Линейна деформация на вала: Кога неподдържан вал се нуждае от допълнителна опора

 

В много прости системи за линейно движение, неподдържан линеен вал може да работи добре, когато ходът е кратък и натоварването е малко. Той е икономичен, лесен за инсталиране и широко използван със стандартни линейни лагери. Въпреки това, когато валът стане по-дълъг или движещият се товар стане по-тежък, деформацията на вала може да се превърне в истински проблем.

Линейната деформация на вала не винаги означава, че валът е счупен. В много случаи валът се огъва само леко под натоварване. Но дори малко огъване може да повлияе на движението на линейния лагер. Лагерът може да се чувства стегнат в някои позиции, плъзгащата сила може да стане неравномерна или машината може да загуби стабилност по време на многократно движение.

Тази статия обяснява какво е линейна деформация на вала, защо неподдържаните валове се огъват по-лесно и когаподдържан линеен вал, SBR поддържана релса, TBR поддържана релса, или трябва да се има предвид профилен линеен водач.

Какво е линейна деформация на вала?

Линейното отклонение на вала се отнася до огъване или провисване на aкръгъл линеен валпод товар. Най-често се среща, когато валът е поддържан само в двата края и неподдържаният участък е относително дълъг.

В линейната лагерна система валът не е само водеща повърхност. Той също така става част от носещата конструкция. Ако валът се огъне по време на работа, състоянието на контакт между вала и линейния лагер се променя. Това може да увеличи триенето, да създаде неравномерно натоварване върху сачмите на лагера и да намали плавността на движението.

Поради тази причина деформацията на вала трябва да се разглежда заедно с диаметъра на вала, дължината на вала, теглото на товара, типа на лагера, посоката на монтаж и твърдостта на рамката на машината.

Защо неподдържаните линейни валове се огъват по-лесно

Линеен вал без опора обикновено се фиксира в двата края или се монтира с опорни блокове на вала. Средната част на вала няма непрекъсната опора. Когато валът е къс, тази структура може да бъде проста и ефективна. Но когато разстоянието между опорите стане по-дълго, валът става по-лесен за огъване под тежестта на движещите се части.

Това е особено важно при системите за хоризонтално движение. При хоризонтален монтаж гравитацията действа директно върху вала и движещата се шейна. Ако диаметърът на вала е твърде малък за обхвата и натоварването, валът може да се огъне в средата. Колкото по-дълъг е неподдържаният участък, толкова по-важна става твърдостта.

Проблемът не винаги е видим на пръв поглед. Един вал може да изглежда прав, когато няма натоварване, но след добавянето на линейния лагерен блок, монтажната плоча, приспособлението или детайла, валът може да се огъне достатъчно, за да повлияе на движението.

Кога деформацията на вала се превръща в проблем?

Малко отклонение на вала все пак може да бъде приемливо при ниско{0}}прецизно или леко-оборудване. Деформацията на вала се превръща в проблем, когато започне да влияе върху движението на лагера, стабилността на позициониране или експлоатационния живот.

В много реални приложения първият предупредителен знак не е видимо огъване. Вместо това машината може да покаже нестабилно движение или неравномерно съпротивление при плъзгане.

Ако тези проблеми се появят след увеличаване на дължината на вала, теглото на товара или работната скорост, деформацията на вала трябва да се провери преди смяната само на лагера.

Справка за отклонение на вала: Колко е твърде много

Следващата таблица показва приблизителните стойности на отклонение в средната точка за просто поддържан хоризонтален вал при натоварване в централна точка. Тези цифри предполагат здрав стоманен вал (E=206 GPa), поддържан в двата края с натоварване, приложено в центъра - най-лошата-позиция за отклонение.

 

Диаметър на вала	Неподдържан диапазон	5 кг Натоварване	10 кг Натоварване	20 кг Натоварване
16 мм	400 мм	0,05 мм	0,10 мм	0,20 мм
16 мм	600 мм	0,17 мм	0,34 мм	0,68 мм
20 мм	500 мм	0,04 мм	0,08 мм	0,16 мм
20 мм	800 мм	0,16 мм	0,32 мм	0,64 мм
25 мм	600 мм	0,04 мм	0,08 мм	0,16 мм
25 мм	1000 мм	0,19 мм	0,38 мм	0,76 мм
32 мм	800 мм	0,04 мм	0,08 мм	0,16 мм
32 мм	1200 мм	0,20 мм	0,40 мм	0,80 мм

 

 

Забележка: Тези стойности отразяват деформацията на собственото{0}}тегло на вала плюс деформацията на точковото натоварване комбинирано. Действителната деформация зависи от положението на лагерния блок, разпределението на масата на каретката и твърдостта на рамката на машината. Използвайте тези цифри като начална справка, а не окончателно изчисление на проекта.

 

Колко отклонение е приемливо?

Като практическа справка за избор на метод за опора на вала:

 

Под 0,05 mm:Като цяло приемливо за повечето леки{0}}приложения и приложения за обща автоматизация

0,05–0,10 mm:Граничната линия - може да причини забележими промени в съпротивлението в лагера; помислете за по-голям диаметър или поддържан вал

Над 0,10 mm:Вероятно да причини блокиране на лагера, неравномерна сила на плъзгане и ускорено износване; трябва да се оцени поддържан вал, SBR релса или профилна линейна направляваща

 

За прецизно оборудване като машини за лазерно маркиране, инспекционни системи или маси за измерване на координати, приемливата граница обикновено е 0,02–0,03 mm. В тези случаи неподдържаният вал рядко е правилният избор, независимо от диаметъра.

Неподдържан линеен вал срещу поддържан линеен вал: истинската разлика

Основната разлика между линеен вал без опора и линеен вал с опора не е само формата на продукта. Това е начинът, по който валът се поддържа по време на работа.

Неподдържаният вал зависи главно от крайни опори или монтажни блокове. Поддържаният линеен вал има опорна основа под вала по дължината си. Тази непрекъсната опора помага за намаляване на огъването и подобрява стабилността при по-дълги пътувания.

Това не означава, че поддържаният вал винаги е по-добрият избор. Правилният избор зависи от действителното натоварване, хода, диаметъра на вала, изискването за точност и наличното място за монтаж.

Фактори, които увеличават линейната деформация на вала

Деформацията на вала не трябва да се оценява само по дължината на вала. Дълъг вал с достатъчно голям диаметър и лек товар все още може да работи добре. По-къс вал с голямо натоварване и лоша опора все още може да причини проблеми с движението. Трябва да се проверят заедно няколко фактора.

Дължина на вала

Колкото по-дълъг е неподдържаният участък, толкова по-лесно се огъва валът. Оборудването за дълги пътувания, плъзгащите се маси, машините за рязане и автоматизираните рамки трябва да обърнат повече внимание на опората на вала.

Диаметър на вала

По-големият диаметър на вала обикновено осигурява по-висока твърдост. Ако диаметърът на вала е твърде малък за дължината на движение и натоварването, може да се наложи увеличаване на диаметъра или промяна на метода на опора.

Тегло на товара

Подвижната плоча, приспособлението, инструментът, детайлът и лагерните блокове добавят натоварване към направляващата система. Ако реалното натоварване е по-високо от очакваното, валът може да се изкриви повече от допустимото от първоначалния дизайн.

Поддържащо разстояние

За неподдържани валове разстоянието между опорните точки е много важно. Ако опорите са твърде далеч една от друга, средната част на вала става най-слабата зона под натоварване.

Посока на монтаж

При хоризонтален монтаж гравитацията може да причини провисване на вала. При вертикален монтаж валът може да се използва главно за насочване, но подравняването и твърдостта все още са важни за стабилното движение.

Паралелно подравняване на валовете

Много машини използват два успоредни вала. Ако единият вал се огъне повече от другия или ако двата вала не са монтирани успоредно, линейните лагери може да се закачат. В този случай проблемът може да изглежда като повреда на лагера, но истинската причина може да е опора или подравняване.

Кога трябва да изберете поддържан линеен вал?

Поддържан линеен вал обикновено се разглежда, когато системата за движение се нуждае от по-добра опора, отколкото може да осигури обикновен неподдържан вал. Обикновено се използва при приложения с по-дълъг ход, където валът трябва да остане стабилен по време на многократно движение.

Може да се нуждаете от поддържан линеен вал или поддържана от SBR линейна релса, когато:

• Валът е дълъг и се поддържа само в двата края.
• Движещата се плоча или каретка не е много лека.
• Лагерът става стегнат близо до средата на хода.
• Машината се нуждае от по-плавно движение при по-дълъг ход.
• Системата се използва в CNC рутери, дървообработващи машини, маси за автоматизация, опаковъчни машини или подобно оборудване.
• Купувачът се нуждае от по-добра стабилност, но не се нуждае от линеен направляващ профил с висока-твърдост.

SBR поддържаните релси са общоприето решение за икономични поддържани системи с кръгли валове. Релсите, поддържани от TBR, могат да бъдат разгледани, когато конструкцията се нуждае от по-добра твърдост от стандартната система SBR.

Кога неподдържан вал все още е приемлив?

Неподдържаният линеен вал все още е полезен в много машини. Не трябва да се заменя с поддържан вал при всяко приложение. За системи с къс ход и лек товар, неподдържан вал може да бъде по-прост, по-компактен и по-икономичен.

Линеен вал без опора може да е подходящ, когато:

• Дължината на хода е малка.
• Движещият се товар е лек.
• Диаметърът на вала е достатъчно голям за обхвата.
• Машината не изисква висока твърдост или висока точност на позициониране.
• Оборудването има достатъчна опора на рамката и добро подравняване.
• Дизайнът изисква проста и евтина-структура за линейно движение.

За много леки -устройства неподдържан вал с подходящ линеен лагер може да осигури плавно и надеждно движение. Ключът е да се провери дали обхватът, натоварването и твърдостта отговарят на реалните работни условия.

Кога вместо това трябва да помислите за профилна линейна направляваща?

Поддържаният линеен вал може да намали деформацията, но все пак е различен от профилния линеен водач. Ако машината изисква по-висока твърдост, по-силен капацитет на моментно натоварване, по-добра прецизност или устойчивост на сила на рязане и вибрации, профилният линеен водач може да бъде по-подходящ.

Профилните линейни направляващи често се използват в машини с ЦПУ, високо-системи за автоматизация, оборудване за прецизно позициониране и тежко{1}}машинни структури. Те осигуряват по-здрава релса и блокова структура от система с кръгъл вал.

С прости думи, поддържаният вал често е практическо надграждане от неподдържан вал. Профилният линеен водач е по-здраво решение, когато приложението се нуждае от по-висока твърдост и точност.

Практически контролен списък преди да изберете система с линеен вал

Преди да избират между неподдържан вал, поддържан вал, SBR релса, TBR релса или профилна линейна направляваща, купувачите трябва да потвърдят реалното работно състояние, вместо да избират само по диаметър на вала или цена.

Ако приложението има дълъг ход, средно или тежко натоварване, видимо огъване на вала, нестабилна сила на плъзгане или свързване на лагера, методът на опора трябва да бъде прегледан преди окончателния избор.

Заключение

Неподдържаните линейни валове са прости и икономични и все още са подходящи за много приложения с къс-ход и леко-натоварване. Въпреки това, когато валът стане по-дълъг, натоварването се увеличи или машината се нуждае от по-стабилно движение, линейното отклонение на вала може да се превърне в сериозен проблем при избора.

Деформацията на вала се превръща в проблем, когато причинява блокиране на лагера, неравномерно плъзгане, шум, следи от износване, вибрации или нестабилна точност на позициониране. В тези случаи може да са необходими поддържан линеен вал, поддържана релса SBR, поддържана релса TBR или профилна линейна направляваща.

Най-доброто решение трябва да бъде избрано според диаметъра на вала, дължината, натоварването, хода, посоката на монтаж, типа на лагера и необходимата твърдост. Правилният метод на поддържане може да помогне на системата за линейно движение да работи по-гладко и да намали проблемите с лагерите при дългосрочна-използване.