Лучший подход к спецификации и выбору размеров линейных рельсов — это сначала определить наиболее важные параметры приложения, сузить выбор на основе этих требований, а затем применить критические переменные для окончательного выбора линейного рельса.

Сначала основы:Линейные направляющие, направляющие и слайды — это механические системы, состоящие из рельсов и подшипников, которые поддерживают и перемещают физические нагрузки по линейной траектории с низким коэффициентом трения. Обычно их классифицируют как типы с элементами качения или плоскими втулками. Поскольку от различных производителей доступно множество форм и размеров, предназначенных для удовлетворения конкретных инженерных потребностей, ваше уникальное применение определяет список критических параметров, которые вам следует учитывать, а также порядок их важности.

Наиболее распространенные типы направляющих и подшипников включают профилированные (квадратные) рельсы с рециркулирующими шариковыми подшипниковыми блоками, направляющие для роликовых подшипников и круглые рельсы с рециркулирующими шариковыми втулками или плоскими втулками. Профилированные рельсы подходят для приложений, требующих исключительной жесткости и точности, например, в головках станков и прецизионных перемещениях печатных плат. Системы роликовых подшипников предназначены для более широкого спектра приложений, таких как подъем и перемещение деталей или приложения для захвата и размещения.

Чтобы выбрать наиболее подходящую для приложения направляющую, сначала проанализируйте конкретные потребности системы. Затем поймите требования заказчика или руководящие принципы программы, которые включают количество осей, повторяемость, допуск и точность, необходимые для достижения конечного результата. Наконец, рассмотрите загрязнение окружающей среды, например, пыль, воду, волокна и другие вещества.

Для любой системы рабочая среда определяет тип подшипников, которые необходимо выбрать. Например, грязная среда может загрязнять сборку и мешать правильному функционированию рециркулирующих шариковых дорожек. Загрязнение легче контролировать в роликовых системах, поскольку элементы качения, как правило, больше. Плоские подшипники 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 для ее правильного размера. Для каждого движения в системе линейных направляющих рассмотрите следующие параметры: ход, нагрузка, скорость, рабочий цикл, область монтажа и ориентация монтажа.

Размер системы линейных направляющих

Статическая нагрузка состоит из веса седла, гнездового крепления, полезной нагрузки и подшипников. Если 40,0 фунтов центрируются горизонтально вперед/назад и слева направо в типичном наборе из двух рельсов и четырех кареток, каждый из блоков подшипников будет статически нагружен на 10,0 фунтов.

Направляющие бывают двух основных типов: седловые и консольные. Стандартные, горизонтально расположенные седловые направляющие используют седло или блок, который перемещается между двумя фиксированными концевыми блоками. При консольном направляющем устройстве основной корпус и цилиндр остаются неподвижными, в то время как инструментальная пластина выдвигается и убирается. Второе консольное применение существует при вертикальном перемещении грузов. При использовании одного рельса и двух кареток обе каретки подшипников могут быть нагружены одинаково в радиальном направлении. Для определения размера подшипника или каретки общая нагрузка для наиболее статически напряженного ползуна обычно устанавливается как наихудший сценарий.

При выборе размера подшипников организуйте параметр нагрузки и его расстояние до центра тяжести (ЦТ) или центра масс. Нагрузка относится к весу или силе, приложенной к системе, которая включает 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, когда они взаимодействуют с нагруженным подшипником седлом. Обычно эта нагрузка предъявляет к подшипникам требования по кручению. ЦТ для седла обеспечивает единственное значение нагрузки на некотором расстоянии от центров подшипников.

Эти динамические значения, а также статические значения 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 оси «Z» (Mz). Затем эти переменные могут использоваться в большинстве приложений по определению размеров подшипников для выбора подходящего размера каретки. Значения нагрузки обычно представлены в фунтах или ньютонах (Н) статически и в дюймах-фунтах или ньютон-метрах (Нм) для динамической нагрузки.

Центры отдельных нагрузок находятся на относительном расстоянии от центра направляющей системы или центров подшипников, общая масса имеет расстояние ЦТ до направляющих рельсов 1,5 дюйма (60 дюйм-фунт/40 фунтов). Подшипники должны будут выдерживать крутящий момент 60 дюйм-фунт, особенно когда седло быстро ускоряется или замедляется.

Скорость:Скорость имеет решающее значение для рассмотрения, 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 метрическом эквиваленте в м/с. Такие факторы, как тип профиля движения, определяют ускорение, необходимое для достижения желаемой скорости или времени цикла. Нагрузка быстро ускоряется в трапециевидном профиле движения, а затем движется с постоянной скоростью перед замедлением. 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 общей синхронизации движения.

Рабочий цикл:Параметр рабочего цикла должен учитывать полное движение седла в течение полного цикла, который чаще всего равен двум ходам плюс холостые операции за желаемое время. Ход приложения — это длина полного общего движения в одном направлении по линейной траектории. Обычно параметр рабочего цикла организован как количество циклов, требуемых в минуту.

Монтажная площадь:Монтажная область для направляющей и седловых подшипников помогает определить общую длину (OAL) и расстояние между рельсами направляющей системы. В большинстве случаев лучше всего учитывать максимально возможную площадь опоры для работы подшипников. Если вы не используете телескопические линейные подшипники, которые действуют аналогично простым направляющим ящика, OAL направляющей должна включать ход линейного перемещения, а также площадь опоры подшипника.

Монтажная зона также должна учитывать подложку или каркасную систему для удержания направляющей. Опорная поверхность подшипника — это расстояние от передней части одной каретки до задней части самой дальней каретки вдоль одной линейной направляющей. Многие профилированные валы должны быть установлены на полностью обработанные и отшлифованные поверхности, чтобы должным образом соответствовать требованиям программы по точности. Другие конструкции могут быть применены непосредственно к структурному алюминию или трубчатому каркасу без потери мощности или жесткости.

Ориентация:Монтажная ориентация путей имеет решающее значение для настройки параметра нагрузки, поскольку седло может перемещаться горизонтально, вертикально, вдоль настенного крепления или даже в перевернутом положении. Для лучшей производительности управляйте нагрузкой приложения с помощью самой прочной части системы подшипников. Например, радиальный шарикоподшипниковый ползун должен быть ориентирован так, чтобы нести нагрузку радиально, а не аксиально.

Теперь сделайте выбор линейной направляющей

Это пример приложения, содержащего стандартную среду с легким загрязнением пылью, которая требует средней повторяемости. Из-за этих двух факторов выбрана система подшипников на основе роликов с предварительным натягом, работающая на закаленных стальных дорожках качения. Скорость высокая, и более длительный срок службы может быть достигнут без необходимости выталкивать максимальные уровни мощности.

Как правило, для направляющей 1 дюйм, плоские подшипники не должны превышать 20 дюймов/с, системы с рециркуляцией 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 106 дюймам хода и 2 с достичь целевого времени. Каждая из направляющих должна быть длиной не менее 162 дюймов, потому что ход составляет 118 дюймов, а длина седла составляет 44 дюйма в измерении, проходящем вдоль направляющей. Иногда полезно оставить один или два дополнительных дюйма на каждом конце хода для концевых выключателей, амортизаторов или датчиков.

Каждый из подшипников будет одинаково нагружен в 100 фунтов, поскольку подшипники установлены в каждом углу седла, а центр тяжести массы центрирован вперед-назад и слева направо. Каждая из кареток подшипников может выдерживать 500 фунтов максимальной радиальной нагрузки, поэтому здесь рассчитывается адекватный срок службы, поскольку подшипники нагружены в диапазоне от 20 до 50% от общей грузоподъемности.