导轨副的结构要素分析

在机械原理课程中定义了两构件间的相对运动有六个自由度，即沿X、Y、Z方向的直线移动和绕X、Y、Z三个轴的转动ωX、ωY、ωZ。若两构件直接接触并产生相对移动构成移动副，则两构件间仅保留一个相对直线运动自由度而约束其他五个运动自由度。导轨副设计时，需在零件结构考虑如何实现五个自由度约束。

导轨副的运动约束：移动副仅保留一个相对直线移动自由度，必须有相应的结构约束另外两个直线移动和绕三个轴的转动。

导轨副元素的几何形状：无论是两构件上移动副元素间的运动与载荷传递，还是一个构件对另一个构件的运动约束，均要有较好的承载能力和润滑性能，以及较好的工艺性，即要求构件上移动副元素一般为形状简单的几何表面，如平面和圆柱面等。

导轨副结构的元素组合：导轨副的结构约束往往由多个简单几何形状元素的组合实现。对于两构件上相同几何形状元素组成移动副，其相互配合可以约束多个自由度，如一个平面可约束另一个平面运动的三个自由度（两个转动和一个单向法向移动）。因此，一般情况下，导轨副的结构约束采用多个几何要素（平面或圆柱面等）组合实现。表13-1为几种常见的导轨副结构约束几何要素。

导轨副实际结构中的平面元素如果过小，在约束转动时会承受过大弯矩，造成零件弹性变形过大。但过大或连续的平面元素又增加制造工艺难度和成本，通常采用不连续异向平面元素或多个异向狭长平面元素组合。导轨副结构采用圆柱面元素，单一圆柱面约束四个运动自由度（需要有较长的轴向导向长度，约束两个方向移动和绕两个轴转动）。

移动副平面元素的结构也需要有一定的导向长度，增加导向长度不仅可以提高移动副连接面的法向承载能力，改善结合面间的摩擦性能，而且也减小了移动副连接面端部弯曲载荷。

综上所述，轴承副结构具有如下共同特点：(www.xing528.com)

（1）有足够的导向长度，以减小法向比压和弯曲载荷，通常导向长度与导向杆横截面宽度的比应不小于1.5∶1。

（2）采用中间间断或多处支承，一方面可以使导向面受力均匀，另一方面也可减少加工量，降低加工难度。

（3）良好润滑减小摩擦、磨损。设置注油装置和储油槽，或接触面采用耐磨、减摩材料，如铜合金、石墨、粉末冶金或聚四氟乙烯等。

导轨副的结构要素及常见元素组合形式与特点见表13-1。

表13-1　导轨副的结构要索及常见元素组合形式与特点

综上所述，导轨副结构通常由两构件上多个元素表面组合而成。同时由于行程的限制，运动方式只能是往复运动，且由于难以形成液体润滑，一般运动速度较低。