Линейные направляющие и подшипники, а также рельсовые направляющие THK являются оптимальным решением для линейных перемещений, проверенным временем. Разработанные THK, рельсовые направляющие представляют собой стандарт теории и практики линейных перемещений. Данная продукция скопирована многочисленными производителями.

Направляющие THK линейного типа представляют собой рельс, оснащенный специальными желобками (здесь — четырьмя), по которым ведется движение каретки. Контакт рельса с кареткой обеспечен посредством четырех рядов рециркулирующих шариков. Шарики без сепаратора. Различные типы таких линейных направляющих созданы для использования в разнообразных системах линейных направляющих, предназначенных для разрешения задач  касаемо сферы линейных перемещений. Системы линейного перемещения являются таким же необходимым машинным узлом, как и подшипник. Зачастую они называются линейными подшипниками.

Линейные перемещения  — это все элементы и устройства, движущиеся не вращательно, аналогично подшипнику, а поступательно.

Различают в линейных компонентах детали двух типов. Движущийся элемент — втулка, шариковая и роликовая каретки, разрезная втулка и узел, гайка, сепараторы (роликовый, игольчатый, шариковый), рельс.

Элементы, по которым происходит движение — рельс, направляющая, вал, вал-винт, каретка, вал, оснащенный шлицами, и линейная опора качения.

Поставка деталей линейных перемещений может выполняться:

— отдельно, к примеру, по отдельности шариковая втулка и вал;

— одними производителями в сборе, а другими отдельно, к примеру, профильная рельсовая направляющая и каретка;

— поставка только в сборе: направляющая телескопического вида, линейный привод.

Исторически сложилось, что восприятие систем промышленных трансмиссий происходит, в первую очередь, как вращательных систем, в состав которых входят вал, передачи, ремни и шкивы, звездочки и цепи, моторы. Восприятие систем линейного перемещения происходит как вспомогательных частей вращательных механизмов. Современные сферы требуют комплексных перемещений с расширенными возможностями, подразумевая наличие контроля таких перемещений.

Существуют разные формы и размеры линейных подшипников, однако, все они выполняют определенную функцию – несут нагрузку, обеспечивающую точное и стабильное перемещение линейного типа. Линейные подшипники скольжения, направляющие и шариковые втулки являются основными типами линейных подшипников. К прочим подшипникам линейного перемещения относят подшипники, оснащенные перекрестными роликами, а также роликовые опоры качения. Линейные подшипники  гидростатического и магнитного типа получили гораздо меньшее распространение, однако, они могут быть применены в особых случаях, когда необходима исключительно высокая точность и бесшумность.

Направляющие линейного типа имеют довольно широкий диапазон. Выбирая их, необходимо учитывать нагрузки, рабочий цикл, скорости, требуемый эксплуатационный срок, точность и жесткость, конструктивные особенности оборудования, а также ограничения при монтаже.

Инженеры зачастую не учитывают важные параметры линейных направляющих и блоков перемещения (кареток) в ходе проектирования и создания оборудования. Важны не только класс точности, выдерживаемые нагрузки и современные технологические новшества, как, к примеру, необслуживаемый блок,  — система линейного перемещения содержит еще  ряд характеристик, которые следует учитывать в ходе работ по проектированию.

Назначение преднатяга

В случае малых нагрузок и необходимости очень плавного движения  линейным направляющим качения придают зазор. В ряде случаев предпочтительнее использовать предварительный натяг, поскольку он способен устранить люфт, присутствующий в направляющем механизме, а также увеличить жесткость направляющей качения.

Достигнуть преднатяга можно, создав предварительно внутреннее напряжение в зоне контакта меж дорожками и элементами качения. В случае подачи нагрузки в область предварительно натянутой направляющей качения, величина упругих деформаций за счет внутреннего напряжения оказывается меньше, нежели без преднатяга, при этом увеличивается жесткость направляющей качения.

Настройка предварительного натяга

Размер преднатяга определяется, учитывая характеристики машин, а также  оборудования, где монтируется направляющая качения, и учитывая характер нагрузки, которая воздействует на направляющую. Стандартной величиной преднатяга считается для линейных направляющих качения величина,  равная 1/3 нагрузки, в случае, когда элементы качения представляют собой шарики (стальные), и около 1/2 нагрузки в случае применения роликов (цилиндрических). Если направляющим качения необходимо иметь высокую жесткость, чтобы оказывать противодействие вибрации либо переменным нагрузкам, величину предварительного натяга можно увеличить.

Выбирая преднатяг, следует соблюдать меры предосторожности. Даже в случае, когда необходимо получение очень высокой жесткости, нужно  избегать чрезмерного преднатяга, поскольку он может создать высокое напряжение между дорожками и элементами качения, в результате происходит снижение ресурса у направляющих качения. Следует правильно выбирать величину создаваемого предварительного натяга,  учитывая условия эксплуатации. В случае эксплуатации линейных направляющих качения при больших преднатягах, необходимо обращаться к производителю для получения дополнительной информации. Линейные подшипники, а также вращающиеся втулки, имеющие малую длину хода, ни при каких условиях не должны функционировать при большом преднатяге.

Трение в направляющих качения линейного типа

Статическое или начальное трение в линейных направляющих качения является существенно меньшим, нежели в стандартных направляющих скольжения. При этом незначительное различие между динамическим и статическим трением, и изменение трения незначительное при изменении скорости. Такие характеристики линейных направляющих качения являются просто непревзойденными, позволяющими им уменьшить потребление мощности, снизить рост температуры в ходе работ и увеличить скорость хода.

Поскольку сопротивление трения, как и его изменения, невелики, можно получить быструю реакцию на команды перемещения и высокую точность позиционирования.

Коэффициент трения

Направляющие качения имеют сопротивление трения, напрямую зависящее от типа направляющих, нагрузки, применяемой смазки и скорости хода.

Как правило, смазка и уплотнения представляют собой основные факторы, определяющие сопротивление трения в приложениях с высокими скоростями и малыми нагрузками. При этом величина нагрузки оказывает влияние на сопротивление трения при приложениях с высокими нагрузками и низкими скоростями. В направляющих качения на сопротивление трения фактически влияет ряд факторов, однако практически применяется определенная формула.

В направляющих, имеющих уплотнения, учитывается также сопротивление уплотнений, которое в значительной мере зависит как от состояния смазки, так и от трущейся кромки уплотнения. При применении правильных методов смазки и установки и в случае умеренной величины нагрузки при функционировании линейной направляющей качения коэффициенты трения лежат в диапазоне, заданном производителем. Этот коэффициент, как правило, увеличивается при незначительной нагрузке.

Линейные направляющие представляют собой опорные элементы при поступательном передвижении. Классифицируют линейные направляющие скольжения и качения, при этом требования, которые к ним предъявляются, также различны. Так, системы транспортировки и подачи требуют высокой скорости и точности, а в оборудовании измерительного и металлорежущего характера больше необходима точность и жесткость. Чтобы в каждом из случаев для решения определенной задачи осуществить выбор наиболее подходящей линейной направляющей, вместе с широкой линейкой продукции важной является и грамотная консультация. INA предлагается оба компонента – обширную гамму линейных направляющих в сочетании с высоким уровнем сервиса. Масса стандартных вариантов направляющих может быть еще более оптимизированной посредством программы принадлежностей, точно адаптированной к условиям применения.

Каждый из типов линейных направляющих имеет характерные свойства, которые максимально адаптируют его к определенной конструкции и рабочим условиям. Но вывести общие правила выбора направляющих определенного типа можно только условно, так как практически всегда необходимо учитывать ряд факторов и находить между ними баланс. Так, не только  нагрузка, ускорение, скорость и ход принимаются во внимание, но и воздействие температур, смазки, вибраций, монтажа, техобслуживания и пр.

 Линейные направляющие качения

Направляющие данного типа подразделяются на профильные и круглые направляющие, направляющие с плоским сепаратором и с ходовыми роликами, линейные опоры качения; также к ним относятся устройства, оснащенные приводом,  для линейного перемещения. Помимо указанных, для работы в  ограниченном пространстве, к примеру, в мехатронике либо в оснащении точной механики, INA выпускает направляющие миниатюрных размеров. Они имеют не только малые габариты, но и очень большую грузоподъемность, а также небольшое трение и являются очень жесткими элементами. Миниатюрные направляющие могут иметь плоские сепараторы или циркуляцию тел качения.

Направляющие включают следующий комплект: рельс-каретку, линейный подшипник-вал либо рельс-рельс, оснащенный плоским сепаратором. Устройства с приводом для линейного перемещения — это одно- или мультикоординатная система, в состав которой входят линейные направляющие, электромеханический привод и соответствующая система управления.

Линейные направляющие представляют собой готовые к монтажу фиксированные опоры, предназначенные для преимущественно неограниченного передвижения. Направляющие, оснащенные плоскими сепараторами, ввиду кинематики сепараторов применяют в ограниченном диапазоне перемещений лишь в редких случаях. Данные подшипники способны воспринимать силы, оказывающие действие во всех направлениях, исключая лишь направление перемещения, а также моменты вокруг каждой из осей.

Круглые направляющие, оснащенные линейными подшипниками, служат в целях восприятия нагрузок в 2-х направлениях, а определенные типы линейных подшипников предназначены для компенсирования перекосов вала. Для получения зачастую необходимых при работе жесткости и точности, основная масса направляющих производится с установленным преднатягом либо возможностью его регулировки в процессе эксплуатации. Благодаря тому, что существуют разные классы  точности и преднатяга, довольно просто могут быть исполнены конструкции, имеющие строгие требования к точности передвижения и позиционирования.

Для того, чтобы определить типоразмер направляющей, начинают с определения величины и типа нагрузки, а также требований к срокам службы и надежности функционирования. Традиционно в случае сопоставимых внешних размеров  роликовые подшипники способны воспринимать большую нагрузку, нежели шариковые подшипники. Аналогичное правило касается и линейных направляющих – в случае малых и средних нагрузок  и высокодинамичных перемещений, как правило, применяют шариковые направляющие, а в случае больших нагрузок — роликовые. Для того, чтобы воспринимать особенно высокие нагрузки, максимально подходят направляющие, оснащенные плоскими сепараторами, а также направляющие профильные, имеющие циркуляцию роликов, и опоры качения линейного типа.

Линейные направляющие скольжения

В данных направляющих подвижные элементы системы скользят по неподвижному рельсу либо валу. В зависимости от того, к какому типу относится направляющая, антифрикционный слой наносят либо на подвижную деталь, либо на фиксированную. Смазывание осуществляется с применением смазок, находящихся в антифрикционном материале.

Направляющие скольжения линейного типа представляют собой фиксированные линейные опоры, предназначенные для неограниченного передвижения. К таким направляющим относят миниатюрные направляющие скольжения, линейные подшипники скольжения, имеющие антифрикционное покрытие INA, а также круглые направляющие (валы) и M/V–направляющие. В состав миниатюрных направляющих скольжения входит рельс-каретка, имеющая необслуживаемое антифрикционное покрытие. В составе  линейного подшипника поставляется круглая направляющая втулка, оснащенная антифрикционным INA-покрытием, которая  не требует частой смазки и монтируется в алюминиевый корпус.

M/V-направляющие представляют собой системы рельсов, где поверхность скольжения одного из направляющих рельсов образуется посредством антифрикционных накладок.

Направляющие скольжения имеют малое трение, высокую статическую грузоподъемность, нечувствительность к ударам, загрязнению, малую шумность и функционируют без заеданий. Направляющие скольжения, не подлежащие обслуживанию, не требуют смазывания, а необслуживаемый материал отлично функционирует в нештатных условиях. Многогранные специфические свойства направляющих скольжения позволяют их использовать в различных сферах, особенного в случаях, когда опоры необслуживаемые либо нечасто обслуживаемые. Имеется опасность недостаточного уровня смазывания или нежелательного (недопустимого) наличия смазки.

Срок эксплуатации направляющих скольжения определяется в основном нагрузками, скоростью скольжения, температурами и длительностью применения. Стоит также упомянуть и другие ограничивающие факторы: загрязнения, а в обслуживаемых направляющих также и коррозия при функционировании без смазки либо возможное свертывание смазки  в случае ее недостаточного количества. Потому номинальную долговечность можно определить лишь ориентировочно. Основная масса внешних воздействий на линейные направляющие скольжения прогнозированию не подлежат, а потому максимально точные выводы об использовании и долговечности направляющих сделать можно лишь по итогам экспериментов в реальных эксплуатационных условиях.