Калькуляторы
Калькулятор зазоров и преднатяга в линейных направляющих
Калькулятор зазоров и преднатяга в линейных направляющих
Рассчитывает преднатяг между кареткой и рельсом, а также влияние температурного расширения
Результаты расчета
Пояснения к калькулятору зазоров и преднатяга
Для линейных направляющих качения
Что такое зазор и преднатяг
В линейных направляющих качения важнейшим параметром является соотношение размеров между кареткой и рельсом. Это соотношение определяет наличие зазора или преднатяга.
Зазор
Зазор возникает, когда размер каретки меньше размера рельса плюс двойной диаметр шариков. При наличии зазора каретка имеет небольшую свободу перемещения во всех направлениях, что приводит к люфтам.
Преднатяг
Преднатяг возникает, когда размер каретки больше размера рельса плюс двойной диаметр шариков. При наличии преднатяга шарики находятся под постоянным давлением, что устраняет люфты, но увеличивает трение и износ.
Рельс: 20 мм
Каретка: 20.02 мм
Диаметр шарика: 3.175 мм
Начальный преднатяг = (Размер каретки) - (Размер рельса) = 20.02 - 20 = 0.02 мм
Влияние температуры на преднатяг
Разные материалы имеют различные коэффициенты температурного расширения. Это означает, что при изменении температуры каретка и рельс расширяются по-разному, что влияет на преднатяг или зазор.
Коэффициенты температурного расширения
| Материал | Коэффициент (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Сталь | 11.8 |
| Алюминий | 23.1 |
| Нержавеющая сталь | 17.3 |
| Латунь | 19.0 |
| Пластик | 80.0 |
Формулы для расчета
Расширение каретки = Ширина каретки × Коэффициент каретки × ΔТ ÷ 1000000
Изменение зазора = Расширение каретки - Расширение рельса
Итоговый преднатяг = Начальный преднатяг - Изменение зазора
где ΔТ - это изменение температуры (Рабочая температура - Начальная температура)
Стальной рельс: 20 мм
Стальная каретка: 20.02 мм
Начальная температура: 20°C
Рабочая температура: 50°C
Изменение температуры: 30°C
Расширение рельса = 20 × 11.8 × 30 ÷ 1000000 = 0.00708 мм
Расширение каретки = 20.02 × 11.8 × 30 ÷ 1000000 = 0.00709 мм
Изменение зазора = 0.00709 - 0.00708 = 0.00001 мм
Итоговый преднатяг = 0.02 - 0.00001 = 0.01999 мм
В данном случае, поскольку материалы одинаковые, разница минимальна. Но с разными материалами эффект может быть значительным!
Стальной рельс: 20 мм (коэффициент 11.8)
Алюминиевая каретка: 20.02 мм (коэффициент 23.1)
Изменение температуры: 30°C
Расширение рельса = 20 × 11.8 × 30 ÷ 1000000 = 0.00708 мм
Расширение каретки = 20.02 × 23.1 × 30 ÷ 1000000 = 0.01387 мм
Изменение зазора = 0.01387 - 0.00708 = 0.00679 мм
Итоговый преднатяг = 0.02 - 0.00679 = 0.01321 мм
В этом случае преднатяг уменьшился на 34% из-за разных коэффициентов расширения!
Рекомендации по преднатягу
Оптимальный преднатяг обычно составляет от 2% до 4% от диаметра шарика. Для типичного шарика диаметром 3.175 мм (1/8 дюйма) это:
- Минимальный рекомендуемый преднатяг: 3.175 × 0.02 = 0.0635 мм
- Максимальный рекомендуемый преднатяг: 3.175 × 0.04 = 0.127 мм
Полезные советы
- Слишком малый преднатяг может привести к люфтам и снижению точности позиционирования.
- Слишком большой преднатяг приводит к повышенному трению, нагреву, потреблению энергии и ускоренному износу компонентов.
- Для высокоскоростных применений рекомендуется меньший преднатяг, а для высоконагруженных систем — больший.
- При сборке прецизионных систем учитывайте рабочую температуру и выбирайте начальный преднатяг с учетом температурного расширения.
Оценка нагрузочной способности и износа
Калькулятор оценивает изменение нагрузочной способности и относительный износ в зависимости от преднатяга. Эти оценки основаны на упрощенных зависимостях:
- При наличии зазора нагрузочная способность снижается пропорционально величине зазора
- При оптимальном преднатяге нагрузочная способность максимальна (100%)
- При чрезмерном преднатяге нагрузочная способность также снижается
- Износ условно считается пропорциональным квадрату преднатяга
Важные ограничения
Калькулятор не учитывает:
- Нелинейные эффекты при больших температурных изменениях
- Влияние смазки на трение и износ
- Деформации компонентов под нагрузкой
- Точную геометрию конкретных моделей направляющих
Отказ от ответственности
Данный калькулятор предоставляет приблизительные расчеты и предназначен только для справочных целей. Результаты не следует использовать как единственное основание для принятия решений по проектированию или обслуживанию линейных направляющих. Всегда обращайтесь к документации производителя или консультируйтесь с квалифицированными специалистами.
Авторы калькулятора не несут ответственности за любые последствия, связанные с использованием этого инструмента, включая любой прямой или косвенный ущерб, потерю данных, прибыли или повреждение оборудования.
Ведущие производители линейных направляющих
При выборе линейных направляющих обратите внимание на продукцию этих надежных производителей:
Источники информации
- THK Co., Ltd. "Linear Motion Systems Technical Information" (2018)
- Hiwin Technologies Corp. "Technical Information: Preload and Rigidity" (2019)
- NSK Ltd. "Linear Guides Engineering Handbook" (2017)
- Schaeffler Group. "Linear Guidance Systems: Design Guidelines" (2020)
- Thomson Industries, Inc. "Thomson Linear Motion Optimization Guide" (2016)
- Engineering Toolbox. "Coefficients of Linear Thermal Expansion" (2020)
