Высокое трение и медленные старты в линейных подшипниках приводят к рывковому движению, непостоянному позиционированию и износу. Игнорирование соотношения 2:1 и проблемы скачков ухудшает работу машины. Узнайте, как быстро это исправить.
Линейные подшипники следуют соотношению 2:1, где удвоение преднапряжения и нагрузки влияет на характеристики движения, а проблема скачков - это распространённая проблема, которую можно минимизировать с помощью смазки, оптимизации преднапряжения, контроля скорости и обработки поверхности.
Углубитесь в изучение этих критически важных факторов производительности и улучшите плавность работы машины.
Пример соотношения 2:1 для простых линейных подшипников
Простые линейные подшипники ведут себя в соответствии с практическим правилом “соотношение 2:1” - удвоение преднапряжения или приложенной нагрузки примерно удваивает сопротивление трению. Этот эффект возникает из линейной зависимости между давлением контакта и силой трения в скользящих системах, соответствующих закону Кулона. Например, если подшипник поддерживает 10 Н преднапряжения и сопротивляется движению с силой 0,5 Н, увеличение преднапряжения до 20 Н увеличивает сопротивление примерно до 1 Н.
Это критическое соотношение влияет на:
Момент запуска: Удвоенная нагрузка или преднапряжение требуют вдвое большего момента для инициации движения.
Шаблоны износа: Более высокое давление контакта ускоряет износ поверхности.
Термические эффекты: Увеличенное трение линейно повышает температуру, ухудшая производительность смазки.
Понимание и калибровка по соотношению 2:1 позволяет инженерам оптимизировать установки преднапряжения и рабочие нагрузки без ущерба для плавности движения.
Соотношение связывания
Соотношение связывания описывает, как нагрузка влияет на сопротивление движению - в частности, силу, необходимую для перемещения полезной нагрузки через базовое сопротивление трения. Для простого подшипника под преднапряжением P и коэффициентом трения μ, сила связывания равна μP. Удвоив преднапряжение, сила связывания также удваивается.
Ключевые последствия:
Контроль позиционирования: Увеличение коэффициента связывания повышает требуемый крутящий момент привода, что потенциально может привести к нагрузке на двигатель.
Механическая совместимость: Система может заедать или связываться, если настройки крутящего момента или привода не соответствуют коэффициенту связывания.
Размеры мощности: Инженеры обязаны подбирать двигатели и приводные системы так, чтобы они превышали максимальный крутящий момент связывания во время инициирования движения.
Устранение этого коэффициента требует точной настройки предварительной нагрузки, выбора подходящей смазки и обеспечения того, чтобы приводные системы могли выдерживать случаи наихудшего трения.
Понимание эффекта залипания
Залипание – это дерганое движение, происходящее, когда статическое трение превышает кинетическое трение. В линейных подшипниках каретка прилипает (“липнет”), пока приложенная сила не превысит статическое трение, что приводит к внезапному движению (“скольжению”), после чего процесс повторяется – создавая колебания и плохую повторяемость положения.
Характеристики:
Гистерезис: Разница между начальным и рабочим трением.
Чувствительность к медленным скоростям: Преобладает при скоростях <1 мм/с.
Влияние на качество движения: Дрожание на низких скоростях; пропуски во время процессов сканирования.
Залипание снижает точность и увеличивает износ. Для его устранения требуется снижение статического трения относительно кинетического трения, а также повышение порогов кинетического трения.
Усложнения и ограничения
Несколько факторов усложняют управление коэффициентом 2:1 и эффектом залипания в реальных системах:
Направление нагрузки: Горизонтальные системы ведут себя иначе, чем вертикальные или многоосевые, из-за влияния силы тяжести.
Состояние смазки: Вязкость и целостность пленки варьируются в зависимости от температуры — холодные пуски могут заклинивать больше, чем горячие.
Поверхностные отделки: Значения RMS выше 0,8 µm усугубляют прилипание и скольжение, в то время как слишком гладкие поверхности (<0,1 µm) могут способствовать прилипающим явлениям.
Неоднородность предварительной нагрузки: Неправильное выравнивание может создавать горячие точки, где давления на поверхности подшипника увеличиваются вдвое локально.
Износ и загрязнение: Частицы, застрявшие в горячих точках, усиливают эффекты предварительной нагрузки и нарушают стабильное скольжение.
Инженеры должны оценивать специфические для системы переменные, чтобы эффективно предвидеть и устранять проблемы с заклиниванием и прилипанием.
Поиск и устранение неисправностей прилипания и скольжения
Чтобы смягчить прилипание и осложнения от соотношения 2:1, следуйте этим практическим рекомендациям:
Оптимизация смазки
Используйте высококачественные, низковязкие смазочные жидкости (например, синтетические масла с EP-добавками).
Наносите легкую пленку — избыточное количество смазки увеличивает вязкое торможение, недостаток увеличивает трение.
Рассмотрите возможность использования твердых пленок или граничных смазок, если возможно разрушение пленки.
Регулировка предварительной нагрузки
Уменьшите предварительную нагрузку до минимума, необходимого для контроля вибрации и прогиба.
Единая предварительная нагрузка поддерживает стабильное трение; достигайте этого с помощью точной сборки и инструмента для момента.
Подготовка поверхности
Полируйте поверхности направляющих до Ra ~0,2 µm для оптимального поведения трения.
Нанесите тонкие покрытия из DLC (алмазоподобного углерода) или тефлона, чтобы уменьшить статическое трение.
Контроль скорости и ускорения
Избегайте ультранизких скоростей (<1 мм/с); увеличьте подачу или плавно начинайте движение.
Убедитесь, что приводы обеспечивают необходимый крутящий момент выше порогов заклинивания.
Техники направленного движения
Используйте кросс-ролевые направляющие или рециркуляционные подшипники при скорости ниже 5 мм/с, где не избежать явления проскальзывания.
Добавьте вибрационные колебания на уровне микро-колебаний, чтобы помочь статическому разрыву без воздействия на траекторию движения.
Резюме
Понимание поведения трения 2:1 и управление проскальзыванием с помощью смазки, предварительной нагрузки, механической обработки и профиля движения обеспечивают более плавную и точную работу линейных подшипников.Для получения дополнительных вопросов, пожалуйста, свяжитесь с sales@SHAC.com
