Лучший подход к определению и определению размеров линейных рельсов — сначала определить наиболее важные параметры приложения; сузить выбор на основе этих требований; а затем примените критические переменные, чтобы сделать окончательный выбор линейного рельса.

Сначала основы:Линейные направляющие, направляющие и направляющие представляют собой механические системы, состоящие из рельсов и подшипников, которые поддерживают и перемещают физические нагрузки по линейному пути с низким коэффициентом трения. Их обычно классифицируют как элементы качения или плоские втулки. Поскольку от разных производителей доступно множество форм и размеров, предназначенных для удовлетворения конкретных инженерных потребностей, ваше уникальное приложение определяет список критических параметров, которые вам следует учитывать, а также порядок их важности.

К наиболее распространенным типам направляющих и подшипников относятся профилированные (квадратные) рельсы с блоками шарикоподшипников, направляющие для роликовых подшипников, а также круглые рельсы с шариковыми втулками или плоскими втулками. Профилированные направляющие подходят для применений, требующих исключительной жесткости и точности, например, в головках станков и прецизионных перемещениях печатных плат. Системы роликовых подшипников предназначены для более широкого спектра применений, таких как подъем и перемещение деталей, а также операции по захвату и перемещению.

Чтобы выбрать, какая из направляющих лучше всего подходит для конкретного приложения, сначала проанализируйте конкретные потребности системы. Затем необходимо понять требования заказчика или руководящие принципы программы, которые включают количество осей, повторяемость, допуск и точность, необходимые для достижения конечного результата. Наконец, рассмотрите загрязнение окружающей среды, такое как пыль, вода, волокна и другие вещества.

Для любой системы рабочая среда определяет тип подшипников, которые необходимо выбрать. Например, грязная среда может загрязнить узел и помешать правильному функционированию путей рециркуляции шариков. Загрязнение легче контролировать в роликовых системах, поскольку тела качения обычно крупнее. Подшипники скольжения подходят для применений, где смазка с поверхностным контактом не рекомендуется или не может подвергаться воздействию окружающей среды, например, в некоторых исследовательских лабораториях или на предприятиях по производству кремниевых чипов.

После выбора системы соберите параметры, чтобы правильно подобрать ее размер. Для каждого движения в системе линейных направляющих учитывайте следующие параметры: ход, нагрузка, скорость, рабочий цикл, область установки и ориентация установки.

Размер системы линейных направляющих

Статическая нагрузка состоит из веса седла, гнездового крепления, полезной нагрузки и подшипников. Если 40,0 фунтов расположены по центру горизонтально вперед/назад и слева направо в типичном комплекте с двумя рельсами и четырьмя каретками, каждый из подшипниковых блоков будет статически нагружен 10,0 фунтов.

Направляющие бывают двух основных типов: седловидные и консольные. В стандартных седловых направляющих с горизонтальным основанием используется седло или блок, который перемещается между двумя блоками с фиксированными концами. При использовании консольных направляющих основной корпус и цилиндр остаются неподвижными, а инструментальная пластина выдвигается и втягивается. Второе консольное применение существует при вертикальном перемещении грузов. При наличии одного рельса и двух кареток обе каретки подшипников могут нагружаться одинаково в радиальном направлении. При выборе размера подшипника или каретки общая нагрузка для наиболее статически нагруженного ползуна обычно устанавливается как наихудший сценарий.

При выборе размеров подшипников определите параметр нагрузки и ее расстояние до центра тяжести (ЦТ) или центра масс. Под нагрузкой понимается вес или сила, приложенная к системе, которая включает в себя как статическую, так и динамическую нагрузку. Статическая нагрузка включает вес седла, гнездового приспособления, полезной нагрузки и подшипников. Динамическая (или кинетическая) нагрузка должна учитывать приложенные нагрузки при их взаимодействии с нагруженным подшипником седлом. Обычно эта нагрузка приводит к скручиванию подшипников. Центр тяжести седла обеспечивает единое значение нагрузки на некотором расстоянии от центров подшипников.

Эти динамические значения, а также значения статической нагрузки затем могут быть организованы как радиальные (Corad), осевые (Coax), крутящий момент вокруг оси «X» (Mx), крутящий момент вокруг оси «Y» (My) и крутящий момент вокруг «Z». ось (Мз). Затем эти переменные можно использовать практически в любых приложениях по определению размеров подшипников для выбора соответствующего размера каретки. Значения нагрузки обычно выражаются в фунтах или ньютонах (Н) в статическом виде и в фунтах-дюймах или в ньютон-метрах (Нм) для динамической нагрузки.

Центр отдельных нагрузок находится на относительном расстоянии от центра системы направляющих или центров подшипников, общая масса имеет расстояние по центру тяжести до направляющих рельсов 1,5 дюйма (60 дюймов-фунтов/40 фунтов). Подшипникам придется выдерживать крутящую нагрузку в 60 дюйм-фунтов, особенно если седло быстро ускоряется или замедляется.

Скорость:Скорость имеет решающее значение, поскольку приложенные нагрузки по-разному влияют на систему во время ускорения и замедления по сравнению с движением с постоянной скоростью. Скорость обычно указывается в дюймах/с или в метрическом эквиваленте в м/с. Такие факторы, как тип профиля движения, определяют ускорение, необходимое для достижения желаемой скорости или времени цикла. Груз быстро ускоряется по трапециевидному профилю движения, а затем движется с постоянной скоростью, а затем замедляется. Однако треугольный профиль движения быстро ускоряется и замедляется. Более того, при расчете скорости приложения учитывайте максимальную скорость движения, а также ускорение и замедление, необходимые для достижения общего времени движения.

Рабочий цикл:Параметр рабочего цикла должен учитывать полное движение седла за полный цикл, который чаще всего в два раза превышает рабочий ход плюс операции холостого хода за желаемый промежуток времени. Ход приложения — это длина полного общего движения в одном направлении по линейной траектории. Обычно параметр рабочего цикла определяется как количество циклов, требуемых в минуту.

Площадь монтажа:Место установки направляющей и седловых подшипников помогает определить общую длину (OAL) и расстояние между рельсами направляющей системы. В большинстве случаев лучше всего учитывать максимально широкую зону действия подшипников. Если вы не используете телескопические линейные подшипники, которые действуют аналогично простым направляющим ящика, OAL направляющей должен включать в себя ход линейного перемещения, а также площадь опоры подшипника.

При выборе места монтажа также необходимо учитывать основание или систему каркаса для крепления направляющей. Зона контакта подшипника — это расстояние от передней части одной каретки до задней части самой дальней каретки вдоль одной линейной направляющей. Многие профилированные валы необходимо монтировать на полностью обработанные и отшлифованные поверхности, чтобы должным образом соответствовать требованиям программы по точности. Другие конструкции можно применять непосредственно к конструкционному алюминиевому или трубчатому каркасу без потери мощности или жесткости.

Ориентация:Ориентация направляющих имеет решающее значение для настройки параметра нагрузки, поскольку седло может перемещаться горизонтально, вертикально, вдоль настенного крепления или даже в перевернутом положении. Для достижения наилучшей производительности управляйте загрузкой приложения с помощью самой прочной части системы подшипников. Например, радиальный ползун на шарикоподшипнике должен быть ориентирован так, чтобы воспринимать нагрузку радиально, а не аксиально.

Теперь выберите линейную направляющую.

Это пример приложения, содержащего стандартную среду с легким загрязнением пылью, требующую средней повторяемости. Из-за этих двух факторов выбирается система роликовых подшипников с предварительным натягом, работающая на дорожках качения из закаленной стали. Высокая скорость и более длительный срок службы могут быть достигнуты без необходимости повышения максимального уровня производительности.

Обычно для 1 дюйма. направляющие, плоские подшипники не должны превышать 20 дюймов/с, системы рециркуляции шариков – 80 дюймов, а ролики – около 200 дюймов/с. Чтобы достичь полного хода 118 дюймов за 3 с, мы будем ускоряться и замедляться на 6 дюймов за 0,5 с каждый. Это позволит достичь целевого времени за ход 106 дюймов и 2 секунды. Каждая из направляющих должна иметь длину не менее 162 дюймов, поскольку ход составляет 118 дюймов, а длина седла составляет 44 дюйма в направлении, проходящем вдоль направляющей. Иногда полезно оставить дополнительный дюйм или два на каждом конце хода для концевых выключателей, амортизаторов или датчиков.

Каждый из подшипников будет иметь одинаковую нагрузку в 100 фунтов, поскольку подшипники установлены в каждом углу седла, а центр тяжести массы расположен спереди назад и слева направо. Каждая из кареток подшипников выдерживает максимальную радиальную нагрузку в 500 фунтов, поэтому здесь рассчитывается достаточный срок службы, поскольку подшипники нагружены в диапазоне от 20 до 50 % от общей нагрузки.