8.2 Направляющие качения

В направляющих качения предусматривают планки с дорож­ками, заполняемыми телами качения: шариками, роликами или иглами. При перемещениях деталей по этим направляющим тела качения катятся по дорожкам. Тела качения выбирают из приме­няемых в подшипниках качения.

Основными достоинствами направляющих качения являются:

1. малые силы сопротивления, движению (меньшие до 20 раз, чем в направляющих скольжения);

2. малая их зависимость сил сопротивления от скорости перемещения;

3. незначительная разница между силами трения покоя в движения.

В связи с этим на направляющих качения могут быть достигнуты как быстрые, так и весьма медленные равномер­ные перемещения и установочные перемещения высокой точности. На направляющих скольжения такие медленные перемещения и точные подводы невозможны из-за скачков, т. е. колебаний, связанных с зависимостью сил трения от скорости.

К недостаткам направляющих качения относят:

1. большую сложность изготовления, чем направляющих скольжения;

2. необходимость термической обработки дорожек качения до высокой твердости;

3. повышенные требования к защите от загрязнений.

Направляющие качения применяют в машинах, если необ­ходимо:

1) уменьшить силы сопротивления движению для пере­мещения деталей вручную и для перемещения тяжелых деталей;

2) медленно равномерно перемещать или точно устанавливать детали;

3) перемещать детали с высокой скоростью.

По форме тел качения направляющие разделяют на:

1) шари­ковые, применяемые при малых нагрузках;

2) роликовые, приме­няемые при значительных нагрузках;

3) игольчатые, применяемые при ограниченных по высоте габаритах и средних нагрузках;

4) роликовые на осях, применяемые при малых нагрузках больших ходах и нестесненных габаритах (обычно в качестве вспомо­гательных).

По направлению воспринимаемых нагрузок направляющие разделяют на:

- разомкнутые плоские и угловые (рисунок 8.3, а — з);

- замкнутые в одной плоскости (рисунок 8.3, д — ж);

- замкнутые в двух плоскостях (рисунок 8.3, з — п)

- цилиндрические (рисунок 8.3, р).

Направляющие без предварительного регулируемого натяга

а) б) в) г)

Направляющие с частичным предварительным натягом

(только в горизонтальном направлении)

д) е) ж)

Направляющие с предварительным регулируемым натягом

в двух направлениях (замкнутые)

з) и) к)

л) м) н)

о) п) р)

Рисунок 8.3 ‒ Направляющие качения

Несущая способность роликовых направляющих в 20—30 раз больше, чем шариковых (с плоскими гранями), имеющих те же габаритные размеры; жесткость больше в 2,5—3,5 раза. Отношение длины к диаметру роликов для стальных направляющих выби­рают равным 1,5—2.

При перемещении деталей по направляющим качения со ско­ростью движение тел качения сводится к поступательному перемещению со скоростью /2 и к вращению вокруг собственной оси с окружной скоростью /2. В этом легко убедиться, рассматривая движение тел качения как вращение вокруг центров их мгновенного вращения в точках контакта с неподвижной направляющей. Таким образом тела качения выкатываются из направляющих. Поэтому если подвижная и неподвижная направляющие при малых ходах имеют одинаковую длину, то длина сепаратора с телами качения должна быть меньше (рисунок 8.4, а).

а)

б)

в)

Рисунок 8.4 ‒ Схемы работы направляющих качения

Во избежание свешивания каретки длина сепаратора должна быть больше длины направляющей каретки (рисунок 8.4, б).

Когда необходимо обеспечить большие ходы, тела качения движутся по замкнутому контуру, благодаря чему вместо вышед­ших из контакта тел качения входят другие. В этом случае основное применение получают так называемые танкетки — самостоятель­ные централизованно изготовляемые опорные узлы с замкнутым движением тел качения (рисунок 8.4, в).

Сепарирование тел качения при малых по сравнению с длиной кареток ходах осуществляется простейшими сепараторами в форме планок с гнездами для тел качения.

Замкнутые направляющие качения выполняют с регулируемым зазором, а при необходимости иметь повышенную жесткость — с предварительным натягом. По аналогии с направляющими сколь­жения регулирование достигается планками или клиньями, поджимаемыми винтами (см. рисунок 8.3).

Направляющие в виде роликов на осях выполняют обычно с эксцентриковыми осями; регулировка зазоров осуществляется поворотом осей.

Материалы тел качения — хромистые шарико­подшипниковые стали типа ШХ15. Опти­мальные материалы направляющих — закаленная до высокой твердости (НRС 58—63) сталь ШХ15, хромистые и другие леги­рованные стали, цементованные на достаточную глубину. Иногда стальные закаленные планки или стержни завальцовывают в ма­териал направляющих. Разноразмерность тел качения не должна превышать 1—2 мкм в зависимости от точности направления. Непрямолинейность на­правляющих не должна быть выше 0,008—0,01 мм на 1 м.

Расчеты направляющих качения производят по формулам Герца. Наибольшее контактное напряжение в роликовых направляющих:

в шариковых направляющих с плоскими рабочими гранями:

где — сила на наиболее нагруженный ролик ила шарик, кгс; Е — приведенный модуль упругости материала, МПа; в слу­чае разных материалов тел качения и направляющих: ; — радиус ролика или шарика, см; — рабочая длина ролики, см.

При жестких салазках или столах и силе, приложенной в се­редине направляющей:

где Р — составляющая нагрузки, нормальная к поверхности грани направляющей и приходящаяся на рассчитываемый ряд тел качения; — число тел качения в ряду.

Контактные напряжения в направляющих выбирают мень­шими, чем в подшипниках. Это связано с меньшей твердостью направляющих и меньшей точностью их изготовления.