导轨选择：方形还是圆形？
点击：2745 日期：2014-11-10
选择字号：小 中 大
自从采用了Thomson于20世纪40年代发明的圆形导轨Ball Bushing直线轴承，循环滚珠直线导轨领域一直保持稳定发展。载荷能力、使用寿命的提高以及制造的简化，使几近零摩擦的直线导轨越来越多的应用于更为广泛的领域中。自从20世纪70年代推出方形导轨、直线导轨以来，设计工程师一直面临的关键问题就是：应该选用圆形导轨还是方形导轨?
为了将正确类型的直线导轨应用于特定应用中，设计工程师必须考虑到每种导轨的优点和能力。首先必须考虑的就是设计要求，这就需要考虑载荷、准确度、刚度、光洁度、几何尺寸等重要因素。而在通常情况下，这些要求之间存在着相互制约作用。
方形导轨产品可以很好地满足需要高刚度的高载荷应用，例如25mm方形导轨的最高载荷可达20 kN，在轴承导轨和导轨之间平行运行时，可达到3～10m /m的高精度。这种导轨产品中的滚珠轨道经过精密的研磨，从而使该导轨与滚珠精密匹配，即滚珠导轨上运行的座圈只能略微大于滚珠本身的直径。这就使滚珠和座圈之间的接触面积在载荷下大于圆形导轨总成 ，因为在圆形导轨中滚珠和内座圈（轴）均为凸表面。因此，由于滚珠在载荷下变扁，当加载时，方形导轨轴承的刚度将增加到原来的五倍。
方形导轨也可以用于带预载荷的情况，载荷从轻载荷（额定动载荷的3％）到重载荷（额定动载荷的13％）均可适用。方形导轨轴承的典型应用是对载荷能力、刚度和准确度要求极高的机床行业。由于轴承已经承受了一个初始变形，因此，重预载荷进一步降低了载荷下的变形量。到目前为止，我们已经讨论了采用球形滚珠元件的轴承。值得注意的是，如果在不提高包络尺寸的情况下需要比方形滚珠导轨更高（两倍以上）的载荷能力，还可选择配有圆柱辊子型元件的方形导轨轴承。
在方形导轨可以满足载荷能力、刚度和准确度要求后，许多工程师就不会再做进一步的测试。然而，这会导致系统性能下降，以及前期成本和维护成本的增加。圆形导轨产品具有许多优点，其中之一就是：当安装到超过150 mm /m平面度误差的欠光滑表面上时，仍然能够平稳运行。当在滚轴上、倾斜处和侧滑角装配刚性直线轴承时，装配表面的平面度误差通常会造成束缚，从而导致更高的拖曳，并会将使用寿命降低高达50％。为了解决此问题，在装配过程中，必须严格修整匹配表面，或者将各部件进行垫片调整并调节到正常运行，这将使成本提高。对于更精密的机加工应用，由于维护要求提高，因此会提高前期成本和操作成本。此项成本随应用的不同而差异较大，从不足 100美元到数千美元都有可能。而采用圆形导轨产品，可将轴承安装到焊接管型框架或直接固定到混凝土工厂的地板上。
圆形导轨产品的一个显著优点就是其圆形板可在端部支撑轴，实现横跨相当于轴直径的12～24 倍的间隙的圆形直线轴承设计，从工厂自动化中的龙门吊系统到DNA 取样机中拣选和放置模块的各种应用均可采用这一设计。运动轴完全通过固定轴的两端进行组建。无论两点之间的机器表面处于何种情况，无论是否只有一个点，该装置的精密性都不会受到影响，仅仅取决于端部支撑装置的准确度。此外，如果要通过直线导轨对中一套丝杠传动系统，只需在一个板上打三个孔，即以两个圆形导轨和丝杠轴承的支撑为基准，这是最容易做到的方法。通过这一设计，在装配过程中无需调节。
解决对中问题的方形导轨解决方案只需使用一个导轨。由于它能够支撑所有方向上的力矩，因此，在导轨副甚至轴承副中无需使用方形导轨轴承。对于轻载荷，即处于轴承载荷和力矩能力范围内的载荷，单个方形导轨轴承即可提供所期望的引导，但并不是所有的方形导轨产品均可按此类型操作进行设计。这种引导消除了在渐扩表面上对两个导轨进行对中的问题。然而，仍然必须考虑到通过传动机构进行对中，方形导轨在设计上没有横跨间隙和端部支撑。由于偏心加载而在导轨上产生力矩，因此，单个导轨可能不适合运动足迹较宽（如300mm）的应用。在做出决定之前，应检查导轨的力矩额定值及其在力矩载荷下的刚度。
评论信息