浅析滑动导轨的结构设计

摘要：目前来看，滑动导轨在机床导轨中仍然占有相当大的比重，滑动导轨的设计关系着机床加工的质量、效率等等各个方面，而结构设计又是整个设计中最主要的部分。本文就导轨的结构设计问题作粗浅的探索。

关键词：滑动导轨 形状 间隙 动压效应

引言：

机床两导轨面间的摩擦是滑动摩擦的称为滑动导轨。它具有构造简单，制造方便，承载能力强，刚性好，抗振性良好，对几何形状误差不敏感等优点；其缺点是磨损比较快，难以保持精度，摩擦阻力大，运动灵活性较差，动、静摩擦系数差别大，易产生"爬行"等。滑动导轨广泛应用于各类机床，作为进给导轨。

设计导轨时应合理地确定导轨的形状机构和外形尺寸，正确选择截面的形状、组合方法和材料，同时还应采用必要的防护、卸载、和减小摩擦的措施。

1.直线运动滑动导轨的截面形状

直线运动滑动导轨的截面形状主要有矩形，燕尾形、三角形及圆形四种，并且可以相互组合。一对导轨副由一凸一凹两种导轨构成。凸形导轨一般不容易积存较大切屑等脏物，但是也不容易储存油，适用于不宜防护、速度较低的进给运动导轨。凹形导轨容易存留油，可用于进给导轨和主运动导轨（龙门刨床的床身导轨），但必须有很好地防护，以免切屑和灰尘等脏物落入导轨。

下面简要介绍几种导轨：

1.1矩形导轨

矩形导轨有结构简单，刚度高，当量摩擦系数低，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，维修方便等特点，因此广泛应用于各种机床，特别是数控机床。滑动导轨的主要形式是双矩形，动导轨贴塑料软带。

矩形导轨存在侧向间隙，需有调整间隙装置，常用镶条进行调整。导轨水平和垂直方向上的位置相互之间没有关系，当调整一个方向的位置时，另一个方向上的位置不会受到影响，所以矩形导轨的安装和调整都比较容易。由于矩形的形状特点，矩形导轨的导向精度不是很高，而且磨损后很难形成自动补偿。由于矩形导轨的接触面积较大，导轨受到的压强较小。同等强度下，对导轨材料的要求较小。

1.2三角形导轨

三角形导轨的导轨尖顶朝上，该导轨在磨损后，能够在重力作用下下沉，故能实现自动补偿，所以导向精度较高，但压板面仍需有间隙调整装置。考虑到载荷大小及导向要求，它的截面角度一般为90°。当导轨上收到的力在两个导轨面上的分力相差很大时，采用对称的三角形会使导轨受力不均，导轨的寿命降低，此时应使用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。由于超定位，加工、检验和维修都比较困难，而且当量摩擦系数也较高，在导轨的材料、载荷、宽度相同的情况下，三角形导轨的摩擦阻力和接触变形都比矩形导轨大。

此外，导轨水平与垂直方向误差相互影响，给制造、检验和修理带来困难。因此，三角形导轨多用于精度要求较高的机床（如单柱坐标镗床）。

1.3燕尾形导轨

此类导轨磨损后不能自动补偿间隙，需用一根镶条调节各接触面的间隙。两燕尾面起压板面作用，能够承受较大的颠覆力矩，结构紧凑，高度较小，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。但刚度较差，摩擦力较大，加工、检验和维修都不方便。用于运动速度不高、受力小、层次多、高度尺寸受到限制、要求间隙调整方便的场合（如车床刀架导轨）。

1.4圆形导轨

圆形导轨制造方便，不易积存较大的切屑，可达到精密配合，但磨损后很难调整和补偿间隙。圆形导轨有直线运动和转动两个自由度，若要限制转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用双圆柱导轨，圆柱导轨用于承受轴向载荷的场合。

2.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，间隙的大小对机床的工作性能有相当大的影响。间隙过小，会增加摩擦阻力，操作费力而且磨损速度快；间隙过大，会降低导向精度还可能会产生振动。导轨的间隙在装配过程中应仔细调整，而且导轨经长时间使用后，会增大间隙，需要不断重新调整，为此常用压板和镶条来调整。

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底面间隙。燕尾形导轨的间隙只用一根斜镶条调整，三角形导轨的上滑动面能自动补偿，下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整底面间隙相同。圆形导轨的间隙不能调整。

3.滑动导轨的动压效应

大多数普通滑动导轨出于具有一定动压效应的混合摩擦状态，但是动压效应还不足以把导轨面隔开，所以大多数的普通滑动导轨希望增大动压效应，这样才能有利于导轨的工作。普通滑动导轨的动压效应与油的性质、导轨的相对滑动速度和导轨面的形状设计等有关。油的粘度越高、导轨的相对滑动速度越大、导轨面易于储存油，动压效应更明显。

导轨的宽度B和长度L之比B/L的值越大，油越不容易侧滑，越容易储存油。相反，B/L的值越小，则越不容易存储油。为此，常常在导轨上加工横向的油沟，来帮助储存油。

作者简介：党成龙（1994-），男，汉族，山东省临沂市人，本科在读，机械工程 ，研究方向：机械设计。