Назначение и конструкция направляющих.

Поверхности, по которым перемещаются подвижные части ме­ханизма при поступательном движении, называют направляющи­ми. В большинстве случаев направляющие размещаются на кор­пусных деталях, например суппорт токарного станка располагает­ся на направляющих, которые находятся на станине.

В зависимости от назначения машины направляющие имеют различную форму и конструкцию. Служат направляющие для пе­ремещения подвижных частей в горизонтальном, вертикальном и наклонном направлениях. В машинах должно быть предусмотре­но, как правило, не менее двух направляющих различного профи­ля. Такая комбинация надежно обеспечивает движение исполни­тельного узла относительно базовой детали оборудования. На­правляющие могут быть выполнены как единое целое с базовой деталью, так и отдельно от нее в виде накладных направляющих, устанавливаемых на базовую деталь в процессе сборки механиз­ма. Накладные направляющие изготавливают из материалов, об­ладающих низким коэффициентом трения в паре с направляющи­ми исполнительного узла и достаточно высокой износостойкостью (сталь, гетинакс, капрон, винипласт, текстолит). Стальные направ­ляющие крепят на базовой детали винтами с потайными головка­ми, а направляющие из пластических масс — на клею или пласт­массовыми штифтами.

Нормальная работа направляющих зависит от их прямолиней­ности, состояния сопрягаемых поверхностей и наличия смазочных устройств.

Точность изготовления направляющих и их износостойкость оказывают существенное влияние на качество работы оборудова­ния. В зависимости от характера трения при перемещении по­движного узла относительно неподвижного различают направля­ющие скольжения, качения, гидростатические и аэродинамические.

Направляющие скольжения.

Направляющие скольжения (рис. 1, а) отличаются большим разнообразием конструктивных реше­ний. Если поверхность направляющих выпуклая, то на ней плохо удерживается смазка, поэтому такие направляющие применяют при малых скоростях перемещения исполнительных узлов. Одна­ко, выпуклые направляющие просты в изготовлении, и, кроме того, стружка не задерживается на их поверхности, что предупреждает возможность преждевременного изнашивание направляющих.

Направляющие, образующие в поперечном сечении вогнутый профиль, более пригодны к использованию в механизмах с высо­кими скоростями перемещения исполнительных узлов, так как хо­рошо удерживают смазку, но их необходимо тщательно защищать от попадания стружки и других загрязняющих материалов. Наи­более простыми в изготовлении являются плоские направляющие, но они плохо удерживают смазку и легко загрязняются, что суще­ственно ограничивает их применение.

В целях упрощения конструкции узлов поступательного движе­ния используют комбинированные направляющие в виде сочета­ния плоских и призматических направляющих. В некоторых слу­чаях применяют круглые направляющие, которые относительно просты как в изготовлении, так и в эксплуатации.

Форма поперечного сечения направляющих зависит от назна­чения узла.

Плоские направляющие (см. рис. 1, а) применяют при нор­мальных требованиях к точности перемещения. Они просты в из­готовлении, хорошо удерживают смазку, но требуют более слож­ных устройств для компенсации зазора по сравнению с призмати­ческим направляющими.

Призматические направляющие используют для горизон­тальных перемещений исполнительного узла при небольших ско­ростях. В сечении такие направляющие имеют равнобокую или неравнобокую трапецию. Призматические направляющие обеспе­чивают точное перемещение исполнительного узла и хорошее удаление стружки; саморегулирующиеся. По мере изнашивания зазор компенсируется за счет опускания перемещающегося узла.

Направляющие типа «ласточкин хвост» используются для горизонтальных, вертикальных и наклонных перемещений при небольших скоростях и небольших расстояниях перемещения. Отличаются простотой регулирования, достигаемого за счет при­менения клиньев и планок; просты в изготовлении. Условия смаз­ки не очень благоприятны, потому велики потери на трение.

Круглые направляющие используют в основном для верти­кальных перемещений при небольших скоростях. Наиболее про­сты в изготовлении. Хорошо удаляется стружка и грязь.

V-образные направляющие применяют для обеспечения гори­зонтального перемещения исполнительного механизма, когда тре­буется высокая скорость и точность перемещения. Такие направ­ляющие обеспечивают наилучшие условия смазки среди всех на­правляющих скольжения.

Направляющие качения.

Особенностью направляющих каче­ния (рис. 1, б) является то, что между перемещающимся испол­нительным узлом и базовой деталью располагаются тела качения — шарики или ролики, заключенные в сепаратор. Направляющие качения позволяют с высокой точностью совершать быстрые пе­ремещения исполнительного узла и его установочные перемеще­ния. Такие направляющие находят широкое применение в метал­лорежущих станках (особенно повышенной точности и прецизи­онных) .

При качении шариков или роликов по замкнутым направляю­щим наблюдается трение качения, сила которого значительно меньше силы трения скольжения. Применение направляющих ка­чения позволяет снизить коэффициент трения, в связи с чем их изнашивание значительно меньше, чем при использовании на­правляющих скольжения. Кроме того, направляющие качения обеспечивают более плавное движение, так как при их использо­вании отсутствует эффект прилипания, характерный для направ­ляющих скольжения.

Гидростатические направляющие.

При необходимости высо­кой точности перемещения исполнительного узла механизма при­меняют гидростатические направляющие (рис. 1, в). Наиболее часто эти направляющие используют в прецизионных станках и станках с программным управлением, где требуется высокая точ­ность перемещения исполнительных узлов. Сопрягаемые детали благодаря наличию между ними масляного слоя толщиной в не­сколько микрометров работают почти без трения, в связи с чем КПД гидростатических направляющих практически равен едини­це (0,99).

При использовании гидростатических направляющих подвиж­ный узел перемещается как бы на масляной подушке, которая соз­дается за счет подачи масла под давлением от насоса 1 в зазор между подвижным и неподвижным узлами по специальным кана­лам 2 и 3, выполненным в неподвижном узле.

Аэродинамические направляющие.

В аэродинамических на­правляющих сопрягаемые поверхности разделены воздушной по­душкой, создаваемой за счет непрерывной подачи в зону сопряжения сжатого воздуха. Аэродинамические направляющие обе­спечивают мгновенную остановку исполнительного узла при прекращении подачи сжатого воздуха.