Найкращий підхід до визначення розмірів лінійних рейок полягає в тому, щоб спочатку визначити найважливіші параметри застосування, звузити вибір на основі цих вимог, а потім застосувати критичні змінні для остаточного вибору лінійної рейки.

Спочатку основи:Лінійні напрямні рейки, напрямні рейки та ковзання – це механічні системи, що складаються з рейок та підшипників, які підтримують та переміщують фізичні навантаження вздовж лінійної траєкторії з низьким коефіцієнтом тертя. Зазвичай їх класифікують як такі, що мають елементи кочення або плоскі втулки. Оскільки різні виробники пропонують багато форм і розмірів, розроблених для задоволення конкретних інженерних потреб, ваше унікальне застосування визначає перелік критичних параметрів, які слід враховувати, а також порядок їх важливості.

Найпоширеніші типи напрямних та підшипників включають профільовані (квадратні) рейки з рециркулюючими кульковими блоками, напрямні для роликових підшипників та круглі рейки з рециркулюючими кульковими втулками або плоскими втулками. Профільовані рейки підходять для застосувань, що вимагають виняткової жорсткості та точності, наприклад, у верстатних головках та прецизійних рухах друкованих плат. Системи роликових підшипників призначені для ширшого спектру застосувань, таких як підйом та переміщення деталей або застосування захвату та розміщення.

Щоб вибрати, яка з рейок найкраще підходить для певного застосування, спочатку проаналізуйте конкретні потреби системи. Далі зрозумійте вимоги замовника або програмні рекомендації, які включають кількість осей, повторюваність, допуск і точність, необхідні для досягнення кінцевого результату. Нарешті, врахуйте забруднення навколишнього середовища, таке як пил, вода, волокна та інші речовини.

Для будь-якої системи тип підшипників, які необхідно вибрати, визначається робочим середовищем. Наприклад, брудне середовище може забруднювати вузол і перешкоджати належному функціонуванню рециркуляційних кулькових доріжок. Забруднення легше контролювати в роликових системах, оскільки елементи кочення, як правило, більші. Плоскі підшипники підходять для застосувань, де не рекомендується змащування поверхневим контактом або вони не можуть піддаватися впливу навколишнього середовища, наприклад, у деяких дослідницьких лабораторіях або на виробництві кремнієвих мікросхем.

Після вибору системи, зберіть параметри, щоб правильно визначити її розмір. Для кожного руху в лінійній напрямній системі враховуйте такі параметри: хід, навантаження, швидкість, робочий цикл, область монтажу та орієнтацію монтажу.

Розмір лінійної напрямної системи

Статичне навантаження складається з ваги сідла, гнізда кріплення, корисного навантаження та підшипників. Якщо 40,0 фунтів (16,3 кг) розташовано по центру горизонтально вперед/назад та зліва направо в типовому комплекті з двох рейок та чотирьох кареток, кожен з блоків підшипників буде статично навантажений 10,0 фунтів (4,6 кг).

Направляючі бувають двох основних типів: сідлоподібні та консольні. Стандартні горизонтально розташовані сідлоподібні наповнювачі використовують сідло або блок, який рухається між двома нерухомими кінцевими блоками. У консольних наповнювачах основний корпус і циліндр залишаються нерухомими, тоді як інструментальна плита висувається та втягується. Другий консольний варіант застосування існує під час вертикального переміщення вантажів. З однією рейкою та двома каретками обидві каретки підшипників можуть бути однаково навантажені в радіальному напрямку. Для визначення розміру підшипника або каретки загальне навантаження для найбільш статично навантаженого повзуна зазвичай встановлюється як найгірший сценарій.

Під час визначення розмірів підшипників враховуйте параметр навантаження та його відстань до центру тяжіння (ЦТ) або центру мас. Навантаження – це вага або сила, що прикладається до системи, що включає як статичне, так і динамічне навантаження. Статичне навантаження складається з ваги опорного елемента, гнізда кріплення, корисного навантаження та підшипників. Динамічне (або кінетичне) навантаження має враховувати прикладені навантаження, коли вони взаємодіють з опорним елементом, навантаженим підшипником. Зазвичай це навантаження створює вимоги до кручення підшипників. Центр ваги для опорного елемента забезпечує єдине значення навантаження на деякій відстані від центрів підшипників.

Ці динамічні значення, а також значення статичних навантажень, можна організувати як радіальні (Corad), осьові (Coax), крутний момент навколо осі «X» (Mx), крутний момент навколо осі «Y» (My) та крутний момент навколо осі «Z» (Mz). Ці змінні можна використовувати майже в будь-якій програмі визначення розміру підшипника для вибору відповідного розміру каретки. Значення навантаження зазвичай представлені в фунтах або ньютонах (N) для статичного навантаження та в дюймах-фунтах або ньютон-метрах (Nm) для динамічного навантаження.

Центр окремих навантажень знаходиться на відносній відстані від центру напрямної системи або центрів підшипників, загальна маса має відстань центру ваги до напрямних рейок 1,5 дюйма (60 дюймо-фунтів/40 фунтів). Підшипники повинні витримувати крутний момент 60 дюймо-фунтів, особливо коли сідло швидко розганяється або сповільнюється.

Швидкість:Швидкість є критично важливою для врахування, оскільки прикладені навантаження по-різному впливають на систему під час прискорення та уповільнення порівняно з рухом з постійною швидкістю. Швидкість зазвичай вимірюється в дюймах/с або метричному еквіваленті в м/с. Такі фактори, як тип профілю руху, визначають прискорення, необхідне для досягнення бажаної швидкості або часу циклу. Вантаж швидко розганяється в трапецієподібному профілі руху, а потім рухається з постійною швидкістю, перш ніж сповільнитися. Однак трикутний профіль руху швидко розганяється та уповільнюється. Більше того, під час розрахунку швидкості застосування враховуйте максимальну швидкість руху, а також прискорення та уповільнення, необхідні для досягнення загального часу руху.

Робочий цикл:Параметр робочого циклу повинен враховувати повний рух сідла протягом повного циклу, який найчастіше дорівнює подвійному ходу плюс холостий хід за бажаний проміжок часу. Хід застосування - це довжина повного загального руху в одному напрямку вздовж лінійної траєкторії. Зазвичай параметр робочого циклу організований як кількість циклів, необхідних за хвилину.

Зона монтажу:Зона кріплення для напрямної рейки та сідельних підшипників допомагає визначити загальну довжину (OAL) та відстань між рейками системи направляючих. У більшості випадків найкраще враховувати максимально широку площу опори для роботи підшипників. Якщо ви не використовуєте телескопічні лінійні підшипники, які діють подібно до простих напрямних для висувних шухляд, OAL напрямної рейки повинна враховувати хід лінійного руху, а також площу опори підшипника.

Зона кріплення також повинна враховувати основу або каркасну систему для кріплення напрямної. Площа підшипника – це відстань від передньої частини однієї каретки до задньої частини найдальшої каретки вздовж однієї лінійної напрямної. Багато профільованих валів необхідно монтувати на повністю оброблені та відшліфовані поверхні, щоб належним чином відповідати вимогам програми щодо точності. Інші конструкції можна застосовувати безпосередньо до конструкційного алюмінію або трубчастого каркасу без втрати вантажопідйомності чи жорсткості.

Орієнтація:Орієнтація монтажу напрямних є критично важливою для налаштування параметра навантаження, оскільки сідло може рухатися горизонтально, вертикально, вздовж настінного кріплення або навіть у перевернутому положенні. Для найкращої продуктивності керуйте навантаженням застосування найміцнішою частиною підшипникової системи. Наприклад, радіальний повзун кулькового підшипника повинен бути орієнтований так, щоб нести навантаження радіально, а не аксіально.

Тепер зробіть вибір лінійної напрямної

Це приклад застосування, що містить стандартне середовище з легким забрудненням пилом, яке вимагає середньої повторюваності. Через ці два фактори обрано систему роликових підшипників з попереднім натягом, що працюють на доріжках кочення із загартованої сталі. Швидкість висока, а термін служби можна досягти без необхідності використовувати максимальні рівні вантажопідйомності.

Зазвичай, для напрямної довжиною 1 дюйм, швидкість підшипників площин не повинна перевищувати 20 дюймів/с, для кулькових систем з рециркуляцією – 80 дюймів/с, а для роликів – близько 200 дюймів/с. Щоб досягти повного ходу 118 дюймів за 3 с, ми будемо прискорюватися та сповільнюватися на 6 дюймів за 0,5 с кожне. Це дозволить досягти 106 дюймів ходу та 2 с для досягнення цільового часу. Кожна з напрямних повинна мати довжину щонайменше 162 дюйми, оскільки хід становить 118 дюймів, а довжина сідла – 44 дюйми вздовж напрямної. Іноді корисно залишити один-два додаткові дюйми на кожному кінці ходу для кінцевих вимикачів, амортизаторів або датчиків.

Кожен з підшипників буде однаково навантажений 100 фунтами, оскільки підшипники встановлені в кожному куті сідла, а центр ваги маси зосереджений спереду-назад і зліва направо. Кожна з кареток підшипників може витримувати максимальне радіальне навантаження 500 фунтів, тому тут розраховано адекватний термін служби, оскільки підшипники навантажені в діапазоні від 20 до 50% від загальної вантажопідйомності.