做非标自动化设备结构设计的工程师,大概率都在轻载直线往复运动的工位上用过这类带切边法兰的线性轴承,它不需要额外做复杂的轴承座安装位,直接靠法兰面贴紧安装基板就能完成固定,比光轴配无衬套的直孔导向精度稳定太多,也比圆法兰线性轴承更省安装空间,尤其是在安装面空间局促、两个安装孔位刚好能避开周边走线或其他零件干涉的场景里,这种双切边法兰的结构优势会特别明显。
从实际使用场景来看,这类轴承常出现在小型滑台的导向端、3D打印设备的光轴运动副、点胶机的Z轴升降导向、小型包装设备的推料杆导向、检测设备的探针升降模组里,承担的是低阻力直线往复运动的支撑功能,它的内孔和光轴做间隙配合,内部自带的保持架可以均匀分布滚动体,让光轴在做轴向移动的时候不会出现卡滞、偏磨的问题,相比无油衬套的滑动摩擦,这类滚动式线性轴承的运动阻力更小,启动摩擦力矩低,哪怕是低速微动的工况下,也不容易出现爬行现象,运动的平顺性更有保障。
从结构设计的角度拆解这个零件,主体的套筒部分是轴承的核心功能段,内部集成了滚动体循环通道(针对标准LMH系列的尺寸,8mm内径对应的适配光轴直径就是8mm),套筒的外径是统一的标准尺寸,和安装板上的通孔做间隙配合,安装时套筒直接穿入安装板的预制孔,底部的法兰面贴住安装板的表面,法兰上的两个安装孔用来穿螺丝锁紧,不需要额外做轴向定位的台阶或者卡簧槽,安装工序非常简便。法兰做了两侧切边的设计,不是整圆结构,一方面是缩小了法兰的整体占用宽度,在排布密集的安装位上可以减少相邻零件的避让空间,另一方面切边的平面也能在安装时起到防转的辅助定位作用,不需要额外打定位销就能避免轴承在安装孔内发生周向转动,当然如果是冲击载荷较大的工况,还是建议在法兰切边位置加设定位销来提升固定可靠性。
关于安装边界的尺寸,这个型号的轴承法兰安装孔中心距是固定的标准值,设计安装板的时候,两个螺丝孔的中心距要严格对应轴承法兰的孔位,安装孔的直径要比选用的锁紧螺丝外径大0.2-0.5mm,方便安装时微调位置;套筒穿入安装板的通孔直径要比套筒外径大0.1-0.2mm,既保证套筒能顺利穿入,又不会因为间隙过大导致轴承安装后出现倾斜,影响光轴的同轴度。需要注意的是,这类线性轴承只能承受径向载荷,不能承受较大的轴向力和倾覆力矩,所以在布置导向结构的时候,通常需要成对使用两个同型号的轴承来支撑同一根光轴,两个轴承之间要留出足够的跨距,来抵消运动过程中产生的偏载力矩,避免轴承因为局部受力过大出现早期磨损、滚动体卡滞的问题。
在建模的时候,要注意区分套筒部分和法兰部分的倒角细节,套筒的两端都做了小尺寸的导入倒角,方便光轴穿入的时候不会刮伤轴承内部的密封件和保持架,法兰和套筒衔接的位置做了圆角过渡,减少应力集中,避免在受冲击载荷的时候衔接位置出现断裂。另外法兰的安装孔是沉头设计还是通孔设计,要根据实际选用的螺丝头型来匹配,标准件的这个位置通常是通孔,配沉头螺丝或者圆柱头螺丝都可以,设计安装板的时候要对应留出螺丝头的沉头空间,避免螺丝头突出法兰面影响安装贴合度。
实际选型的时候,不能只看内径尺寸匹配光轴就直接选用,还要核算整个运动副的负载大小、运动速度、行程长度,8mm内径的这个型号属于微型线性轴承,适合负载在几十牛以内的轻载工况,如果负载偏大或者运动频率很高,就要考虑选更长的套筒型号或者带密封结构的款式,避免粉尘、切削液进入轴承内部加速磨损。安装的时候不要直接敲击轴承的套筒外壁,尤其是法兰和套筒衔接的位置,受力过大很容易导致套筒变形,内部滚动体卡滞,应该用软质垫块垫在法兰端面,均匀敲击把轴承压入安装孔内,保证安装面和轴承轴线的垂直度,不然光轴穿入后会出现别劲的问题,运动阻力陡增,还会加速光轴和轴承的磨损。
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