Наилучший подход к выбору и подбору линейных направляющих заключается в том, чтобы сначала определить наиболее важные параметры применения; сузить круг вариантов на основе этих требований; а затем, используя критически важные переменные, сделать окончательный выбор линейной направляющей.

Для начала, основы:Линейные направляющие, направляющие и салазки — это механические системы, состоящие из направляющих и подшипников, которые поддерживают и перемещают физические нагрузки по линейной траектории с низким коэффициентом трения. Обычно их классифицируют как катящиеся элементы или плоские втулки. Поскольку различные производители предлагают множество форм и размеров, разработанных для удовлетворения конкретных инженерных потребностей, список критически важных параметров, которые следует учитывать, а также порядок их важности, зависят от конкретного применения.

К наиболее распространенным типам направляющих и подшипников относятся профилированные (квадратные) направляющие с шариковыми подшипниками, направляющие для роликовых подшипников и круглые направляющие с шариковыми втулками или плоскими втулками. Профилированные направляющие подходят для применений, требующих исключительной жесткости и точности, например, в станочных головках и для прецизионных перемещений печатных плат. Системы с роликовыми подшипниками предназначены для более широкого спектра применений, таких как подъем и перемещение деталей или операции захвата и перемещения.

Чтобы выбрать наиболее подходящую для конкретного применения направляющую, сначала проанализируйте специфические потребности системы. Затем изучите требования заказчика или программные указания, включая количество осей, повторяемость, допуски и точность, необходимые для достижения конечного результата. Наконец, учтите загрязнение окружающей среды, например, пылью, водой, волокнами и другими веществами.

Для любой системы тип подшипников, которые необходимо выбрать, определяется условиями эксплуатации. Например, загрязненная среда может загрязнить узел и нарушить правильное функционирование шариковых направляющих. В роликовых системах загрязнение легче контролировать, поскольку элементы качения, как правило, больше. Плоские подшипники подходят для применений, где не рекомендуется поверхностная смазка или где невозможно воздействие окружающей среды, например, в некоторых исследовательских лабораториях или на предприятиях по производству кремниевых чипов.

После выбора системы соберите параметры для ее правильного подбора. Для каждого перемещения в системе линейных направляющих учитывайте следующие параметры: ход, нагрузка, скорость, рабочий цикл, площадь крепления и ориентация крепления.

Подберите размеры системы линейных направляющих.

Статическая нагрузка состоит из веса седла, гнездового крепления, полезной нагрузки и подшипников. Если в типичном двухрельсовом вагоне с четырьмя вагонами центрирован горизонтально груз весом 40 фунтов, то каждый из опорных блоков будет статически нагружен весом 10 фунтов.

Направляющие бывают двух основных типов: седловидные и консольные. Стандартная седловидная направляющая с горизонтальным основанием использует седло или блок, перемещающийся между двумя неподвижными концевыми блоками. В случае консольной направляющей основной корпус и цилиндр остаются неподвижными, в то время как инструментальная плита выдвигается и втягивается. Существует также консольное применение, когда нагрузка перемещается вертикально. При наличии одной направляющей и двух кареток обе каретки подшипников могут быть нагружены одинаково в радиальном направлении. При выборе подшипника или каретки общая нагрузка для наиболее статически нагруженной направляющей обычно устанавливается как наихудший сценарий.

При выборе подшипников необходимо определить параметр нагрузки и расстояние от центра тяжести (ЦТ) до центра масс. Нагрузка — это вес или сила, приложенная к системе, включая статическую и динамическую нагрузки. Статическая нагрузка включает вес седла, гнездового крепления, полезной нагрузки и подшипников. Динамическая (или кинетическая) нагрузка должна учитывать приложенные нагрузки, взаимодействующие с седлом, нагруженным подшипниками. Обычно эта нагрузка создает крутящий момент для подшипников. ЦТ седла представляет собой единое значение нагрузки на некотором расстоянии от центров подшипников.

Эти динамические значения, а также значения статической нагрузки могут быть организованы как радиальные (Corad), осевые (Coax), крутящий момент относительно оси «X» (Mx), крутящий момент относительно оси «Y» (My) и крутящий момент относительно оси «Z» (Mz). Эти переменные могут быть использованы практически в любом расчете размеров подшипников для выбора соответствующего размера каретки. Значения нагрузки обычно представляются в фунтах (Н) в статическом режиме и в дюйм-фунтах (Нм) для динамической нагрузки.

Центры отдельных нагрузок находятся на относительном расстоянии от центра системы направляющих или центров подшипников, а общая масса имеет расстояние от центра тяжести до направляющих рельсов 1,5 дюйма (60 дюйм-фунтов/40 фунтов). Подшипники должны выдерживать крутящий момент в 60 дюйм-фунтов, особенно при быстром ускорении или замедлении седла.

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. При трапецеидальном профиле движения нагрузка быстро ускоряется, а затем движется с постоянной скоростью, прежде чем замедлиться. При треугольном профиле движения ускорение и замедление происходят быстро. Более того, при расчете скорости приложения следует учитывать максимальную скорость движения, а также ускорение и замедление, необходимые для достижения общего времени движения.

Рабочий цикл:Параметр рабочего цикла должен учитывать полное перемещение седла в течение одного цикла, которое чаще всего составляет удвоенный ход плюс время простоя за требуемый промежуток времени. Ход в данном приложении — это длина полного перемещения в одном направлении по линейной траектории. Как правило, параметр рабочего цикла определяется как количество циклов, необходимых в минуту.

Место крепления:Площадь крепления направляющей рейки и подшипников седла помогает определить общую длину (OAL) и расстояние между направляющими системы. В большинстве случаев лучше всего учитывать максимально возможную площадь контакта подшипников с рельсами. За исключением телескопических линейных подшипников, которые работают аналогично простым направляющим для выдвижных ящиков, общая длина направляющей рейки должна включать в себя ход линейного перемещения, а также площадь контакта подшипников с рельсами.

При выборе места крепления также необходимо учитывать основание или каркасную систему, удерживающую направляющую. Площадь опорной поверхности — это расстояние от передней части одной каретки до задней части самой дальней каретки вдоль одной линейной направляющей. Многие профилированные валы должны крепиться к полностью обработанным и отшлифованным поверхностям, чтобы должным образом соответствовать требованиям программы к точности. Другие конструкции могут применяться непосредственно к конструкционному алюминию или трубчатым каркасам без потери несущей способности или жесткости.

Ориентация:Ориентация направляющих при монтаже имеет решающее значение для настройки параметров нагрузки, поскольку седло может перемещаться горизонтально, вертикально, вдоль настенного крепления или даже в перевернутом положении. Для достижения наилучших результатов следует управлять нагрузкой в ​​приложении с помощью наиболее прочной части подшипниковой системы. Например, радиальный шарикоподшипниковый ползунок должен быть ориентирован для восприятия нагрузки радиально, а не осевым образом.

Теперь выберите линейную направляющую.

Это пример применения в стандартной среде с легким пылевым загрязнением, требующей средней повторяемости. В связи с этими двумя факторами выбрана система подшипников на основе предварительно нагруженных роликов, работающих на закаленных стальных дорожках качения. Скорость вращения высока, а срок службы увеличен без необходимости использования максимальных нагрузок.

Как правило, для направляющей диаметром 1 дюйм скорость вращения подшипников скольжения не должна превышать 20 дюймов/с, шариковых подшипников — 80 дюймов/с, а роликов — около 200 дюймов/с. Для достижения полного хода в 118 дюймов за 3 секунды мы будем разгоняться и замедляться на 6 дюймов за 0,5 секунды каждый раз. Это позволит достичь целевого времени хода в 106 дюймов и времени в 2 секунды. Длина каждой из направляющих должна быть не менее 162 дюймов, поскольку ход составляет 118 дюймов, а длина седла — 44 дюйма по длине направляющей. Иногда полезно оставить один-два дюйма дополнительного запаса на каждом конце хода для концевых выключателей, амортизаторов или датчиков.

Каждый из подшипников будет нагружен одинаковой силой в 100 фунтов, поскольку подшипники установлены в каждом углу седла, а центр тяжести массы смещен вперед-назад и слева направо. Каждая из подшипниковых кареток может выдерживать максимальную радиальную нагрузку в 500 фунтов, поэтому здесь рассчитывается достаточный срок службы, поскольку подшипники нагружены в диапазоне от 20 до 50% от общей грузоподъемности.