Призматични линейни лагери
Начало > Механични системи > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 5, 2009
Конструктивни и технически характеристики на призматични линейни лагери
В предишен брой на сп. Инженеринг ревю представихме един от конструктивните варианти на търкалящите направляващи - кръглите линейни лагери. В настоящия брой продължаваме темата с друга разновидност на търкалящите направляващи, а именно т. нар. призматични линейни лагери.
По-малко топлоотделяне и голяма дълготрайност
В сравнение с призматичните направляващи с триене при плъзгане, търкалящите направляващи се отличават с по-висока точност на преместване и позициониране, по-ниско триене, а следователно по-малко топлоотделяне и голяма дълготрайност при запазване на точността.
Недостатъци им са понижената демпферираща способност при малки скорости на движение, повишената чувствителност към замърсяване, изискваща по-специални мерки за защита, както и сравнително високата цена.
Класификация на призматичните линейни лагери
Съществуват различни признаци за класификация на призматичните линейни лагери с триене при търкаляне. Според вида на търкалящите тела те се определят като сачмени, ролкови и иглени. Съответно, в зависимост от начина на движение на търкалящите тела, тези лагери са с рециркулация и без рециркулация на търкалящите тела; а според вида на стегнатостта - без предварителна и със предварителна стегнатост.
Направляващите без предварителна стегнатост са сравнително евтини и по-елементарни за изработване. Използват се при подвижни възли с голяма маса или в приложения, в които преобръщащите моменти са малки и не съществува опасност от повдигане на възела от направляващите. Характерно за направляващите с предварителна стегнатост е отсъствието на хлабини в подвижния възел, което осигурява голяма стабилност и точност, повишена демпферираща способност и подобрени динамични качества на движението на частите.
Произвеждат се стандартно в различни видове и типоразмери
Призматичните линейни лагери се използват в качеството на търкалящи опори при линейни премествания с неограничена дължина на хода. Предназначени са за лагеруване върху призматични направляващи повърхнини. За да се осигури възможност за преместване на подвижния възел само в едно направление, тези направляващи се комбинират от плоскост и триъгълник, правоъгълник, форма на лястовича опашка и др., между които се поставят междинни търкалящи тела.
Призматичните линейни лагери обикновено се предлагат от фирмите - производителки на търкалящи лагери. Серийно се произвеждат различни видове и типоразмери търкалящи направляващи със и без рециркулация на търкалящите тела.
Със и без рециркулация на търкалящите тела
За направляващи без рециркулация, като готови изделия, се предлагат както отделни сепаратори с ролки и игли, така и комплектни лагери с направляващи планки и сепаратори с ролки или сачми. Планките са с определена дължина и имат отвори за смазване и за свързване към тялото и подвижните части. Изработват се с висока точност, като отклоненията от праволинейност са от порядъка на 1 mm на 200 mm дължина.
Призматичните линейни лагери с рециркулация на търкалящите тела (сачми или ролки) се състоят от две каретки с шлифовани клиновидни канали и направляваща централна планка, наричана още шина. В специално оформените работни канали между каретките и шината са поставени търкалящите тела. Към челото на едната каретка с винтове е закрепена плоча, която ориентира два винта - законтрящ и регулиращ. В каретките има и по два централни отвора, чрез които се подава масло към рециркулационния канал.
Сачмени, ролкови и иглени направляващи
Призматичните линейни лагери със сачми се отличават с по-ниска товароносимост от ролковите и иглените, както и с относително по-ниска стабилност. Затова те се използват основно при миниатюрните типоразмери за подвижни части с малка маса, както и при по-малки външни натоварвания.
Сравнително голямо приложение имат и ролковите търкалящи направляващи, тип "танкетки". Характеризират се със сравнително голяма стабилност и компактна конструкция. На фиг. 1 са показани начинът им на работа и тяхната конструкция, а на фиг. 2 - външният им вид. Танкетките се произвеждат за движение по една или по две взаимноперпендикулярни равнини. В литературата и фирмените каталози се препоръчват различни начини за разполагане и регулиране на тези линейни лагери, като направляващите планки могат да бъдат плоски, триъгълни или правоъгълни.
Къде се използват?
Областта на приложение на призматичните линейни лагери е в машиностроенето (металорежещи машини), автоматизацията (манипулатори, пневматични цилиндри), уредостроенето (мехатроника, медицинска техника, измервателна техника). Използват се за лагеруване на линейно движещи се части и възли, от които се изисква повишена точност и чувствителност на преместването в нормална на направляващите посока при високи скорости на движение (става въпрос за отстраняване на "изплуването" на подвижните части).
Основни конструктивни характеристики и точност на изработване
Произвеждат се комплектни призматични сачмени и ролкови линейни лагери с каретки, които обикновено се закрепват към подвижните части, и направляваща шина, която се монтира към тялото на машината. Фирмите означават на базата на различни системи (обикновено с букви, числа или комбинирано) произвежданите типоразмери в зависимост от широчината и дължината на каретката. За избор на призматичните линейни лагери в каталозите се дават:
l габаритните и монтажните размери на каретката и на шината;
l монтажни допуски на размерите и на разположението;
l допустимите моменти в три направления (в Nm); данни за основната статична товароносимост - Со и основната динамична товароносимост - С (в N или kN), както и масата на елемента в kg.
Например, една от водещите в областта компании предлага сачмени призматични линейни лагери в 7 серии с динамична товароносимост до 220 kN, които се изработват с 5 класа на точност. Миниатюрната серия включва 5 типоразмера с динамична товароносимост до 7,9 kN с 3 класа на точност. Ролковите призматични линейни лагери се изработват в 5 серии с динамична товароносимост до 525 kN и с 4 класа на точност.
Направляващите шини нормално се произвеждат с дължина до 1000 mm. При система от две шини допустимата неуспоредност на монтажа им върху неподвижното тяло, за различните класове на точност, е от 3 до 8 mm на 200 mm дължина.
Използвани материали за елементите на лагерите
Основните елементи на тези лагери - сачми, каретки и направляващи шини, се изработват от легирана лагерна стомана, например марка 1.4034, с обемно или повърхностно закаляване с твърдост над HRC = 60. За някои типоразмери се предлагат и варианти от неръждаема стомана.
Критерии за работоспособност
Функционирането на призматичните линейни лагери се основава на взаимодействието (контактуването) на сачмите или ролките с повърхнината на каналите на каретката и на шината. Затова критериите за работоспособност на тези елементи са подобни на използваните при търкалящите лагери, а именно статичната и динамичната им товароносимост, според дефиницията на ISO.
Като основна статична товароносимост Со се определя това статичното натоварване, което предизвиква изчислително контактно напрежение по Херц от 4200 MPa между сачмата и пътя на търкаляне.
Като основна динамична товароносимост С се дефинира това постоянно натоварване, което осигурява дълготрайност на лагера, отговаряща на линеен път от 100 km при 90% надеждност.
Ако са известни еквивалентното външно натоварване Р (N) и основната дълготрайност на лагера L10, изразена като изминат линеен път в 105 m, основната динамична товароносимост се намира от зависимостта: L10 = (C/P)3. В нея С е основната динамична товароносимост (N). В случай че дължината и честотата на хода на лагера са постоянни, лесно може да се определи номиналната дълготрайност на втулката Lh в работни часове по формулата: L10h= L10.50 000 000/60.s.n, където: s е дължината на хода на линейния лагер в mm, а n - честотата на хода в броя за минута.
Експлоатационни изисквания към лагерите
Призматичните сачмени линейни лагери са предназначени за работа при скорости до 5 m/s и ускорения до 250 m/s2. За миниатюрните серии скоростите са до 3 m/s, а ускоренията - до 80 m/s2. Ролковите лагери могат да работят при скорости до 2 m/s и ускорения до 50 m/s2.
Нормалната работна температура е от -20 до +80 °С. Някои фирми гарантират използването на тези елементи при работни температури до +120 °С.
При дължина на направляващите шини над 1000 mm се препоръчва консултация със специалистите на фирмата - производител.
Фирмите предлагат и специални изпълнения, според изискванията на клиента, както и стандартизирани едно-, дву- и триосни модули за линейни премествания. Максималните ходове на тези модули по X, Y и Z са, съответно - 1000, 750 и 700 mm, скоростите - до 1 m/s, ускоренията - до 15 m/s2, и полезният товар - до 45 kg.
Защита и смазване
Оптималната работа на линейните лагери зависи от добрата защита както на подвижния елемент, така и на повърхнините на направляващите шини.
Серийно произвежданите каретки, танкетки и други елементи са защитени конструктивно, като в краищата им са вградени гумени или пластмасови уплътнителни елементи. Устройствата за защита на контактните повърхнини на шините, както и смазваните вещества не се различават от вече разгледаните при смазването на кръглите линейни лагери.
Вижте още от Механични системи
Новият брой 9/2024
