12.3. Направляющие с циркуляцией тел качения

Направляющие с роликовыми опорами. Направляющие, оснащенные комплектными элементами в виде роликовых опор, применяются в станках с ЧПУ, узлы которых при значительных нагрузках имеют большой ход.

Роликовая опора Р88 включает направляющую (корпус) 1 (рис. lz.5), циркулирующие вокруг нее ролики 2, препятствующие выпаданию роликов обоймы 4, винты 5 и штифты 6 для крепления обоймы к направляющей 1, а также винты 3 и штифты 7 для крепления опоры к подвижному узлу станка. Стандартные роликовые опоры бывают нормальной Р88, узкой Р88У и широ­кой Р88Ш серий (табл. 12.5).

Нагрузочная способность роликовой опоры характеризуется допускаемой по контактной прочности длительно действующей на нее нагрузкой, значения которой при работе в паре со стальными направляющими твердостью 58 HRC приведены в табл. 12.5.

При большой скорости узлов, особенно при наличии перекосов опор и не­равномерном нагружении роликов, нагрузочная способность роликовой опо­ры характеризуется нагрузкой, допускаемой по контактной выносливости по­верхностных слоев. Эта нагрузка обусловливается требуемым числом циклов нагружении каждой точки ее рабочих поверхностей, которое пропорциональ­но пути S, проходимому рабочим органом станка. Базовая нагрузка Р., соот­ветствующая базовому пути , при твердости рабочих поверхнос­тей направляющих не ниже 60 HRC приведена ниже:

Допускаемую нагрузку Р для расчетного пути S определяют по зависимос­ти

(12.1)

которая следует из соотношения

Если на опору действует переменная нагрузка, причем пути S_i. соответст­вует нагрузка Рi , а Р₁ — наибольшая из них, то в зависимость (12.1) вместо Р вводят kP₁. Коэффициент долговечности

Сопротивление движению опоры характеризуется силой Q, требуемой для перемещения опоры, которая нагружена нормальной силой Р:

где начальная тяговая сила ; коэффициент трения качения ; d –диаметр ролика, см.

Упругая деформация опоры

где начальная деформация, j жесткость опоры.

Для опор типоразмеров Р88-101, Р88-102 и Р88-103 экспериментальным путем получили соответственно

Незамкнутые направляющие с роликовыми опорами (рис. 12.6 а)применяются только для горизонтального перемещения и не могут воспринимать больших опрокидывающих моментов. Замкнутые направляющие (рис. 12.6, б) сложнее незамкнутых и могут быть применены для горизонтального и верти­кального движений. Наиболее технологичны прямоугольные направляющие.

Чтобы исключить изгибные деформации, замкнутые направляющие монти­руют так, чтобы каждая роликовая опора взаимодействовала с противостоя­щей опорой. Другими словами, роликовые опоры применяются парами. На­пример, в конструкции на рис 12.6, б опоры / и 2 воспринимают силу тяжести стола и вертикальные рабочие нагрузки, опоры 3 и 5 препятствуют отрыву сто­ла, опоры 4 и 6 создают направление стола в горизонтальной плоскости.

С помощью предварительного натяга повышают жесткость направляющих и не допускают отрыва подвижного узла под действием разных по направле­нию и значению нагрузок. При создании натяга пружинами и винтом (рис. 12.7) достигаются наилучшая самоустановка опоры и минимальное сопротивление движению, но жесткость почти в 3 раза ниже по сравнению с регулировкой клиньями. При установке опор Р88 первого, второго и третьего габаритов ре­комендуется натяг , равный 5,7 и 10 мкм на сторону. Сила предварительно­го натяга определяется по зависимости

Для смазывания направляющих жидкий смазочный материал подводится через сверления в корпусе на направляющую впереди роликовой опоры. Плас­тичный материал наносится на опоры при сборке. Для предохранения направ­ляющих от загрязнений применяют телескопические щитки, раздвижные ме­ха или скребки, прикрепленные к торцу опоры.

Нагрузки на опоры определяют следующим образом. Составляют расчет­ную схему узла с указанием всех сил: составляющих силы резания; силы тя­жести стола и установленных на нем узлов; сил, действующих со стороны тя­гового механизма, а также реакций опор. Принимают систему координат, располагая оси в плоскостях, проходящих через середины опор. Составляют уравнения равновесия подвижного узла и по ним находят нагрузки на каж­дую пару встречно расположенных опор. Затем распределяют каждую из на­грузок между двумя опорами. При этом учитывают, что одна опора (рис. 12.8) закреплена в корпусе, а другая соединена с элементом, предназначенным для регулирования натяга- При отсутствии внешней нагрузки обе опоры на­гружены одинаковыми силами, равными силе предварительного натяга Р_н. Внешняя сила А приводит к возрастанию нагрузки на неподвижную опору на величину А₁ и к уменьшению нагрузки на подвижную — на А₂, причем А₁₊А₂=А.

Если жесткость роликовой опоры 1 равна j ₁, а жесткость опоры 2 с ре­гулировочным элементом 3 — j₂, из условия равенства упругих перемещений стола в местах контакта с обеими опорами следует, что суммарная жест­кость системы из двух опор и , где . Значения е найдены экспериментальным путем: для опор с тарельчатыми пружинами; для опор с винтом, имеющим сферическую головку; для опор с клиньями.

С учетом натяга нагрузка на опору 1 равна , нагрузка на опору 2 составляет (должно быть). Вычислив нагрузки на каждую опору, выбирают их типоразмер.

Если стол установлен на четырех роликовых опорах и в центре нагружен моментом М, создаваемым силой резания, с учетом податливости опоры с = = 1/j и жесткости самого стола можно определить оптимальное расстояние между опорами. Угол поворота стола на опорах, установленных на расстоянии

где модуль упругости материала стола; момент инерции его попереч­ного сечения.

Из этого уравнения следует зависимость для вычисления оптимального расстояния между роликовыми опорами:

Шариковые цилиндрические направляющие. Эти направляющие представ­ляют собой совокупность шариковой втулки и скалки. Нерегулируемая ша­риковая втулка 1 работает в паре со скалкой 2, имеющей опоры по концам (рис. 12.9, а). Во втулке образованы шесть замкнутых каналов, которые за­полняются шариками. Шарики, находящиеся на рабочем участке Б канала, контактируют со скалкой и наружным цилиндром. Участок возврата В обра­зован пазами, изготовленными в наружном и внутреннем цилиндрах. Натяг в направляющих создают подбором диаметра скалок. Регулируемая шариковая втулка (рис. 12.9, б) работает в паре со скалкой, имеющей опоры по всей дли­не. Натяг в таких направляющих создают сжатием корпуса 3, в который встав­лена шариковая втулка (рис 12.9, в) Ниже приведены основные размеры ша­риковых втулок и допускаемая нагрузка на них:

Сила трения в соединении втулка—скалка

где сила трения при отсутствии нагрузки на втулку:

коэффициент трения качения: диаметр шарика, см;

нагрузка на шариковую втулку, Н. Жесткость направляющих с шариковыми втулками можно определить по Зависимостям, приведенным в работе [ 28]..