Направляющие прямолинейного движения. Общие сведения

Прямолинейно-направляющий механизм - механизм, у которого часть траектории или вся траектория одной из точек какого-либо звена, совершающего сложное движение, есть прямолинейный отрезок или дуга кривой, мало отклоняющаяся от прямой. Прямолинейность движения достигается путём подбора соотношений между длинами звеньев механизма. Наиболее известны направляющие прямолинейного движения Чебышева и Уатта.Оба механизма — шарнирные четырёхзвенники, т.е. составлены из 4 звеньев, образующих между собой вращательные пары.

Помимо повышенной точности и жесткости к направляющим устройствам предъявляются следующие требования: 1) обеспечение высокой скорости и ускорения; 2) низкие силы трения; 3) повышение максимальных допустимых нагрузок; 4) повышение срока службы; 5) интеграция измерительных устройств.

Классифицировать направляющие устройства можно по нескольким признакам.

В зависимости от максимально допустимой статической нагрузки направляющие качения можно разделить на три группы:

- миниатюрные направляющие, с максимальной нагрузкой до 29000Н;

- шариковые, с максимальной нагрузкой до 289000Н;

- роликовые, с максимальной нагрузкой до 19419000Н.

Классификация в зависимости от максимально допустимой статической нагрузки не является общей для всех типов направляющих, ее величина может меняться в зависимости от конструкции и разработки определенной фирмы. Данный классификационный признак также отражает возможности и несущие способности отдельных групп опор качения.

По форме элементов качения направляющие делятся на четыре группы:- шариковые;- роликовые;- игольчатые;- комбинированные.

Игольчатые и комбинированные поры качения в основном используются в миниатюрных направляющих.

По количеству рядов опор качения направляющие устройства делятся на однорядные и двухрядные.

По способу закрепления элементов качения направляющие устройства делятся две группы:- направляющие с циркуляцией элементов качения;- направляющие с закрепленными сепараторами; в свою очередь направляющие с циркуляцией элементов качения делятся на две группы: - с циркуляцией одновременно двух рядов элементов качения;- с возможностью циркуляции отдельных потоков элементов качения.

По методу регулирования натяга направляющие устройства можно разделить на четыре основные группы, в зависимости от устройств, обеспечивающих предварительный натяг:- с помощью винта;- с помощью клиньев; - за счет прокладок;- за счет элемента конструкции.

В зависимости от конструкции сепаратора и количества элементов качения направляющие устройства делятся на две группы: - сепараторы для кареток с рециркуляцией элементов качения;- сепараторы для кареток с закрепленными сепараторами.

В свою очередь сепараторы для кареток с циркуляцией можно разделить на две группы: для закрепления элементов одной замкнутой цепи и для одновременного крепления двух рядов циркуляции.

Важным классификационным признаком является величина предварительного натяга. Практически все ведущие фирмы в производстве направляющих устройств разделяют величину предварительного натяга в зависимости от характера условий работы и величины статической нагрузки (С). На основе этого направляющие устройства могут быть разделены на четыре основные группы:

- без предварительного натяга;- с величиной предварительного натяга 0,02 С;

- с величиной предварительного натяга 0,08 С;

- с величиной предварительного натяга 0,12 С.

Разработанная классификация отражает основные признаки направляющих устройств качения, которые были определены на основе материала ведущих фирм по производству направляющих устройств.

Общепромышленные рельсовые направляющие применяются в станкостроении, при производстве или модернизации металло- и деревообрабатывающего оборудования, в транспортных системах, при конструировании промышленных роботов, в лабораторном и научно-исследовательском оборудовании, в приборостроении. Миниатюрные направляющие используются в лабораторном оборудовании и медицинской технике, при производстве микросхем и полупроводниковой техники, а также в легких и сверхлегких системах точного линейного перемещения различного назначения.

Направляющие скольжения

Направляющие скольжения имеют смешанный характер трения, при котором слой смазки не обеспечивает полного разделения трущихся поверхностей неподвижного и подвижного элементов направляющей, которое имеет место в гидродинамических, гидростатических и аэростатических направляющих.

Основными преимуществами направляющих скольжения со смешанным характером трения являются простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жесткость, демпфирование, невысокая стоимость. Однако в современных условиях тип направляющих со смешанным трением имеет существенные недостатки, основными из которых являются большое трение, ограничивающее скорость перемещения узлов, большой износ направляющих, а также скачкообразность движения при трогании с места и на малых скоростях, не позволяющая осуществлять точное позиционирование узлов.

Применение накладок из полимерных материалов и специальных "антискачковых" смазок позволяет в значительной мере, но не полностью, устранить указанные недостатки обычных направляющих скольжения.

Гидродинамические и гидростатические направляющие имеют не большое трение, высокую демпфирующую способность, обеспечивают высокую плавность хода и малые усилия перемещения, практически неизнашиваемы. Однако их жесткость не столь высока, как у направляющих смешанного трения, при высоких скоростях перемещения они генерируют избыточное тепло, вызывающее нагрев смазки и всего кинематического узла, требуют сложной навесной гидроаппаратуры и, в целом, значительно дороже других типов направляющих, что ограничивает область их применения (главным образом, это особо тяжелые и уникальные станки).

Аэростатические направляющие имеют особо малое трение, обеспечивают высокую точность перемещений, обладают высокой долговечностью, однако так же имеют ограниченную нагрузочную способность и подвержены случайным отказам, что сужает область их применения (координатно-измерительные машины, станки для обработки печатных плат, алмазно-токарные станки и некоторые другие типы станков с малыми нагрузками на направляющие).