Что выбрать – линейный вал или рельсовую направляющую?

Система линейного передвижения – ответственная часть механизма, поэтому к ее выбору подходят особенно серьезно. Допущенные конструкторами ошибки могут привести к снижению эффективности машины, повышению затрат на ее обслуживание и существенному снижению надежности. У современных инженеров сегодня есть два основных варианта: линейный вал и рельсовая направляющая. Считается, что оба эти решения подходят в большинстве случаев и даже взаимозаменямы, но есть ряд важных критериев, которые позволяют выбрать из двух подходящих вариантов оптимальный для данного случая.

Особенности валов и направляющих, влияющие на выбор

Системы линейных перемещений, использующие цилиндрические линейные валы были впервые предложены в середине 20 столетия. Они отлично решали проблемы, возникающие при создании оборудования самого разного назначения, пока не появилось прецизионное оборудование, к узлам перемещения которых предъявляются повышенные требования жесткости.

Рельсовые направляющие, обычные и телескопические, стали отличным выходом из положения, так как предлагали значительную жесткость при большой грузоподъемности и незначительных габаритах. Профильные направляющие начали активно внедряться в 70-х годах и именно с этих пор перед конструкторами начала возникать дилемма: круглый вал или рельсовая направляющая? Решение принимают опираясь на следующие особенности этих систем перемещения.

1. Жесткость. Профилированная система в виде рельса менее склонна к прогибу, чем круглый вал. Кроме этого, направляющим при монтаже часто обеспечивают преднатяг 2-8%, что способствует дополнительному увеличению жесткости.

2. Грузоподъемность. Так как профиль имеет большую площадь контакта с телами качения любой конфигурации, то при одинаковых габаритах у рельса будет преимущество в грузоподъемности перед валом, имеющим круглое сечение. Профильные системы также более выносливы к пиковым нагрузкам.

3. Скорость. Для линейных валов максимальная скорость перемещения составляет 2 м/с. Профильные направляющие, за счет использования в работе более сложной и эффективной системы рециркуляции тел качения, могут обеспечить скорость 5 м/с.

4. Точность. Каленые ходовые поверхности рельсовых узлов помогают получить максимальную точность перемещения. Но валы хоть и проигрывают в этом отношении, имеют все же важное преимущество – они лучше восстанавливаются при деформациях.

5. Простота монтажа. Здесь неоспоримое преимущество имеют линейные валы, которые могут крепиться только на концах. Профильные направляющие необходимо фиксировать на всем их протяжении, что делает сборку узла длительной и трудоемкой. Также для установки вала не требуется предварительная обработка платформы, так как подшипниковые блоки менее требовательны к соосности. Все эти факторы упрощают, а главное – удешевляют монтаж систем с валами.

6. Условия эксплуатации. В сложных условиях, когда система работает в запыленной среде, преимущество у круглых валов, которые менее чувствительны к грязи. Кроме этого, конструкция круглого вала позволяет изготавливать его из различных материалов, имеющих особые свойства (низкий коэффициент теплового расширения, высокая стойкость к износу, невосприимчивость к химической агрессии).

7. Обслуживание. При использовании линейных валов требования к обслуживанию систем существенно ниже, чем в случаях с рельсовыми направляющими. Валы предъявляют не такие строгие требования к смазочным материалам, а кроме этого, имеют высокую степень унификации. В большинстве случаев, элементы систем перемещения с валами, выпущенные разными производителями, являются взаимозаменяемыми.

Существуют и другие, менее очевидные особенности для каждой конструкции, которые могут сыграть ключевую роль при выборе того или иного решения. Детальный анализ системы, а также условий ее работы помогает дать ответ на основные вопросы, касающиеся выбора.

Вал или направляющая?

Как мы видим, каждый из вариантов имеет свои преимущества и однозначно говорить о том, что то или иное решение будет лучше нельзя. Но проанализировав особенности двух одинаковых по назначению систем, можно уверенно говорить о том, что линейный вал круглого сечения обеспечивает больше ключевых преимуществ, чем направляющие в виде рельса. Наиболее важные из них – доступная цена и невысокие затраты на установку и обслуживание. При большом количестве систем перемещения в станке или машине, использование линейных валов гораздо целесообразнее и выгоднее с финансовой точки зрения. При этом не стоит забывать и о важных плюсах рельсовых систем, которые, благодаря некоторым своим свойствам, могут оказаться незаменимыми.