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不同类型导轨的相关应用

作者/出处: 网络 发布时间: 2016-11-07

为了将正确类型的直线导轨应用于特定应用中,设计工程师必须考虑到每种导轨的优点和能力。首先必须考虑的就是设计要求,这就需要考虑载荷、准确度、刚度、光洁度、几何尺寸等重要因素。而在通常情况下,这些要求之间存在着相互制约作用。

方形导轨产品可以很好地满足需要高刚度的高载荷应用,例如25mm方形导轨的最高载荷可达20 kN,在轴承导轨和导轨之间平行运行时,可达到3~10m /m的高精度。这种导轨产品中的滚珠轨道经过精密的研磨,从而使该导轨与滚珠精密匹配,即滚珠导轨上运行的座圈只能略微大于滚珠本身的直径。这就使滚珠和座圈之间的接触面积在载荷下大于圆形导轨总成 ,因为在圆形导轨中滚珠和内座圈(轴)均为凸表面。

在方形导轨可以满足载荷能力、刚度和准确度要求后,许多工程师就不会再做进一步的测试。然而,这会导致系统性能下降,以及前期成本和维护成本的增加。圆形导轨产品具有许多优点,其中之一就是:当安装到超过150 mm /m平面度误差的欠光滑表面上时,仍然能够平稳运行。当在滚轴上、倾斜处和侧滑角装配刚性直线轴承时,装配表面的平面度误差通常会造成束缚,从而导致更高的拖曳,并会将使用寿命降低高达50%。为了解决此问题,在装配过程中,必须严格修整匹配表面,或者将各部件进行垫片调整并调节到正常运行,这将使成本提高。对于更精密的机加工应用,由于维护要求提高,因此会提高前期成本和操作成本。此项成本随应用的不同而差异较大,从不足 100美元到数千美元都有可能。而采用圆形导轨产品,可将轴承安装到焊接管型框架或直接固定到混凝土工厂的地板上。

方形导轨也可以用于带预载荷的情况,载荷从轻载荷(额定动载荷的3%)到重载荷(额定动载荷的13%)均可适用。方形导轨轴承的典型应用是对载荷能力、刚度和准确度要求极高的机床行业。由于轴承已经承受了一个初始变形,因此,重预载荷进一步降低了载荷下的变形量。到目前为止,我们已经讨论了采用球形滚珠元件的轴承。

由于具有调心能力,滚珠衬套直线轴承可适应各种条件。由于轴是圆形的,因此,滚珠衬套在围绕轴滚动的过程中可自由旋转。这样两个相邻导轨的安装高度可略有不同,当导轨以300mm或300mm以上的间隔进行安装时,1到2 mm的高度差是可以接受的。同样,大多数滚珠衬套上的轴承座圈在设计上可确保每个直线轴承在倾斜处和偏滑角上旋转最多1/2度,以适应平面度或对中误差。用于约束滚珠衬套以及导轨支撑件的轴台通常采用铝材质,具有较小的灵活性,以适应各轴之间的最大25m的平行性误差。其结果是能够在不理想的情况下达到0.001到0.004的摩擦系数,实现高效引导。将直线导轨安装到焊接管型框架上在工厂自动化中非常常见。在许多OEM应用中,装配表面均采用拉拔管材和板金。在这些条件下,圆形导轨产品通常比方形产品更快速地安装和更平稳地运行。

在某些应用中,平整度可能是需要考虑的另一个主要因素。虽然组件和应用之间在细微处可能略有不同,并通常缺乏行业相关平整度数据,但滚珠衬套轴承往往可以非常平稳地运行,方形导轨和圆形导轨之间的差异通常用手即可感觉得到。滚珠和导轨之间凸表面的点式接触可将擦伤的可能性降到最低。滚珠衬套通常在微小间隙量或1%到2%额定动载荷的轻预载荷下运行,提高了平稳性。而由于较高的一致性和预载荷,方形导轨轴承可在某些“缺口”情况下使用。在大多数情况下,这是可行的,但如果需要用到仪表级轴承,圆形导轨可能更有优势。同样,由于其简单的圆形几何形状,圆形衬套上的密封件往往更为可靠,产生更小的拖曳。方形导轨擦拭器必须符合导轨中的滚珠轨道,以达到耐用型密封。

安装圆形导轨时最后需要考虑的是安装在轴上的非滚珠型聚合物衬套。可采用适用于铝或其他基底的高性能轴承级材料,以提供良好的载荷能力(相当于滚珠衬套载荷能力的20%)和一个在0.05到0.25范围内的较低摩擦系数。衬套轴承可在具有能够损伤密封严实的滚珠衬套的微粒的恶劣环境中平稳运行,也可在受到冲击载荷损伤的滚珠轴承系统下正常工作。另一方面,滚珠循环噪声可能会成为滚珠衬套或方形导轨轴承中的一个问题,但对于上述衬套轴承却基本上不是问题。由于接触面分布在一个较大的区域中,无需配有滚珠衬套的硬化钢轴。可以采用不锈钢轴系,既适用于像半导体和医药行业所处的清洁环境,也适用于像食品加工行业所处的恶劣环境。

载荷能力、使用寿命的提高以及制造的简化,使几近零摩擦的直线导轨越来越多的应用于更为广泛的领域中。


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