Friktionskoefficient för linjära styrskenor: Vad påverkar den?

En rullande linjär styrbana har en mycket lägre friktionskoefficient än en konventionell glidstyrning, men det finns ingen enskild koefficient som gäller för varje skena, block och drifttillstånd. Det faktiska körmotståndet beror på rullelementets typ, extern belastning, förspänning, tätningar, smörjmedel, hastighet, temperatur och installationsnoggrannhet.

Katalogfriktionskoefficienter är användbara för preliminära beräkningar, men motorval bör baseras på hela axelmotståndet. Tätningsmotstånd, acceleration, kabelhållare, bälgar, kulskruvar och externa processkrafter kan vara mer betydande än den teoretiska rullfriktionen hos styrbanan.

Vad betyder linjär styrvägsfriktionskoefficient?

I en rullande linjär styrbana cirkulerar kulor eller rullar mellan blocket och räls löpbanor. De rullande elementen minskar direkt glidkontakt, vilket gör att blocket kan röra sig med relativt lågt motstånd samtidigt som de stöder radiella, omvända radiella och laterala belastningar.

Ett förenklat förhållande mellan friktionskraft och pålagd normallast kan skrivas som:

Där:

• F_r= rullmotstånd associerat med den applicerade belastningen
• μ= referensfriktionskoefficient
• P= last som verkar på styrbanan

Denna förenklade ekvation inkluderar inte fast motstånd från ändtätningar, bottentätningar, skrapor eller smörjmedel. Det förutsätter också att styrbanan är korrekt installerad och att lasten fördelas som avsett.

För preliminära tekniska uppskattningar behandlas rullande linjär styrbanas friktion ofta som att den ligger i intervallet med låga tusendelar. Det exakta värdet bör erhållas från tekniska data för den valda serien och konfigurationen.

Friktionskoefficient kontra faktiskt körmotstånd

Friktionskoefficient och körmotstånd är relaterade, men de är inte utbytbara.

Vid låga externa belastningar kan tätningsmotståndet representera en stor andel av den totala uppmätta kraften. Att dividera detta totala motstånd med en liten belastning kan ge en till synes hög friktionskoefficient även när den inre rullkontakten är normal.

Av denna anledning är det mer användbart att ange det faktiska uppmätta körmotståndet och testförhållandet än att bara rapportera en beräknad koefficient.

Vilka faktorer påverkar linjär styrvägsfriktion?

1. Kul- eller rullstruktur

Kulstyrbanor använder punktkontakt eller krökt kontakt mellan kulorna och löpbanorna, medan rullstyrbanor använder linkontakt. Rullstyrbanor ger i allmänhet högre styvhet under belastning, men det faktiska körmotståndet beror på den specifika löpbanans geometri, förspänning, tätningar och smörjmedel.

Det är inte korrekt att anta att varje kulstyrning har lägre friktion än varje rullstyrning utan att jämföra den valda serien under likvärdiga förhållanden.

2. Förladda

Preload tar bort internt spel och förbättrar styvheten. Det ökar också kontaktkraften mellan de rullande elementen och löpbanorna, vilket ökar körmotståndet.

En högre förspänning är inte automatiskt bättre. Det bör väljas enligt maskinens styvhet, extern belastning, installationsnoggrannhet, hastighet och positioneringskrav. Överdriven förspänning kan öka värme, motorbehov och känslighet för skenfel.

3. Ändtätningar och skrapor

Ändtätningar håller kvar smörjmedel och hjälper till att förhindra att damm eller spån kommer in i blocket. Deras kontakt med skenan skapar ett relativt fast motstånd som inte ökar i direkt proportion till den yttre belastningen.

Dubbla tätningar, metallskrapor och speciella alternativ för föroreningsskydd kan öka motståndet ytterligare. Denna avvägning kan vara värt besväret i dammiga eller bearbetningsmiljöer där skydd är viktigare än minimal drivkraft.

4. Smörjmedelstyp och mängd

Fettkonsistens, basoljans viskositet, temperatur och fyllnadsmängd påverkar kraften som behövs för att cirkulera smörjmedlet genom blocket. Kallt eller överflödigt fett kan tillfälligt öka motståndet, särskilt under uppstart.

Otillräcklig smörjning kan också öka motståndet genom att minska skyddsfilmen mellan kontaktytor. Det korrekta målet är stabil smörjning - inte bara lägsta möjliga smörjmedelsmängd.

5. Hastighet och temperatur

Smörjmedlets viskositet ändras med temperatur och hastighet. Motståndet kan vara högre vid kallstart och minska när smörjmedlet värms upp. Vid högre hastighet kan tätningsbeteende, smörjmedelscirkulation och interna dynamiska effekter förändra den uppmätta kraften.

Friktionen bör därför utvärderas vid den faktiska drifthastigheten och stabiliserad temperatur när exakta drivkraftsdata krävs.

6. Skeninriktning och monteringsnoggrannhet

Parallellismfel i ett system med två skenor tvingar blocken i sidled när bordet rör sig. Ojämna monteringsytor, rälshöjdsskillnader och felaktig bultdragning kan också skapa inre belastningar som inte framkommer i den teoretiska friktionsberäkningen.

Om motståndet ändras vid olika positioner, inspektera inriktningen och monteringsnoggrannheten innan du byter smörjmedel eller byter ut blocken.

7. Lastriktning och moment

En vagnlast delas inte alltid lika mellan alla block. En förskjuten tyngdpunkt eller processkraft skapar stignings-, gir- eller rullmoment och kan belasta ett block kraftigt samtidigt som ett annat lossas.

Den ekvivalenta lasten på varje block bör beräknas från det faktiska rälsavståndet, blockavståndet och lastpositionen.

8. Kontaminering och slitage

Metallspån, damm, torkat fett, korrosion eller skador på löpbanan kan öka motståndet och orsaka lokala täta punkter. Kontamineringsrelaterat motstånd är ett feltillstånd och bör inte ingå som en normal friktionskoefficient.

Hur kan det linjära körmotståndet uppskattas?

En förenklad uppskattning för styrvägsdelen av en horisontell axel kan skrivas som:

Där:

• F_guide= beräknat totalt styrvägsmotstånd
• μ= referens rullfriktionskoefficient
• P= ekvivalent belastning som verkar på blocken
• F_tätningar= totalt tätnings- och skraparmotstånd för alla block

Denna uppskattning representerar fortfarande inte den fullständiga motorkraften. Axelberäkningen kan också behöva inkludera:

• Accelerationskraften hos den rörliga massan
• Tyngdkraftskomponent på en vertikal eller lutande axel
• Kulskruv, rem, kuggstång eller cylindermotstånd
• Lager- och kopplingsförluster
• Kabelhållare och slangmotstånd
• Motstånd mot bälg och skyddskåpa
• Skärkraft, presskraft eller andra externa processbelastningar

Hur mäts linjär styrbanas löpmotstånd?

Körmotståndet kan mätas med en kraftmätare eller lastcell kopplad i linje med vagnens rörelse. Ett användbart test skiljer brytkraft från konstant löpkraft.

1. Förbered den installerade styrningen.
   Kontrollera att skenorna är inriktade, att monteringsbultarna är åtdragna korrekt och att blocken innehåller det specificerade smörjmedlet.
2. Ta bort orelaterat motstånd där det är möjligt.
   Koppla loss kulskruven, remmen, kabelhållaren eller andra drivkomponenter om syftet är att testa endast styrbanan.
3. Applicera kraft parallellt med färdriktningen.
   Att dra i vinkel introducerar sidobelastning och ändrar resultatet.
4. Rekordutbrottskraft.
   Mät den maximala kraften som krävs för att börja rörelsen efter att vagnen har stått stilla.
5. Rekord stadig löpkraft.
   Rör dig med en kontrollerad konstant hastighet och exkludera accelerations- och retardationsområden.
6. Mät åt båda hållen.
   En stor riktningsskillnad kan indikera problem med inriktning, tätning eller lastfördelning.
7. Jämför motstånd över hela slaget.
   Lokala toppar kan indikera rälsskador, monteringsfel eller kontaminering.

Testrapporten bör innehålla blockmodell, kvantitet, förspänning, tätningar, smörjmedel, applicerad belastning, hastighet, temperatur, körläge och om styrbanan testades ensam eller som en del av hela axeln.

Hur kan onormalt löpmotstånd identifieras?

Onormal friktion kan också uppträda som vibrationer, temperaturstegring eller instabil motorström. För relaterad diagnos, seVarför vibrerar en linjär styrbana under drift?

DLY levererar kultyp och rulltyplinjära styrbanorför olika krav på belastning, styvhet, installationshöjd och rörelse. Blockförspänning, tätningsarrangemang, noggrannhetsgrad och smörjning bör bekräftas enligt de fullständiga maskinförhållandena.

För tunga kulstyrda applikationer, DLYHD Square Guidewayanvänder en fyrradig återcirkulerande bollstruktur. Det faktiska körmotståndet beror på blockstorlek, förspänning, tätningar, smörjmedel, belastning och installationsskick snarare än bara serienamnet.

← Tillbaka till DLY Blog