что такое валы линейного перемещения
Линейный вал или рельсовая направляющая? 7 Критериев подбора
Линейные рельсовые направляющие
При проектировании линейной системы движения, у инженеров есть два основных варианта – линейные валы или рельсовые направляющие. Выбор неправильной системы линейного передвижения может быть дорогостоящей ошибкой, что приводит к конструктивным или структурным изменениям, плохой производительности машины или негабаритным компонентам с более высокими затратами. Хотя как круглые линейные валы, так и рельсовые направляющие могут оказаться подходящими вариантами для большинства случаев. Обычно существует несколько критериев, которые определяют, какой вид линейной направляющей является более подходящий.
Система линейных направляющих с использованием цилиндрических валов была изобретена в 1940-х годах и успешно применяется практически во всех отраслях промышленности с момента их создания. Но их ограничения в жесткости заставили производителей прецизионного оборудования, такого как станки, использовать рельсовые направляющие или рельсовые направляющие телескопические для достижения требуемой грузоподъемности и точности. Внедрение профильных рельсовых направляющих в 1970-х годах предлагало менее дорогостоящую и менее трудоемкую альтернативу, обеспечивающую высокую грузоподъемность и высокую жесткость в довольно компактном виде. Но конструкторам стало менее понятным, когда использовать прецизионные валы, поскольку рельсовые направляющие могли использоваться во многих решениях, где до этого использовались только круглые валы. В результате выбор типа направляющей основывался (иногда и до сих пор) на прошлых успешных решениях. К счастью, есть некоторые ключевые критерии, которые помогут определиться между круглыми валами и профилированными рельсами при первоначальном выборе.
Грузоподъемность
Коефициент коррекции нагрузки в зависимости от ориентации нагрузки
Преимущество: рельсовая направляющая
Если провести соответствие между шариками и дорожками качения, то профилированные рельсовые системы имеют большую площадь контакта и, следовательно, более высокую грузоподъемность при одинаковом типоразмере, чем системы с круглым валом. Профилированные рельсы также лучше подходят для резких пиковых нагрузок, чем круглые валы, и, как правило, имеют одинаковые грузоподъемности во всех четырех направлениях. И наоборот, грузоподъемность для круглых валов зависит от направления загрузки, которое является ориентацией нагрузки на шарикоподшипник.
Жесткость
Преимущество: рельсовая направляющая
Большая площадь контакта между шариками и дорожками качения дает меньше прогиба для профилированной системы рельс, чем для круглого вала. Профилированные рельсовые системы часто поставляются с преднатягом от 2 до 8 процентов, что обеспечивает дополнительную жесткость направляющей системы.
Точность
Преимущество: рельсовая направляющая
Благодаря каленым ходовым дорожкам профилированные рельсы обычно достигают точности перемещения гораздо более высокой, чем круглые направляющие валы. Последние же ценятся за способность самовыравнивания, хоть и проигрывают в точности перемещения.
Скорость
Преимущество: рельсовая направляющая
Направляющие валы могут достигать максимальной скорости 2 м/с. Это обусловлено ограниченной возможностью сепарацией шариков по мере их перемещения в зону нагрузки и из нее. Рельсовые направляющие с более сложным методом рециркуляции могут достигать скорости 5 м/с.
Монтаж
Линейные подшипнковые блоки компенсируют несоосность вала
Преимущество: линейный вал
Если рельсовые направляющие должны полностью поддерживаться и крепиться по всей своей длине, то линейные валы могут поддерживаться только на их концах, длина до 20 раз больше диаметра вала. Круглые валы также не требуют обработки поверхности платформы для монтажа, поскольку подшипниковые блоки могут работать в условиях несоосности, уменьшая затраты и время на проектирование и подготовку монтажных поверхностей.
Суровые условия работы
Преимущество: круглый вал
Круглые валы, как правило, менее чувствительны к мусору, чем линейные рельсы, и доступны в различных материалах, покрытиях и вариантах уплотнения, чтобы выдерживать каустическое или абразивное загрязнение. Они варьируются от втулок со стальными шариками до узлов, состоящих из валов из втулок скольжения.
Обслуживание
Преимущество: круглый вал
Из-за меньшей площади контакта между шарами, несущими нагрузку, и ходовыми дорожками, круглые валы менее требовательны к смазке, чем линейные рельсы. Круглые валы и подшипниковые блоки также являются одним из немногих линейных компонентов движения, которые в большинстве случаев взаимозаменяемы между производителями. Благодаря этому возможен быстрый поиск и замена деталей.
Преимущества и недостатки различных видов подшипников линейного перемещения
Подшипники скольжения имеют большую площадь контакта с валом. Благодаря этому они обладают более высокими показателями несущей нагрузки. Недостатки – высокие требования к качеству смазки, больший коэффициент трения и расход смазки, большие усилия при пуске и более быстрый износ.
Наличие плоской поверхности на каретке позволяет увеличить несущую способность подшипника – нагрузку на себя могут взять два ряда шариков. Также такой тип конструкции имеет меньший люфт, а значит, обеспечивает более точное позиционирование.
Заключение
В то время как линейные рельсы имеют преимущество в нескольких базовых технических параметрах: нагрузка, жесткость, точность, скорость – круглые валы обеспечивают уникальные преимущества, которые в конечном итоге могут привести к снижению общей стоимости при более простом внедрении в оборудование, большей пригодности для работы в суровых условиях и меньшем обслуживании.
Учитывая все вышеописанные преимущества и недостатки каждого вида направляющих вы можете подобрать наиболее оптимальное решение для ваших условий работы оборудования.
Что такое валы линейного перемещения
Виды элементов линейных перемещений
Для выполнения за станком любых операций, связанных с раскроем или обработкой, требуется перемещать инструмент относительно заготовок. Все передвижения оборудования в одной плоскости по прямой называются линейными. Вращательное движение при этом преобразуется в поступательное. За исполнение подобных операций отвечает система линейного перемещения, которая должна отличаться жесткостью всех элементов, способностью выдерживать повышенные нагрузки и функционировать с высокой степенью точности.
В крупных обрабатывающих центрах рельсовые направляющие системы скольжения часто являются элементом станины и отливаются вместе с ней из чугуна
Линейные модули являются основополагающими конструктивными элементами оборудования и устанавливаются в:
станках плазменной и лазерной резки;
сверлильном и фрезеровальном оборудовании;
любых роботизированных комплексах;
конвейерных и транспортных системах.
Виды систем линейных перемещений и их элементы
Многообразие составляющих линейных систем различных типов
В зависимости от конструкции станка и его предназначения система перемещения инструмента может различаться по типу направляющих, которые является основой всего модуля.
система скольжения – все подвижные части станка перемещаются (скользят – отсюда и идет название системы) по рельсовым направляющим, которые жестко зафиксированы на станине.
Система скольжения используется на станках, работа за которыми не требует идеальной точности и высокой скорости
На рельс устанавливается второй элемент линейного модуля – каретка, выполняющая несущую функцию. Именно на ней крепятся части оборудования, которые требуют передвижения. Плавность скольжения поддерживается специальными антифрикционными смазками. Такая система отличается бесшумной работой, малым трением, ударопрочностью и высокой степенью жесткости.
система качения – за перемещение каретки и прочих подвижных элементов отвечает шарико-винтовая пара (ШВП) или ролико-винтовая пара (РВП), состоящая из винта с резьбой и гайки.
Принцип работы ШВП передачи. Такие системы обеспечивают высокую точность позиционирования инструмента и равномерность перемещения при любых скоростях
В углублениях резьбы размещены шарики/ролики, обеспечивающие преобразование вращательного движения в линейное поступательное. Еще одной разновидностью системы качения является роликовая передача, где вместо винта установлены плоские дорожки наподобие рельсов, по которым движутся роликовые подшипники. Независимо от компоновки, все системы качения характеризуются долговечностью, высокой точностью и плавностью хода, низкими потерями при трении и способностью выдерживать большие нагрузки.
Прочие элементы линейных систем:
зубчатые шестерни и рейки;
цилиндрические направляющие и валы;
подшипники (роликовые, шариковые, цилиндрические);
концевые опоры для ШВП и цилиндрических направляющих;
приводы для перемещения (серво-, электро-, пневмо- или гидропривод).
Линейный вал или рельсовая направляющая? Что выбрать?
В процессе проектирования линейных систем перемещения инженеры могут выбирать из двух вариантов. Составляющие такой системы передвижения предназначены в основном для решения следующих задач:
Можно использовать линейный вал, но можно и рельсовую направляющую. От того, насколько будет правильным выбор, может зависеть многое. Неверное решение вопроса способно привести к значительным потерям по причине конструктивных или структурных изменений, недостаточной продуктивности оборудования.
Что такое линейный вал?
Линейный вал является составляющей частью системы линейных перемещений. Это цилиндрический металлический элемент, который требует высокоточного изготовления. Материалом для производства являются легированные, высокоуглеродистые стали. Для дополнительных направляющих линейных валов иногда применяется индукционная закалка с целью получения максимально надежной и стойкой к износу опоры. Валы отполированы до получения поверхностей с низким коэффициентом трения, чтобы втулка или шариковый подшипник могли перемещаться без лишних препятствий. Их производят разного размера, но и в различном исполнении (для использования в условиях агрессивной химической среды, повышенной влажности, при перепадах температуры).
Что собой представляет рельсовая направляющая?
Рельсовая направляющая является высокоточным изделием для линейного типа перемещения. Она предназначена для применения в станках, обрабатывающих центрах, специальном оборудовании, измерительных машинах. Прецизионная рельсовая направляющая – пара направляющих рельс, между которыми расположен сепаратор с элементами качения с использованием шариков, перекрестных роликов, т. п. В таких направляющих нет системы рециркуляции элементов качения, что обеспечивает меньшее сопротивление движению. Длина рельс и сепаратора может ограничивать их ход.
В профильных рельсовых направляющих есть дорожки с телами качения. Когда каретка движется по рельсам этих направляющих, то нагрузка распределяется равномерно по дорожкам, обеспечивая отличный результат обработки материалов. При этом люфт (свободный ход) минимальный либо вообще отсутствует. Купить профильные направляющие рельсы вы можете в компании АНТРИБ, занимающейся поставками комплектующих и запчастей для промышленного оборудования. Данные рельсовые системы служат для перемещения подвижных частей станков. Их широко используют в медицинском, упаковочном, осветительном оборудовании, при обработке металла и т. д.
Плюсы и минусы
Как у линейных валов, так и рельсовых направляющих есть свои плюсы и минусы.
Вал может быть сплошным или пустотелым. Благодаря индукционной закалке, шлифованной поверхности эти детали из высокопрочной стали выдерживают значительные нагрузки и отлично справляются с поставленными перед ними задачами. Вал не требователен к использованию монтажной платформы, поскольку его подшипники нормально функционируют даже при несоответствии осей.
Минусами линейных валов считают:
Что касается величины подъема груза, то здесь выигрывает рельсовая направляющая. Это объясняется тем, что у нее фигурный профиль. Такая особенность конструкции позволяет вступать в контакт поверхностям на большей по размеру площади, а значит, в сравнении с линейным валом с круглыми формами обеспечивает более высокую грузоподъемность. Кроме того, рельсовые профили считаются более выносливыми при кратковременных максимальных нагрузках, чем линейные валы. К тому же еще один плюс рельсовых направляющих – одинаковая грузоподъемность во всех направлениях. В то время как в случае с круглыми валами нужно учитывать и ориентироваться на направление загрузок, влияющих на шарикоподшипники.
По жесткости и прочности преимущество имеет рельсовый тип направляющей. Здесь играет роль контактная площадь между поверхностями. У рельсовых направляющих процент прогиба намного ниже.
Каленые дорожки рельсовых направляющих позволяют увеличивать точность передвижения по ним. Но зато линейные валы способны самостоятельно выравниваться по ходу.
По скорости перемещения выигрыш тоже на стороне рельсовых направляющих. 5 м против 2 м в секунду. Сложная конструкция рельсовой направляющей побеждает линейный вал с небольшими возможностями перемещения шариков в свободной зоне под нагрузкой.
Итак, рельсовые направляющие характеризуют как грузоподъемные жесткие детали с неограниченной длиной перемещения. Считаются более точными в сравнении с валами, но тоже имеют ряд недостатков:
Заключение
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:
Рельсовые направляющие vs круглые валы
Сравнение линейных валов и рельсовых направляющих
Изобретение системы линейных направляющих относится к 1940-м годам. Тогда она практически повсеместно начала использоваться в промышленности. Однако жесткость конструкции ограничивает ее применение в области прецизионного станкостроения.
Для достижения требуемой точности и грузоподъемности взамен линейных валов в 1970-х годах начали использовать рельсовые направляющие. Это альтернативное решение позволило снизить стоимость, повысить жесткость конструкции и при этом сделать узел более компактным.
С внедрением рельсовых направляющих у конструкторов возникла проблема выбора той или иной системы линейного передвижения. Сложность принятия решения связана с тем, что линейные валы могут быть заменены рельсовыми направляющими даже там, где использовался исключительно первый вариант. Для оценки применения круглых валов или профилированных рельс существует ряд критериев, которые помогают определиться с выбором.
1. Грузоподъемность
При сравнении площади контакта шариков и дорожек качения одного типоразмера очевидно, что рельсовые направляющие выигрывают. С увеличением этого параметра грузоподъемность системы линейного движения с использованием второго варианта выше. Кроме этого, профилированные направляющие хорошо работают в условиях резкого увеличения пиковых нагрузок и характеризуются равной грузоподъемностью во всех направлениях. Что касается круглых валов, то показатели грузоподъемности этой системы зависит от направления действия нагрузки.
2. Жесткость
За счет большей площади контакта дорожек качения по сравнению с шариками прогиб рельсовой направляющие меньше, чем у круглого вала. Для увеличения жесткости рельсовые системы имеют преднатяг 2-8%, что повышает жесткость конструкции.
3. Точность
Более высокие показатели точности профилированных рельсовых направляющих по сравнению с круглыми валами обеспечиваются за счет использования каленых ходовых дорожек. Несмотря на то что последняя система обладает самовыравниванием, она уступает первой по точности.
4. Скорость
Скорость движения направляющих валов не превышает 2 м/с, так как ограничены возможности сепарации шариков при входе и выходе из зоны нагрузки. В рельсовых направляющих рециркуляция происходит более сложным образом, поэтому скорость может достигать значения 5 м/с.
5. Монтаж
Обязательное условие эксплуатации профильных направляющих — крепление по всей длине для обеспечения полной поддержки всей конструкции. Круглые валы поддерживаются только на концах, при этом соотношение длины к диаметру вала значительно. Кроме того, работа подшипников линейных систем не требует соосности, поэтому нет необходимости обработки платформы перед монтажом, а также снижаются затраты на проектирование и установку.
6. Условия работы
Круглые валы могут менее требовательны к присутствию мусора, материалу, покрытиям и уплотнениям, поэтому способны работать в условиях каустического или абразивного загрязнения. Кроме того, у конструкторов имеется большой выбор вариантов уплотнителей.
7. Обслуживание
Меньшая площадь контакта шариков и ходовых дорожек у круглых валов обуславливает более низкую требовательность к смазке по сравнению с профильными направляющими. Валы и подшипники, составляющие систему линейного перемещения, — взаимозаменяемые элементы, которые изготавливаются различными производителями. Это упрощает поиск компонентов для замены вышедших из строя.
Преимущества рельсовых направляющих
Линейные направляющие — не всегда идеальное решение для той или иной машины и не лишены определенных недостатков. Однако, несмотря на это, использование системы линейного перемещения при конструировании технологических машин позволяет получить ряд преимуществ:
Точное позиционирование. Динамический и статический коэффициенты трения имеют небольшую разницу, поэтому при движении проскальзывание отсутствует.
Долговечность. Повышенный износ рабочих поверхностей негативно отражается на точности. В рельсовых направляющих применяется способ смазки, который увеличивает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает высокую точность.
Высокая скорость перемещения. Низкие показатели фрикционного сопротивления обеспечивают высокоскоростное движение при незначительных тяговых усилиях.
Одинаковая грузоподъемность во всех направлениях. Система способна выдерживать нагрузки, действующие как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.
Простота монтажа. Для обеспечения высокоскоростного линейного перемещения требуется подготовить поверхность и закрепить болтами в горизонтальной плоскости.
Простота доставки смазки. Система смазки позволяет обеспечить непрерывную и точную подачу смазочного материала на контактные поверхности.
Взаимозаменяемость. При выходе из строя элементы системы быстро заменяются на новые. В случае использования несъемных конструкций обеспечивается высокая точность настройки, которая выполняется на заводе-производителе.
Использование рельсовых направляющих дает выигрыш по показателям нагрузки, жесткости, точности и скорости перемещения. Установка круглых валов позволяет снизить стоимость машины и обеспечивает ее бесперебойную работу в тяжелых условиях. При конструировании следует объективно оценить все факторы и преимущества систем линейного перемещения, чтобы принятое техническое решение было наиболее оптимальным в каждом конкретном случае.
Линейный вал или рельсовая направляющая? Что выбрать?
В процессе проектирования линейных систем перемещения инженеры могут выбирать из двух вариантов. Составляющие такой системы передвижения предназначены в основном для решения следующих задач:
Можно использовать линейный вал, но можно и рельсовую направляющую. От того, насколько будет правильным выбор, может зависеть многое. Неверное решение вопроса способно привести к значительным потерям по причине конструктивных или структурных изменений, недостаточной продуктивности оборудования.
Что такое линейный вал?
Линейный вал является составляющей частью системы линейных перемещений. Это цилиндрический металлический элемент, который требует высокоточного изготовления. Материалом для производства являются легированные, высокоуглеродистые стали. Для дополнительных направляющих линейных валов иногда применяется индукционная закалка с целью получения максимально надежной и стойкой к износу опоры. Валы отполированы до получения поверхностей с низким коэффициентом трения, чтобы втулка или шариковый подшипник могли перемещаться без лишних препятствий. Их производят разного размера, но и в различном исполнении (для использования в условиях агрессивной химической среды, повышенной влажности, при перепадах температуры).
Что собой представляет рельсовая направляющая?
Рельсовая направляющая является высокоточным изделием для линейного типа перемещения. Она предназначена для применения в станках, обрабатывающих центрах, специальном оборудовании, измерительных машинах. Прецизионная рельсовая направляющая – пара направляющих рельс, между которыми расположен сепаратор с элементами качения с использованием шариков, перекрестных роликов, т. п. В таких направляющих нет системы рециркуляции элементов качения, что обеспечивает меньшее сопротивление движению. Длина рельс и сепаратора может ограничивать их ход.
В профильных рельсовых направляющих есть дорожки с телами качения. Когда каретка движется по рельсам этих направляющих, то нагрузка распределяется равномерно по дорожкам, обеспечивая отличный результат обработки материалов. При этом люфт (свободный ход) минимальный либо вообще отсутствует. Купить профильные направляющие рельсы вы можете в компании АНТРИБ, занимающейся поставками комплектующих и запчастей для промышленного оборудования. Данные рельсовые системы служат для перемещения подвижных частей станков. Их широко используют в медицинском, упаковочном, осветительном оборудовании, при обработке металла и т. д.
Плюсы и минусы
Как у линейных валов, так и рельсовых направляющих есть свои плюсы и минусы.
Вал может быть сплошным или пустотелым. Благодаря индукционной закалке, шлифованной поверхности эти детали из высокопрочной стали выдерживают значительные нагрузки и отлично справляются с поставленными перед ними задачами. Вал не требователен к использованию монтажной платформы, поскольку его подшипники нормально функционируют даже при несоответствии осей.
Минусами линейных валов считают:
Что касается величины подъема груза, то здесь выигрывает рельсовая направляющая. Это объясняется тем, что у нее фигурный профиль. Такая особенность конструкции позволяет вступать в контакт поверхностям на большей по размеру площади, а значит, в сравнении с линейным валом с круглыми формами обеспечивает более высокую грузоподъемность. Кроме того, рельсовые профили считаются более выносливыми при кратковременных максимальных нагрузках, чем линейные валы. К тому же еще один плюс рельсовых направляющих – одинаковая грузоподъемность во всех направлениях. В то время как в случае с круглыми валами нужно учитывать и ориентироваться на направление загрузок, влияющих на шарикоподшипники.
По жесткости и прочности преимущество имеет рельсовый тип направляющей. Здесь играет роль контактная площадь между поверхностями. У рельсовых направляющих процент прогиба намного ниже.
Каленые дорожки рельсовых направляющих позволяют увеличивать точность передвижения по ним. Но зато линейные валы способны самостоятельно выравниваться по ходу.
По скорости перемещения выигрыш тоже на стороне рельсовых направляющих. 5 м против 2 м в секунду. Сложная конструкция рельсовой направляющей побеждает линейный вал с небольшими возможностями перемещения шариков в свободной зоне под нагрузкой.
Итак, рельсовые направляющие характеризуют как грузоподъемные жесткие детали с неограниченной длиной перемещения. Считаются более точными в сравнении с валами, но тоже имеют ряд недостатков:
Заключение
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы: