РОЛИКОВАЯ ОПОРА КАЧЕНИЯ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к опорному устройству линейного перемещения, в частности к роликовым опорам качения для металлорежущих станков, роботизированных комплексов, контрольно-измерительных приборов, медицинского и упаковочного оборудования, систем студийного света и другого оборудования, для которого необходимо обеспечить плавное линейное перемещение.
Уровень техники
Из уровня техники известна направляющая качения, обеспечивающая предварительный натяг поступательного перемещающегося узла, например, стола координатно-расточного станка, и состоящая из закаленных стальных планок и опор качения. Опоры качения выполнены в виде комбинации цилиндрических и нецилиндрических роликов, цилиндрические ролики расположены сверху планок, а нецилиндрические - под углом 45° к первым и связаны с направляющими через круглые скалки, причем на планках выполнены V-образные углубления для размещения скалок (Авторское свидетельство СССР №490627, кл. В23Q 1/01, публ. 10.02.1976).
Недостатком известной направляющей качения является низкая надежность конструкции ввиду большого количества используемых конструктивных элементов и необходимости обеспечения высокой параллельности расположения планок и скалок.
Из уровня техники известна роликовая опора качения для линейного перемещения (патент № US 6347887, МПК F16C 29/04, публ. 19.02.2002), в которой направляющая выполнена с образованием продольной полости квадратного сечения, внутри которой удерживается основная каретка с роликами, с которой связана по меньшей мере одна вспомогательная каретка с роликами. Каретки выполнены с возможностью скольжения по четырем дорожкам качения. Известная конструкция обеспечивает жесткость роликовой опоры качения.
Недостатком известной конструкции является невозможность использования направляющей такой конструкции для перемещения подвижного элемента на большие расстояния. Это объясняется тем, что изготовить несоставную направляющую большой длины достаточно сложно, а в случае составной направляющей необходимо обеспечить надежную и качественную стыковку для обеспечения плавного прохождения ролика.
Известна роликовая опора качения для линейного перемещения (патент № EP 0568852, МПК F16C 13/00, F16C 29/04, публ. 11.11.1998), которая содержит по меньшей мере одну направляющую С-образного профиля, в которой установлена по меньшей мере одна каретка с роликами. Каждый ролик имеет наружную активную поверхность колеса, являющуюся поверхностью вращения с радиальным эффектом с образующей в форме выпуклой дуги или радиально-осевым эффектом. Кроме того, роликовая опора качения содержит продольные направляющие, одна из которых имеет плоские параллельные контактные поверхности, а другая наклонные контактные поверхности с радиально-осевым эффектом, расположенные в виде буквы V. Использование различных профилей, направляющих позволяет компенсировать неточности размещения направляющих и тем самым снизить нагрузку на ролики.
Недостатком известной конструкции является ограниченная грузоподъемность в силу сниженной жесткости роликовой опоры. Отсутствие возможности регулировки плотного прилегания колес к дорожкам качения.
Известна роликовая опора качения для линейных перемещений (патент № CN 213628508, МПК F16C 29/00, F16C 29/04, публ. 06.07.2021), содержащая направляющую С-образного профиля, в которой установлена по меньшей мере одна каретка с роликами. На торцах каретки жестко закреплены металлические сребки. Каждый скребок имеет войлочную смазочную полосу, контактирующую с направляющей, пропитанную смазкой для защиты от преждевременного загрязнения и истирания.
Конструкция известной роликовой опоры обеспечивает простое удаление грязи или других абразивных материалов, однако исключает возможность плотного прилегания колес к дорожкам качения, что снижает ее надежность и эксплуатационный ресурс.
Наиболее близкой по технической сущности является роликовая опора качения (патент № ITMI 970676, МПК F16C 29/04, F16C 29/12, опубл. 24.09.1998), которая содержит по меньшей мере одну направляющую С-образного профиля, в которой установлена по меньшей мере одна каретка с роликами. Дорожки качения имеют комбинированный профиль, где нижняя дорожка качения имеет V-образный профиль, а верхняя дугообразную форму большого радиуса. При этом ролики в каретке размещены со смещением относительно продольной оси каретки, с опорой попеременно на нижнюю и верхнюю дорожки качения.
Недостатком известной опоры является отсутствие возможности регулировки роликов относительно их оси крепления для обеспечения плотного прилегания колес к дорожкам качения.
Раскрытие сущности полезной модели
При создании полезной модели решалась задача создания роликовой опоры качения для линейных перемещений с хорошими эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющей современным требованиям, предъявляемым к направляющим в машиностроении, безопасной в эксплуатации и с длительным сроком службы.
Технический результат - повышение эксплуатационного ресурса роликовой опоры качения путем обеспечения в процессе эксплуатации возможности регулировки плотного прилегания колес к дорожкам качения.
Указанный технический результат достигается тем, что роликовая опора качения для линейных перемещений содержит по меньшей мере одну направляющую С-образного профиля, в которой установлена по меньшей мере одна каретка с размещенными в ней, по меньшей мере, тремя роликами, при этом ролики размещены в каретке с опорой на нижнюю и/или верхнюю дорожки качения, при этом, согласно полезной модели, крайние ролики в каретке являются центрическими, а, по меньшей мере, один средний ролик является эксцентрическим, выполненным с возможностью регулировки положения колеса ролика относительно оси крепления ролика
При этом, согласно полезной модели, дорожки качения направляющей имеют профиль с плоской опорной площадкой в сечении или скругленный профиль в сечении или комбинированный профиль в сечении.
При этом, согласно полезной модели, дорожки качения направляющей упрочнены методом закалки.
При этом, согласно полезной модели, поверхность дорожек качения направляющей обработана с целью улучшения шероховатости.
При этом, согласно полезной модели, колесо ролика имеет наружную активную поверхность, контактирующую с поверхностью дорожек качения, являющейся поверхностью вращения с образующей в форме выпуклой ломаной прямой.
При этом, согласно полезной модели, колесо ролика имеет наружную активную поверхность, контактирующую с поверхностью дорожек качения, являющейся поверхностью вращения с образующей в форме выпуклой дуги.
При этом, согласно полезной модели, на обоих торцах каретки жестко закреплены металлические скребки с войлочной подушкой, пропитанной смазкой.
При этом, согласно полезной модели, на обоих торцах каретки жестко закреплены неметаллические скребки с войлочной подушкой, пропитанной смазкой
При этом, согласно полезной модели, направляющая и каретка выполнены из горяче-холоднокатаного профиля, протянутого через фильеру.
При этом, согласно полезной модели, направляющая и каретка выполнены механическим способом.
На роликовую опору качения приходится основная нагрузка, создаваемая при движении выдвигаемого элемента изделия и передаваемая опорой качения на неподвижное основание. Подбор роликовой опоры качения осуществляется в соответствии с массой подвижной части.
Для тяжелых режимов работы, например, предусмотрено использование двух параллельных направляющих и двух кареток для выдвигаемой части. При этом необходимо идеальное взаимное выравнивание двух направляющих в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Любые погрешности в размещении направляющих в процессе эксплуатации под воздействием нагрузки на шарнирные соединения роликов способствуют быстрому выходу из строя роликовой опоры качения.
Взаимное выравнивание направляющих очень трудоемко и влечет большие затраты. Причем даже когда достигается хорошее выравнивание между направляющими, то впоследствии могут вмешиваться другие факторы, такие как тепловое расширение или деформация под нагрузкой, которые нарушают выравнивание направляющих.
В предлагаемой полезной модели реализована доступная регулировка положения средних роликов, обеспечивающая плотное прилегание колес к дорожкам качения, позволяющая тем самым в течение всего срока эксплуатации компенсировать регулировкой неровности направляющих и в значительной степени снизить динамические нагрузки на шарнирное соединение роликов с кареткой. Регулировка позволяет увеличить жесткость роликовой опоры качения и как следствие увеличить грузоподъемность и максимально допустимые нагрузки.
Таким образом, благодаря применению в каретке роликов разных типов (эксцентрических и центрических) достигается плавный ход роликовой направляющей качения, снижается динамическая нагрузка на шарнирное соединение эксцентричных роликов с кареткой и увеличивается жесткость роликовой опоры качения, заключающаяся в исключении перемещений роликов, не предусмотренных конструктивом. Вследствие улучшения перечисленных характеристик в значительной степени увеличен эксплуатационный ресурс роликовой опоры качения. Причем описанная регулировка позволит избежать необходимости дорогостоящего идеального выравнивания направляющих.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера ее осуществления, где на:
фиг. 1 представлен общий вид роликовой опоры качения (в собранном виде);
фиг. 2 - роликовая опора в сечении (шарнирное соединение роликов с кареткой);
фиг. 3 - типы профиля дорожек качения направляющей;
фиг. 4 - параллельное размещение двух опор качения (корректирующее изменение положения роликов);
фиг. 5 - виды колес;
фиг. 6 - каретка, вид спереди;
фиг. 7 - каретка, вид сзади.
Осуществление полезной модели
Роликовая опора качения содержит по меньшей мере одну металлическую направляющую 1 С-образного профиля (фиг. 1, 2), в расточке которой установлена по меньшей мере одна каретка 2. Направляющая 1 и каретка 2 могут быть выполнены из горяче-холоднокатаного стального профиля, протянутого через фильеру или изготовлены механическим способом. В каретке 2 установлены с возможностью вращения по меньшей мере три ролика 3.
Направляющая 1 выполнена С-образного профиля, внутренние боковые стенки направляющей 1 выполнены профильными с образованием верхней 5 и нижней 6 внутренних дорожек качения для свободного перемещения роликов. Дорожки качения 5 и 6 могут иметь скругленный профиль а) в сечении (фиг. 3), профиль б) с плоской опорной площадкой в сечении, или комбинированный профиль в), где верхняя дорожка 5 имеет скругленный профиль, а нижняя дорожка 6 в скругленном профиле имеет плоское основание. Профиль б) с плоской опорной площадкой обеспечивает размещение ролика 3 с определенной степенью свободы. Скругленный профиль а) исключает возможность осевого смещения ролика 3 в посадочной канавке. Комбинированный профиль в) обеспечивает смещение ролика под углом относительно его оси. Контактные поверхности внутренних стенок дорожек качения 5 и 6 могут быть упрочнены, например, известным методом закалки. Для уменьшения трения и улучшения скольжения роликов 3 поверхность дорожек качения 5 и 6 дополнительно обработана с целью улучшения шероховатости любым известным способом, например, шлифуется на плоскошлифовальном станке.
Направляющие 1 с разными типами профилей предусмотрены при использовании двух роликовых опор качения в паре (фиг. 4), где две направляющие 1 размещены параллельно. Разный профиль направляющих 1 позволяет компенсировать допуски по ширине и высоте изделий (кривизны изделий), в которые устанавливается пара направляющих.
В центральной части направляющей 1 выполнены отверстия 7, которые могут быть любой известной формы, предназначенные для крепления направляющей к неподвижному основанию (фиг. 3).
Размеры каретки 2 и количество роликов 3 могут варьироваться в зависимости от требований к установке в конечное изделие. В каретке 2 выполнены отверстия 8, известной формы для крепления к ответной части выдвигаемого элемента изделия (фиг. 6). Ролики 3 установлены в каретке 2 посредством осей вращения 9 (фиг. 2).
В каретке 2 размещены ролики 3 разных типов: по меньшей мере, два крайних ролика 3 - центрических и, по меньшей мере, один средний ролик 3 - эксцентрический (фиг. 7). Центрические ролики 3 являются опорными. Причем чем больше общее число роликов 3 в каретке 2, тем больше расстояние между крайними опорными роликами 3. С увеличением расстояния между точками опоры увеличивается плечо силы, уменьшается поворотный момент и как следствие увеличиваются максимально воспринимаемые нагрузки.
У эксцентрических роликов 3 ось места крепления 10 не совпадает с осью колеса 11 ролика 3 (фиг. 2). Таким образом эксцентрический ролик 3 выполнен с возможностью изменения расстояния от оси 11 до опорной поверхности колеса при вращении оси 9 места крепления 10 в монтажном отверстии каретки 2, благодаря чему достигается плотное прижатие колеса к одной из дорожек качения 5 или 6. Эксцентрические ролики 3 позволяют выполнить регулировку положения колес роликов 3 относительно оси места крепления 10 роликов 3.
В представленном примере осуществления полезной модели ролики 3 размещены в каретке 2 со смещением относительно продольной оси 12 каретки 2 (фиг. 7) с опорой попеременно на нижнюю или верхнюю дорожки качения, благодаря чему равномерно распределяется нагрузка на ролики 3 в каретке 2: вертикальная весовая нагрузка (сила тяжести) воспринимается парой крайних опорных роликов 3, а вертикальная реакционная нагрузка (сила реакции) воспринимается средними роликами 3. Такое размещение роликов 3 позволяет компенсировать допуски изготовления направляющей 1 и каретки 2, а также улучшить потребительские свойства конечного продукта. Представленный пример не является ограничивающим, поскольку расположение роликов 3 может меняться в зависимости от конструктивных особенностей конечного продукта и области применения. Так, например, ролики 3 могут располагаться по центральной оси 12 направляющей 1, при этом опора на нижнюю 6 или верхнюю 5 дорожки качения может быть отрегулирована с помощью эксцентрических роликов 3. При этом центрические ролики 3, например, могут быть подобраны с опорой на нижнюю 6 и верхнюю 5 дорожки качения.
Колесо ролика 3 имеет наружную активную поверхность 13, контактирующую с поверхностью дорожек качения 5 и 6. Наружная активная поверхность 13 колеса является поверхностью вращения с образующей в форме выпуклой ломаной прямой а) или в форме выпуклой дуги б) (фиг.5).
Для минимизации попадания посторонних предметов и грязи на дорожки качения 5 и 6 на обоих торцах каретки 2 жестко закреплены, например, с помощью винтов, металлические или неметаллические сребки 14 (фиг. 6, 7). На скребках 14 могут быть предусмотрены канавки для размещения войлочной подушки, пропитанной смазкой для улучшения коррозионной стойкости при эксплуатационном износе и уменьшения усилия при начальном движении каретки 2.
Все элементы: направляющая 1, корпус каретки 2, ролики 3, скребки 14, могут иметь антикоррозийное покрытие, а также могут изготавливаться из антикоррозионных материалов.
Роликовая опора качения монтируется на оборудование с помощью традиционных монтажных отверстий 7, выполненных на направляющей 1 и традиционных монтажных отверстий 8, выполненных на каретке 2 (фиг. 1, 2). При движении роликовой опоры качения каретка 2 направленно перемещается во внутреннем пространстве С-образного профиля направляющей 1. Ролики 3 двигаются в том же направлении.
По нижней дорожке качения 6 направляющей 1 перемещаются крайние опорные ролики 3, в каждом из которых наружная активная поверхность 13 контактирует с плоскостью качения по самой нижней своей образующей.
Средние эксцентричные ролики 3 при установке регулируются с помощью поворота вокруг оси 10 в монтажном отверстии таким образом, чтобы взаимодействовать с дорожками качения 5 или 6 направляющей 1. Регулировка обеспечивает плотное прилегание активной наружной поверхности 13 ролика 3 к поверхности дорожек качения 5 или 6, препятствующее смещению каретки 2 в вертикальном направлении, увеличивая жесткость роликовой опоры качения (фиг. 7).
В процессе эксплуатации в случае износа опорных поверхностей в направляющей 1 и активных поверхностей колеса образуется зазор между роликами 3 и направляющей 1, который устраняется регулировкой средних эксцентричных роликов 3.
Таким образом достигается повышение эксплуатационного ресурса роликовой опоры качения путем обеспечения в процессе эксплуатации возможности регулировки плотного прилегания колес к дорожкам качения. На протяжении всего срока эксплуатации обеспечиваются первоначальные свойства продукта.