Лагери с кръстосани ролки

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2011

Лагерите са машинни елементи, използвани за поддържане в определено положение на геометричната ос на въртящи се или осцилиращи части и осигуряване на безпрепятствено движение с малки загуби. В практиката се използват различни конструкции лагери, които биват класифицирани по различни признаци, като например в зависимост от триенето те биват плъзгащи и търкалящи. Според възприеманото натоварване се делят на радиални, аксиални или радиално-аксиални, а в зависимост от възможността да следват или не наклона на еластичната линия на вала - самонагаждащи или несамонагаждащи. Спрямо тези характеристики лагерите с кръстосани ролки, които са предмет на разглеждане в настоящата статия, се класифицират като търкалящи лагери, които могат да поемат натоварване от аксиални и радиални сили.

Предназначени за прецизни приложения

Развитието и постиженията в редица технически области изискват все по-прецизен контрол на движението. Това налага все по-големи изисквани и към използваните лагери, които е необходимо да могат да поемат по-големи натоварвания, да заемат по-малко място и да бъдат достатъчно прецизни. Лагерите с кръстосани ролки са предназначени именно за точни приложения, където е необходимо прецизен контрол на движението. Основните им елементи се явяват външни пръстени, вътрешни пръстени, търкалящи тела и ограничителни елементи. Възможността да поемат аксиални и радиални натоварвания се обуславя от подредбата на търкалящите тела, представляващи цилиндрични кръстосано разположени ролки. С един лагерен възел тези лагери могат да поемат аксиални сили от двете посоки, радиални сили, натоварвания на преобръщащ момент и различни комбинации от натоварвания, което позволява конструкциите с два лагерни възела да се намаляват до такива с един. Характерни особености на лагерите с кръстосани ролки са тяхната коравина и много точна работа. Те могат да поемат много по-големи натоварвания в сравнение с отговарящите им по размери сферични лагери и имат много по-дълъг експлоатационен срок, в рамките на който осигуряват добри експлоатационни характеристики без намаляване на работоспособността. Това ги прави много подходящи за промишлени роботи, въртящи маси, обработващи центри, въртящи се платформи, медицинско оборудване, измервателни уреди и машини за микроелектронното производство.

Конструкция

Както вече бе споменато, основни елементи на лагерите с кръстосани ролки се явяват външните и вътрешните пръстени, търкалящите тела и ограничителните елементи. Кръстосаните цилиндрични ролки са разположени напречно една на друга, като всяка следваща е разположена перпендикулярно на предишната под ъгъл 90°. Ролките са затворени между вътрешния и външния пръстен. Именно тази конструкция позволява един лагер да поеме натоварване във всички направления. Поставянето на сепаратор между напречно разположените цилиндрични ролки спомага за равномерното разпределение на цилиндричните тела и предотвратява увеличаването на въртящия момент следствие от триенето на ролките. Принципно, предназначението на сепараторите при търкалящите лагери е да предотвратява контакта между ролките, който може да доведе до увеличаване на триенето и износването. Сепараторът може да е метален, от фенолформалдехидна смола или от пластмаса. При използването на метални сепаратори ролките са разположени на по-голямо разстояние, което води до намаляване на товароносимостта. Те обаче се явяват икономически по-изгодното решение. Може да са изработени от обикновена стомана или от неръждаема в приложения с високи температури, или където използването на обикновена стомана е недопустимо.

Товароносимост

Ключова роля за товароносимостта има контактът между пръстените и ролките. Естествено, цилиндричните ролки, осигуряват по-голяма контактна повърхност в сравнение със сферичните лагери, например, и натоварването се разпределя между всички ролки. Това осигурява по-голяма устойчивост на лагерите с кръстосани ролки и по-добра товароносимост в сравнение със сферичните лагери. Известно е, че при сферичните лагери между гривните и сферите се осъществява предимно точков контакт. При добър контакт между ролките и пръстените товароносимостта на лагерите с кръстосани ролки може да нарасне значително. Повишаване на товароносимостта може да се постигне и при по-близко разположение на ролките една до друга, което позволява в едно и също пространство да бъдат поместени повече ролки. В този случай видът на сепаратора се оказва от особено значение. Използването на сепаратор от фенолформалдехидна смола дава по-големи възможности за осигуряване на по-голяма контактна повърхност чрез по-малко разстояние между ролките и съответно по-голям брой ролки, разположени в едно и също пространство.
По-голямата контактна зона при лагерите с кръстосани ролки, в сравнение със сферичните лагери, спомага за намаляване на еластичната деформация и дава възможност за използването им в прецизни приложения. Добре е да се има предвид обаче, че те са много по-взискателни по отношение на неточности по монтажната повърхност, поради тяхната коравина и специфична конструкция, в сравнение със сферичните лагери с рециркулация. Тъй като лагерите с кръстосани ролки се определят като прецизни лагери, за гарантиране на тяхната точност е необходимо да се осигури монтажна повърхност с минимални отклонения. При много прецизни приложения максимално допустимото отклонение от монтажната повърхнина е 2 микрометра.
Лагерите с кръстосани ролки могат да бъдат използвани при скорости от порядъка на 30"/sec и ускорения до 90"/sec2. В определени приложения могат да се постигнат и по-високи скорости в зависимост от фактори като товар, смазване и т. н.

Линейни лагери с кръстосани ролки

Действието на линейните лагери с кръстосани ролки е подобно на работата на търкалящите направляващи. Предимство на търкалящите направляващи е способността им да се самопочистват, докато лагерите с кръстосани ролки е необходимо да бъдат внимателно предпазени от прах и замърсявания. Търкалящите направляващи имат редица предимства, сред които висока точност на преместване и позициониране, сравнително невисока себестойност, ниско триене и минимални енергийни загуби. Но при тях има известни ограничения по отношение на товароносимостта в сравнение с други лагери. За разлика от тях линейните лагери с кръстосани ролки са по-прецизни и с по-голяма товароносимост. При линейните лагери с кръстосани ролки, ролките са разположени между две паралелни релси. Контактната повърхност е по-широка в сравнение с контактната повърхност при линейните търкалящи лагери. В допълнение, повечето ролки не рециркулират, поради което се предвижват по-плавно в сравнение с търкалящите направляващи с рециркулация. Известно е, че рециркулацията при търкалящите направляващи може да бъде източник на вибрации. При линейните лагери с кръстосани ролки се постига намаляване деформациите следствие от натоварването и по-малко износване, и се повишава устойчивостта.
Дължината на релсите при линейните лагери с кръстосани ролки зависи от товароносимостта, устойчивостта и необходимата дължина на хода. По-голямата дължина на хода изисква и по-голяма дължина на релсата. Принципно, целият релсов механизъм е необходимо да бъде с дължина два пъти дължината на хода. Това е така, тъй като двете релси на линейните лагери с кръстосани ролки се движат в противоположна посока. Така че, цялото устройство е необходимо да може да се предвижва в пространство с двойно по-голяма дължина. Наличното свободно пространство ограничава дължината на хода. Това прави лагерите с кръстосани ролки неподходящи за приложения, които изискват дълъг ход. Въпреки това, тъй като има малка или няма разлика между съпротивлението на статично и динамично триене, дори и при ниско натоварване, лагерите с кръстосани ролки се считат за подходящи за прецизни приложения.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top