Распространенные области применения линейных рельсовых направляющих

Линейные направляющие являются основой многих промышленных применений, обеспечивая низкое трение и высокую жёсткость при нагрузках от нескольких граммов до тысяч килограммов. Разнообразие размеров, классов точности и преднатяга делает линейные направляющие подходящими практически для любых требований к производительности.

Причин использования линейных направляющих множество, но их наиболее очевидные преимущества перед другими типами направляющих — это грузоподъёмность, точность перемещения и жёсткость. Например, направляющие с круглым валом выдерживают только нисходящие или отрывные нагрузки, тогда как линейные рельсовые направляющие выдерживают как нисходящие/отрывные нагрузки, так и моментные нагрузки. Кроме того, в отличие от направляющих с перекрёстными роликами, ход которых часто ограничен 1 метром или менее, линейные рельсы обеспечивают очень большие длины перемещения. По сравнению с направляющими на подшипниках скольжения линейные рельсы обладают более высокой жёсткостью и зачастую имеют лучшие характеристики нагрузки и срока службы.

Линейные направляющие также обеспечивают высокую точность перемещения благодаря прецизионной обработке одного или обоих краев рельса, которые служат опорными поверхностями. Благодаря двум, четырём или шести рядам тел качения – сферических шариков или цилиндрических роликов – обеспечивается высокая жёсткость, а прогиб подшипникового узла минимален. Сочетание всех этих характеристик позволяет создать систему линейных направляющих, идеально подходящую для применений, требующих высокой точности, жёсткости и длительного срока службы.

【Применение с одним рельсом】

Поскольку линейные направляющие оснащены шариками (или роликами) с каждой стороны, несущими нагрузку, они могут выдерживать радиальные нагрузки, даже при использовании всего одной направляющей. (В отличие от этого, линейные направляющие с круглым валом при наличии радиальных нагрузок должны использоваться парами.) Благодаря этой особенности, во многих приложениях используется одна линейная направляющая для экономии пространства или предотвращения проблем, связанных с несоосностью других компонентов системы. Вот несколько примеров приложений, в которых используется одна линейная направляющая…

Линейные приводы – линейные рельсы часто используются в качестве направляющего механизма для приводов с ремнями, винтами или пневматическими цилиндрами благодаря своей способности выдерживать моментные нагрузки. Они также могут работать со скоростью до 5 м/с, что важно для систем с ременным или пневматическим приводом.

Подвесные транспортные системы – Когда грузы центрируются под рельсом и подшипниковым блоком, как это часто бывает в подвесных транспортных системах, линейные рельсы являются хорошим выбором для направляющих. Их высокая грузоподъёмность позволяет транспортировать тяжёлые грузы, а жёсткость линейного рельса обеспечивает жёсткость всей системы.

Портальные роботы – Отличительной особенностью портальных роботов является наличие двух осей X (иногда двух осей Y и двух осей Z). Каждая из осей обычно оснащена одной линейной направляющей и приводится в движение винтовой или ременной передачей. При параллельной работе двух осей (например, X и X') достигаются очень хорошие моментные нагрузки, даже если каждая ось имеет только одну линейную направляющую.

【Применение двух рельс】

При наличии высоких моментных нагрузок линейные направляющие могут использоваться парами, что позволяет преобразовать моментную нагрузку в силы, действующие на подшипниковые узлы. В такой конфигурации приводной механизм может быть установлен между линейными направляющими, что делает всю систему очень компактной. Двойные линейные направляющие применяются в следующих областях:

Линейные платформы – платформы, как правило, представляют собой высокоточные системы, поэтому высокая точность перемещения и минимальный прогиб имеют первостепенное значение. Даже если нагрузка сосредоточена на платформе с минимальным моментом нагрузки или вообще отсутствует, часто используются двойные линейные направляющие, обеспечивающие максимальную жёсткость и срок службы подшипников.

Станки – Как и в случае со станками, станки требуют очень высокой точности перемещения и жёсткости, чтобы гарантировать высокое качество деталей. Использование двух параллельных направляющих (обычно с двумя подшипниковыми блоками на каждую) обеспечивает минимизацию прогиба. Станки также испытывают очень высокие нагрузки, поэтому распределение нагрузки по четырём подшипниковым блокам помогает максимально продлить срок службы подшипников.

Декартовы роботы – Поскольку декартовы роботы обычно используют только одну линейную систему на ось, важно, чтобы каждая ось могла выдерживать высокие моментные нагрузки. Именно поэтому большинство декартовых роботов построены на линейных приводах с двумя параллельными линейными направляющими.

Транспортные модули роботов – шестиосевые роботы обеспечивают гибкое движение для задач, требующих досягаемости и вращения во многих направлениях. Но если роботу необходимо переместиться на другую станцию или рабочую зону, двухрельсовые системы могут выступать в качестве «седьмой оси», перемещая робота целиком на новое место. Значительным преимуществом линейных рельсов в таких приложениях является возможность объединения нескольких рельсов для очень больших расстояний перемещения – часто более 15 метров.

Конечно, линейные направляющие не являются идеальным решением для любого применения. Например, линейные направляющие, как правило, не подходят для применения в потребительском секторе, например, в качестве направляющих для дверей и выдвижных ящиков, часто из-за высокой стоимости. Кроме того, линейные направляющие требуют очень точных монтажных поверхностей не только для того, чтобы воспользоваться преимуществами высокой точности перемещения, но и для предотвращения заклинивания подшипникового узла, что может привести к сокращению срока службы. Кроме того, они должны иметь полноценную опору, в отличие от систем линейных валов, которые могут иметь только концевую опору. Это означает, что не только первоначальная стоимость линейной направляющей, как правило, выше, чем у системы с круглым валом или подшипником скольжения, но и затраты на подготовку и монтаж также выше.

Линейные рельсы также могут восприниматься как менее плавные или «зазубренные» по своим ходовым свойствам, чем другие типы подшипников. Это связано с контактом между шариками (или роликами), несущими нагрузку, и дорожками качения. Предварительный натяг линейной рельсовой системы, часто применяемый для повышения жёсткости, может усилить ощущение «зазубренности» при перемещении подшипникового блока вдоль рельса. (Этот эффект исчезает по мере приложения нагрузки к подшипнику, но само ощущение часто остаётся.)

Для применений, не требующих грузоподъемности, жесткости или точности перемещения линейного рельса, могут подойти и оказаться менее дорогими другие линейные направляющие, такие как системы с круглыми валами, направляющие с подшипниками скольжения или даже направляющие с перекрестными роликами.