在我們的日常生活中，任何物體在空間的運(yùn)動(dòng)都必須被引導(dǎo)，否則只會(huì)落到地板上。通往辦公室的滑動(dòng)門、線性平臺(tái)上的移動(dòng)滑塊或銑床的防護(hù)門都是導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)的例子。導(dǎo)軌的主要功能是限制給定運(yùn)動(dòng)物體的自由度。今天我們將討論一般工業(yè)中使用的線性導(dǎo)軌。隨著市場(chǎng)上各種各樣的產(chǎn)品，線性導(dǎo)軌現(xiàn)在是許多預(yù)算都負(fù)擔(dān)得起的。
直線導(dǎo)軌可分為兩類：接觸式直線導(dǎo)軌(導(dǎo)軌與滑塊有物理接觸時(shí))和非接觸式導(dǎo)軌(兩個(gè)部件沒有接觸時(shí))。兩者最大的區(qū)別是接觸導(dǎo)軌的磨損及其必要的維護(hù)。
1.接觸直線導(dǎo)軌
1.1.帶有滾柱軸承的直線導(dǎo)軌
有幾種帶滾柱軸承的線性導(dǎo)軌：平滾柱導(dǎo)軌、哥特式拱形導(dǎo)軌和V形導(dǎo)軌。這些導(dǎo)軌適用于任何類型的導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)，確保易用性、經(jīng)濟(jì)性和低維護(hù)成本(見圖1)。這種系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是它們的魯棒性，因?yàn)轶a臟的環(huán)境不會(huì)影響它們的良好運(yùn)行。另一個(gè)特征是它們的對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兊陌惭b表面不需要精確，也就是說，它們接受不對(duì)準(zhǔn)，這簡(jiǎn)化了工作臺(tái)設(shè)置以及安裝和調(diào)整過程。它們的維護(hù)成本也很低，因?yàn)榧词箤?dǎo)軌潤(rùn)滑不夠，它們?nèi)匀还ぷ鞯帽容^好。缺點(diǎn)包括精度低，剛性差，維修后很休閑褲，在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中使用壽命短，因?yàn)楦呒铀俣茸璧K了滾輪的正確運(yùn)動(dòng)。由于其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，滾子在表面上滑動(dòng)而不是滾動(dòng)，從而在起點(diǎn)和制動(dòng)點(diǎn)造成額外的磨損。
圖1:帶滾柱軸承的線性導(dǎo)軌。
1.2.直線球軸承導(dǎo)軌
由于安裝簡(jiǎn)單，這種導(dǎo)軌現(xiàn)在很受歡迎。不同制造商之間尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化使它們易于互換。此外，他們的交貨時(shí)間和價(jià)格是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的。
目前，循環(huán)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌有兩種類型：襯套導(dǎo)軌(需要圓柱形校準(zhǔn)桿)和帶擋塊的滾珠導(dǎo)軌，這兩種導(dǎo)軌被機(jī)器制造商更廣泛地使用。這類導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)包括承載能力、更高的剛性、出色的精度和更長(zhǎng)的使用壽命(見圖2)。組裝這些導(dǎo)軌很容易，因?yàn)樗鼈兊木o湊尺寸意味著它們不會(huì)占用安裝工作臺(tái)上太多的空間。一個(gè)有趣的選擇是球鏈：這是一個(gè)分隔器，確保塊中的球不會(huì)相互接觸，從而減少噪音、磨損和維護(hù)。建議將導(dǎo)軌用于高速應(yīng)用，尤其是高達(dá)100 m/s的高加速度應(yīng)用。2。有不同的涂層選項(xiàng)和多種快門類型，適用于要求苛刻的應(yīng)用，如食品工業(yè)。它們的缺點(diǎn)包括需要將系統(tǒng)安裝在精確的工作臺(tái)上。如果不能保證這一點(diǎn)，涉及兩個(gè)平行導(dǎo)軌的應(yīng)用可能導(dǎo)致阻塞或具有強(qiáng)阻力的滑動(dòng)；其實(shí)不能忘記，保養(yǎng)是關(guān)鍵，沒有油脂的循環(huán)滾珠導(dǎo)軌會(huì)因?yàn)檫^早磨損而無法正常工作。線性導(dǎo)軌：循環(huán)滾珠導(dǎo)軌
圖2:循環(huán)滾珠導(dǎo)軌。
1.3.線性滾柱導(dǎo)軌
至于這種類型的導(dǎo)軌，有兩個(gè)子類：棱柱塊導(dǎo)軌和交叉滾子導(dǎo)軌。前者在機(jī)床應(yīng)用中很常見。由于其剛性和準(zhǔn)確性，循環(huán)滾珠軸承導(dǎo)軌在最苛刻的機(jī)械化應(yīng)用中具有優(yōu)異的性能。它們易于安裝和調(diào)整，因此在重型機(jī)械制造商中非常受歡迎。缺點(diǎn)是如果要對(duì)齊兩條平行的導(dǎo)軌，需要非常精確的工作臺(tái)。此外，工作速度不得超過2m/s(見圖3/4)。
交叉滾子導(dǎo)軌以其最小的“滑桿”效應(yīng)而聞名。沒有百葉窗，允許電阻小于1N。為了防止?jié)L輪打滑，有的廠家提供鏈條，保證滾輪與導(dǎo)軌同步運(yùn)動(dòng)。這些類型的導(dǎo)軌通常用于0-300mm之間的短行程應(yīng)用，與其他軸承導(dǎo)軌一樣，它們需要高精度的工作臺(tái)進(jìn)行安裝。安裝是一個(gè)微妙的問題，因?yàn)樗鼈冃枰獜膶?dǎo)軌的一側(cè)通過高精度的調(diào)整進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。不正確的調(diào)整可能會(huì)由于過度預(yù)張緊而導(dǎo)致過早磨損。
線性導(dǎo)軌
線性導(dǎo)軌：交叉滾柱導(dǎo)軌
照片3/4:直輥導(dǎo)軌：棱柱塊導(dǎo)軌
1.4.摩擦導(dǎo)軌
這些可能是工程史上最古老的指南。現(xiàn)在由于現(xiàn)代合成材料，這種類型的導(dǎo)軌種類很多，成本很低。這些導(dǎo)軌通常適用于運(yùn)動(dòng)不大的系統(tǒng)，如版式調(diào)整。當(dāng)在有污垢、灰塵或其他腐蝕性元素的環(huán)境中工作時(shí)，一些制造商的解決方案變得不那么堅(jiān)固。然而，這種導(dǎo)軌在低速時(shí)具有優(yōu)異的性能。它們的負(fù)載能力很高，并且與接觸面成正比，這意味著在重負(fù)載下需要擴(kuò)大表面。聚合物摩擦導(dǎo)軌的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要任何維護(hù)，因?yàn)樗梢愿晒ぷ鳌Ｊ聦?shí)上，油脂的存在可能會(huì)導(dǎo)致過早磨損。有些缺點(diǎn)與摩擦本身有關(guān)：大多數(shù)情況下，摩擦系數(shù)高于0.2，需要建立更大的操作機(jī)構(gòu)，因?yàn)槟Σ吝^程中損失了五分之一的力。摩擦導(dǎo)軌不能設(shè)計(jì)用于高速應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兡p很快。這些導(dǎo)軌顯示出一定程度的間隙，如果補(bǔ)償，結(jié)果是更多的摩擦和進(jìn)一步磨損(見圖5)。
直線導(dǎo)軌：摩擦導(dǎo)軌
圖5:摩擦導(dǎo)軌。
2.非接觸式導(dǎo)軌，無需磨損或維護(hù)。
2.1空氣軸承
從摩擦學(xué)的角度來看，這種類型是最簡(jiǎn)單的。塊體懸浮在表面上方，因此摩擦系數(shù)為10-7，加速度高達(dá)300 m/s2，非常適合動(dòng)態(tài)應(yīng)用。另一大優(yōu)勢(shì)是精度：如果安裝臺(tái)的表面精度很高且平整。這些導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度非常高?？諝鈮毫梢詮?巴變化到6巴，它可以用于當(dāng)今幾乎每一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域(見圖5)。在此壓力下，該塊以約2-5微米的速度懸浮在表面上方。這種導(dǎo)軌最廣為人知的優(yōu)點(diǎn)是它不需要任何維護(hù)，因?yàn)闆]有實(shí)際的磨損。這使得導(dǎo)軌能夠承受最惡劣的工作條件。我們可以將重點(diǎn)放在具有非常短的行程，甚至只有幾微米的運(yùn)動(dòng)，以及高頻率和高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的測(cè)試機(jī)的應(yīng)用上。在這些缺點(diǎn)中，我們可以強(qiáng)調(diào)需要一個(gè)完全平坦的表面，沒有粗糙度(這意味著它必須定期校正)，在溫度和變形方面也是穩(wěn)定的。直線導(dǎo)軌：空氣軸承。
圖6:空氣軸承。
2.2.靜壓導(dǎo)軌
這種類型的導(dǎo)軌在機(jī)械工具應(yīng)用中非常流行。導(dǎo)軌和滑塊之間的空間充滿了一層薄薄的油。好像是用來做摩擦導(dǎo)向的，但是沒有物理接觸。這項(xiàng)技術(shù)需要良好的安裝表面和精確的調(diào)整，以確保正確的操作。它是一種無磨損的高精度導(dǎo)軌。它最明顯的優(yōu)勢(shì)就是成本高，市場(chǎng)報(bào)價(jià)低，這讓它在很多工程師和OEM廠商中相當(dāng)默默無聞(見圖7)。
直線導(dǎo)軌：靜壓導(dǎo)軌。
圖7:靜壓導(dǎo)軌。
2.3電磁傳導(dǎo)
這種導(dǎo)軌是根據(jù)磁懸浮原理工作的。存在不同的排斥極，這解釋了導(dǎo)軌和滑塊之間的間隙不變，也就是說運(yùn)動(dòng)物體是磁性懸浮的。這些軌道通常用于潔凈室或真空應(yīng)用，其他類型的軌道不被接受。這種導(dǎo)軌最大的缺點(diǎn)就是價(jià)格，遠(yuǎn)高于其他類型的導(dǎo)軌(圖8)。
