7 советов по выбору линейного подшипника


Оптимизируйте свою систему точного перемещения, следуя этим 7 советам по выбору линейного подшипника.


При проектировании системы движения легко сосредоточиться на двигателях и контроллерах. Однако когда речь идет о линейном перемещении, выбор подшипника может иметь решающее значение для системы, которая соответствует требованиям и служит долго, и системы, которая не работает и преждевременно выходит из строя. Вот 7 советов по выбору линейного подшипника, которые помогут вам убедиться, что ваша система линейного перемещения будет обслуживать систему и приведет к довольным клиентам.

 

1. Определите свои требования и приоритеты


Любая инженерия предполагает компромиссы. Прежде чем приступить к выбору линейного подшипника, уясните требования системы, включая точность, размер, плавность хода, срок службы, рабочий цикл и стоимость. Разработайте бюджет ошибок для системы и определите допустимые вклады пеленга. Не забудьте расставить приоритеты для всех показателей, чтобы вы могли принимать эффективные решения.

 

2. Поймите источники ошибок


Базовая система линейных подшипников состоит из каретки, движущейся по одному или нескольким рельсам. В системах прецизионного движения обычно используются элементы качения, такие как шарики или ролики, для уменьшения трения. Двумя основными источниками ошибок в линейном подшипнике являются:


Параллельность вращения: подшипники имеют некоторые отклонения от абсолютной прямолинейности в результате допусков на обработку и сборку, а также ошибок при монтаже.
Отклонение: Избыточный зазор в подшипнике может привести к отклонению груза от заданного положения.
Чтобы улучшить параллельность при движении, монтажные поверхности станка должны соответствовать допускам и включать функции выравнивания. Это может немного увеличить стоимость, но, как правило, оно того стоит. Чтобы уменьшить прогиб, увеличьте предварительную нагрузку; компромиссом является повышенное трение при движении, что может снизить плавность движения и потенциально сократить срок службы.

 

3. Не упускайте из виду эффекты ориентации


Выбор линейного подшипника начинается с компоновки, включая количество осей движения, ограничения по компоновке и т. д. В сочетании с нагрузкой и требованиями к производительности компоновка определяет выбор рельса и, в конечном счете, подшипника. Не забудьте импортные подшипники купить и принять во внимание эффект ориентации. Декартова система, висящая на стене, будет подвергаться воздействию сил, значительно отличающихся от уложенной горизонтально.


Выбор линейного направления — не забывайте о влиянии ориентации


Ориентация системы может значительно изменить действующие силы. (Предоставлено ТНК)

 

4. Включите все нагрузки


Правильный размер подшипника имеет важное значение для достижения технических характеристик на весь срок службы. Нагрузки можно разделить на статические и динамические.


Статические требования


Определите количество осей в системе и оцените нагрузки для каждой оси (см. рис. 2). Начните с типа нагрузки:


Осевая (осевая нагрузка): нагрузка прикладывает силу в направлении движения.
Радиальная нагрузка: нагрузка прикладывает силу, ортогональную направлению движения.
Момент нагрузки: нагрузка прикладывает силу на расстоянии или крутящий момент вокруг оси. Направление момента может быть описано как Ma (тангаж), Mb (рыскание), Mc (крен).


Выбор линейного подшипника — нагрузки


Нагрузки, действующие на каждую ось, включают радиальные нагрузки, осевые нагрузки, боковые нагрузки и моментные нагрузки.


Рассчитайте векторы силы (величину и направление) по осям, а также для сборки в целом. Не забывайте учитывать как приложенную нагрузку, так и любую силу, создаваемую компонентами самой машины. Кровать для пациента, например, может состоять из двух или трех сложенных осей, так что нагрузка на нижнюю ось включает не только пациента, но и вес компонентов, образующих оси выше. Начните с приложенной нагрузки и проработайте стек.


Динамические требования


Динамические нагрузки включают статическую нагрузку массы плюс динамические нагрузки, вызванные ускорением. В некоторых случаях машина сама может прилагать нагрузку. Нагрузки взаимодействуют друг с другом. Это особенно справедливо для сложных стадий движения, для которых динамические силы быстро изменяются по мере изменения положения различных компонентов.


Опять же, начните с верхнего слоя и продвигайтесь по стеку. Старайтесь, чтобы верхний слой был максимально легким, потому что силы будут суммироваться. Эта информация поможет определить наилучший выбор подшипника.


5. Рассмотрите конфигурацию с двумя направляющими


Однорельсовая может хорошо работать для небольшой и легкой нагрузки, даже если к ней приложена моментная нагрузка. Более тяжелые нагрузки, особенно большие моментные нагрузки, обычно требуют двухрельсовых систем (см. рис. 3). Увеличение расстояния между рельсами снижает силы реакции на подшипники, позволяя им лучше справляться с приложенным моментом.


Выбор линейного подшипника — конфигурация
Выбор линейного подшипника — двойные конфигурации


Однорельсовые подшипники хорошо работают при малых нагрузках, даже при наличии приложенных моментов. Для более тяжелых нагрузок, особенно больших моментных нагрузок, конфигурация с двумя направляющими снижает силы реакции на подшипник.
Если нагрузка сосредоточена на каретке, существует большая вероятность того, что будет достаточно одноосной системы. Конструкции с широкими квадратными направляющими увеличивают расстояние между дорожками качения, еще раз снижая силы реакции и увеличивая моментную нагрузку, которую может выдерживать подшипник с одинарной направляющей по сравнению с обычными подшипниками с квадратной направляющей. Выполните подробный механический анализ, чтобы лучше понять системные требования.


6. Используйте подшипники с сепараторами


Линейные подшипники шарикового типа могут быть оснащены шариковым сепаратором или сепаратором. Отлитые так, чтобы плотно прилегать к поверхности шариков, шариковые сепараторы помогают обеспечить упорядоченное движение для лучшей производительности на высоких скоростях. Они сводят к минимуму контакт металла с металлом, снижая износ и шум. Сепараторы также лучше удерживают смазку, что увеличивает срок службы подшипников и интервалы технического обслуживания (см. рис. 4).


Выбор линейного подшипника — подшипники с сепаратором


Длительные испытания на долговечность (8000 км) подшипника с сепараторами показывают, что значительное количество смазки, изначально залитой в подшипник (вверху), остается в конце испытания (внизу). (Предоставлено ТНК)


7. Расчет рабочего цикла


Сколько циклов выполнит система движения в течение всего срока службы устройства? Тысячи? Миллионы? Будет ли программа профилактического обслуживания? Более низкие рабочие циклы могут позволить использовать недорогие однорядные шариковые подшипники без сепаратора или даже шариковые втулки. Для более высоких рабочих циклов следует использовать шарикоподшипники с сепаратором и может потребоваться установка самосмазывающегося устройства. Не забывайте, что более высокие предварительные нагрузки могут повлиять на срок службы за счет увеличения трения.


Заключение


Выбор линейного подшипника для вашего приложения начинается с определения требований приложения заранее. Проанализируйте эту информацию в контексте рассмотренных выше компромиссов, чтобы выбрать две или три наиболее перспективные конфигурации для дальнейшего изучения. Учитывайте все детали, такие как предварительная нагрузка, чистота, уплотнения, требования к материалам, смазка, рабочий цикл и т. д. Определите свои приоритеты, а затем начните искать компромиссы. Не забывайте, что для достаточных объемов всегда есть возможность персонализации .