滑动导轨副的结构与选择优化建议：如何选择滑动导轨副的结构？

（1）导轨副的截面形状及其特点

常见的导轨截面形状，有三角形（分对称、不对称两类）、矩形、燕尾形及圆形4种，每种又分为凸形和凹形两类。凸形导轨不易积存切屑等脏物，也不易储存润滑油，宜在低速下工作；凹形导轨则相反，可用于高速，但必须有良好的防护装置，以防切屑等脏物落入导轨。各种导轨的特点如表6.9所示。

表6.9　各种导轨的特点

1）三角形导轨

导轨尖顶朝上的称为三角形导轨，导轨尖顶朝下的称为V形导轨。该导轨在垂直载荷的作用下，磨损后能自动补偿，不会产生间隙，故导向精度较高。但压板面仍需有间隙调整装置。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，应采用较大的顶角（110°～120°）；为提高导向性，可采用较小的顶角（60°）。如果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。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。

2）矩形导轨

此类导轨的特点是结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，故应用广泛。

矩形导轨的导向精度没有三角形导轨高，磨损后不能自动补偿，需有调整间隙装置，但水平和垂直方向上的位置各不相关，即一方向上的调整不会影响另一方向的位移，因此安装调整均较方便。在导轨的材料、载荷、宽度相同的情况下，矩形导轨的摩擦阻力和接触变形都比三角形导轨小。

3）燕尾形导轨

此类导轨磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置。两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可调节水平与垂直方向的间隙，且高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩。但刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。用于运动速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的场合。

4）圆柱形导轨

此类导轨制造方便，外圆采用磨削，内孔经过珩磨，可达到精密配合，但磨损后很难调整和补偿间隙。圆柱形导轨有两个自由度，适用于同时作直线运动和转动的地方。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，也可采用双圆柱形导轨。圆柱形导轨用于承受轴向载荷的场合。

（2）导轨副的组合形式

1）双三角形导轨组合

两条三角形导轨同时起支承和导向作用，如图6.54所示。由于结构对称，驱动元件可对称地放在两导轨中间，并且两条导轨磨损均匀，磨损后相对位置不变，能自动补偿垂直和水平方向的磨损，故导向性和精度保持性都高，接触刚度好；但工艺性差，对导轨的4个表面刮削或磨削也难以完全接触，如果床身和运动部件热变形不同，也很难保证4个面同时接触。因此其多用于精度要求高的机床设备。

图6.54　双三角形导轨

1—三角形导轨；2—V形导轨；3—压板

2）矩形和矩形导轨组合

承载面1和导向面2分开（见图6.55），因而制造与调整简单，导向面的间隙用镶条调节，接触刚度低。闭式结构由辅助导轨面3，其间隙用压板调节。采用矩形和矩形组合时，应合理选择导向面。如图6.55（a）所示，以两侧面作导向面时，间距L1大，热变形大，要求间隙大，因而导向精度低，但承载能力大；以内外侧面作导向面，如图6.55（b）所示，其间距L2较小，加工测量方便，容易获得较高的平行度，热变形小，可选用较小的间隙，因而导向精度高；以两内侧面作导向面，如图6.55（c）所示，导向面2对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线补充和而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。

图6.55　矩形与矩形组合导轨

3）三角形导轨和矩形导轨组合

此类组合形式如图6.56所示，它兼有三角形导轨的导向性好、矩形导轨的制造方便及刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。但导轨磨损不均匀，一般是三角形导轨比矩形导轨磨损快，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有一定的影响，闭合导轨压板面，能承受颠覆力矩。

图6.56　三角形和矩形导轨的组合

上述组合方式有V—矩、棱—矩两种形式。V—矩组合导轨易储存润滑油，低、高速都能采用。棱—矩组合不能储存润滑油，只用于低速移动。

4）三角形和平面导轨组合

图6.57为三角形和平面导轨组合，它具有三角形和矩形组合导轨的基本特点，但由于没有闭合导轨装置，因此只能用于受力向下的场合。

对于三角形和矩形、三角形和平面组合导轨，由于三角形和矩形（或平面）导轨的摩擦阻力不相等，因此在布置牵引力的位置时，应使导轨的摩擦阻力的合力与牵引力在同一直线上，否则会产生力矩，使三角形导轨对角接触，影响运动件的导向精度和运动的灵活性。

图6.57　三角形和平面导轨的组合

5）燕尾形导轨及其组合

如图6.58（a）所示为整体式燕尾形导轨；如图6.58（b）所示为装配式燕尾形导轨，其特点是制造、调试方便；如图6.58（c）所示为燕尾与矩形组合，它兼有调整方便和能承受较大力矩的优点，多用于横梁、立柱和摇臂等导轨。(www.xing528.com)

（3）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，需要很大的劳动量，而且导轨经长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应用间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。

图6.58　燕尾形导轨及其组合的间隙调整

1—斜镶条；2—压板；3—直镶条

常用的调整方法有压板和镶条法两种。对燕尾形导轨可采用镶条（垫片）法同时调整垂直和水平两个方向的间隙，如图6.58（a）所示。对矩形导轨可采用修刮压板、修刮调整垫片的厚度或调整螺钉的方法进行间隙调整，如图6.59所示。

图6.59　矩形导轨垂直方向间隙的调整

1—压板；2—接合面；3—调整螺钉；4—调整垫片

如图6.60（a）所示为采用平镶条调整导轨侧面间隙的结构。平镶条横截面积为矩形或平行四边形（用于燕尾形导轨），以镶条的横向位移来调整间隙。平镶条一般放在受力小的一侧，用螺钉调节，螺母锁紧。因螺钉单独拧紧，收紧力不易一致，使镶条在螺钉的着力点有扰度，使接触不均匀，刚性差，易变形，调整较麻烦，故用于受力较小或短的导轨。如图6.60（b）、（c）所示为采用两根斜镶条调整导轨侧面间隙的结构。调整时拧动螺钉，使斜镶条纵向（平行运动方向）移动来调整间隙。为了缩短斜镶条的长度，一般将镶条放在移动件上。斜镶条是全长上支承、其斜度为1∶40～1∶100，镶条长度L越长，斜度应越小，以免两端厚度相差过大。一般L/H＜10时（H为导轨高度），取1∶40；L/H＞100时，取1∶100。

采用斜镶条的优点是：镶条两侧面与导轨面全部接触，故刚性好，虽然斜镶条必须加工成斜形，制造比较困难，但使用可靠，调整方便，故应用较广。三角形导轨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。圆形导轨间隙不能调整。

（4）导轨副材料的选择

导轨常用材料有铸铁、钢、非铁金属和塑料凳。常使用铸铁—铸铁、铸铁—钢的导轨。

1）铸铁

铸铁具有耐磨性和减振性好、热稳定性高、易于铸造和切削加工、成本低等特点，因此在滑动导轨中被广泛应用。常用的铸铁有HT200和高磷铸铁（含磷wC为0.3%～0.65%的灰铸铁），其耐磨性比HT200高约1倍。

图6.60　矩形和燕尾形导轨水平间隙的调整

2）钢

为提高导轨的耐磨性，可以采用淬硬的钢导轨。淬火的钢导轨都是镶装或焊接上去的。淬硬钢导轨的耐磨性比不淬硬铸铁导轨高5～10倍。一般要求的导轨，常用的钢有45，40Cr，T10A，GCr15等，表面淬火或全淬，硬度为52～58HRC。要求高的导轨常用的钢有20Cr，20CrMnTi，15等渗碳淬硬至56～62HRC。

3）非铁金属

常用的非铁金属有黄铜、锡青铜、铝青铜和锌合金、超硬铝及铸铝等，其中以铝青铜较好。

4）塑料

镶装塑料导轨具有耐磨性好、抗振性能好，工作温度适应范围广（-200～260℃），抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低，差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低等优点，目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。

（5）提高导轨副耐磨性的措施

导轨的使用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。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。

1）采用镶嵌导轨

为了提高导轨的耐磨性，又要导轨的制造工艺简单、修理方便、成本低等，往往采用镶装导轨，即在支承导轨上镶装淬硬钢条、钢板或钢带；在动导轨上镶装塑料或非铁金属板。

2）提高导轨的精度与改善表面粗糙度

其目的是减少导轨的摩擦和磨损，从而提高耐磨性。

3）减小导轨单位面积上的压力

要减小导轨面压强，应减轻运动部件的质量和增大导轨支承面的面积。减小梁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质量。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。

降低导轨压强的一个办法是采用卸荷装置，即在导轨载荷的相反方向，增加弹簧或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。