控制工程师指南应用线性轴承和指南

汤姆森工业公司董事Al Ng

滚动元件线性运动轴承指南，支撑，定位，准确地移动机械部件和产品。滚动元件线性轴承和导轨确保低摩擦，平滑，准确的运动，几乎任何时刻或正常的负载条件。了解每种轴承类型的权衡对于准确尺寸和选择右轴承，而且选择右轴承的折衷非常重要，也是应用程序的正确集成控制和组件。正确的选择可确保机器准确性，重复性和生命。

你有一个范围的轴承和指导选择精确的直线运动。例如，青铜衬套具有高承载能力和低精度，而型材导轨直线导轨具有高承载能力和中等精度。线性滚动轴承用于大多数关键的工业应用。它们产生的摩擦比滑动轴承小得多，所以它们可以使用更小的电机和驱动系统，可以以相当高的速度运行。直线滚动轴承还消除了经常引起颤振的粘滑效应。他们提供了一种可预测的生活，并且不会对自己的生活失去宽容。

圆轨轴承系统
直线导轨的两种主要类型是圆轨衬套轴承和轮廓轨轴承。圆轨球衬套轴承系统可以在轴承部件的应力几乎没有增加的情况下，容纳由轴承或底座加工不准确或机器偏转引起的扭转偏差。自对准的全方位设计，可以原谅较差的平行度和变化的轨道高度。当安装到更宽公差的准备表面时，这些轴承允许平滑旅行。

这个图表显示了不同类型轴承的比较强度。

在端支应用中，通过固定轴的两端来建立圆导轨的运动轴。这两点之间的机器表面是什么样子的，或者是否有一个都不重要。因此，圆形线性轴承可以跨越24倍轴直径的间隙，使其在一系列应用中非常有用，如拾取和放置模块和龙门系统。导轨的精度只取决于端支安装的精度。

圆形轨道球衬套轴承部件的例子。

传统的精密钢圆轨轴承在内圈和外圈上提供点接触，因此它们非常低的摩擦，并提供相对较低的负载能力。更复杂的圆轨球衬套设计在外圈上提供了与球一致的沟槽，并在内圈上保持点接触。这种设计提供了3倍的负载能力。更先进的设计使用通用自动调整双轨道，增加了6倍的负载能力。负载能力的增加是通过最大限度的内圈和外圈之间的负载反应来实现的。这一突破可与线性导轨相媲美，但仍保留了圆轨设计的优势，使线性轴承避免了许多降额因素，这些因素会降低方轨产品的负载/寿命性能。

型轨轴承系统
轮廓或方形轨道系统提供更高的精度，更高的刚性，载荷寿命较高，并且非常紧凑。它们的关键优势来自内部和外部比赛上的球符合凹槽，从而增加了相对于标准圆形轨道导轨的负载能力。球轨道凹槽在半径上仅比球本身略大。几何形状在负载下弯下腰扁平时，几何形状摇篮，略微扩展球与比赛之间的接触面积。结果，轮廓轨轴承比具有凸出的球和轴表面的传统圆形轨道组件大致10倍。轮廓导轨可以将定位精度从0.0002输送到0.001英寸。超过10英尺。方形轨道可以预加载3％至13％的额定动态负载，以进一步降低偏转。

安装面必须是精确的，所以型材导轨安装起来比较困难。他们特别敏感的平整度误差，可能导致捆绑。表面必须仔细准备，否则在安装过程中可能需要对部件进行垫片和调整。一种常见的轨道对齐方法是将一个轨道安装在一个合格的参考边缘的合格表面上，并在移动车厢时将第二个轨道浮动到位。另外三种对齐方法，为了增加复杂性和准确性，是通过使用量块、参考边缘或定位激光来建立轨道的相对位置。

型材钢轨有轴承滚道剥落。

甚至更高的刚性或负载 - 寿命容量选项是线性轮廓轨道引导轴承，其中圆柱形辊在平面梯之间运行。有趣的是，还有一个圆形轨道轴承，使用凹面的内部血管运行，提供高达20倍的传统线性球轴承的负载能力。圆形轨道线性滚子轴承每轴承长达35吨，速度高达100 FPS。它们的最佳触点椭圆最大化了抗摩擦线性轴承的负载能力。圆形轨道轴承可在1000万英寸额定行程寿命中携带高达70,000磅的负载。

选择选项
尺寸和选择过程是类似的，但不完全相同的圆形和轮廓轨道轴承。作用在直线轴承和导轨上的载荷可以是垂直载荷、水平载荷或俯仰滚转或偏航力矩载荷，或它们的任何组合。载荷的大小和方向也可能不同。每个轴承处的合成载荷向量必须由线性轴承系统所承受的各种载荷向量的组合来建立，因为预期寿命不能仅根据系统载荷向量来估计。每个直线轴承所承受的载荷称为该给定轴承的动态等效载荷。然后根据负载最大的轴承来确定系统的尺寸。有关动态等效载荷计算方法的更多信息，请参阅线性轴承和指导供应商的目录。

与滚珠轮廓轨道轴承相比，滚子轨道轴承可以处理更高的载荷，因为较大的接触面。机器制造商可以从典型的球形轮廓轨组件缩小到较小的滚子组件，而不会损害负载能力。

对于圆形轨道轴承，动态载荷额定值基于顶部死亡中心的负载。但是，实际承载载荷容量取决于施加负荷的方向。因此，必须基于施加负载的实际极性方向将分隔符或方向因子应用于额定载荷。请参阅产品的适当极性图表以确定正确的Kθ，方向因子。您可以使用以下公式执行负载寿命计算：

l_米=英寸或km的旅行生活

W =额定动态负载，单位为lb或N

p =施加LB或n中的等效负载

K_θ.=负载方向因子

K_年代轴硬度系数

l_U= 100公里或2 x 106。

对于型轨轴承和导轨，轴承所承受的等效载荷采用与圆轨轴承和导轨相同的方法确定。然而，负载方向的计算是不需要的，因为这些轴承和导轨在所有方向上具有相同的负载能力。载荷/寿命计算公式如下:

地点:L_米=旅行寿命（kW）

W =额定动态负载(lb或N)

P =施加的等效负载（LB或N）

N = 3对于所有导向器，10/3用于滚筒导轨

双轨系统通常被建议用于大多数应用，因为它们在轴承之间实现更有利的负载分配，并且大多数圆轨轴承都可以进行自对准。单轨系统可用于某些信封限制严格的应用场合。在这些情况下，建议采用型材轨来解决俯仰、偏航和滚转力矩负载要求。通常不鼓励使用三个或更多的轨道，或每个轨道上的轴承，因为可能存在过度约束，而且轴承之间的平均负荷分担很难实现。此外，使用三个或更多的轨道，或每轨道轴承可能缩短系统寿命，如果他们不完全匹配和对准

线性轴承精度
线性轴承精度定义为行驶长度的高度变化。120英寸的最佳可实现准确性。导轨长度为+/- 0.0008英寸。用于圆形轨道轴承和+/- 0.0001。用于轮廓轨道。在运行精度至关重要的应用中，轮廓轨轴承通常可以提供比圆形轨道轴承更好的精度，并且公制圆轨轴承提供比英寸圆形轨道轴承更好的精度。与标准型材轨道轴承相比，超级或超精度等级轮廓轨道轴承提供了提高的精度。通过将安装表面加工到更高的平坦度公差以及通过添加参考边缘，也可以改善精度。

圆形轨道轴承的动态负荷额定值基于顶部死点的负载。但是，实际承载载荷容量取决于施加负荷的方向。因此，必须基于施加负载的实际极性方向将分隔符或方向因子应用于额定载荷。请参阅产品的适当极性图表以确定正确的k_θ.、方向的因素。找到载荷相对于轴承施加的角度，并沿这条线径向移动，直到它与曲线相交。沿圆周移动到位于垂直轴上的极改正值。将产品规格表中列出的动载能力乘以适当的极性校正因子来调整负载方向的额定负载。

轴承预载在圆形和轮廓轨道轴承中使用，以最小化偏转，通过去除轴承中的任何内部间隙来最小化。通过在外圈，滚动元件和轴承内部座椅之间产生盈盈产生的穿过盈宽，这预加载开发。轴承中的预载越重，初始托架到轨道偏转越小。您可以通过调节或使用口径的外壳孔或超大的60件轴来实现圆形轨道轴承中的预载荷。小心不要过度预先加载，因为这可能会对轴承的功能产生负面影响。通过使用超大滚动元件，在工厂中设定了轮廓轨道中的预载。

故障排除
轴故障在短行程应用中常见，其中行程小于轴承长度的1.5倍。如果出现金属片段，可能需要更换轴承和轴系。检查轴是否有磨损迹象。在初始运行期间，轴凹槽有时可以是可接受的，如果它是所谓的那样是所谓的现象，并且划痕通常仅是化妆品。而且，诸如铝的软金属轴承壳体可以容易地在轴承板触点处凹陷。缩进可以干扰轴承板装载和自对准特征，因此可能需要更换壳体。

系统可重复性不足的问题通常是由安装和设置不良、过度偏转或缺乏刚度引起的。刚度可以通过从圆轨切换到轮廓轨或从球轮廓轨轴承切换到滚子轮廓滚子轴承来提高。重复性也可以通过减少轴承轨道安装间隙来提高。采用型材钢轨时，增加预紧力可以减小变形。当使用圆轨时，可以指定一个过大的轴和/或过小的轴承座孔，以减少间隙或提供预紧力。

增加轴承尺寸也将减少挠度或变形，并提高可重复性。增加安装表面的刚度也可以提高重复性。

通过降低轴承的摩擦力，可以减少移动线性运动系统所需的推力。为了减少推力，用再循环元件轴承更换普通接触轴承。为了减少型材轨道轴承的过度密封或刮水器拖动，用单个唇形密封替换双唇密封。仅用于清洁应用，可以完全拆下密封/刮水器。轴承或轨道的磨损也可以增加阻力，这可以通过更换磨损的部件来校正。

轴承圈剥落会导致运行粗糙、精度降低和发热。剥落的一个常见原因是轴承圈或滚动元件的滚动接触疲劳。这可以通过更换轴承和导轨来解决。如果即使使用新的轴承和正确对齐的轨道，寿命也不够，则增加轴承尺寸。种族剥落的另一个常见原因是润滑不足或污染物撞击。在安装前润滑轴承，并建立润滑间隔，以帮助冲洗轴承。

当轴承或滚动元件裂缝成分半并堵塞轴承滚动元件轨道时，原因可能是冲击载荷或过度静态负载。用滚子导轨替换球形轮廓，负载能力增加30％至50％。更换长架状的标准长度车厢，负载能力增加20％至60％。如果使用圆形轨道，请用带有双轨或球的轴承更换超级型或常规型轴承，因为它们提供更高的负载能力和行程寿命。由于两个或更多个未对准的轨道，另一种可能的原因可能是过度预载荷。请务必按产品目录规范对齐轨道。

当轴承系统在激活期间抓住时，检查轨道和托架是否脱离并联。如果是这样，请按照目录规范重新调整轨道和卡车。还检查安装表面或外壳孔的精度。如果使用圆形轨道轴承，请更换自对准轴承或具有双轨自对准轴承。机器安装表面和壳体以更紧的公差可能有所帮助。轴承系统抓握的另一种可能的原因可以是不正确的轴承轴安装。检查轴公差等级，如果需要，请增加轴承壳体孔径，以提供适当的拟合。

在工程交流中讨论这一点：