 袖，精密机床液压导轨油和变压器油等。还有少数精密导轨，选用润滑脂进行润滑。 关于润滑方法，对于载荷不大、导轨面较窄的精密仪器导轨，通常只需直接在导轨上定 期地用手加油即可，导轨面也不必开出油沟。对于大型及高速导轨，则多用手动油泵或自动 润滑，并在导轨面上开出合适形状和数量的油沟，以使润滑油在导轨工作表面上分布均匀。 4、提高导轨的精度 提高导轨精度主要是保证导轨的直线度和各导轨面间的相对位置精度。导轨的直线度误