淺析滑動導軌的結構設計

黨成龍 趙一新

摘要：目前來看，滑動導軌在機床導軌中仍然占有相當大的比重，滑動導軌的設計關系著機床加工的質量、效率等等各個方面，而結構設計又是整個設計中最主要的部分。本文就導軌的結構設計問題作粗淺的探索。

關鍵詞：滑動導軌 形狀 間隙 動壓效應

引言：

機床兩導軌面間的摩擦是滑動摩擦的稱為滑動導軌。它具有構造簡單，制造方便，承載能力強，剛性好，抗振性良好，對幾何形狀誤差不敏感等優點；其缺點是磨損比較快，難以保持精度，摩擦阻力大，運動靈活性較差，動、靜摩擦系數差別大，易產生"爬行"等。滑動導軌廣泛應用于各類機床，作為進給導軌。

設計導軌時應合理地確定導軌的形狀機構和外形尺寸，正確選擇截面的形狀、組合方法和材料，同時還應采用必要的防護、卸載、和減小摩擦的措施。

1.直線運動滑動導軌的截面形狀

直線運動滑動導軌的截面形狀主要有矩形，燕尾形、三角形及圓形四種，并且可以相互組合。一對導軌副由一凸一凹兩種導軌構成。凸形導軌一般不容易積存較大切屑等臟物，但是也不容易儲存潤滑油，適用于不宜防護、速度較低的進給運動導軌。凹形導軌容易存留潤滑油，可用于進給導軌和主運動導軌（龍門刨床的床身導軌），但必須有很好地防護，以免切屑和灰塵等臟物落入導軌。

下面簡要介紹幾種導軌：

1.1矩形導軌

矩形導軌有結構簡單，剛度高，當量摩擦系數低，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，維修方便等特點，因此廣泛應用于各種機床，特別是數控機床。滑動導軌的主要形式是雙矩形，動導軌貼塑料軟帶。

矩形導軌存在側向間隙，需有調整間隙裝置，常用鑲條進行調整。導軌水平和垂直方向上的位置相互之間沒有關系，當調整一個方向的位置時，另一個方向上的位置不會受到影響，所以矩形導軌的安裝和調整都比較容易。由于矩形的形狀特點，矩形導軌的導向精度不是很高，而且磨損后很難形成自動補償。由于矩形導軌的接觸面積較大，導軌受到的壓強較小。同等強度下，對導軌材料的要求較小。

1.2三角形導軌

三角形導軌的導軌尖頂朝上，該導軌在磨損后，能夠在重力作用下下沉，故能實現自動補償，所以導向精度較高，但壓板面仍需有間隙調整裝置。考慮到載荷大小及導向要求，它的截面角度一般為90°。當導軌上收到的力在兩個導軌面上的分力相差很大時，采用對稱的三角形會使導軌受力不均，導軌的壽命降低，此時應使用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。由于超定位，加工、檢驗和維修都比較困難，而且當量摩擦系數也較高，在導軌的材料、載荷、寬度相同的情況下，三角形導軌的摩擦阻力和接觸變形都比矩形導軌大。

此外，導軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗和修理帶來困難。因此，三角形導軌多用于精度要求較高的機床（如單柱坐標鏜床）。

1.3燕尾形導軌

此類導軌磨損后不能自動補償間隙，需用一根鑲條調節各接觸面的間隙。兩燕尾面起壓板面作用，能夠承受較大的顛覆力矩，結構緊湊，高度較小，是閉式導軌中接觸面最少的一種結構。但剛度較差，摩擦力較大，加工、檢驗和維修都不方便。用于運動速度不高、受力小、層次多、高度尺寸受到限制、要求間隙調整方便的場合（如車床刀架導軌）。

1.4圓形導軌

圓形導軌制造方便，不易積存較大的切屑，可達到精密配合，但磨損后很難調整和補償間隙。圓形導軌有直線運動和轉動兩個自由度，若要限制轉動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用雙圓柱導軌，圓柱導軌用于承受軸向載荷的場合。

2.導軌間隙的調整

為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當的間隙，間隙的大小對機床的工作性能有相當大的影響。間隙過小，會增加摩擦阻力，操作費力而且磨損速度快；間隙過大，會降低導向精度還可能會產生振動。導軌的間隙在裝配過程中應仔細調整，而且導軌經長時間使用后，會增大間隙，需要不斷重新調整，為此常用壓板和鑲條來調整。

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底面間隙。燕尾形導軌的間隙只用一根斜鑲條調整，三角形導軌的上滑動面能自動補償，下滑動面的間隙調整和矩形導軌的下壓板調整底面間隙相同。圓形導軌的間隙不能調整。

3.滑動導軌的動壓效應

大多數普通滑動導軌出于具有一定動壓效應的混合摩擦狀態，但是動壓效應還不足以把導軌面隔開，所以大多數的普通滑動導軌希望增大動壓效應，這樣才能有利于導軌的工作。普通滑動導軌的動壓效應與潤滑油的性質、導軌的相對滑動速度和導軌面的形狀設計等有關。潤滑油的粘度越高、導軌的相對滑動速度越大、導軌面易于儲存潤滑油，動壓效應更明顯。

導軌的寬度B和長度L之比B/L的值越大，潤滑油越不容易側滑，越容易儲存潤滑油。相反，B/L的值越小，則越不容易存儲油。為此，常常在導軌上加工橫向的油溝，來幫助儲存油。

作者簡介：黨成龍（1994-），男，漢族，山東省臨沂市人，本科在讀，機械工程 ，研究方向：機械設計。