Сравнение линейных валов и рельсовых направляющих
Изобретение системы линейных направляющих относится к 1940-м годам. Тогда она практически повсеместно начала использоваться в промышленности. Однако жесткость конструкции ограничивает ее применение в области прецизионного станкостроения.
Для достижения требуемой точности и грузоподъемности взамен линейных валов в 1970-х годах начали использовать рельсовые направляющие. Это альтернативное решение позволило снизить стоимость, повысить жесткость конструкции и при этом сделать узел более компактным.
С внедрением рельсовых направляющих у конструкторов возникла проблема выбора той или иной системы линейного передвижения. Сложность принятия решения связана с тем, что линейные валы могут быть заменены рельсовыми направляющими даже там, где использовался исключительно первый вариант. Для оценки применения круглых валов или профилированных рельс существует ряд критериев, которые помогают определиться с выбором.
1. Грузоподъемность
При сравнении площади контакта шариков и дорожек качения одного типоразмера очевидно, что рельсовые направляющие выигрывают. С увеличением этого параметра грузоподъемность системы линейного движения с использованием второго варианта выше. Кроме этого, профилированные направляющие хорошо работают в условиях резкого увеличения пиковых нагрузок и характеризуются равной грузоподъемностью во всех направлениях. Что касается круглых валов, то показатели грузоподъемности этой системы зависит от направления действия нагрузки.
2. Жесткость
За счет большей площади контакта дорожек качения по сравнению с шариками прогиб рельсовой направляющие меньше, чем у круглого вала. Для увеличения жесткости рельсовые системы имеют преднатяг 2-8%, что повышает жесткость конструкции.
3. Точность
Более высокие показатели точности профилированных рельсовых направляющих по сравнению с круглыми валами обеспечиваются за счет использования каленых ходовых дорожек. Несмотря на то что последняя система обладает самовыравниванием, она уступает первой по точности.
4. Скорость
Скорость движения направляющих валов не превышает 2 м/с, так как ограничены возможности сепарации шариков при входе и выходе из зоны нагрузки. В рельсовых направляющих рециркуляция происходит более сложным образом, поэтому скорость может достигать значения 5 м/с.
5. Монтаж
Обязательное условие эксплуатации профильных направляющих — крепление по всей длине для обеспечения полной поддержки всей конструкции. Круглые валы поддерживаются только на концах, при этом соотношение длины к диаметру вала значительно. Кроме того, работа подшипников линейных систем не требует соосности, поэтому нет необходимости обработки платформы перед монтажом, а также снижаются затраты на проектирование и установку.
6. Условия работы
Круглые валы могут менее требовательны к присутствию мусора, материалу, покрытиям и уплотнениям, поэтому способны работать в условиях каустического или абразивного загрязнения. Кроме того, у конструкторов имеется большой выбор вариантов уплотнителей.
7. Обслуживание
Меньшая площадь контакта шариков и ходовых дорожек у круглых валов обуславливает более низкую требовательность к смазке по сравнению с профильными направляющими. Валы и подшипники, составляющие систему линейного перемещения, — взаимозаменяемые элементы, которые изготавливаются различными производителями. Это упрощает поиск компонентов для замены вышедших из строя.
Преимущества рельсовых направляющих
Линейные направляющие — не всегда идеальное решение для той или иной машины и не лишены определенных недостатков. Однако, несмотря на это, использование системы линейного перемещения при конструировании технологических машин позволяет получить ряд преимуществ:
-
Точное позиционирование. Динамический и статический коэффициенты трения имеют небольшую разницу, поэтому при движении проскальзывание отсутствует.
-
Долговечность. Повышенный износ рабочих поверхностей негативно отражается на точности. В рельсовых направляющих применяется способ смазки, который увеличивает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает высокую точность.
-
Высокая скорость перемещения. Низкие показатели фрикционного сопротивления обеспечивают высокоскоростное движение при незначительных тяговых усилиях.
-
Одинаковая грузоподъемность во всех направлениях. Система способна выдерживать нагрузки, действующие как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.
-
Простота монтажа. Для обеспечения высокоскоростного линейного перемещения требуется подготовить поверхность и закрепить болтами в горизонтальной плоскости.
-
Простота доставки смазки. Система смазки позволяет обеспечить непрерывную и точную подачу смазочного материала на контактные поверхности.
-
Взаимозаменяемость. При выходе из строя элементы системы быстро заменяются на новые. В случае использования несъемных конструкций обеспечивается высокая точность настройки, которая выполняется на заводе-производителе.
Использование рельсовых направляющих дает выигрыш по показателям нагрузки, жесткости, точности и скорости перемещения. Установка круглых валов позволяет снизить стоимость машины и обеспечивает ее бесперебойную работу в тяжелых условиях. При конструировании следует объективно оценить все факторы и преимущества систем линейного перемещения, чтобы принятое техническое решение было наиболее оптимальным в каждом конкретном случае.
