Исчерпывающее руководство по линейным подшипникам: Все, что вам нужно знать | MachineMFG

Исчерпывающее руководство по линейным подшипникам: Все, что вам нужно знать

0
(0)

1. Линейные подшипники и другие направляющие линейного перемещения

Направляющие линейного перемещения - наиболее часто используемые компоненты в автоматизированных механизмах перемещения, перемещения, позиционирования и сборки.

Здесь мы сравним линейные подшипники, направляющие скольжения и безмасляные втулки, а также уделим внимание использованию линейных подшипников.

(1) Сравнение характеристик линейных подшипников

Примерное сравнение характеристик трех компонентов направляющих линейного перемещения приведено в таблице ниже.

ТипыГрузоподъемность Коэффициент тренияРуководство по точностиУстойчивость к воздействию окружающей средыРемонтопригодностьЦена
Линейные подшипникиo o △〜○Низкая цена
Линейные направляющие o oo△〜○Высокая цена
Самосмазывающиеся втулки × ○ ○Умеренная цена

Ниже приводится описание связи между вышеперечисленными характеристиками и конструкцией.

(2) Взаимосвязь между характеристиками и конструкцией линейных направляющих деталей.

1. Различия в производительности по грузоподъемности:

  • Линейные подшипники и самосмазывающиеся втулки.

a) Подвижные компоненты с линейными подшипниками или самосмазывающимися втулками обычно монтируются на валу (направляющей), поддерживаемом опорными конструкциями с обоих концов для достижения функции перемещения. При больших нагрузках вал легко деформируется (см. [фото 1]).

(Кроме того, при вертикальном линейном перемещении можно использовать простую конструкцию, которая не учитывает проблему нагрузки, поскольку вал не должен выдерживать нагрузку движущегося компонента).

  • Линейные направляющие

b) Подвижные элементы перемещаются по неподвижным направляющим, установленным на основании, которое обладает отличными несущими характеристиками (см. [фото 2]).

Линейные подшипники и самосмазывающиеся втулки => Линейное движение на валу (направляющей), закрепленном с обоих концов => линейное движение с легкими и средними нагрузками.

Линейные направляющие => Линейное движение по направляющим, закрепленным на основании => линейное движение с легкими и тяжелыми нагрузками.

2. Различия в производительности в зависимости от коэффициента трения:

Здесь разница в методе направляющего скольжения (качение или поверхностное скольжение) определяет разницу в производительности. Разница в коэффициенте трения напрямую связана с выбором приводного механизма.

a) Малое сопротивление трения = малая сила трения = может приводиться в движение двигателем с малым крутящим моментом = вращательное движение может быть преобразовано в линейное.

б) Большое сопротивление трения = большая сила трения = требуется большой крутящий момент или тяговый привод = может напрямую приводиться в движение линейным цилиндром.

■ Меры предосторожности при использовании

Величина коэффициента трения влияет на способность приводного оборудования и количество тепла, выделяемого во время работы. Самосмазывающиеся втулки не подходят для непрерывной высокоскоростной работы с большим выделением тепла.

При использовании цилиндра невозможно контролировать начальную/остановочную скорость, как в случае с двигателем. Высокоскоростная работа и подавление вибраций могут быть достигнуты за счет установки гибких тормозных механизмов, таких как амортизаторы и демпферы.

3. Различия в производительности в зависимости от точности направляющих:

В основном, производительность определяется зазором между подшипником и направляющей.

a) В случае линейных подшипников в качестве направляющей используется цилиндрический вал, зазор между подшипником и направляющей устанавливается на "интерференционную посадку: g6" или "переходную посадку: h5", и подшипник скользит в состоянии минимального "зазора".

b) Для линейных направляющих используются специальные направляющие, а также высокоточные подшипники и направляющие с малым зазором (0-3 мкм) или под давлением (-3-0 мкм).

c) По сравнению с линейными подшипниками, самосмазывающиеся втулки имеют больший зазор между направляющей (валом), что приводит к снижению точности перемещения.

■ Меры предосторожности при использовании

Состояние контакта между шариком и направляющим рельсом различно для линейных подшипников и линейных направляющих. Линейные подшипники имеют точечный контакт, при котором контактная часть локально воспринимает большую нагрузку.

Контактная часть между направляющим рельсом и шарикоподшипником в линейных направляющих имеет форму канавки, что позволяет шарику находиться в состоянии поверхностного контакта с поверхностью направляющего рельса, и, следовательно, контактная нагрузка рассеивается.

Кроме того, существуют различия в характеристиках несущей способности между двумя вариантами в зависимости от состояния контакта в части скольжения. ([Рисунок 1] и [Рисунок 2])

  • Линейные подшипники => состояние точечного контакта => неравномерное распределение вертикальной нагрузки => не подходит для условий высокой нагрузки.
  • Линейные направляющие => состояние поверхностного контакта => рассредоточенное распределение вертикальной нагрузки => выдерживают относительно высокие нагрузки.

4. Об устойчивости к воздействию окружающей среды и ремонтопригодности:

Разница в характеристиках обусловлена различиями в материалах, входящих в состав.

a) Линейные подшипники и линейные направляющие могут обеспечить долговременную надежность благодаря смазочное масло (смазка), поэтому рабочая среда не может превышать индекс экологической стойкости смазочного масла.

b) Самосмазывающиеся втулки обычно используются в средах, где нет смазочное маслоОни обладают хорошей экологической устойчивостью и ремонтопригодностью.

2. Различие между линейными и фланцевыми типами

Ниже мы расскажем о различиях во внешних формах линейных подшипников (линейный тип и фланцевый тип) и о мерах предосторожности, которые необходимо соблюдать при сборке.

(1) Линейный тип и фланцевый тип линейных подшипников

На [Фото 1] показан линейный тип, а на [Фото 2] - фланцевый тип.

Фланцевый тип линейного подшипника [Фото 2] имеет следующие преимущества:

Он имеет более компактную конструкцию за счет использования интегрированной конструкции линейного подшипника и фланцевой втулки вала ([Рисунок 1]).

По сравнению с линейным подшипником в сочетании с отдельно изготовленным фланцем он имеет такие преимущества, как низкая стоимость, короткий срок поставки и стабильное качество.

[Рисунок 1] представляет собой схему, объясняющую компактную структуру фланцевого линейного подшипника. Структура сборки линейного подшипника с фланцем и форма втулки вала слишком длинные, в то время как фланцевый линейный подшипник имеет интегрированную структуру, которая является более компактной. Эта компактная конструкция позволяет сохранить несущую способность.

(2) Различие между линейными и фланцевыми типами

Выберите линейный или фланцевый типы подшипников в соответствии со следующими критериями: Выбирайте фланцевые типы линейных подшипников, если они являются несущими.

При установке линейных подшипников учитывайте окружающее пространство и строительные поверхности. Методы установки и меры предосторожности в отношении линейных подшипников см. в пункте (3).

Линейные подшипники делятся на самодвижущиеся и фиксированные на оси для вращения вала. На рисунке 2 показана конструкция платформы с приводом X-Y-Z-θ и валом в качестве направляющей оси. Подшипники классифицируются соответствующим образом.

  • a) Ось X: Линейные подшипники самодвижущиеся и фланцевого типа.
  • b) Ось Y: Линейные подшипники неподвижны (в направлении оси Θ) и позволяют перемещаться в направлении оси A.
  • c) Ось Z: Линейные подшипники фиксируются в направлении оси Z и позволяют перемещаться в направлении оси Y.

Для линейных типов выберите способ крепления стопорного кольца или стопорной пластины в зависимости от требуемой прочности крепления.

a) На подвижную часть секции по оси X действует сила инерции от веса подвижной части, опирающейся на линейный подшипник. Линейный подшипник должен быть жестко закреплен.

b) Линейный подшипник закреплен на гнезде подшипника, и из-за использования цилиндра для привода конструкции вала осевое крепление линейного подшипника выдерживает только силу реакции трения, поэтому для линейного типа была принята компактная конструкция. Кроме того, линейные подшипники оси Y установлены в противоположном направлении по отношению к двум осям относительно оси вращения платформы с приводом θ, что обеспечивает высокую жесткость по отношению к вращательному моменту.

в) Если рассматривать со стороны подвижного вала, то это то же самое, что и б), и на него не будут действовать большие силы.

(3) Методы установки и меры предосторожности для линейных подшипников.

(1) Методы установки линейных подшипников

Линейные подшипники обычно устанавливаются с помощью стопорных колец или стопорных пластин (см. [Фото 3] и [Рисунок 3]).

(2) Меры предосторожности для угла установки линейных подшипников

Из-за различий в диаметре и типе вала, а также в количестве рядов шариков в подшипнике, линейные подшипники обычно имеют от 4 до 6 рядов шариков, расположенных под одинаковыми углами. При горизонтальном использовании линейных подшипников избегайте их установки с расположением рядов шариков непосредственно вверху (как показано на левой стороне [Рисунок 4]), так как это может привести к возникновению сосредоточенных нагрузок.

[На рисунке 4] показан 5-рядный шарикоподшипник, а соотношение номинальных значений нагрузки приведено ниже (правая сторона ÷ левая сторона). Поэтому при монтаже следует как можно точнее соблюдать угол установки, показанный на рисунке выше.

  • Номинальная статическая нагрузка (правая сторона ÷ левая сторона) = 1,46
  • Номинальная динамическая нагрузка (правая сторона ÷ левая сторона) = 1,19

3. Различают подшипники с одинарной и двойной накладкой, с расширенной и поверхностной обработкой.

(1) Длина подшипника и направляющие характеристики

Линейные подшипники можно разделить на четыре типа в зависимости от длины подшипника:

  • [1] однослойный
  • [2] с двойной подкладкой
  • [3] расширенный
  • [4] по проекту заказчика (с использованием двух однолинейных типов).

Разница в длине подшипников напрямую влияет на характеристики направляющих:

  • a) Несущая способность
  • b) Точность наведения

a) Взаимосвязь между длиной подшипника и несущей способностью

Чем длиннее подшипник, тем больше точек опоры и тем меньше нагрузка на каждую точку контакта подшипника. Этот вывод можно сделать из реальной ситуации, когда номинальная нагрузка трех типов [1], [2] и [3] линейных подшипников последовательно возрастает с увеличением их длины.

Поэтому выбор большей длины линейного подшипника может улучшить несущую способность изделия (= увеличить срок службы и надежность) ([Рисунок 1]).

b) Взаимосвязь между длиной подшипника и точностью направляющих

Чем больше длина подшипника, тем выше точность направляющих.

1)Усреднение погрешности направляющей шины (вала) позволяет повысить точность изделия (подробнее см. в соответствующем примечании) ([Рисунок 2]).
2)Точность изделия можно повысить, уменьшив погрешность зазора между направляющими (валом) ([Рисунок 3]).

Эффект усреднения подшипников: При увеличении длины подшипника линейной направляющей количество опор увеличивается, и факторы погрешности на поверхности направляющей (шероховатость поверхности и деформация изгиба) могут быть усреднены, а влияние фактора погрешности подавлено менее чем наполовину.

Поэтому увеличение длины подшипника позволяет повысить несущую способность и точность направления.

Поэтому тип [4] (в котором используется специальная конструкция с двумя однолинейными типами) линейного подшипника часто используется в высокоточных рабочих средах ([Рисунок 4]).

(2) Расчет деформации направляющей шины (вала) ([Рисунок 5])

В линейном механизме, состоящем из линейного подшипника и вала, деформация вала может быть рассчитана с помощью следующего уравнения:

δ = (W * a3 * b3) / (3 * E * I * L3)

где:

  • a: Расстояние от конечной точки опоры до положения груза
  • b: Расстояние от конечной точки опоры на противоположной стороне a до положения нагрузки
  • L: расстояние между опорами вала
  • E: модуль Юнга
  • I: Второй момент площади поперечного сечения
  • I = πd4/64 ≈ 0.05d4
  • d: Диаметр вала
  • W: нагрузка, воспринимаемая линейным подшипником (единицы измерения: N)

Когда a = b = L/2, δ = W * L3 / (9,6 * E * d4).

Поэтому, если вы хотите уменьшить деформацию вала, следует использовать конструктивный подход, предусматривающий увеличение диаметра вала (эффект в 4 раза) или сокращение расстояния между опорами вала (эффект в 3 раза).

(3) Характеристики и примеры применения материалов компонентов и обработки поверхности

Составляющие материалы, обработка поверхностиПримеры применения линейных подшипников представлены в следующей таблице:

Материал наружного кольцаОбработка поверхностиМатериал фиксатораМатериал шараПримеры применения:
SUJ2– Эквивалент смолы/SUS440CSUJ2Направляющие скольжения с общими требованиями к износостойкости.
SUJ2Низкотемпературный черный ХромированиеТо же, что и выше.Эквивалент SUS440CТочное перемещение оптических компонентов без отражений в условиях отсутствия пыли.
SUJ2Химический Ni-PТо же, что и выше.То же, что и выше.Химически стойкие скользящие детали в условиях отсутствия пыли, требующие износостойкости.
Эквивалент SUS440 –То же, что и выше.То же, что и выше.Легкая нагрузка в условиях отсутствия пыли и оборудование, используемое в пищевой и медицинской промышленности.

Сравнительные характеристики поверхностных обработок.

Материал наружного кольца: Обработка поверхности Особенности:
SUJ2 –SUJ2 изготовлен из железа и подвержен ржавчине.
То же, что и выше.Низкотемпературный черный хромНизкий коэффициент трения и хорошая износостойкостьСпособна образовывать равномерное, тонкое покрытие черного цвета, которое не отражает свет и демонстрирует хорошее теплопоглощение. 
То же, что и выше.Химическое покрытие Ni-PОтличная устойчивость к химическим веществам и коррозии, часто используется в чистых помещенияхТвердое покрытие с глянцевой, немагнитной поверхностью. 

4. Пример применения линейных подшипников в простом автоматическом оборудовании

Ниже описаны особенности линейных подшипников:

  1. Простые, недорогие направляющие подшипники со средней производительностью. (Высокое соотношение затрат и выгод)
  2. Низкий коэффициент трения, что облегчает выбор привода. (Недорогой цилиндр или двигатель средней ценовой категории)
  3. Сочетая его с синхронный ременьТаким образом, достигается бесшумность и легкость движущей конструкции.
  4. В случае вертикальной наводки использование метода перемещения центра тяжести позволяет создать простую и компактную конструкцию.

Использование и характеристики линейных подшипников описаны ниже на примере их применения в простом автоматизированном оборудовании.

(1) Шаговый двигатель и синхронный ременной привод

Конструкция синхронного ременного привода имеет такие преимущества, как бесшумность, легкость, низкая стоимость и отсутствие необходимости в смазке. Для ситуации с рабочим столом с осями X/Y/Z обычная концепция дизайна заключается в снижении нагрузки на нижний двигатель оси X за счет облегчения верхней оси Y.

Поэтому для оси Y часто используется синхронный ремень.

a) [На рисунке 1] показан типичный 3-осевой приводной механизм X/Y/Z.

Ось X состоит из линейных направляющих, а оси Y и Z построены на линейных подшипниках. В системе привода используются синхронные ремни и шарико-винтовые пары.

b) [Фото 1] показывает пример применения оси Y в устройстве для монтажа микросхем ИС. Направление оси Y преобразуется в возвратно-поступательное движение с помощью синхронного ремня.

c) [Рисунок 2] показывает пример применения одноосевого робота со следующими характеристиками:

  1. Для повышения несущей способности и точности наведения используются два линейных подшипника с большим пролетом.
  2. В конструкции и структуре синхронного ремня и шкива используется принцип качения шкива ([Рисунок 3]) для достижения высокой эффективности использования мощности двигателя и высокой точности позиционирования.
  3. Синхронный ременная передача Легкий и тихий.
  4. Синхронный ремень и вал расположены параллельно вверх и вниз, и даже при одноосной структуре относительное вращение между валом и линейным подшипником может быть сдержано.

Принцип движения шкива:

Чтобы поднять подъемный предмет на рисунке 3 на расстояние S, канатный замок нужно переместить на высоту в два раза больше, но необходимое усилие составляет лишь половину веса подъемного предмета, что позволяет легко поднять подъемный предмет.

В 2 раза больше расстояния перемещения

Точность позиционирования, которая может улучшить минимальное разрешение вращения двигателя
Уменьшите ошибку отдачи и холостого хода шкива в два раза
Высокая скорость вращения (2x) привода двигателя, что приводит к высокой эффективности двигателя

В 1/2 раза больше нагрузки

Он может приводиться в движение маломощным двигателем (без использования понижающих передач и т.д.).

(2) Шаговый двигатель и шарико-винтовая передача

Метод привода шарико-винтовой пары имеет следующие характеристики: [1] он непосредственно преобразует вращательное движение двигателя в линейное движение, и [2] шаг ШВП выполняет функцию редуктора. Эффективность передачи движущей силы и КПД двигателя относительно высоки.

[Рисунок 4] - это приводной механизм, в котором по оси Y используется линейный подшипник и шарико-винтовая пара. Обычно такой механизм применяется в механизмах, требующих единичной подачи или предъявляющих требования к точности позиционирования.

Дополнительная информация:

a) Характеристики шагового двигателя

Шаговые двигатели обладают свойством создавать высокий крутящий момент в низкоскоростном диапазоне (обычно при запуске и замедлении), что делает их пригодными для перемещения на короткие расстояния и управления многоточечным позиционированием.

b) Необходимая точность двигателя, требуемая для достижения точности позиционирования цели

Точность позиционирования = ±0,01 (мм). При выборе опережения ШВП 10 (мм/об) необходимую точность (деления) шагового двигателя можно рассчитать по следующей формуле.

(3) Привод цилиндра

[Рисунок 5] - пример подшипника, используемого для привода цилиндра в механизме зажима, а [Фото 2] - пример механизма привода цилиндра, в котором используется магнитная муфта. В обоих случаях для направления используются линейные подшипники (указаны стрелками).

Невозможно контролировать скорость запуска и остановки с помощью цилиндрического привода, поэтому для уменьшения удара при остановке необходимо использовать буфер (как показано на [Фото 2]).

(4) Примеры вертикального наведения

Вертикальная направляющая может быть достигнута за счет использования линейных подшипников с фланцами. Для установки линейных подшипников не требуется специальная опорная конструкция, что позволяет создать простую и компактную конструкцию (в случае с направляющими скольжения, где для неподвижной направляющей необходимо создать вертикальную монтажную подложку).

Как и в конструкции на [Фото 4], в подъемной направляющей (показана на [Фото 6]) и механизме позиционирования (показан на [Фото 7]) для нижней части конвейерной ленты также используются фланцевые линейные подшипники.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх