導軌選擇：方形還是圓形？
點擊：3448 日期：2014-11-10
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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?
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。
方形導軌也可以用于帶預載荷的情況，載荷從輕載荷（額定動載荷的3％）到重載荷（額定動載荷的13％）均可適用。方形導軌軸承的典型應用是對載荷能力、剛度和準確度要求極高的機床行業。由于軸承已經承受了一個初始變形，因此，重預載荷進一步降低了載荷下的變形量。到目前為止，我們已經討論了采用球形滾珠元件的軸承。值得注意的是，如果在不提高包絡尺寸的情況下需要比方形滾珠導軌更高（兩倍以上）的載荷能力，還可選擇配有圓柱輥子型元件的方形導軌軸承。
在方形導軌可以滿足載荷能力、剛度和準確度要求后，許多工程師就不會再做進一步的測試。然而，這會導致系統性能下降，以及前期成本和維護成本的增加。圓形導軌產品具有許多優點，其中之一就是：當安裝到超過150 mm /m平面度誤差的欠光滑表面上時，仍然能夠平穩運行。當在滾軸上、傾斜處和側滑角裝配剛性直線軸承時，裝配表面的平面度誤差通常會造成束縛，從而導致更高的拖曳，并會將使用壽命降低高達50％。為了解決此問題，在裝配過程中，必須嚴格修整匹配表面，或者將各部件進行墊片調整并調節到正常運行，這將使成本提高。對于更精密的機加工應用，由于維護要求提高，因此會提高前期成本和操作成本。此項成本隨應用的不同而差異較大，從不足 100美元到數千美元都有可能。而采用圓形導軌產品，可將軸承安裝到焊接管型框架或直接固定到混凝土工廠的地板上。
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。
解決對中問題的方形導軌解決方案只需使用一個導軌。由于它能夠支撐所有方向上的力矩，因此，在導軌副甚至軸承副中無需使用方形導軌軸承。對于輕載荷，即處于軸承載荷和力矩能力范圍內的載荷，單個方形導軌軸承即可提供所期望的引導，但并不是所有的方形導軌產品均可按此類型操作進行設計。這種引導消除了在漸擴表面上對兩個導軌進行對中的問題。然而，仍然必須考慮到通過傳動機構進行對中，方形導軌在設計上沒有橫跨間隙和端部支撐。由于偏心加載而在導軌上產生力矩，因此，單個導軌可能不適合運動足跡較寬（如300mm）的應用。在做出決定之前，應檢查導軌的力矩額定值及其在力矩載荷下的剛度。
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