2-3  导向机构设计

一、导轨的作用及分类

1．导轨的作用

导轨一方面为机构装置的运动部件起支承作用，一方面保证运动部件按特定的方向运动。简单地说：支承与导向。

 2．导轨副的组成

3．导轨的分类

4．特点：

滑动导轨：结构简单，制造方便，刚度好，抗振，但不耐磨，维护难

滚动导轨：磨损小，寿命长，定位精度高，灵敏，平稳，易于维护，但制造复杂，常用于精密机构中。二、导轨的基本要求

1．导向精度：是导轨的主要技术指标，是指动导轨沿支承导轨的直线度或圆度。

2．耐磨性（精度保持性）：除要求导轨耐磨外，还应在磨损后能自动补偿或便于调整。

3．刚度：刚度不够，导轨变形将影响导向精度及部件之间的相对位置。

4．低速运动平稳性：不易产生低速爬行现象或低速摆动现象。

5．热变形：摩擦生热，热变形不易太大，会影响动导轨的运动甚至卡死。

 

三、低速运动的平稳性分析

1．什么是低速爬行现象

低速爬行现象：动导轨在做低速运行时，在支承导轨上会出现时走时停的现象。

2．低速爬行现象产生的原因分析

分析：动摩擦与静摩擦之间存在差异，静摩擦>动摩擦，在低速运行区，所需要动力很小，在起动力略大于静摩擦力时便可启动运行，起动运行后，静摩擦转为动摩擦，阻力减小，此时物体处于加速状态，为了保证低速，必须减小动力，当动力<静摩擦力之后，又会出现停止不动，如此反复，时走时停。

3．不产生低速爬行的临界速度及消除低速爬行的方法

措施：

⑴ 提高系统的刚度：减小杆件的跨度、适当增加杆件的直径或减小长度

⑵ 减小摩擦力的变化：选用摩擦系数小的材料，用滚动摩擦代替滑动摩擦

 

四、滑动导轨副的结构

1．导轨的截面形状及特点

⑴ 三角形截面：

磨损后能自动补偿

导向面即支承面

水平方向和垂直方面的误差相互影响

⑵ 矩形截面：

导向面与支承面分开，精度保持性好

支承面比较宽，承载能力大，刚度大

垂直与水平误差互不影响

无自动补偿能力，导向精度差，须有间隙调整装置

⑶ 燕尾形截面：

刚度较矩形截面大，无自补偿能力

⑷ 圆形截面

精度较高，制造方便

2．导轨间隙的调整

⑴ 应注意的问题：间隙不能过大也不能过小

过大：导向精度差；过小：摩擦增加

⑵ 调整方法：压边、镶条

3．静压导轨副

静压导轨是将具有一定压力的油（或气体）通入动导轨与静导轨之间，形成承载的压力，动导轨浮在压力油或气体薄膜上，与支承导轨脱离，减小摩擦。

优点：

⑴ 摩擦力极小，精度高，寿命长

⑵ 不会产生低速爬行现象

⑶ 油可吸振，抗振性好

缺点：

结构复杂，需要另配供油系统

应用：

主要应用于各种大型、重型机械及精密数控机械工作台，例如：数控线切割设备 

五、滚动导轨副的结构及选型

在动导轨和支承导轨之间安放多个滚动体（滚珠、滚柱、滚针），形成滚动导轨。

1．与滑动导轨相比

⑴ 摩擦系数小，运动灵敏度高

⑵ 定位精度高

⑶ 耐磨，精度保持性好

⑷ 维护方便 

2．滚动导轨副的分类

   

2-4  执行机构设计

一、执行机构的特点

执行机构是机电一体化系统及产品实现其主功能的重要环节，它应能快速地完成预期的动作，并应具有响应速度快，动态特性好，灵敏等特点。

 

二、微动机构

1．微动机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构，在机电一体化产品中，它一般用于精确、微量地调节某些部件的相对位置。

例如：在读数系统中，利用微动机构调零；在医学机构中，手术器械中有一些微动机构；还有显微镜、机器人等。

 

2．对微动机构的要求

⑴ 灵敏度，最小移动量能达到移动要求

⑵ 传动灵活，平稳，无空行程与爬行现象，制动后能保持在稳定的位置

⑶ 抗干扰能力强，快速响应

⑷ 良好的结构工艺性

 

3．分类

⑴ 机械式：以差动螺旋式为例，以双螺旋导程差的形式实现微量进给

⑵ 热变形式

（最小量可达到毫米、微米级）

⑶ 磁致伸缩式

磁致伸缩效应：某些材料在磁场的作用下，具有改变尺寸的特点，例如：压电陶瓷（最小可到微米、纳米级）