Търкалящи направляващи

ПОДОБНИ СТАТИИ

Роботизирано лазерно заваряване

Дълбачни (щос) машини

Вибрационен анализ

Фактори при избора на сменяеми твърдосплавни пластини

Системи за управление на енергията в производството

Предимства и недостатъци на кръгли линейни лагери

В  този и следващи броеве на сп. Инженеринг ревю ще обърнем внимание на търкалящите направляващи - съвременни машинни елементи, с богати възможности и широко приложение в машините и механизмите.

Предимства и недостатъци
Основни предимства на търкалящите направляващи в сравнение с конвенционалните плъзгащи направляващи са:
l висока точност на преместване и позициониране;
l ниско триене и минимални енергийни загуби;
l малко топлоотделяне;
l голяма дълготрайност при запазване на точността.
Като недостатъци на търкалящите направляващи могат да се посочат понижената демфираща способност при малки скорости на движение, повишената чувствителност към замърсяване, изискваща по-специални мерки за защита, както и сравнително високата себестойност.

Повишават точността и чувствителността
Търкалящите направляващи се използват за повишаване на точността и чувствителността на линейно движещи се части и възли на машини, облекчаване на ръчните премествания, постигане на максимални скорости при по-голяма дълготрайност на направляващите. Съществуват различни признаци за класификация на търкалящите направляващи. Например, според вида на търкалящите тела те се определят като сачмени, ролкови и иглени. В зависимост от вида на направляващите повърхнини - като плоски и цилиндрични (т. нар. сачмени втулки). Според начина на движение на търкалящите тела - са със и без рециркулация на търкалящите тела, а в зависимост от вида на стегнатостта - без и със предварителна стегнатост.

По-широко се използват направляващи с рециркулация
Сачмените направляващи се характеризират с по-ниска товароносимост от ролковите и иглените и относително по-ниска стабилност. Това е причината да се използват при подвижни части с маса до 150 – 200 kg, както и при по-малки външни натоварвания. През последните години фирмите-производителки на търкалящи лагери произвеждат серийно различни видове и типоразмери търкалящи направляващи със и без рециркулация на търкалящите тела.
По-широко приложение намират направляващите с рециркулация, характерно за които е движение на направляващи търкалящи тела по затворен контур. При него - на мястото на излизащите от контактната зона тела, влизат други такива. Това е причината, направляващите с рециркулация да се използват при големи ходове на подвижни възли.
Сред най-често използваните конструкции търкалящи направляващи със сачми са сачмените линейни лагери, наричани още т. нар. сачмени втулки.

Сачмените втулки с КПД 98%
Сачмените втулки представляват търкалящи лагери за линейни премествания, които са с неограничена дължина на хода. Предназначени са за лагеруване върху цилиндрична направляваща. Конструкцията им е сравнително елементарна. Състои се от закалена метална втулка с няколко потока циркулиращи сачми. По вътрешната повърхнина на втулката прецизно са обработени пътищата на търкаляне на сачмите и канали за рециркулацията им. Във втулката се монтира сепаратор (обикновено от полиамид) с оформени канали за направляване на сачмените редове.
При постъпателно движение на елементите един спрямо друг сачмите се търкалят върху цилиндричните повърхнини на кръглите направляващи. Това предполага задължителното им закаляване. Благодарение на използваното триене при търкаляне, сачмените втулки се отличават с коефициент на полезно действие 98%.

Приложение на сачмените втулки
Сачмените втулки се използват в машиностроенето, автоматизацията и уредостроенето, както и в инструменталното производство (щанци, пресформи и др.). Характерно за тях е, че осигуряват постоянно висока точност на направляване, ниска потребяема мощност за задвижване и икономия на енергия, дълъг срок на експлоатация с минимални допълнителни разходи за профилактика и смазване. Други предимства на сачмените втулки са високата допустима линейна скорост и ускорение, както и удобна и бърза смяна при ремонт в условия на пълна взаимозаменяемост.
Съединението между отвора на втулката и кръглата направляваща, условно наречена ос, може да бъде без и със предварителна стегнатост. В последния случай предварителната стегнатост се получава за сметка на разликата между диаметрите на оста и отвора на втулката. Трябва да се има пред вид, че предварителната стегнатост осигурява по-голяма стабилност и точност на направляващите при липса на хлабини, повишава чувствително демпфиращата способност и динамичните качества на направляващите.

Видове конструкции на сачмени втулки
Според конструкцията си сачмените втулки се определят като затворени, регулируеми и отворени.
Затворени. При тях хлабината между отвора на втулката и кръглата направляваща не може да се регулира. Получаването на хлабина или стегнатост зависи от избора на допусковите полета на оста и отвора (гнездото), в който се монтира втулката.
Регулируеми. Тези втулки са прорязани, което позволява хлабината между отвора на втулката и кръглата направляваща да се регулира, според конкретните изисквания чрез комбиниране на допусковите полета на оста и монтажното гнездо.
Отворени. Представляват регулируеми втулки, в които е изрязан определен сектор. Те са предназначени за монтаж върху дълги цилиндрични направляващи с междинни опори в случаите, когато е необходима по-голяма коравина на лагеруването. Получаването на определена хлабина или на стегнатост и регулирането й се осъществява по начин, аналогичен на регулируемите втулки.
Изработват се и сачмени втулки, които освен линейно, могат да осигуряват и въртеливо (около осите на втулките) движение. За целта върху външната цилиндрична повърхнина на втулката се поставя иглен лагер.

Точност на изработване
Произвеждат се комплектни линейни лагери с кръгли направляващи и отделни сачмени втулки. Основен техен конструктивен параметър е номиналният диаметър dr на оста. Предлагат се комплектни линейни лагери и сачмени втулки с диаметри на оста от 5 до 80 mm, респективно от 1/4 до 2 цола, в т.ч. кухи, с външни диаметри от 25 до 100 mm и точност h6 и h7. Сачмените втулки за комбинирано линейно и въртеливо движение имат по-големи външни диаметри – до 130 mm и дължини - до 165 mm. Предлагат се и сачмени втулки с възможност за компенсация на монтажна несъосност до 30 ъглови минути, както и такива за неподвижно закрепване, монтирани в алуминиево гнездо (тяло). Отворът на тялото за монтаж на сачмените втулки се изработва с допуск Н7. За избора на сачмените втулки в каталозите още се задават:
l външният диаметър D, дължината L и допуските на тези размери, а също и размерите на каналите за закрепване на втулката - D1, B и W;
l допустимата несъосност и максималната радиална хлабина (mm/мm или inch/мm), както и широчината на среза h за регулируемите втулки;
l данни за основната статична товароносимост - С0 и основната динамична товароносимост - С в N, kN или lbs;
l масата на елемента в kg или lbs.
Използвани материали при сачмени линейни лагери
За диаметри от 1/4 до 2 цола, кръглите направляващи се изработват от качествена въглеродна стомана. Елементите се закаляват обемно или повърхностно до твърдост, по-висока от HRC = 60. Произвеждат се втулки и оси с антикорозионно покритие – твърд хром или цинк-желязо, както и оси от неръждаеми стомани.

Критерии за работоспособност
Функционирането на сачмените втулки се основава на взаимодействието (контактуването) на сачмите с повърхнината на кръглата направляваща. Критериите за работоспособност на тези елементи са подобни на характерните за търкалящите лагери, а именно статичната и динамичната им товароносимост.
Под основна динамична товароносимост С се разбира големината на постоянното натоварване, осигуряващо дълготрайност на лагера, която отговаря на линеен път от 50 km без промяна в посоката на движението.
Ако е известно външното натоварване Р в N, дълготрайността на лагера L, изразена в изминат линеен път в km, може да се намери от зависимостта L = (C/P)3. 50, където С е основната динамична товароносимост в N. Произвежданите серийно комплекти кръгли линейни лагери (ос-втулка) имат основна динамична товароносимост до 55 000 N.
Ако дължината на хода и честотата на кръглия линеен лагер са постоянни, лесно би могла да се определи номиналната дълготрайност на втулката Lh в работни часове. За целта се използва формулата - Lh= L.103/2.60.s.n, където s е дължината на хода на линейния лагер в m, а n – честотата на хода в броя за минута.

Монтажни и експлоатационни изисквания
Комплектите кръгли линейни лагери са предназначени за работа при скорости до 5 m/s и ускорения до 150 m/s2. Нормалната им работна температура е от 20 до 80 °С, а при оси от специална стомана - от 20 до 110 °С. Някои фирми гарантират използването им при работни температури в диапазона от -40 до +120 °С.
Дължината на кръглите направляващи без допълнителна опора е до 24 цола. При по-дълги направляващи – до 48 цола, се използват допълнителни опори в съчетание с отворени сачмени втулки.
Фирмите-производителки предлагат и взаимозаменяеми допълнителни елементи като опори за поддържане на дълги направляващи и ограничители за края на осите.

Защита на сачмените втулки
Основно условие за нормалната работа на сачмените втулки е добрата защита както на самите тях, така и на повърхнините на кръглите направляващи, по които те се движат.
Серийно произвежданите сачмени втулки са защитени конструктивно, чрез вградени в краищата им гумени или пластмасови уплътнителни елементи.
Устройствата за защита по дължината на хода са предназначени за защита на повърхнините на кръглите направляващи, по които се движат сачмите на втулките. За целта се използват телескопични защити, хармоникообразни мехове, защитни ленти и престилки и др.

Смазването на кръглите линейни лагери
се осъществява с машинни масла и консистентни смазки (греси). Изследванията показват, че силата на триене в тези лагери в ограничена степен зависи от количеството и вида на мазилното вещество. Установено е, че при отсъствие на смазка големината на теглителната сила се увеличава само с 10-15% в сравнение със случаите, когато се използва машинно масло. При смазване с грес, теглителната сила е по-малка и тези смазки са за предпочитане пред течните масла. Необходимо е обаче, да се осигури добра защита, тъй като смесването на греста със замърсявания, например абразивен прах, води до интензивно износване и повреди на лагерните елементи.

Сачмено-шлицови съединения
Използват се за предаване на въртящи моменти при липса на хлабина в съединението, както и за линейно придвижване, с прилагане на минимални сили, на тежко натоварени части на машини и механизми. Използват се в металорежещите машини (например за задвижване на главното вретено на пробивни машини), в транспортната техника, в манипулаторите и др.
Конструкцията на сачмено-шлицовите съединения е подобна на характерната за линейните кръгли лагери, с тази разлика, че сачмите от втулката се движат в изработени работни канали по дължината на вала и втулката. По този начин сачмите могат да предават въртящ момент. Възвратен канал и обръщащи посоката на движението канали се изработват най-често в тялото на втулката.
Конструктивното разнообразие е голямо, като се произвеждат сачмено-шлицови съединения с фланци и без фланци, с хлабина и без хлабина, със и без рециркулация на сачмите. Последните се използват само за къси ходове.