Направляющие шариковые или роликовые: Какие направляющие для ящиков лучше?

Краткое руководство по выбору наилучшего продукта для линейного перемещения

На рынке представлен широкий ассортимент продуктов для линейного перемещения, и бывает сложно определиться, какой продукт выбрать. В этой статье обсуждаются различные типы продуктов, доступных в зависимости от их тел качения, а также исследуются их преимущества, недостатки и ограничения. Наконец, в таблице выбора четко перечислены характеристики каждого продукта, чтобы помочь определить лучший продукт для линейного перемещения.

Некоторые из наших продуктов линейного перемещения показаны в таблице ниже:

Что такое продукты линейного перемещения?

  Основная цель продуктов линейного перемещения — перемещение чего-либо из одного места в другое в одном направлении по прямой линии. Обычно это достигается использованием подшипника с телом качения. Традиционно этот элемент качения представляет собой шарик или ролик, но в настоящее время некоторые подшипники линейного перемещения не содержат тела качения и поэтому известны как подшипники скольжения. Эти подшипники скольжения представляют собой простые пластиковые или керамические втулки, иногда покрытые тефлоновым или пропитанным маслом пластиком, чтобы уменьшить трение скольжения.

Можно добиться линейного движения без подшипников, но для перемещения груза без подшипников требуется гораздо больше усилий. Использование подшипника значительно снижает трение. Например, коэффициент трения для рециркуляционной шариковой втулки может составлять всего 0,001, тогда как коэффициент трения стали по стали (со смазкой) составляет 0,10.

Линейные подшипники можно перемещать различными способами. Они могут приводиться в движение винтами, ремнями, цепями, зубчатыми рейками или просто толкаться вручную.

Изделия для линейного перемещения можно комбинировать для создания разнонаправленных систем с 2 или 3 осями. Примерами являются стол XY (2 оси) или станок с ЧПУ (3 оси).

Ассортимент продукции

Для простоты различные продукты линейного перемещения рассматриваются в соответствии с их типом.

Линейные подшипники с шариками обеспечивают наименьшее трение. Двумя основными продуктами являются рециркуляционные шариковые втулки и системы управления движением.

1. Рециркуляционные шариковые втулки представляют собой традиционные линейные подшипники и используются с закаленными и отшлифованными валами. Шарики имеют очень маленькую площадь точечного контакта, что обеспечивает очень низкое трение качения. Однако небольшая площадь контакта означает, что они оказывают большое усилие на вал, и поэтому важно, чтобы они использовались только на закаленных валах (например, валы из стали Cf53 или валы из нержавеющей стали X9).0CrMoV18).
В системах управления движением
2. (известных как шариковые направляющие и линейные направляющие) также используются рециркулирующие шарики, но они перемещаются по профилированному рельсу. Шаровая канавка в этих рельсах обычно имеет форму готической арки, чтобы максимизировать грузоподъемность. Опять же, рельс должен быть закален, чтобы предотвратить его деформацию высоконагруженными шариками. Эти системы обычно более устойчивы к моментам, чем традиционные рециркуляционные линейные подшипники.

Роликовые подшипники имеют более высокую номинальную грузоподъемность, чем шарикоподшипники эквивалентного размера. Однако они менее терпимы к боковым силам. Роликовые подшипники в основном используются в качестве опорных роликов, но их также можно использовать в направляющих с поперечными роликами.

1. Подшипники гусеницы — это подшипники, которые катятся на своем внешнем диаметре по соответствующей дорожке. Обычно они содержат ролики в качестве тела качения, но иногда они могут содержать шарики (обычно, когда требуется радиальная грузоподъемность). Подшипники гусеницы очень универсальны и бывают разных стилей. Самый простой из них — это роликовый подшипник с полным комплектом для тяжелых условий эксплуатации (например, NUTR), в то время как другие имеют профилированные наружные кольца (v-образные или вогнутые), соответствующие профильному, а иногда и закаленному рельсу. Их можно прикрепить с помощью втулки, резьбовых шпилек или привариваемых ступиц. Другие конструкции включают дополнительный осевой ролик для восприятия поперечных нагрузок (например, комбинированные роликоподшипники)
Роликовые направляющие
2. аналогичны шариковым направляющим, но имеют большую грузоподъемность по сравнению с шариковой версией эквивалентного размера. Благодаря своей компактности и точности они часто используются в медицинских целях.
Направляющие с перекрестными роликами
3. обеспечивают очень высокую точность и высокую грузоподъемность. Однако характер их конструкции делает их уязвимыми для загрязнения, и поэтому они преимущественно используются в чистых помещениях или в вакуумных приложениях.

Подшипники скольжения (или втулки) быстро развивались за последние 20 лет с развитием пластмасс с низким коэффициентом трения. Подшипники скольжения обычно изготавливаются из пластика или керамики. Хотя они обеспечивают пониженное трение, обычно коэффициент трения значительно выше, чем у подшипников качения.

1. Пластиковые линейные подшипники дешевы и обеспечивают меньшее трение по сравнению с использованием двух одинаковых материалов вместе. Благодаря отсутствию тел качения меньше беспокойства о загрязнении продукта грязью, пылью и мусором, а также низкий уровень шума. Сегодня доступен широкий ассортимент пластиков, обладающих различными преимуществами.
Керамические линейные подшипники
2. обладают такими же характеристиками, что и пластиковые линейные подшипники. Они тихие и плавные, обычно доступны в тех же размерах, что и традиционные рециркуляционные линейные подшипники, и могут не смазываться. Кроме того, некоторые из них позволяют комбинировать вращательное движение с линейным движением.

Пригодность

При выборе изделий для линейного перемещения необходимо учитывать множество факторов. Ассортимент доступных товаров огромен, и каждый продукт представлен во многих формах и размерах. Очевидно, что цена всегда имеет значение, но у каждой системы есть свои преимущества и недостатки, и их следует учитывать при проектировании.

Факторы, которые необходимо учитывать, включают:

• Грузоподъемность (учитываются ли какие-либо моменты?)
• Точность (микронная точность от миниатюрных шариковых направляющих до менее точных опорных роликов)
• Опорное устройство (полностью поддерживаемое, с торцевой опорой, консольное или телескопическое)
• Окружающая среда (грязная/пыльная, чистая комната, вакуум, снаружи…)
• Коррозионная стойкость (медицинская, фармацевтическая, пищевая промышленность)
• Размер и масштаб (компактный, сверхмощный или нечто среднее)
• Трение (относительно системы привода)

Таблица выбора продуктов

Продукт	Трение (мк) *	Фактор стоимости	Преимущества	Недостатки
Шариковые втулки (линейные подшипники)	от 0,001 до 0,005	Низкий	Высокая точность Очень низкое трение Более жесткая, чем подшипники скольжения Может нести небольшой момент Долгий срок службы Высокая скорость	Не люблю загрязнения Требуется смазка Должен работать на закаленных валах Немного шума
Шариковые направляющие	от 0,002 до 0,004	Средний (Высокий для Миниатюры)	Высокая точность Нести большие моменты Компактный Очень низкое трение и трение при пуске Вариант миниатюрного размера	Не люблю загрязнения Требуется смазка Рельсы могут быть дорогими
Гусеницы Подшипники	от 0,005 до 0,020	Низкий	Средняя точность Высокая грузоподъемность Устойчив к некоторым загрязнениям Можно смазывать на весь срок службы Плавная работа Часто может поддерживать боковые и крутящие силы Низкое трение	Более низкие скорости Некоторые из специализированных рельсов могут быть дорогими Более высокий пуск (статическое трение), чем у рециркуляционных шариков
Направляющие с перекрестными роликами	0,005	Высокий	Высокая грузоподъемность Очень высокая точность Компактный дизайн Низкое трение	Дорогой Не нравится загрязнение Рельсы должны быть защищены сильфоном Фиксированный ход
Роликовые линейные направляющие	от 0,002 до 0,004	От среднего до высокого	Более высокая грузоподъемность, чем у эквивалента с шариковой направляющей Высокая точность Компактный дизайн Низкое трение	Дорогой Не нравится загрязнение Не так широко доступен, как шариковые направляющие
Пластиковые втулки	от 0,1 до 0,4	Низкий	Высокие скорости Низкий уровень шума Не подвержен коррозии (при использовании с валами из нержавеющей стали) Устойчив к грязи Валы могут быть мягкими при снижении поверхностного давления Смазка не требуется	Более высокое трение Борьба с моментной нагрузкой Низкая точность
Керамические втулки	от 0,09 до 0,15	Низкий	Тихий и плавный Линейное и вращательное движение Устойчив к некоторым загрязнениям Немагнитный Хорошая химическая стойкость Широкий диапазон температур Может быть самосмазывающимся	Повышенное трение Борьба с моментной нагрузкой

 

*Трение зависит от нагрузки, качества поверхности и выравнивания. Значения приведены только для сравнения.

Заключение

При выборе продуктов для линейного перемещения важно учитывать все плюсы и минусы каждого продукта. Особое внимание следует уделить трению, так как коэффициент трения скольжения (плоские втулки) заметно выше, чем коэффициент трения качения (шарики и ролики). Наименьшее значение трения в приведенной выше таблице составляет 0,001, а самое высокое — 0,4, что в 400 раз выше. Очевидно, что сила, необходимая для привода системы, значительно выше для простых втулок (и, в частности, для пластиковых втулок), но, тем не менее, они все еще могут использоваться в легких устройствах.

Рециркуляционные шариковые втулки и шариковые направляющие для высокоточных применений по-прежнему являются лидерами отрасли. Шариковые втулки универсальны, поскольку их можно использовать с полной опорой (открытый тип) или с торцевой опорой (закрытый тип). Линейные шариковые и роликовые направляющие должны полностью поддерживаться сверху или снизу. В то время как роликовые линейные направляющие обеспечивают более высокую грузоподъемность, недавняя разработка шариковых направляющих сократила разрыв между их грузоподъемностью. Шариковые направляющие по-прежнему более популярны, чем роликовые линейные направляющие, и, следовательно, цены на них, как правило, ниже.

Там, где проблема с грязью, подшипники гусеницы, безусловно, являются лучшим решением. Они имеют низкий коэффициент трения, и существуют различные системы, подходящие для широкого диапазона нагрузок (например, кулачковые ролики, V-образные подшипники, комбинированные роликоподшипники).

Рынок миниатюрных изделий, как правило, удовлетворяется за счет рециркуляционных шариковых втулок и миниатюрных шариковых направляющих. Из-за их чрезвычайно точной природы они дороги и должны указываться только в случае крайней необходимости.

Коррозионная стойкость может быть достигнута как с изделиями из нержавеющей стали, так и со специальными покрытиями. Ассортимент продукции ограничен, а стоимость может быть значительно выше, чем у стандартной продукции.