При проектировании линейной системы учитывайте опоры, направляющие, приводы и уплотнения. Перед началом проектирования линейной системы определите требования к точности, повторяемости, нагрузке и условиям окружающей среды.

Шариковые направляющие с низким коэффициентом трения и высокой жесткостью опираются на одну (сверху) или две (снизу) направляющие. Компромиссом, обусловленным такими характеристиками, является более высокая стоимость и больший уровень шума.

Кратчайший путь между двумя точками — прямая линия. Но если вы проектируете систему линейного перемещения, вам придется учитывать конструктивные опоры, направляющие, приводы, уплотнения, смазку и вспомогательные устройства между точками А и В.

Независимо от того, решите ли вы спроектировать и собрать свою систему с нуля, используя стандартные компоненты, или приобрести готовую, разработанную специально для вас систему, правильный выбор с самого начала поможет обеспечить бесперебойную работу в долгосрочной перспективе.

Поддержка и руководство

Построение линейной системы буквально означает начало с нуля — с системы несущих конструкций. Основным компонентом такой системы обычно является алюминиевый профиль.

Для применений, требующих точного позиционирования, можно выполнить механическую обработку как монтажной поверхности основания, так и поверхности, к которой крепится линейная направляющая. Для применений с меньшей точностью, например, в транспортных системах, следует оптимизировать основания таким образом, чтобы они были устойчивы к изгибу под нагрузкой и предотвращали деформацию во время экструзии.

Прочное основание позволяет системе опираться только на концевые опоры. Для более легких профилей могут потребоваться промежуточные опоры по всей их длине.
Направляющие крепятся к основанию для обеспечения движения. Основные типы — шариковые направляющие, колесные направляющие и направляющие скольжения или призматические направляющие.
Шариковые направляющие выдерживают самые большие нагрузки и обладают наибольшей жесткостью. Их одно- или двухрельсовая конструкция обеспечивает движение с минимальным трением. Недостатками являются более высокая стоимость и уровень шума, который они создают.

Колесные направляющие работают со скоростью до 10 м/с, обладают низким трением и высокой жесткостью. Однако ударные нагрузки могут повредить их.
В направляющих скольжения по поверхности профиля движутся призматические полимерные втулки. Полимер обеспечивает их бесшумное перемещение и устойчивость к высоким ударным нагрузкам. Они выдерживают воздействие загрязнений, грязи, пыли, масла и химических веществ, но работают медленнее и при меньших нагрузках, чем шариковые или колесные направляющие, что обозначается их показателем PV — произведением давления и скорости, которые они могут выдерживать.

К числу приводных технологий, доступных для линейных систем, относятся шариковые винты и ремни. Ременные приводы работают бесшумно и хорошо подходят для высокопроизводительных, но менее точных применений. Более дорогие шариковые винты обеспечивают высокую эффективность, точность и жесткость.

Движущая сила

Приводы перемещают каретку в нужное положение. Наиболее распространенными технологиями приводов являются шариковинтовые приводы, ходовые винтовые приводы и ременные приводы.

В шариковинтовой передаче шариковые подшипники перемещаются по канавкам резьбового вала — шарикового винта — и рециркулируют через шариковую гайку. Поскольку подшипники распределяют нагрузку, шариковинтовые передачи обладают относительно высокой осевой нагрузкой.

В результате достигается абсолютная точность, определяемая как максимальная погрешность между ожидаемым и фактическим положением, составляющая до 0,005 мм. Наиболее точными являются системы с шлифованными и предварительно нагруженными шариковыми винтами.

Эти системы обладают тяговым усилием до 40 кН и высокой жесткостью. Их критическая скорость определяется диаметром основания винта, длиной незакрепленного участка и конфигурацией концевой опоры. Благодаря новой конструкции винтовой опоры, винтовые приводы могут перемещаться на расстояние до 12 м и принимать входную скорость 3000 об/мин. Шариковинтовые приводы обеспечивают механический КПД 90%, поэтому их более высокая стоимость часто компенсируется меньшим энергопотреблением.

Опоры линейных систем обычно изготавливаются из алюминиевых профилей, которые могут быть подвергнуты механической обработке для повышения точности.

Винтовые приводы не могут сравниться с шариковинтовыми приводами по абсолютной точности позиционирования, но их повторяемость — способность возвращаться в заданное положение во время работы при приближении с одного и того же направления с одинаковой скоростью и замедлением — составляет 0,005 мм. Они используются в системах позиционирования с низкой и средней интенсивностью работы и работают бесшумно.

Ременные приводы используются в системах высокопроизводительной транспортировки со скоростью до 10 м/с и ускорением до 40 м/с².

Смазка и уплотнениеs для линейных устройств

Большинство направляющих и приводных систем требуют смазки. Обеспечив легкий доступ к смазочным фитингам, вы можете упростить будущую профилактическую проверку. Например, фитинги Zerk, установленные на каретке, могут обеспечивать смазку как шариковинтовой передачи, так и системы линейных подшипников во время установки и в периоды периодического технического обслуживания.

Приводной механизм оснащен магнитным уплотнением. Лента из нержавеющей стали поднимается непосредственно перед кареткой и закрывается непосредственно за ней благодаря магнитам и подпружиненным анкерам на торцевых крышках.

Направляющие призмы не требуют технического обслуживания. Полимерный материал ползунка обладает собственными смазывающими свойствами, а смазанные войлочные щетки пополняют смазку при каждом ходе.

Уплотнения удерживают смазку внутри и предотвращают попадание загрязнений. Один из типов — магнитные ленточные уплотнения, представляющие собой магнитные полосы из нержавеющей стали, простирающиеся от одного конца канала до другого. Ленты крепятся к торцевым крышкам и подпружинены для поддержания натяжения. Они проходят через полость в каретке, так что полоса поднимается над магнитами непосредственно перед и позади каретки по мере ее перемещения по системе.
Альтернативная технология герметизации, пластиковые уплотнительные ленты, использует эластичные резиновые полоски, которые соединяются с базовым профилем, подобно пакету для заморозки с застежкой-молнией. Соединяющиеся профили типа «шип-паз» создают лабиринтное уплотнение, предотвращающее попадание частиц внутрь.

Ещё один важный момент — способ крепления двигателя. Корпус двигателя и муфта должны соответствовать размеру болтов и диаметру окружности расположения болтов на фланце двигателя, диаметру направляющей головки двигателя, а также диаметру и длине вала двигателя.

Размеры многих двигателей соответствуют стандартам NEMA, но размеры других зависят от производителя и модели. В любом случае, гибкие крепления для двигателей, изготовленные из стандартных заготовок, позволяют легко установить их практически на любой двигатель с гарантированной центровкой.

Резиновые защелки обеспечивают надежную фиксацию пластиковых защитных лент и предотвращают попадание частиц внутрь.

Комбинируйте и сочетайте

Не каждая комбинация приводов и направляющих имеет смысл. На практике чаще всего можно встретить ходовые винты, приводящие в движение шариковые или скользящие направляющие; шариковые винты в паре с шариковыми или скользящими направляющими; и ремни, приводящие в движение шариковые, скользящие или колесные направляющие.

Шариковинтовая передача в сочетании с шариковой направляющей обеспечивает повторяемость движений и жесткую систему, способную выдерживать большие усилия и моменты. Такие системы хорошо зарекомендовали себя в задачах точного позиционирования с высокими нагрузками и длительным рабочим циклом, например, при загрузке и разгрузке заготовок шестерен на станках.

Устройства с ременным приводом и шариковыми направляющими предназначены для высокоскоростных и высокоскоростных операций с большими грузами и высокими моментными нагрузками. Эти устройства работают на основаниях, перекрывающих зазор, и поддерживаются либо с концов, либо с промежутков. Одним из примеров применения является паллетирование банок.
Линейные системы с ременным приводом и направляющими скольжения представляют собой более дешевые, бесшумные и не требующие особого обслуживания устройства. Они работают на умеренных скоростях и ускорениях, но отлично справляются с ударными нагрузками. Добавление магнитной ленты делает этот тип системы подходящим для сред с высоким содержанием твердых частиц и требованиями к промывке, например, при обработке листового металла распылением.

Поскольку колесные направляющие требуют меньше технического обслуживания, чем шариковые, но больше, чем направляющие салазки, колеса, приводимые в движение ремнями, являются еще одним вариантом средней стоимости, низкого уровня шума и простоты обслуживания. Эти системы обеспечивают высокие линейные скорости и ускорения и часто используются в упаковочных и разливочных машинах.