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      自從采用了Thomson于20世紀40年代發明的圓形導軌Ball Bushing直線軸承,循環滾珠直線導軌領域一直保持穩定發展。載荷能力、使用壽命的提高以及制造的簡化,使幾近零摩擦的直線導軌越來越多的應用于更為廣泛的領域中。自從20世紀70年代推出方形導軌、直線導軌以來,設計工程師一直面臨的關鍵問題就是:應該選用圓形導軌還是方形導軌?

      盡管設計中固有的各種磨制要求導致方形導軌的初始成本是圓形導軌的數倍,但新的制造技術和尺度經濟性已經允許方形導軌在更廣泛的應用空間與圓形導軌展開有力競爭。在進入機床領域之后,在曾經只能采用圓形導軌產品的許多應用中,現在已經能夠看到方形導軌的使用。然而,圓形直線軸承的銷售額還在逐年提高。由于某些固有獨特性以及適合特定應用的有利特性,滾珠襯套導軌依然流行,最重要的原因就是因為它們是圓形的,而方形銷有時是無法匹配到圓形孔中的。

      為了將正確類型的直線導軌應用于特定應用中,設計工程師必須考慮到每種導軌的優點和能力。首先必須考慮的就是設計要求,這就需要考慮載荷、準確度、剛度、光潔度、幾何尺寸等重要因素。而在通常情況下,這些要求之間存在著相互制約作用。

      方形導軌產品可以很好地滿足需要高剛度的高載荷應用,例如25mm方形導軌的最高載荷可達20 kN,在軸承導軌和導軌之間平行運行時,可達到3~10m /m的高精度。這種導軌產品中的滾珠軌道經過精密的研磨,從而使該導軌與滾珠精密匹配,即滾珠導軌上運行的座圈只能略微大于滾珠本身的直徑。這就使滾珠和座圈之間的接觸面積在載荷下大于圓形導軌總成 ,因為在圓形導軌中滾珠和內座圈(軸)均為凸表面。因此,由于滾珠在載荷下變扁,當加載時,方形導軌軸承的剛度將增加到原來的五倍。

      由于具有調心能力,滾珠襯套直線軸承可適應各種條件。由于軸是圓形的,因此,滾珠襯套在圍繞軸滾動的過程中可自由旋轉。這樣兩個相鄰導軌的安裝高度可略有不同,當導軌以300mm或300mm以上的間隔進行安裝時,1到2 mm的高度差是可以接受的。同樣,大多數滾珠襯套上的軸承座圈在設計上可確保每個直線軸承在傾斜處和偏滑角上旋轉最多1/2度,以適應平面度或對中誤差。用于約束滾珠襯套以及導軌支撐件的軸臺通常采用鋁材質,具有較小的靈活性,以適應各軸之間的最大25m的平行性誤差。其結果是能夠在不理想的情況下達到0.001到0.004的摩擦系數,實現高效引導 。將直線導軌安裝到焊接管型框架上在工廠自動化中非常常見。在許多OEM應用中,裝配表面均采用拉拔管材和板金。在這些條件下,圓形導軌產品通常比方形產品更快速地安裝和更平穩地運行。

      圓形導軌產品的一個顯著優點就是其圓形板可在端部支撐軸,實現橫跨相當于軸直徑的12~24 倍的間隙的圓形直線軸承設計,從工廠自動化中的龍門吊系統到DNA 取樣機中揀選和放置模塊的各種應用均可采用這一設計。運動軸完全通過固定軸的兩端進行組建。無論兩點之間的機器表面處于何種情況,無論是否只有一個點,該裝置的精密性都不會受到影響,僅僅取決于端部支撐裝置的準確度。此外,如果要通過直線導軌對中一套絲杠傳動系統,只需在一個板上打三個孔,即以兩個圓形導軌和絲杠軸承的支撐為基準,這是最容易做到的方法。通過這一設計,在裝配過程中無需調節。

      在某些應用中, 平整度可能是需要考慮的另一個主要因素。雖然組件和應用之間在細微處可能略有不同,并通常缺乏行業相關平整度數據,但滾珠襯套軸承往往可以非常平穩地運行,方形導軌和圓形導軌之間的差異通常用手即可感覺得到。滾珠和導軌之間凸表面的點式接觸可將擦傷的可能性降到最低。滾珠襯套通常在微小間隙量或1%到2%額定動載荷的輕預載荷下運行,提高了平穩性。而由于較高的一致性和預載荷,方形導軌軸承可在某些“缺口”情況下使用。 在大多數情況下,這是可行的,但如果需要用到儀表級軸承,圓形導軌可能更有優勢。同樣,由于其簡單的圓形幾何形狀,圓形襯套上的密封件往往更為可靠,產生更小的拖曳。方形導軌擦拭器必須符合導軌中的滾珠軌道,以達到耐用型密封。

      安裝圓形導軌時最后需要考慮的是安裝在軸上的非滾珠型聚合物襯套??刹捎眠m用于鋁或其他基底的高性能軸承級材料,以提供良好的載荷能力(相當于滾珠襯套載荷能力的20%)和一個在0.05到0.25范圍內的較低摩擦系數。襯套軸承可在具有能夠損傷密封嚴實的滾珠襯套的微粒的惡劣環境中平穩運行,也可在受到沖擊載荷損傷的滾珠軸承系統下正常工作。另一方面,滾珠循環噪聲可能會成為滾珠襯套或方形導軌軸承中的一個問題,但對于上述襯套軸承卻基本上不是問題。由于接觸面分布在一個較大的區域中,無需配有滾珠襯套的硬化鋼軸??梢圆捎貌讳P鋼軸系,既適用于像半導體和醫藥行業所處的清潔環境,也適用于像食品加工行業所處的惡劣環境。

      在許多情況下,設計師在選擇技術方面擁有很大的靈活性。通過采用適合每個功能的最佳組件,對一套系統的性能進行微調,就會產生最優解決方案,由此可轉換成成本和性能的競爭優勢。但是,為了達到這一最優解決方案,應考慮到總體安裝成本,以及機械加工、表面修整和安裝等成本。


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