圓形導軌的選擇

1、圓形導軌的選擇自從采用了Thomson于20世紀40年代發(fā)明的圓形導軌BallBushing直線軸承，循環(huán)滾珠直線導軌領(lǐng)域一直保持穩(wěn)定發(fā)展。載荷能力、使用壽命的提高以及制造的簡化，使幾近零摩擦的直線導軌越來越多的應(yīng)用于更為廣泛的領(lǐng)域中。自從20世紀70年代推出方形導軌、直線導軌以來，設(shè)計工程師一直面臨的關(guān)鍵問題就是：應(yīng)該選用圓形導軌還是方形導軌？盡管設(shè)計中固有的各種磨制要求導致方形導軌的初始成本是圓形導軌的數(shù)倍，但新的制造技術(shù)和尺度經(jīng)濟性已經(jīng)允許方形導軌在更廣泛的應(yīng)用空間與圓形導軌展開有力競爭。在進入機床領(lǐng)域之后，在曾經(jīng)只能采用圓形導軌產(chǎn)品的許多應(yīng)用中，現(xiàn)在已經(jīng)能夠看到方形導軌的使用。然而，圓

2、形直線軸承的銷售額還在逐年提高。由于某些固有獨特性以及適合特定應(yīng)用的有利特性，滾珠襯套導軌依然流行，最重要的原因就是因為它們是圓形的，而方形銷有時是無法匹配到圓形孔中的。為了將正確類型的直線導軌應(yīng)用于特定應(yīng)用中，設(shè)計工程師必須考慮到每種導軌的優(yōu)點和能力。首先必須考慮的就是設(shè)計要求，這就需要考慮載荷、準確度、剛度、光潔度、幾何尺寸等重要因素。而在通常情況下，這些要求之間存在著相互制約作用。方形導軌產(chǎn)品可以很好地滿足需要高剛度的高載荷應(yīng)用，例如25mm方形導軌的最高載荷可達20kN,在軸承導軌和導軌之間平行運行時，可達到310m/m的高精度。這種導軌產(chǎn)品中的滾珠軌道經(jīng)過精密的研磨，從而使該導軌與滾

3、珠精密匹配，即滾珠導軌上運行的座圈只能略微大于滾珠本身的直徑。這就使?jié)L珠和座圈之間的接觸面積在載荷下大于圓形導軌總成，因為在圓形導軌中滾珠和內(nèi)座圈（軸）均為凸表面。因此，由于滾珠在載荷下變扁，當加載時，方形導軌軸承的剛度將增加到原來的五倍。方形導軌也可以用于帶預(yù)載荷的情況，載荷從輕載荷（額定動載荷的3%）到重載荷（額定動載荷的13%）均可適用。方形導軌軸承的典型應(yīng)用是對載荷能力、剛度和準確度要求極高的機床行業(yè)。由于軸承已經(jīng)承受了一個初始變形，因此，重預(yù)載荷進一步降低了載荷下的變形量。到目前為止，我們已經(jīng)討論了采用球形滾珠元件的軸承。值得注意的是，如果在不提高包絡(luò)尺寸的情況下需要比方形滾珠導軌更

4、高（兩倍以上）的載荷能力，還可選擇配有圓柱輻子型元件的方形導軌軸承。在方形導軌可以滿足載荷能力、剛度和準確度要求后，許多工程師就不會再做進一步的測試。然而，這會導致系統(tǒng)性能下降，以及前期成本和維護成本的增加。圓形導軌產(chǎn)品具有許多優(yōu)點，其中之一就是：當安裝到超過150mm/m平面度誤差的欠光滑表面上時，仍然能夠平穩(wěn)運行。當在滾軸上、傾斜處和側(cè)滑角裝配剛性直線軸承時，裝配表面的平面度誤差通常會造成束縛，從而導致更高的拖曳，并會將使用壽命降低高達50%。為了解決此問題，在裝配過程中，必須嚴格修整匹配表面，或者將各部件進行墊片調(diào)整并調(diào)節(jié)到正常運行，這將使成本提高。對于更精密的機加工應(yīng)用，由于維護要求提

5、高，因此會提高前期成本和操作成本。此項成本隨應(yīng)用的不同而差異較大，從不足100美元到數(shù)千美元都有可能。而采用圓形導軌產(chǎn)品，可將軸承安裝到焊接管型框架或直接固定到混凝土工廠的地板上。由于具有調(diào)心能力，滾珠襯套直線軸承可適應(yīng)各種條件。由于軸是圓形的，因此，滾珠襯套在圍繞軸滾動的過程中可自由旋轉(zhuǎn)。這樣兩個相鄰導軌的安裝高度可略有不同，當導軌以300mm或300mm以上的間隔進行安裝時，1到2mm的高度差是可以接受的。同樣，大多數(shù)滾珠襯套上的軸承座圈在設(shè)計上可確保每個直線軸承在傾斜處和偏滑角上旋轉(zhuǎn)最多1/2度，以適應(yīng)平面度或?qū)χ姓`差。用于約束滾珠襯套以及導軌支撐件的軸臺通常采用鋁材質(zhì)，具有較小的靈活性

6、，以適應(yīng)各軸之間的最大25m的平行性誤差。其結(jié)果是能夠在不理想的情況下達到0.001到0.004的摩擦系數(shù)，實現(xiàn)高效引導。將直線導軌安裝到焊接管型框架上在工廠自動化中非常常見。在許多OEM應(yīng)用中，裝配表面均采用拉拔管材和板金。在這些條件下，圓形導軌產(chǎn)品通常比方形產(chǎn)品更快速地安裝和更平穩(wěn)地運行。圓形導軌產(chǎn)品的一個顯著優(yōu)點就是其圓形板可在端部支撐軸，實現(xiàn)橫跨相當于軸直徑的1224倍的間隙的圓形直線軸承設(shè)計，從工廠自動化中的龍門吊系統(tǒng)到DNA取樣機中揀選和放置模塊的各種應(yīng)用均可采用這一設(shè)計。運動軸完全通過固定軸的兩端進行組建。無論兩點之間的機器表面處于何種情況，無論是否只有一個點，該裝置的精密性都不

7、會受到影響，僅僅取決于端部支撐裝置的準確度。止匕外，如果要通過直線導軌對中一套絲杠傳動系統(tǒng)，只需在一個板上打三個孔，即以兩個圓形導軌和絲杠軸承的支撐為基準，這是最容易做到的方法。通過這一設(shè)計，在裝配過程中無需調(diào)節(jié)。解決對中問題的方形導軌解決方案只需使用一個導軌。由于它能夠支撐所有方向上的力矩，因此，在導軌副甚至軸承副中無需使用方形導軌軸承。對于輕載荷，即處于軸承載荷和力矩能力范圍內(nèi)的載荷，單個方形導軌軸承即可提供所期望的引導，但并不是所有的方形導軌產(chǎn)品均可按此類型操作進行設(shè)計。這種引導消除了在漸擴表面上對兩個導軌進行對中的問題。然而，仍然必須考慮到通過傳動機構(gòu)進行對中，方形導軌在設(shè)計上沒有橫跨

8、間隙和端部支撐。由于偏心加載而在導軌上產(chǎn)生力矩，因此，單個導軌可能不適合運動足跡較寬（如300mm）的應(yīng)用。在做出決定之前，應(yīng)檢查導軌的力矩額定值及其在力矩載荷下的剛度。在組件選擇過程中，設(shè)計靈活性是需要考慮的一個非常重要的因素。通常,為了達到最優(yōu)性能，必須對組件進行改型，以提高功能或在所期望的空間中進行匹配。當與載荷額定值進行對比時，方形導軌軸承比圓形滾珠襯套軸承更為緊湊。這樣，如果幾何尺寸支持用戶的系統(tǒng)要求，則用戶將有相當優(yōu)化的外殼。然而，如果需要進行改型，則在圓形導軌系統(tǒng)上更容易進行此項工作。圓形軸系可按許多方式進行配置，以便于該軸的端部固定，并可用作大尺寸總成中的一個結(jié)構(gòu)件，還可以中心

9、和徑向通過軸箱的鉆孔、平面和直徑。采用圓形軸系后，可單獨購買滾珠襯套，這樣可以與相鄰組件中固有的鏈孔，以及鋁制或鋼制軸臺相匹配。軸臺使得軸承易于安裝，而且留出了一定的改型余量。在某些應(yīng)用中，平整度可能是需要考慮的另一個主要因素。雖然組件和應(yīng)用之間在細微處可能略有不同，并通常缺乏行業(yè)相關(guān)平整度數(shù)據(jù)，但滾珠襯套軸承往往可以非常平穩(wěn)地運行，方形導軌和圓形導軌之間的差異通常用手即可感覺得到。滾珠和導軌之間凸表面的點式接觸可將擦傷的可能性降到最低。滾珠襯套通常在微小間隙量或1%到2%額定動載荷的輕預(yù)載荷下運行，提高了平穩(wěn)性。而由于較高的一致性和預(yù)載荷，方形導軌軸承可在某些“缺口”情況下使用。在大多數(shù)情況下，這是可行的，但如果需要用到儀表級軸承，圓形導軌可能更有優(yōu)勢。同樣，由于其簡單的圓形幾何形狀，圓形襯套上的密封件往往更為可靠，產(chǎn)生更小的拖曳。方形導軌擦拭器必須符合導軌中的滾珠軌道，以達到耐用型密封。安裝圓形導軌時最后需要考慮的是安裝在軸上的非滾珠型聚合物襯套?？刹捎眠m用于鋁或其他基底的高性能軸承級材料，以提供良好的載荷能力（相當于滾珠襯套載荷能力的20%）和一個在0.05到0.25范圍內(nèi)的較低摩擦系數(shù)。