что такое линейные подшипники

Применение — системы линейного перемещения

Системы линейного скольжения – это разноплановые механизмы, которые используются в основном в промышленных отраслях, на сложном производственном оборудовании. Каждый такой линейный подшипник может иметь разную конструкцию, как самую простую, так и сложную. Некоторые типы подшипников применяют для упаковочных машин, другие для конвейерных устройств и роботизированных приборов.

Разновидности линейных подшипников и систем

Закрытый вид оснащен специальными отверстиями, а его внутренние детали очень мобильны и могут быть заменены со временем. Есть просто закрытые подшипники, а есть закрытые в корпусе.
Открытые модели так же могут быть обычными, в корпусе, или на направляющих. В их конструкции имеются широкие разрезы, благодаря чему возможно их применение на валу с опорой.
Специальная конструкция регулируемых моделей позволяет изменять степень зазора между самим подшипником, и допустим, валом.

Подшипник линейный с фланцами можно крепить прямо к поверхности той или иной детали, что существенно упрощает и ускоряет монтаж.
Рельсовый тип применяется тогда, когда требуется высокая точность и предполагается нагруженное перемещение. Рельсы и каретки обеспечивают точную работу и плавный ход. Чем длиннее каретка, тем выше грузоподъемность.

Телескопическая система конструкционно состоит из 3-х профилей, которые вложены друг в друга, и при необходимости могут выдвигаться. Такой механизм достаточно жесткий, не боится нагрузок, вибраций, ударов.
Валы, применяемые для линейных подшипников

Полые и цельные. Первый вариант, как уже понятно из названия, имеет внутри пустоту. Цельные производятся из нержавеющего сплава, алюминия, металла с керамическим покрытием и пр.
Шлицевые валы крайне износостойкие и имеют завидную жесткость. Они легко переносят нагрузки, простые в монтаже. Особенно рекомендованы для механизмов, которые подвержены ударам, вибрациям.
Валы на опоре обеспечивают качественную поддержку направляющих по всей длине, предотвращая их прогиб в процессе работы. Такой вал надежный, имеет хорошую грузоподъемность, прост в монтаже.
На что обратить внимание при выборе линейного подшипника?

Системы линейного перемещения выбираются исходя из предполагаемых условий эксплуатации и реальных их технических характеристик. Так, например, учитываются предстоящие нагрузки и возможность их выдержать. Также следует обратить внимание на предполагаемый срок службы. Если это сложный механизм, лучше всего выбирать модели с большим сроком эксплуатации. Кроме того, нужно обязательно учитывать такие показатели, как скорость, жесткость, точность, от этого напрямую зависит работоспособность механизма. Не лишним будет уточнить у продавца, имеются ли какие ограничения по монтажу и эксплуатации системы. Не стоит забывать и о размерах подшипника, внутреннем, внешнем диаметре, ширине. Размеры должны совпадать с параметрами той или иной машины, установки, для которой приобретается деталь.

Линейные подшипники купить можно от разных производителей, здесь лучше полагаться на собственный опыт или отзывы других пользователей. Такие детали изготавливают в Германии, Франции, Румынии, России, Японии и других странах, при этом у одного и того же бренда заводы могут быть расположены в разных точках земного шара. Возьмем, к примеру, бренд SKF, у которого несколько производственных площадок во всех уголках мира. Но это не значит, что продукция СКФ из Германии будет намного лучше, чем с китайского завода. Производитель осуществляет тщательный контроль качества своей продукции, независимо от того на каком заводе она была изготовлена.

Линейные подшипники скольжения имеют много разновидностей, соответственно и цена на них будет разной. Чем сложнее конструкция, тем выше стоимость запчасти. Но иногда покупатели сами переплачивают за ненужные характеристики, например, когда выбирают модель максимальной грузоподъемности для механизмов, не требующих таких функций.

При покупке систем линейного скольжения основательно выбирайте продавца, который не только реализует качественные и оригинальные товары, но и поможет подобрать подшипник по выгодной цене.

Применение винтовых домкратов

Манипуляционная система
Система слежения за солнцем
Подъемная платформа
Система позиционирования с ручным приводом
Система наклона

Источник

Линейные подшипники

Рис. 1 Элементы линейного подшипника

Наружная гильза является корпусом линейного подшипника. Гильза имеет высокую твердость и шлифованную поверхность.

Уплотнение скребкового типа служит для предотвращения попадания грязи в подшипник и сохранения в нем смазки. Уплотнение может быть встроенного и разделяемого типа. Уплотнение разделяемого типа рекомендуется при работе в загрязненной среде.

Запорные кольца служат для фиксации линейного подшипника в корпусе и ничем не отличаются от применяемых в машиностроении пружинных кольцевых стопоров (зегеров). Возможна поставка подшипника как с кольцами, так и без них.

Линейные подшипники стандартизованы. Стандарт ISO 10285 содержит основные размеры, отклонения и определения для линейных шариковых подшипников. Они классифицируются по сериям геометрических размеров и классов точности. В таблице 1 содержатся размеры различных серий подшипников, наиболее часто встречающихся на нашем рынке.

Рис. 2 Основные размеры линейных подшипников

Таблица 1. Основные размеры линейных подшипников, мм

Диаметр направляющей d

а) Подшипники закрытого типа

б) Регулируемые (прорезные) подшипники

в) Подшипники открытого типа

Рис. 3 Типы линейных подшипников

Величина радиального зазора в паре подшипник – направляющая зависит от полей допусков посадочного отверстия и направляющей. Рекомендуемые посадки (посадочное отверстие/направляющая): для закрытых подшипников — H 6/ h 6, H 7/ h 7; для подшипников регулируемого и открытого типов — H 6/ h 6, JS 6/ h 6, K 6/ h 6, H 7/ h 7, JS 7/ h 7, K 7/ h 7.

Подшипники регулируемые (прорезные) и открытые имеют возможность регулировки радиального зазора. В конструкциях с так называемым нулевым зазором, радиальные зазоры должны быть уменьшены регулировочным винтом в корпусе подшипника. Если узел подвергается воздействию вибрации, должны быть предусмотрены меры по стопорению регулировочного винта. Радиальный зазор в подшипниках закрытого типа не регулируется.

Если требуется отрицательный зазор (предварительный натяг), рекомендуется установить нулевой зазор, используя фальш-направляющую. Диаметр фальш-направляющей должен быть меньше рабочего на величину желаемого предварительного натяга.

Расчет и выбор линейных подшипников (как и обычных подшипников качения) основан на понятиях номинальной долговечности, номинальной динамической грузоподъемности, статической грузоподъемности и приведенной нагрузки.

Номинальная долговечность — такое число часов работы, которое выдерживают 90% или более подшипников одной группы, выполненных из одинаковых материалов и заданным качеством, и работающих в идентичных условиях.

Долговечность подшипников в значительной мере определяется качеством и твердостью направляющей, используемой с линейным подшипником. Закалка направляющей и ее шлифовка обеспечивает продолжительную эксплуатацию линейных подшипников.

Значения динамической грузоподъемности C и статической грузоподъемности C ₀ приводятся в каталогах подшипников. Сводные данные от различных изготовителей приведены в таблицах 2 и 3. Поскольку на рынке наиболее широко распространены подшипники серии 3, они вынесены в отдельную таблицу 3.

Таблица 2 Динамическая и статическая грузоподъемность подшипников серий 1,2,4

Диаметр направляющей d

BOSCH

BOSCH

BOSCH

Таблица 3 Динамическая и статическая грузоподъемность подшипников серии 3

Диаметр направляющей Æ d, мм

Стандартные линейные подшипники

Улучшенные линейные подшипники

Приведенная нагрузка определяется исходя из схемы нагружения всего механизма. Она может быть постоянной, переменной или сопровождаться ударами. Кроме того, для линейных подшипников следует учитывать направление действия нагрузки относительно тел качения.

Рис. 4 Направление нагрузки

Для отрытых линейных подшипников коэффициенты f _e или f_{o e} , аналогично учитывающие направление нагрузки следует брать по рисунку 1 [1], в зависимости от угла e ° приложения нагрузки.

F, Н — эквивалентная динамическая нагрузка

F₁, F₂, …, F_n, Н — ступенчатые дискретные динамические нагрузки

При линейном изменении нагрузки от F_min до F_max эквивалентная нагрузка

Коэффициент твердости направляющей f_H определяется по рисунку 2 [1]. Температурный коэффициент f_t определяется по таблице 3 [1]. Коэффициент номинальной долговечности f_L определяется по рисунку 3 [1].

По требуемой динамической грузоподъемности по каталогу фирмы – производителя подбирается подшипник с следующей более высокой динамической грузоподъемностью. Сводные даные наиболее распространенных типоразмеров приведены в таблицах 2 и 3. Затем производится расчет ожидаемой долговечности.

Линейные подшипники обладают низким коэффициентом трения. Коэффициент трения m неуплотненных подшипников с маслом в качестве смазки лежит в пределах 0,001 и 0,004. В таблице 4 [1] приведены ориентировочные значения сил трения покоя и движения для линейных подшипников, имеющих уплотнение с двух сторон и не нагруженных радиальными силами.

На рисунке 5 приведены возможные варианты установки линейных подшипников в корпусах.

Фиксация подшипника при помощи наружных пружинных упорных колец

Фиксация подшипника при помощи внутренних пружинных упорных колец

Источник

Что такое линейные подшипники

Назначение

Подвижные узлы промышленного оборудования исторически воспринимались в первую очередь как вращательные механизмы, состоящие из валов, ременных и цепных передач, приводов. В них нашли широкое применение подшипники качения. Линейные направляющие для обеспечения линейных перемещений считались вспомогательными узлами. Для уменьшения трения в них использовались только узлы скольжения. Современное производство, транспорт, медицинская и бытовая техника потребовали создание устройств линейного перемещения, обеспечивающих малые потери на трение, точное и управляемое позиционирование.

Скоростное, точное, с малым трением линейное перемещение одной части механизма относительно другой в таких устройствах достигается за счёт шариков, размещённых между движущимися частями. Трение скольжения заменяется на трение качения.

По аналогии с подшипниками вращения узел трения качения в устройствах линейного перемещения назвали линейным подшипником. Иногда линейными подшипниками называют узлы, в которых каретка перемещается по направляющей в условиях, когда между ними действуют силы трения, а не качения.

Далее под линейным подшипником мы будем понимать по только узлы, в которых есть шарики (ролики), обеспечивающие взаимодействие движущихся частей за счёт трения качения.

Ниже мы рассмотрим три типа устройств линейного перемещения, использующие трение качения:

На принципах линейного подшипника выпускается широкий спектр изделий: – винтовые передачи качения; планетарные передачи; системы позиционирования; координатные столы; электромеханические линейные приводы; телескопические колонны и т.д.

Даже в мебельных изделиях в настоящее время находят всё более широкое применение электромеханические линейные приводы – их используют, чтобы обеспечить легкость и точность выдвижения ящиков из тумб и столов.

Рельсовые устройства линейного перемещения

Представим прямой гладкий вал – цилиндр, и муфту (каретку) с цилиндрическим отверстием диаметром несколько больше диаметра цилиндра. Используя соответствующий привод, можно организовать линейное движение каретки вдоль вала. В таком механизме движению каретки будут противодействовать силы трения скольжения. Это вызывает снижение КПД, уменьшение точности позиционирования, необходимость приложения к каретке больших усилий при начале движения и т.п.

Указанные недостатки можно устранить за счет использования шариковых втулок, рисунок ЛП-1.

Рисунок ЛП-1. Линейные подшипники (линейные шариковые втулки).

Линейные шариковые втулки (линейные подшипники) имеют систему возврата (рециркуляции) шариков и предназначены для прямолинейного перемещения втулки (каретки) с неограниченным ходом.

Система возврата представляет канал в форме вытянутого овала (рисунок ЛП-2). Линейные стороны овала лежат на разном расстоянии от оси втулки. На стороне с меньшим расстоянием от оси втулки шарики катятся по рабочей дорожке втулки и взаимодействуют с направляющей осью. Затем шарики под воздействием накатывающихся по рабочей дорожке шариков вытесняются в канал возврата, проходят по нему в обратном по отношению к движению втулки направлению, и снова принимают нагрузку между втулкой и валом (направляющей).

Рисунок ЛП-2. Возврат (рециркуляция) шариков в линейном подшипнике.

Для шариковых втулок существует два стандартных метрических размерных ряда:

· компактные шариковые втулки по ISO 1;

· шариковые втулки повышенной грузоподъемности по ISO 3.

Некоторые американские компании до сих пор выпускают шариковые втулки с дюймовыми размерами.

Практически все известные производители придерживаются стандартов ISO. Поэтому возможна замена отслуживших своё линейных шариковых подшипников одной компании на подшипники другой компании.

Выпускаются линейные подшипники с круглыми или квадратными фланцами.

Выпускаются самоустанавливающиеся линейные втулки. Самоустанавливающиеся линейные втулки допускают отклонение оси вала относительно оси втулки на величину до одного углового градуса. Линейные самоустанавливающиеся втулки снижают влияние ошибок изготовления и монтажа направляющих валов на работу устройства линейного перемещения.

Производятся линейные втулки с регулируемым внутренним зазором.

Линейный шарикоподшипник состоит из одной, двух или четырёх шариковых втулок, установленных в его корпусе, рисунок ЛП-3. Линейный подшипник ещё называют «кареткой». В линейном подшипнике втулки могут иметь систему регулировки внутреннего зазора.

Рисунок ЛП-3. Линейные подшипники с одной, двумя и четырьмя шариковыми втулками.

У «открытых» линейных шариковых втулок корпус изготовлен в форме цилиндра с «вырезанным» сегментом для обеспечения беспрепятственного движения втулки по валу, установленному на опору, рисунок ЛП-4.

Рисунок ЛП-4. Линейный подшипник с вырезанным сегментом для вала, установленного на опору.

Линейные шариковые подшипники предназначены только для линейных перемещений. Они не могут вращаться вокруг собственной оси во время работы.

Если необходимо организовать вращательное и поступательное движение одновременно, то для этой цели применяются специальные шариковые втулки.

Во втулках с ограниченным линейным ходом шарики в сепараторе из металлического сплава обеспечивают вращательное движение корпуса втулки относительно вала, рисунок ЛП-5.

Рисунок ЛП-5. Линейный подшипники с ограниченным ходом.

Примеры использования линейных подшипников: вертикальный робот-манипулятор, многоступенчатая ременная передача, устройство смены инструмента, поворотный стол.

Прецизионные валы

Прецизионным валом называют часть устройства линейного перемещения, которая, за счёт точности изготовления, совместно с линейным шариковым подшипником обеспечивает заданную точность и скорость перемещения каретки. Прецизионные валы используются также для обеспечения точных линейно-вращательных перемещений.

Прецизионные валы производятся из износостойкой стали с последующей индукционной высокочастотной закалкой, из нержавеющих сталей, а также с использованием различных антикоррозионных покрытий. Стандартная шероховатость составляет 0,4 Ra, твердость 54 – 64 HRC.

Производятся и полые валы. Их использование оправданно, если вал является подвижной частью механизма, т.к. полый вал уменьшает массу подвижных частей.

Использование открытых типов линейных подшипников обычно предполагает использование вала совместно с опорой, рисунок ЛП-6.

Рисунок ЛП-6. Прецизионный вал, линейный подшипник (каретка) и опора вала.

Профильные рельсовые направляющие

Если разработана система возврата шариков, то почему бы не выполнить устройство линейного перемещения, в котором линейное направление задаёт не вал, а другой профиль? Такие устройства получили широкое распространение. Это шариковые рельсовые устройства линейного перемещения, рисунки ЛП-7 и ЛП-8.

Рисунок ЛП-7. Устройство линейного перемещения рельсовое.

Рисунок ЛП-8. Устройство линейного перемещения рельсовое – внешний вид.

Каретка передвигается по рельсу, опираясь на тела вращения – шарики. Механизм возврата (рециркуляции) шариков в целом аналогичен механизму, используемому в шариковых втулках. Естественно, возможность вращения вокруг оси у каретки отсутствует.

Существует большое количество типов рельсовых линейных устройств. Они отличаются формой рельса, типоразмерами, комплектностью поставки и пр. Рельсовые устройства нашли самое широкое применение в робототехнике, медицине, других отраслях промышленности и народного хозяйства.

Винтовые устройства линейного перемещения

Винтовая передача (Рисунок ЛП-9) – устройство, обеспечивающее преобразование вращательного движения в линейное. Используется в производстве сотен лет. Состоит из муфты (гайки) с нарезанной резьбой и вала (винта) с резьбой. Муфта фиксируется так, чтобы она не могла вращаться, но могла свободно перемещаться в осевом направлении. Тогда при вращении вала муфта будет совершать линейные перемещения. Винтовая передача используется, например, для организации перемещения резца токарного станка вдоль оси детали.

Рисунок ЛП-9. Винтовая передача. А) – муфта (гайка), Б) – вал (винт).

Основной недостаток винтовой передачи – большие потери на трение скольжения в нарезах резьбы винта и гайки, как следствие – их быстрый износ.

Шарико-винтовая передача (рисунки ЛП-10, ЛП-11) устраняет эти недостатки.

Шарико-винтовая передача (ШВП) – это линейный механический привод, преобразующий вращение в линейное перемещение и наоборот. Конструктивно она представляет собой длинный винт, по которому движется шариковая гайка. Внутри гайки между ее внутренней резьбой и резьбой винта по спиралевидной траектории катятся шарики. Рециркуляция шариков обеспечивается возвратными каналами, идущими под углом и параллельно оси винта.

Рисунок ЛП-10. Шарико-винтовая передача.

Рисунок ЛП-11. Шарико-винтовая передача. Схема.

Применение шариковинтовых передач позволяет достичь высокой точности позиционирования элементов линейного узла относительно друг друга, а также снизить или полностью устранить люфт.

Появление шарико-винтовой передачи стала возможным после разработки систем рециркуляции (возврата) шариков. Наиболее известны две системы:

· система возвращения после одного витка;

· система возвращения по канавке через всю гайку.

Системы возвращения после одного витка, (single-liner ball return system)

Для обеспечения заданного числа нагруженных витков при той или иной величине загрузки используется четыре и более возвратных каналов. Простота устройства обеспечивает надежность такой системы возврата шариков. Чаще всего схема используется для винтов с небольшим шагом.

Рисунок ЛП-12. Система возвращения шариков после одного витка.

Системы возвращения по канавке через всю гайку (endcap ball return system)

Для винтов с более крупным шагом предпочтительнее система с возвратом по канавке через все гайку, рисунок ЛП-13. Шарики двигаются вокруг винта по всей длине гайки, затем возвращаются обратно по канавке или трубке. Эта внутренняя канавка (трубка) связывает оба конца гайки, и шарики по ней возвращаются после того, как пробежали по винту весь цикл. В конце канала возврата они опять соприкасаются с винтом и начинают вращение и движение вокруг него, соприкасаясь с дорожками качения винта и муфты. Форма заглушки на конце возвратного канала исключает образование «мертвых зон» в муфте и оптимизирует нагрузочную способность. Форма возвращающего канала (канавки) зависит от скорости вращения. При высоких скоростях предпочтительнее использовать несколько возвратных каналов.

Рисунок ЛП-13. Система возвращения шариков через всю гайку.

Телескопические устройства линейного перемещения

Телескопические устройства линейного рельсового перемещения – ещё одна разновидность устройств линейного перемещения. Телескопические рельсы – это гибрид выдвижных салазок и «развернутого» по оси шарикоподшипника. Профили той или иной формы имеют возможность линейно перемещаться относительно друг друга. Но при этом они не соприкасаются между собой непосредственно, между ними расположены тела качения, например, шарики, катящиеся при линейных перемещениях профилей по дорожкам качения на профилях. Использование трех вложенных профилей позволяет рельсовой конструкции удлиняться более, чем в два раза.

Важной особенностью телескопических рельсов является материал, из которого они изготовлены, и технология изготовления. Материал – это холоднокатаная подшипниковая сталь. Высокая жесткость позволяет профилям почти не изгибаться под нагрузкой в раздвинутом положении, а также выдерживать удары и вибрации.

Существует несколько типовых решений для телескопических устройств.

1. Устройства с небольшим удлинением, рисунок ЛП-14, А), Б).

Рисунок ЛП-14. Телескопические устройства линейного перемещения с небольшим удлинением.

Устройства этого типа отличает простота конструкции, высокая грузоподъёмность, компактность. Устройства работоспособны в сложных условиях эксплуатации и при внешних механических воздействиях.

2. Устройства с большим удлинением, рисунок ЛП-15.

Рисунок ЛП-15. Телескопические устройства линейного перемещения с большим удлинением.

Устройства отличает возможность выдвижения на большую длину при значительной грузоподъёмности и при компактных размерах.

3. Устройства, использующие направляющие S-образного профиля, рисунок ЛП-16.

Рисунок ЛП-16. Телескопические устройства линейного перемещения с направляющими S-образного профиля.

Устройство отличает высокая жёсткость и значительный момент инерции, а также компактность.

4. Устройства, обеспечивающие очень большое удлинение, рисунок ЛП-17.

Рисунок ЛП-17. Телескопические устройства линейного перемещения с очень большим удлинением.

Обеспечивает большое удлинение, относительно малый прогиб и относительно высокую грузоподъёмность.

Помимо перечисленных телескопических устройств с высокой грузоподъёмность существуют легкие и ультралегкие конструкции, выполняющие те же функции, но в диапазоне нагрузок до десятков килограммов.

5. Телескопические линейные устройства

Телескопические линейные устройства могут использоваться как для линейных перемещений в горизонтальном направлении, так и для вертикальных линейных перемещений, рисунок ЛП-18.

Рисунок ЛП-18. Использование телескопических опор для линейных передвижений.

Пример использования телескопических опор

Под полом современных вагонов непременно устанавливаются тяжелые блоки аккумуляторных батарей. Батареи необходимо обслуживать, а значит – иметь удобный доступ к ним.

Альтернативой доступа через люк в полу является использование телескопических опор, рисунок 19. Для обслуживания опоры (в данном примере – S-образные) разблокируются, и батарея аккумуляторов выкатывается (извлекается) на них в направлении, перпендикулярном оси вагона из-под его пола. После окончания обслуживания или замены батарея возвращается под вагон одним рабочим, телескопические опоры фиксируются.

Рисунок ЛП-19. Использование телескопических опор для выдвижения батареи аккумуляторов.

Достоинства устройств линейного перемещения

Преимуществами устройств линейного перемещения являются:

· высокая нагрузочная способность;

· большой КПД, сокращение потерь энергии на преодоление трения;

· работа при больших нагрузках;

· высокая плавность хода;

· уменьшение усилий, необходимых для перемещения элементов устройства линейного перемещения друг относительно друга;

· возможность работы на больших линейных скоростях и ускорениях;

· регулировка предварительного натяжения;

· длительный срок службы;

· относительная простота монтажа и обслуживания.

Конструкции и исполнения

Выбор типа, модели, исполнения для устройства линейного перемещения является сложной задачей. В её решении могут оказать существенную помощь каталоги, методики и автоматизированные системы расчёта, которые предлагают компании – производители подшипников и устройств линейного перемещения.

Источник