【实“利”说话】—重载挑战下的直线运动滚轮轴承单元解决方案
KIS
2023/11/03
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综述
新型工业化下的直线传输系统种类很多::直线导轨系统(滚动体为球/滚子),V形滚轮导轨系统(滚动体为球/圆锥滚子),丝杠类导轨系统(滚动体为球),滚轮单元组导轨系统(滚动体为滚子/滚针/圆锥滚子)。根据不同终端客户的具体要求,如:线速度,承载,定位精度等,会有不同选择。
KIS关注重载工况下的直线传动系统滚轮轴承需求,通过分析滚轮轴承的布置及载荷、线速度与定位精度、润滑方式等信息,对滚轮机构的刚性及使用寿命等方面为客户提供全方位的解决方案。
01滚轮轴承:重载直线传动的理想选择
滚轮轴承外圈一般采用外圈截面较厚的设计,这样可以保持在外圈加载状态下具有足够的刚性。当外圈在轨道上面做滚动运动时,由于径向载荷的作用,会使外圈产生一定的弹性变形,刚性高,则变形小,可以使滚道内滚动体与滚道之间保持较大的接触区域。从而提供足够高的承载能力,因此滚轮轴承可以应用于较重负荷和较高冲击负荷的工况。
02重载滚轮轴承单元通用布置方案:
🙂方案一:螺栓滚轮轴承布置
直接使用螺栓滚轮轴承,有螺纹且配备螺母,相比无轴滚轮轴承更便于安装。使用此类轴承可以基本满足重载
工况下的一般需求,但存在以下不足:
1.轴承装配拆卸繁琐
2.重载工况下长期使用,单元框架易变形,最终影响整个单元寿命,同时影响定位精度
3.定位精度降低,加剧螺栓滚轮轴承磨损
🙂方案二:螺栓滚轮轴承+套筒布置
为便于单元件滚轮安装拆卸,采用套筒设计,同时也使整体机构刚性稍有提高。相较于方案一,
1.整体框架变形程度会有所降低
2.单元定位精度会受一定影响
3.仍然没有彻底解决长期使用后的轴承磨损导致的精度和寿命的影响
🙂方案三:滚轮轴承+轴+套筒布置
方案三采用滚轮轴承和轴的组合设计,大大增加了整体机构的结构刚性。在重载工况下,
1.长时间使用也基本不会发生框架变形
2.可以长期保证高定位精度
3.可以大大提高整体机构的使用年限。
03KIS AP重载布置设计方案对比
方案一实例:
某重载工况项目中,原始设计采用螺栓滚轮PWKR 52 2RS安装,所以PWKR 52 2RS与框架接触面积有限:轴直径(20mm),轴长度(40.5mm),其中轴颈部位长度最大30mm,这样轴颈与机构支承部位接触区域最大为30mm(长度)X20mm(直径)Xπ的面积范围(图1)。
整体布置分析:
在长期重载工况下,由于接触面积有限,导致该位置框架刚性不足,从而导致如下问题:
1.滚轮轴承位置发生偏移,轴承外圈外径与直线轨道之间产生夹角(图3与图4对比),导致边缘局部赫兹应力加大,加剧磨损,
2.影响定位精度
3.影响整体单元的寿命。
KIS重载布置方案:
将PWKR 52 2RS替换为PWTR 2052 2RS,且采用方案三的整体布置。这样的布置方案在重载工况下有三点优势:
😊优势1:增加刚性
方案三的布置中轴颈与机构支承部位接触区域变大:75mm(长度)X58mm(直径)Xπ,大大增加了孔与轴的刚性,从而保证重载工况下,能够保持长期的定位精度及长寿命。
试验验证:KIS通过专业的模拟软件对方案一及方案三进行了数据分析对比,具体如下:
工况承载:单个轴承径向载荷8000N
对比数据维度:轴应力及轴挠曲变形
分析结果:
在同等工况下,KIS推薦方案可以降低轴最大应力值13%以上,降低轴挠曲量50%。这样保证在长期重载工况下,不易产生变形,可以有效保证定位精度,且始终保持滚轮与轨道处于良好的运动状态。
😊优势2:优化承载
KIS推荐方案三中的PWTR型轴承承载对比方案一中的PWKR型轴承承载:
有效动载提升:6.61% 有效静载提升:5.78%
😊优势3:易于维护
采用套筒型轴结构,安装拆卸便捷且易于更换,提高运营及生产效率。(比较图1与图2)
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