在本文中,我们将概述如何为您的应用程序和环境选择线性指南。
通过林赛Brimage而且埃里克·舒尔茨汤姆森工业
伊恩•米勒加拿大运动工业公司
线性运动系统的设计师经常发现自己在权衡圆形和剖面(也称为方形)线性导轨的利弊。在试图确定要实现哪种技术时,需要考虑许多因素;当极端环境成为一个问题时,这种情况只会进一步加剧。通常情况下,线性导轨技术的选择是在设计过程的后期和基于假设的。花时间进行细致的审查可以决定简单设计和复杂设计的区别,影响性能、组装时间和总成本。
圆轨和型材轨在功能上通常是可以互换的,但即使在这两种类型中也有明显的区别。为您的应用程序做出正确的选择可以在成本、性能和持久性方面带来显著的优势。本文将讨论在极端环境复杂的应用程序中这些差异是如何发挥作用的。流体或固体颗粒出口、极端温度、腐蚀、冲击和振动设计考虑的问题都将被讨论。
在讨论这些复杂的因素之前,重要的是要记住在要求不高的环境中圆形和剖面线性导轨的优缺点。理解这些技术以及如何将它们最好地应用于应用程序始终是良好设计实践的第一步。
圆轨用于宽容的安装
圆轨是两种技术中较老的一种,已经存在了大约80年。通常情况下,最经济的选择(相对于组件成本)圆轨道具有较低的负载能力和较松散的精度。圆轨的设计非常宽容;这种宽恕可以是优点也可以是缺点,这取决于你的申请。对于可以接受宽松公差的应用程序,或者低组件成本比紧公差更关键的应用程序,圆导轨是一个很好的选择。
对于使用多个轨道的系统,圆轨道是自对准的,并且非常宽容由于并行性差或轨道高度变化引起的问题。该技术提供了一个平稳、低阻力的平台。极简的外形提高了高效密封和自然抗污染能力。此外,圆导轨不需要安装表面加工的时间和费用,是末端支撑应用的唯一选择。
钢轨(也称为方轨)精度更高
剖面钢轨是两种技术中较新的,已经存在了大约40年。通常情况下,两种选择中更昂贵的,钢轨有更高的负载能力和更严格的精度。剖面轨道的设计是不宽容的,这种严格可以是很大的好处或复杂的因素,为您的设计。这种技术的性质很适合要求精确度非常高的应用程序,或者手头任务固有的过度负载。该系统的紧凑特性有助于减小设备的总体尺寸,但较高的预紧力可能会增加阻力。
此外,型材导轨安装和安装过程的性质(包括表面加工)使得使用多个导轨的系统无法容忍较差的并行度或导轨高度的变化。使用型材导轨的制造系统需要更高的精度。它们精致的,尽管紧凑,外形也遭受更复杂的密封和相对较差的抗污染能力。
指定直线导轨时流体暴露的注意事项
暴露在水、雾和高湿度等流体中会导致任何一种钢轨类型的腐蚀。在压力下,就像在冲洗的情况下,液体会把润滑冲走。暴露于腐蚀性流体,如化学喷雾、燃料油、酸性食品、碳氢化合物、尿素和化肥,可能会带来安全威胁,并导致磨损、停机和性能下降。基于密封、润滑类型、材料选择、涂层、安装和标准遵从性,圆导轨和型材导轨的流体处理能力不同,这在医疗和食品行业中尤其重要。
对于圆形和型材导轨,全接触密封和适当的润滑将防止锈蚀在钢构件的滚道上发展。圆形导轨上的密封件由于其简单的圆形几何结构,通常会产生较小的阻力,但对于型材导轨组件也有低阻力的选择。轮廓轨道车厢也可以采用纵向密封,以防止从总成底部进入。
材料的选择是系统流体处理能力的另一个关键组成部分。圆轨的优点是它们可以使用非硬化的不锈钢轴系。这使得它们对半导体和医疗行业等清洁环境以及食品加工的恶劣环境具有吸引力。较高的载荷可能需要硬化轴系。这可以通过先进的涂层来完成,可以将组件的寿命延长200倍。
圆轨和型材轨的涂层选择是相当的,在这两种情况下,增加防腐可能涉及硬度的权衡。例如,Armaloy铬涂层具有中等的耐蚀性和78 HRc的硬度。相比之下,像300系列这样的奥氏体不锈钢更耐腐蚀,但更昂贵——其HRc硬度水平只有20出头。奥氏体不锈钢通常只推荐与普通型衬套一起使用。马氏体不锈钢,如440C,也比碳钢具有更好的耐腐蚀性,但硬度可达到50 - 50,因此可以与某些专有的球轴承线性衬套一起使用。
事实上,在考虑涂层选择时,其他因素也可能起作用。例如,不锈钢是食品级环境或其他用户可能担心镀层剥落的应用程序的一个特别好的选择。
精心选择的机器几何形状、定位和防护也可以提高其处理过量流体的能力。将导向器的定位方式尽量减少流体渗透到轴承表面或促进径流,也将改善流体处理。轮廓导轨更加紧凑,因此如果标准安装几何图形是可能的,它们可以提供更多的灵活性。安装表面光洁度的质量是型材导轨安装过程中具有最大灵活性的关键。为了更方便安装的灵活性,型材导轨有不同的安装配置。例如,它们可以从顶部或底部螺栓,并提供多种方法来覆盖和保护螺栓孔免受碎片的伤害,包括盖条、塑料轨道塞和金属轨道塞。
当需要更多的灵活性时,圆轴具有优势。他们可以配置在许多方式,以促进保持轴的两端,甚至可以提供较大的组件的结构支持。可选择实现减少直径,平面或钻透轴的情况下,中心或径向,增加安装灵活性。圆轨的自调心设计也更能容忍较差的平行度和轨高的变化。
保护直线导轨不受固体颗粒的伤害
金属、木屑、极细玻璃、陶瓷粉尘或面粉等固体微粒进入运动部件,影响磨损和性能。微粒可落在圆轨或横轨上,也可通过空气传播。指导制造商解决粉尘和颗粒处理,通过密封和雨刷设计,防止固体污染物落在轴承表面。
在钢轨上获得一个坚固的密封是具有挑战性的,因为雨刷必须符合钢轨上的滚珠轨道,这可能会增加阻力——事实上,是圆形线性轴承的两倍。斜轨车厢的低阻力雨刷设计有助于减少这个问题,但不能完全消除它。
型材轨道可以使用刮除器来去除较重的颗粒,或者使用波纹管来保护滚道不受任何灰尘或颗粒堆积的影响。圆轨道具有天然的碎片脱落能力,由于其轴的曲率。虽然侧轨是隐蔽的,不容易直接进入,但它们不一定会脱落碎片。
圆轨和型材轨如何应对极端温度
极端的温度往往对塑料部件有最大的影响,如密封件和再循环机构。高于或低于润滑额定值的温度会导致基础油、增稠剂和添加剂等成分分离和减少。温度的波动会引起凝结,从而导致钢和铝的腐蚀以及热膨胀和热收缩。
圆轨可以容纳无塑料部件的全钢或不锈钢轴承。钢和不锈钢都提供更宽的工作温度分布,但不锈钢轴承的负载能力比钢小。此外,型材钢轨上的塑料端盖和再循环管通常防止它们在极端温度下使用。
抗振动和冲击能力
随着时间的推移,恒定的扭矩和移动会削弱组件,导致故障。冲击载荷,与瞬时冲击载荷一样,影响所有轴承。负载越重,问题就越严重,因为钢轨可以承受更重的负载,冲击是一种更大的冲击力。然而,在所有情况下,钢轨是按正常负载的能力伸缩,而不是按冲击负载的能力伸缩。最大的冲击是与重型机械,冲击是更有害的,只是因为涉及纯质量。
型材钢轨也更能承受沉重的冲击,因为它们提供了各种预载荷选项,这可以使它们更能抵抗其他不影响滚动元件的冲击。
圆轨由于其自然间隙配合,耐冲击能力较差。然而,当流体驱动力作用在钢轨上时,它们的性能要优于轮廓导轨,因为它们比轮廓导轨更不可能在赛道区域拉起。
圆轨或横轨——最终决定
是否使用圆轨或型材轨取决于应用程序。和往常一样,从建立运动轮廓和基本性能特征开始。然后根据每种环境的优缺点来评估这些选项。
只要考虑到它们的设计差异、附件和整体精度和负载要求,型材和圆轨都可以在潮湿、腐蚀性、多尘和高冲击和振动环境中使用。
在危险环境中,如果精度超过圆轨的能力是必不可少的,那么可能需要指定涂层,或者设计师需要考虑到型材轨的操作限制和增量成本。
剖面导轨在潮湿环境中可能有一些优势,因为其紧凑的尺寸提供了更大的安装灵活性,以避免潮湿,但如果宽容的公差,非标准几何形状或端支撑配置是必需的,圆形导轨有明显的优势。有许多有用的在线工具可以帮助用户权衡各种危险条件之间的权衡。
欲了解更多信息,请访问运动产业在MotionIndustries.com/designworld.也看这个视频安装选项圆轴…
关于作者
林赛Brimage是汤姆逊工业公司直线轴承和导轨产品线专家。
Lindsey支持线性轴承和指导业务,同时指导销售和客户支持技术产品咨询和培训。她在匹兹堡大学获得了化学工程理学学士学位,并在汤姆森工作了两年。
埃里克·舒尔茨是汤姆森工业公司的主要客户经理。
Eric发展和维护与关键客户的长期战略关系,在互利的项目上合作,创造解决方案,以满足目标和支持现有业务。他在伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)获得了通用工程学士学位,并在Thomson工作了两年。
总部设在卡尔加里,伊恩·米勒,工程工程师.是加拿大运动工业公司国家服务业务发展经理。
他在该领域有超过十年的液压和电气经验,包括系统设计,故障排除,现场安装,以及技术培训和支持。