Heb je je ooit afgevraagd wat de sleutel is tot soepele, nauwkeurige bewegingen in machines? Lineaire lagers zijn de onbezongen helden achter talloze geautomatiseerde systemen, die moeiteloos verplaatsen, hanteren, positioneren en assembleren mogelijk maken. In deze blogpost duiken we in de wereld van lineaire lagers, vergelijken we ze met andere lineaire bewegingscomponenten en onthullen we hun unieke voordelen. Bereid je voor om te ontdekken hoe deze wonderen der techniek je ontwerpen kunnen revolutioneren!
Lineaire geleidingscomponenten zijn de meest gebruikte componenten in geautomatiseerde bewegingsmechanismen voor transfer, handling, positionering en assemblage.
Hier vergelijken we lineaire lagers, glijgeleiders en olievrije bussen en richten we ons op het gebruik van lineaire lagers.
De onderstaande tabel geeft een ruwe vergelijking van de kenmerken van de drie lineaire geleidingscomponenten.
| Soorten | Laadvermogen | Wrijvingscoëfficiënt | Precisie begeleiden | Milieubestendigheid | Onderhoudbaarheid | Prijs |
| Lineaire lagers | △ | o | o | △ | △〜○ | Lage prijs |
| Lineaire geleidingen | o | o | o | △ | △〜○ | Hoge prijs |
| Zelfsmerende bussen | △ | × | △ | ○ | ○ | Gematigde prijs |
Hieronder volgt een inleiding tot de relatie tussen de bovenstaande kenmerken en de constructie.
1. Prestatieverschillen met betrekking tot draagvermogen:
a) De beweegbare onderdelen met lineaire lagers of zelfsmerende bussen zijn over het algemeen gemonteerd op een as (geleiderail) die aan beide uiteinden wordt ondersteund door ondersteunende structuren om hun bewegingsfunctie te bereiken. Bij grote belastingen wordt de as gemakkelijk vervormd (zie [foto 1]).
(Bovendien kan bij verticale lineaire geleiding een eenvoudige constructie worden gebruikt die het belastingprobleem negeert omdat de as de belasting van de bewegende component niet hoeft te dragen).
b) De beweegbare onderdelen bewegen op de vaste geleiderails op de basis, die uitstekende belastbare eigenschappen heeft (zie [foto 2]).
Lineaire lagers en zelfsmerende bussen => lineaire beweging op een as (geleiderail) die aan beide uiteinden is bevestigd => lineaire beweging met lichte tot middelzware belastingen.
Lineaire geleidingen => lineaire beweging op geleiderails die aan de basis zijn bevestigd => lineaire beweging met lichte tot zware belastingen.
2. Prestatieverschillen met betrekking tot wrijvingscoëfficiënt:
Hier bepalen de verschillen in de geleidende glijmethode (rollend of oppervlakteschuivend) de prestatieverschillen. Het verschil in wrijvingscoëfficiënt is direct gerelateerd aan de keuze van de aandrijfactuator.
a) Kleine wrijvingsweerstand = kleine wrijvingskracht = kan worden aangedreven door een motor met een klein koppel = roterende beweging kan worden omgezet in lineaire beweging.
b) Grote wrijvingsweerstand = grote wrijvingskracht = vereist een groot koppel of stuwkrachtaandrijving = kan direct aangedreven worden door een lineaire cilinder.
■ Voorzorgsmaatregelen voor gebruik
De grootte van de wrijvingscoëfficiënt beïnvloedt het vermogen van de aandrijfapparatuur en de hoeveelheid warmte die tijdens de werking wordt gegenereerd. Zelfsmerende bussen zijn niet geschikt voor continue hogesnelheidswerking met veel warmteontwikkeling.
Bij gebruik van een cilinder kan de start-/stopsnelheid niet worden geregeld zoals bij een motor. Werking met hoge snelheid en trillingsonderdrukking kunnen worden bereikt door flexibele remmechanismen te installeren, zoals schokdempers en dempers.
3. Prestatieverschillen met betrekking tot geleidingsprecisie:
In principe wordt de prestatie bepaald door de ruimte tussen het lager en de geleiderail.
a) In het geval van lineaire lagers wordt een cilindrische as gebruikt als geleiderail en wordt de spleet tussen het lager en de geleiderail ingesteld op "interferentiepas: g6" of "overgangspas: h5" en glijdt het lager in een toestand met minimale "spleet".
b) Voor lineaire geleidingen worden speciale geleidingsrails gebruikt en uiterst nauwkeurige lagers en geleidingsrails van het type met kleine spleet (0-3 μm) of onder druk (-3-0 μm) worden gecombineerd.
c) Vergeleken met lineaire lagers hebben de zelfsmerende bussen een grotere spleet tussen de geleiderail (as), wat resulteert in een lagere precisie bij het geleiden.
■ Voorzorgsmaatregelen voor gebruik
De contacttoestanden tussen de kogel en de geleiderail zijn verschillend voor lineaire lagers en lineaire geleidingen. De lineaire lagers hebben een puntcontacttoestand, waarbij het contactgedeelte plaatselijk een grote belasting draagt.
Het contactgedeelte tussen de geleiderail en het kogellager in de lineaire geleidingen heeft een groefvorm, waardoor de kogel in oppervlaktecontact komt met het oppervlak van de geleiderail en de contactbelasting wordt verspreid.
Er zijn ook verschillen in de karakteristieken van het draagvermogen tussen de twee met betrekking tot de contacttoestand in het glijdende gedeelte. ([Afbeelding 1] en [Afbeelding 2])
4. Over omgevingsbestendigheid en onderhoudbaarheid:
Dit verschil in prestatie wordt bepaald door de verschillen in de samenstellende materialen.
a) Lineaire lagers en lineaire geleidingen kunnen een langdurige betrouwbaarheid bereiken dankzij het effect van smeerolie (vet), zodat de werkomgeving de milieuweerstandsindex van de smeerolie niet kan overschrijden.
b) Zelfsmerende bussen worden over het algemeen gebruikt in omgevingen waar er geen smeerolieen hebben een goede omgevingsweerstand en onderhoudbaarheid.
Hieronder leggen we uit wat de verschillen zijn in de uitwendige vormen van lineaire lagers (lineair type en flenstype) en welke voorzorgsmaatregelen je moet nemen tijdens de montage.
[Foto 1] toont het lineaire type en [Foto 2] toont het type met flens.
Het geflensde type [Foto 2] lineaire lager heeft de volgende voordelen:
Het heeft een compactere structuur door een geïntegreerde constructie van een lineair lager en een asbus met flens ([Afbeelding 1]).
Vergeleken met een lineair lager in combinatie met een apart geproduceerde flens, heeft het voordelen zoals lage kosten, korte levertijd en stabiele kwaliteit.
[Afbeelding 1] is een schematisch diagram dat de compacte structuur van het van een flens voorzien lineaire lager uitlegt. De assemblagestructuur van het lineaire lager met de flens en de vorm van de schachtkoker zijn te lang, terwijl het van een flens voorzien lineaire lager een geïntegreerde structuur aanneemt, die compacter is. Dit compacte ontwerp laat het handhaven van load-bearing prestaties toe.
Kies lineair of flens soorten lagers volgens de volgende criteria: Selecteer flenstypen lineaire lagers als ze lastdragend zijn.
Maak uw keuze op basis van de omringende ruimte en de constructieoppervlakken rond de installatie van de lineaire lagers. Raadpleeg punt (3) voor installatiemethoden en voorzorgsmaatregelen met betrekking tot lineaire lagers.
Lineaire lagers zijn onderverdeeld in zelfbewegende en asvaste typen voor asrotatie. Figuur 2 illustreert de constructie van een X-Y-Z-θ aangedreven platform met de as als geleidende as. Lagers worden dienovereenkomstig ingedeeld.
Selecteer voor lineaire typen de bevestigingsmethoden snapring of stopperplaat op basis van de gewenste sterkte van de bevestiging.
a) Het beweegbare deel van de doorsnede met de X-as is onderhevig aan de traagheidskracht van het gewicht van het beweegbare deel dat wordt ondersteund door het lineaire lager. Het lineaire lager moet stevig worden vastgezet.
b) Het lineaire lager is bevestigd aan de lagerzitting en door het gebruik van een cilinder om de asstructuur aan te drijven, is de axiale bevestiging van het lineaire lager alleen bestand tegen de reactiekracht van wrijving. Bovendien zijn de lineaire lagers op de Y-as ingesteld in de tegenovergestelde richting van de twee assen ten opzichte van de rotatieas van het θ aangedreven platform, waardoor een hoge stijfheid in relatie tot het rotatiekoppel mogelijk is.
c) Vanuit de richting van de beweegbare as gezien, is het hetzelfde als b) en zal het geen grote krachten dragen.
(1) Installatiemethoden voor lineaire lagers
Lineaire lagers worden meestal geïnstalleerd met behulp van borgringen of aanslagplaten (zie [Foto 3] en [Afbeelding 3]).
(2) Voorzorgsmaatregelen voor de installatiehoek van lineaire lagers
Door verschillen in asdiameter en type en het aantal kogelrijen in het lager, hebben lineaire lagers over het algemeen 4 tot 6 rijen kogels onder gelijke hoeken. Wanneer lineaire lagers horizontaal worden gebruikt, moet worden vermeden ze te installeren met de kogelrijen in de positie direct erboven (zoals links in [figuur 4]) omdat dit kan leiden tot geconcentreerde belastingen.
[Afbeelding 4] toont een 5-rijig kogellager en de verhouding van de nominale belastingswaarden zijn hieronder weergegeven (rechterzijde ÷ linkerzijde). Daarom moet de installatie zo dicht mogelijk bij de installatiehoek in het bovenstaande diagram worden uitgevoerd.
Lineaire lagers kunnen worden onderverdeeld in vier types op basis van de lagerlengte:
Het verschil in lagerlengte beïnvloedt de geleidingsprestaties als volgt:
a) Relatie tussen lagerlengte en draagvermogen
Hoe langer het lager, hoe meer steunpunten er zijn en hoe kleiner de vereiste belasting voor elk lagercontactpunt. Deze conclusie kan worden getrokken uit de feitelijke situatie waarin de nominale belasting van de drie typen [1], [2] en [3] lineaire lagers opeenvolgend toeneemt met hun lengte.
Daarom kan het kiezen van een langere lineaire lagerlengte het draagvermogen van het product verbeteren (= levensduur en betrouwbaarheid verhogen) ([Afbeelding 1]).
b) Relatie tussen lagerlengte en geleidingsnauwkeurigheid
Hoe langer de lagerlengte, hoe hoger de geleidingsnauwkeurigheid.
| 1） | Door de geleidingsfout van de geleiderail (as) te middelen, kan de productnauwkeurigheid worden verbeterd (raadpleeg de bijbehorende opmerking voor meer informatie) ([Afbeelding 2]). |
| 2） | De productnauwkeurigheid kan worden verbeterd door de speling tussen de geleiderail (as) te verkleinen ([Afbeelding 3]). |
Het middelingseffect van de lagers: Door de lengte van het lineaire geleidelager te vergroten, wordt het aantal lagerpunten verhoogd en kunnen de foutfactoren op het geleidervlak (oppervlakteruwheid en buigmisvorming) worden gemiddeld, waarbij het effect van de foutfactor tot minder dan de helft wordt onderdrukt.
Door de lengte van de lagers te vergroten, kunnen het draagvermogen en de geleidingsnauwkeurigheid dus worden verbeterd.
Daarom wordt het type [4] (dat gebruikmaakt van een specifiek ontwerp met twee types met enkele voering) lineaire lager vaak tot op zekere hoogte gebruikt in werkomgevingen met hoge precisie ([Afbeelding 4]).
In een lineair mechanisme dat bestaat uit een lineair lager en een as, kan de vervorming van de as berekend worden met de volgende vergelijking:
δ = (W * a3 * b3) / (3 * E * I * L3)
waar:
Wanneer a = b = L/2, is δ = W * L3 / (9,6 * E * d4).
Als je de asvervorming wilt verminderen, moet je dus een ontwerpbenadering kiezen die de asdiameter vergroot (4 keer het effect) of de afstand tussen de assteunen verkleint (3 keer het effect).
De samenstellende materialen, oppervlaktebehandelingenen toepassingsvoorbeelden van lineaire lagers worden in de volgende tabel weergegeven:
| Materiaal buitenring | Oppervlaktebehandeling | Retainer materiaal | Kogelmateriaal | Toepassingsvoorbeelden: |
| SUJ2 | – | Gelijkwaardig aan hars/SUS440C | SUJ2 | Schuifgeleider met algemene vereisten voor slijtvastheid. |
| SUJ2 | Lage temperatuur zwart Verchromen | Hetzelfde als hierboven. | Gelijkwaardig aan SUS440C | Precisiebeweging voor optische onderdelen zonder reflectie in stofvrije omgeving. |
| SUJ2 | Chemische Ni-P | Hetzelfde als hierboven. | Hetzelfde als hierboven. | Chemisch bestendige glijdende delen in stofvrije omgeving die slijtvastheid vereisen. |
| Gelijkwaardig aan SUS440 | – | Hetzelfde als hierboven. | Hetzelfde als hierboven. | Lichte belasting in stofvrije omgeving en apparatuur die wordt gebruikt in de voedingsmiddelen- en medische sector. |
Vergelijkende kenmerken van oppervlaktebehandelingen.
| Materiaal buitenring: | Oppervlaktebehandeling | Kenmerken: |
| SUJ2 | – | SUJ2 is gemaakt van ijzer en kan gaan roesten. |
| Hetzelfde als hierboven. | Zwart chroom met lage temperatuur | Lage wrijvingscoëfficiënt en goede slijtvastheidKan een uniforme, dunne coating met zwarte kleur vormen die geen licht reflecteert en een goede warmteabsorptie vertoont. |
| Hetzelfde als hierboven. | Chemisch plateren van Ni-P | Uitstekende weerstand tegen chemische stoffen en corrosie, vaak gebruikt in cleanroomsHarde coating met een glanzende, niet-magnetische afwerking. |
De eigenschappen van lineaire lagers worden hieronder beschreven:
Het gebruik en de eigenschappen van lineaire lagers worden hieronder uitgelegd aan de hand van een voorbeeld van hun toepassing in eenvoudige geautomatiseerde apparatuur.
De constructie met synchrone riemaandrijving heeft voordelen zoals geluidsarm, licht, lage kosten en olie is niet nodig. Voor de X/Y/Z-as werktafel situatie is het gebruikelijke ontwerpconcept om de belasting op de onderste X-as motor te verminderen door de bovenste Y-as te verlichten.
Daarom wordt de Y-as vaak geconstrueerd met een synchrone riem.
a) [Figuur 1] toont een typisch X/Y/Z 3-assig aandrijfmechanisme.
De X-as bestaat uit lineaire geleidingen, terwijl de Y-as en Z-as opgebouwd zijn uit lineaire lagers. Het aandrijfsysteem maakt gebruik van synchrone riemen en kogelomloopspillen.
b) [Foto 1] toont een toepassingsvoorbeeld van de Y-as in een apparaat voor het monteren van IC-chips. De Y-asrichting wordt omgezet in een heen en weer gaande beweging door een synchrone riem.
c) [Figuur 2] toont een toepassingsvoorbeeld van een eenassige robot met de volgende kenmerken:
Principe van een bewegende katrol:
Om het hijsobject in Figuur 3 een afstand S omhoog te brengen, moet de touwvergrendeling twee keer zo hoog worden bewogen, maar de vereiste kracht is slechts de helft van het gewicht van het hijsobject, waardoor het hijsobject gemakkelijk kan worden opgetild.
2 keer de bewegingsafstand
Positioneringsnauwkeurigheid die de minimale resolutie van motorrotatie kan verbeteren
Verminder de terugslag en stationairfout van de poelie met de helft
Hoge snelheid rotatie (2x) aandrijving van de motor, resulterend in hoge motor efficiëntie
1/2 keer de belasting
Hij kan worden aangedreven door een motor met laag vermogen (zonder reductietandwielen enz.).
De aandrijfmethode van de kogelomloopspil heeft de volgende kenmerken: [1] het zet de roterende beweging van de motor direct om in een lineaire beweging, en [2] de pitch van de kogelomloopspil heeft een functie van reductiemiddel. De overdrachtsefficiëntie van de aandrijfkracht en het motorrendement zijn relatief hoog.
[Figuur 4] is een aandrijfmechanisme waarbij de Y-as gebruikmaakt van een lineaire lager en een kogelomloopspil. Dit wordt meestal toegepast op mechanismen die een eenheidsaanvoer vereisen of positioneringsnauwkeurigheid vereisen.
Extra informatie:
a) Kenmerken van een stappenmotor
Stappenmotoren hebben de eigenschap om een hoog koppel te produceren in het lage snelheidsbereik (over het algemeen bij het opstarten en vertragen), waardoor ze geschikt zijn voor bewegingen over korte afstanden en voor meerpuntspositionering.
b) Noodzakelijke nauwkeurigheid van de motor die nodig is om de doelpositioneringsnauwkeurigheid te bereiken
Nauwkeurigheid doelpositionering = ±0,01 (mm). Bij een kogelomloopspindel van 10 (mm/omwenteling) kan de benodigde nauwkeurigheid (divisies) van de stappenmotor worden berekend met de volgende formule.
[Afbeelding 5] is een voorbeeld van een lager dat gebruikt wordt voor cilinderaandrijving in een klemmechanisme, terwijl [Afbeelding 2] een voorbeeld is van een cilinderaandrijvingsmechanisme dat gebruik maakt van een magnetische koppeling. Beide gebruiken lineaire lagers (aangegeven door de pijlen) voor geleiding.
Het is niet mogelijk om de snelheid van starten en stoppen te regelen met een cilinderaandrijving, dus moet er een buffer worden gebruikt om de impact bij het stoppen te verminderen (zoals getoond in [Foto 2]).
Verticale geleiding kan worden bereikt door gebruik te maken van lineaire lagers met flenzen. Er is geen specifieke ondersteuningsstructuur nodig voor de installatie van de lineaire lagers, wat een eenvoudig en compact structureel ontwerp mogelijk maakt (in het geval van schuifgeleiders, waar een verticale montagesubstraat moet worden opgezet voor de vaste geleiderail).
Net als de structuur in [Afbeelding 4] maken ook de hijsgeleiding (getoond in [Afbeelding 6]) en het positioneermechanisme (getoond in [Afbeelding 7]) voor het onderste deel van de transportband gebruik van lineaire lagers met flens.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO