目前,全世界范圍內,用來實現直線運動的直線導軌,主要是滾珠直線導軌和滾輪直線導軌。滾珠直線導軌,主要應用在高剛性和高精度的應用場合,比如機床行業;而滾輪直線導軌,主要應用在要求高速的工廠自動化項目中,其最高線速度可超10m/s,是高速直線導軌的典型代表。
一:滾輪直線導軌的高速特性:
在很多工廠自動化的項目中,并不需要機床行業要求的高剛性和高精度,要求的是適當精度和剛性條件下的高速度,滾輪直線導軌就非常適合這種應用。HEPCO滾輪直線導軌是通過V型軸承在V型導軌面上,或者外球面滾輪軸承在方型導軌面上滾動實現的高速直線運動;滾輪直線導軌在自動上下料,桁架機械手等工廠自動化的項目中得到了廣泛的應用:
HEPCO高速直線導軌的如下特性,使得其適合線速度超10米每秒的高速應用:
A:滾輪軸承的精度等級為P4,有些精度指標達P2,游隙得到了精確的控制,確保滑塊高速運行時的平穩性。
B:滾輪軸承外圈的V型槽面或圓弧滾道面,經過表面淬硬,硬度達HRC60;導軌表面也經過表面淬硬,硬度達HRC60;這樣可確保高速運行情況下,導軌的長使用壽命。
C:導軌采用了表面淬硬工藝,芯子依然是軟的;所以導軌的剛性和韌性得到了很好的平衡。適合頻繁加減速的高速應用。
D:滾輪軸承采用了精密的密封工藝和高品質的潤滑脂,高速運行時,滾動體和滾道之間的潤滑依然充分,并進行了良好的散熱;這樣才可保證滾輪軸承的終生免維護。
E:滾輪軸承和導軌之間的滾動,是在開放的空間中進行的,而不是在一個密閉的小空間里進行的,這很好地解決了高速運行時的散熱問題。
以滾輪導軌為基礎,配合同步帶傳動/齒輪齒條傳動方式,為模塊化的直線模組,大大方便了設計和裝配
基于同樣原理的滾輪圓弧導軌,同樣具有優秀的高速運行性能,最高圓周運行線速度可超5米每秒:
二:滾珠直線導軌的高速應用適應性:
滾珠直線導軌,不是很適合高速應用,如下是從產品設計的角度出發的分析:
滾珠直線導軌的滾動導軌副具有傳動效率高,承載能力和動靜剛度均較高的特點,故廣泛應用于各行各業。導軌和滑塊的圓弧滾道均經過淬火和精磨;鋼球從導軌和滑塊的承載滾道通過后,進入反向器的卸載滾道,從而實現鋼球的無限循環運動和滑塊的往復直線運動,如下圖所示:
滑塊快速移動時,鋼球從承載滾道進入方向器,然后再進入滑塊的反向孔中。鋼球在反向器中的運動,沿著180度的半圓弧運動,不停地改變運動方向,直到最后
完全實現反向運動;反向孔的壁不停地施加阻力于鋼球上,促使其改變運動方向。不管速度快慢,鋼球一直對反向器有沖擊。如果速度很快,那對方向器的沖擊就會
太大,不但反向器的損耗加快,而且會產生很大的噪音。
鋼球和導軌間的接觸角為45度,故鋼球運轉時的自轉軸線的空間方向不斷變化,無定向規律可循;根據理論力學原理,這種運動會產生陀螺力矩,陀螺力矩將使鋼球沿著滾道滑動。高速運動時,這種滑動效應非常顯著,會產生很大的滑動摩擦力,噪音將非常巨大,滾道的損耗將加快。
高速應用時,散熱是非常重要的。滾珠直線導軌的諸多滾珠,是在一個密閉的腔體里,在滾道上滾動的,不容易散熱;散熱不好,會導致滑塊的預緊力變大,使得運行阻力加大甚至卡死。
上述特點,使得滾珠直線導軌不是很適合高速的應用場合,除了損耗快之外,噪音還很大。