Требования, предъявляемые к опорам и направляющим

ВВЕДЕНИЕ

Направляющими называют устройства, обеспечивающие точное перемещение одной детали относительно другой при поступательном движении.

Различают направляющие с трением скольжения, с трением качения и с упругими элементами.

Конструктивные варианты направляющих вращательного и возвратно-поступательного движения

В зависимости от вида трения различают направляющие с трением скольжения; воздушным и жидкостным трением; трением качения и с трением упругости. Конструктивно направляющие поступательного движения выполняют открытыми и закрытыми. У открытых направляющих контакт элементов кинематической пары (поверхность а, рис. 1, а) обеспечивается с помощью дополнительных прижимных усилий: массы подвижной детали, ползуна 1 или усилий пружин. У закрытых направляющих постоянное соприкосновение (поверхность а, рис. 1, б) звеньев кинематической пары обеспечивается конструкцией пары. Открытые направляющие применяют только в стационарных устройствах.

Рис. 1

Направляющие с трением скольженияв зависимости от формы поперечного сечения бывают цилиндрические и призматические. Цилиндрические направляющие (рис. 9.9) просты в изготовлении, могут быть изготовлены с высокой точностью, по габаритным размерам они меньше направляющих с трением качения. Их недостатками являются большие потери на трение, невозможность выборки зазора по мере износа трущихся поверхностей, чувствительность к изменениям температуры. Конструкция цилиндрических направляющих может допускать вращение ползуна (рис. 9.9, а) или предотвращать его: с помощью лыски на направляющей и планки на ползуне (рис. 9.9, б) или с помощью двух цилиндрических направляющих (рис .9.9, в).

Рис. 2

Рис. 3

Призматические направляющие могут иметь прямоугольные (рис. 2, а, б), трапецеидальное (рис3, в) или треугольное (рис. 3, г) сечения. Прямоугольные направляющие проще в изготовлении, но из-за сложности регулировки зазоров их применяют при обычных требованиях к точности перемещений. Треугольные направляющие обеспечивают повышенную точность перемещений путем саморегулирования зазоров при износе, но трудоемки из-за высокой точности при изготовлении; поэтому обычно используют более простые в изготовлении направляющие с одной призмой. Трапецеидальные направляющие, называемые «ласточкин хвост», технологичны, допускают регулировку зазора между звеньями с помощью регулировочных планок или клиновых накладок и обеспечивают высокую точность перемещений; их недостаток – большие потери на трение.

Для повышения износостойкости направляющие изготавливают из сталей 40; 50; У8; а ползуны – из бронз БрОЦС6-6-3; БрОС10-2; текстолита; фторопласта. Если давления на поверхностях соприкосновения невелики, например, в приборостроении, расчет на прочность направляющих можно не проводить.

Для предупреждения возможности заклинивания необходимо, чтобы длина ползуна L (рис. 3) превышала ширину направляющих b в несколько раз и обязательное наличие зазора в направляющих. Сопряжение ползуна и цилиндрической направляющей осуществляют по посадкам H7/g6; H7/f7; H9/f9; H9/e8; а призматических направляющих – по посадкам H7/g6 и H7/h6.

При значительном изменении температуры в процессе эксплуатации материалы ползуна и направляющих должны иметь близкие по величине коэффициенты температурного расширения.

Направляющие с газовым или жидкостным трениемобладают высокой плавностью и точностью, малыми потерями на трение, устойчивостью к динамическим воздействиям. Газ или жидкость под давлением р (рис. 4) подается в канал К или в кольцевую камеру А, а оттуда через капиллярные отверстия в зазор между подвижным 1 и неподвижным 2 звеньями кинематической пары. В зазоре образуется газовый или жидкостный слой, который благодаря избыточному давлению поддерживает подвижную систему во взвешенном состоянии.

а б

Рис. 4

В зависимости от формы поверхностей, между которыми подается газ или жидкость, направляющие делят на плоские (рис. 4, а) и цилиндрические (рис. 4, б). Зазор между поверхностями кинематической пары колеблется в пределах 20 … 150 мкм. В качестве веществ промежуточного слоя используют воздух, керосин, масло веретенное. Направляющие с жидкостным трением не получили широкого применения из-за сложностей герметизации направляющих. Направляющие с газовым трением используются в технологическом оборудовании при изготовлении изделий микроэлектроники. Более широкое использование этих направляющих ограничено величиной подъемной силы, поддерживающей подвижную систему во взвешенном состоянии. Детали направляющих изготавливают из сталей и пластмасс, соприкасающиеся поверхности должны иметь шероховатость с параметром R_a ≤ 0,08 … 0,04.

Направляющие с трением качения имеют по сравнению с направляющими трения скольжения меньшие потери на трение и мало чувствительны к перепадам температуры. В качестве промежуточных элементов качения используют между неподвижной 1 и подвижной 2 деталями направляющих шарики (рис. 5, а, в) или стандартные шариковые (роликовые) подшипники 3 (рис .5, б, г).

Рис 5

Направляющие на шариках имеют ряд преимуществ: уменьшают габариты механизма, воспринимают нагрузки различных направлений. Для удержания шариков в призматических канавках (рис. 6, а) и сохранения постоянного расстояния между ними применяют плоские сепараторы.

Регулировка зазоров в открытых направляющих (рис. 5, а, б) производится автоматически. В закрытых направляющих (рис. 6, в, г) зазоры регулируют путем перемещения (рис. 6, а) одной или двух планок 3 и 4 с последующим их креплением винтами 5 и штифтами 6. В конструкциях со стандартными подшипниками (рис. 5, г) регулировку зазора b(рис. 6, б) осуществляют поворотом оси 2 подшипника за счет ее эксцентриситета е.

Рис. 6

Направляющие с трением упругости применяют при очень малых перемещениях (0,1 … 3мм) подвижной системы. Такие направляющие (рис. 9.14) состоят из двух плоских пружин 1, к которым прикрепляется подвижная часть 2. Перемещения осуществляют за счет упругой

деформации,

Рис 7

прогиба пружин. Потери на трение в этих направляющих практически равны нулю, отсутствуют зазоры и мертвый ход. Поэтому используют такие направляющие в точных измерительных приборах,

например, при измерении микротвердости, в вибродатчиках и т.п.

Требования, предъявляемые к опорам и направляющим

К направляющим предъявляют следующие требования: точность и плавность перемещений; минимальное трение; износостойкость; нечувствительность к температурным изменениям. Элементы и конструкции направляющих поступательного движения в отличие от направляющих вращательного движения, т.е. опор, не стандартизированы и отличаются большим разнообразием.

Опорами называют устройства, поддерживающие вращающиеся валы и оси в требуемом положении. Они воспринимают и передают нагрузки от подвижных звеньев на корпус или плату. Точность и надежность механизма во многом определяются конструкцией опор.

В зависимости от направления нагрузок поры делят: на радиальные подшипники, воспринимающие радиальные нагрузки; подпятники (упорные подшипники), воспринимающие осевые нагрузки; радиально-упорные подшипники, воспринимающие одновременно радиальные т осевые нагрузки.

В зависимости от вида трения между соприкасающимися поверхностями валов и опор различают опоры с трением скольжения, опоры с трением качения и специальные опоры (электромагнитные, опоры с трением упругости и др.).

Направляющими называют устройства, обеспечивающие с заданной точностью поступательное перемещение подвижного звена. Различают направляющие с трением скольжения, с трением качения и с упругими элементами.

Основные требования, предъявляемые к опорам и направляющим механизмов, - малые потери на трение, большая точность направления движения, износостойкость, малые габариты, простота сборки, надежность при различных условиях работы, низкая стоимость

Контрольные вопросы

Что такое направляющие?

Направляющими называют устройства, обеспечивающие точное перемещение одной детали относительно другой при поступательном движении.