德国·舍弗勒丨INA直线导轨，INA滑块，INA直线轴承…直线运动轴承组件系统

概括：德国·舍弗勒丨，INA滑块，INA直线循环滑块轴承及导轨组件的性能与装配。

系统是紧凑型的直线导引系统，系统作为标准件成套提供，并具有高刚性及高承载能力。它们可以承受各方向的力 – 除运动方向以外 – 及可承受绕各个轴的的扭矩，有多种精度和预载提供。所以它们适用于多种需求高的导引和定位要求的应用场合。

在大多数系列中，同一精度等级的INA及可任意组合使用。这使得直线导引系统具有非常高的设计柔性并使得安装简化，库存成本降低。

为了降低维护成本，直线导引系统具有润滑油储存槽。所以它们在很多应用中都是免维护的。

系统的机器设计，其性能与经济性的成功是与它所使用的组件密不可分的。正是这个阶段，该机器技术上的竞争力及随后市场对于该机器的认同被确定下来。不过，标准组件的布置必须与应用精确地匹配才能实现成功。

同时也描述了基于滚动轴承技术的这些导引系统相关的轴承布置和设计原理。

■ 直线循环滚柱滑块轴承及导轨组件 RUE （第六代：RUE-F）

■ 六列直线循环滚珠滑块轴承及导轨组件 KUSE

■ 四列直线循环滚珠滑块轴承及导轨组件 KUVE

■ 两列直线循环滚珠滑块轴承及导轨组件 KUE（已停产）

■ 带有直线循环滚珠滑块轴承单元KUVS的直线导引系统。

直线导引系统的尺寸取决于承载能力，使用寿命和运行安全的需求。

承载能力

描述承载能力的有基本额定动载荷 C，基本额定静载荷 C0 和额定静扭矩 M0x，M0y 和 M0z，图1。

                                图1，承载能力与载荷方向

基本额定负载的计算依据DIN

尺寸表中所给出的基本额定动、静载荷的计算基于DIN636-1和2。

DIN标准和远东地区供应商标准区别

远东地区直线导轨供应商在计算基本额定载荷时经常使用的基本额定寿命计算距离仅仅是50km，而Schaeffler使用的寿命计算距离是100km，基于DIN标准。

基本额定载荷的转换直线循环滚珠轴承及导轨组件

C50=1,26·C100

C100=0,79·C50

直线循环滚柱INA滑块轴承及导轨组件

C50=1,23·C100

C100=0,81·C50

C100           N

基本额定动载荷C，运行距离100km–符合DIN636

C50             N

基本额定动载荷C，运行距离50km。

动载荷承载能力与寿命

动载荷承载能力通过基本额定动载荷和基本额定寿命进行描述。单位为N的基本额定动载荷是指有90%的系统，在该载荷下可达到100km的运行距离 (C100)。

基本额定寿命

基本额定寿命L和Lh，是指足够大一批相同型号的轴承中有90% 在首次出现材料疲劳前达到的寿命。

根据DIN636-1，当量动载荷P不应该超过0.5C。

当量载荷与速度

计算基本额定寿命的公式假定了载荷P与速度v均为均匀的。非均匀的运行条件可通过当量运行数值计算，其在寿命影响上与实际当中的载荷具有同样的效果。

当量动载荷 当载荷分步变化时，当量动载荷的计算如下：

平均速度 当速度分步变化时，平均速度的计算如下：

混合载荷

如果作用在INA滑块上的力的方向与导引系统的坐标系方向不一致时，当量载荷的近似计算如下：

如果INA滑块同时受到一个力F和一个扭矩M的作用时，当量动载荷的近似计算如下：

符号、单位和定义

使用寿命

使用寿命定义为直线导引系统实际所能达到的寿命。它可能与计算的寿命有显著差异。

以下因素将通过磨损或疲劳形式导致直线导引系统过早失效：

■ 额外载荷，由温度变化和制造公差 （周边结构弹性）引起的不对中造成

■ 直线导引系统的污染

■ 润滑不足

■ 小行程的往复运动（摩擦腐蚀压痕）

■ 静止时振动（摩擦腐蚀压痕）

■ 直线导引系统的过载（即使很短时间）

■ 塑性变形。

静载荷承载能力

INA直线导轨的静载荷承载能力受以下因素限制：

■ 直线导轨系统允许的载荷

■ 滚道的承载能力

■ 连接螺栓的许用载荷

■ 周边结构的许用载荷

设计时，不同应用条件下的静载安全系数S0必须参照。

基本额定静载与额定静扭矩

基本额定静载荷与额定静扭矩是指在该载荷下滚动体与滚道会发生永久变形，变形量为滚动体直径的1/10000。

静载安全系数

静载安全系数S0是指滚动接触永久变形的临界：

用于直线导引系统设计的静载安全系数S0。

以应用为导向的静载安全系数

设计直线导引系统时，下表中的 静载安全系数S0必须要参照。

机床方面的应用

应用于高空布置 1) 的一般应用

1) 如果导引系统为悬挂布置，推荐使用脱落保护装置。

应用于一般应用

导引系统的加强

如果固定螺栓尺寸足够，作用于直线导引系统上的载荷可达到尺寸表中的静载荷承载 C0 和 M0。

载荷必须传至定位面。

BEARINX® 用于精确设计

为了准确设计直线系统，必须考虑基本寿命和静态安全系数，计算的内部载荷 （滚动体的载荷分布， 图1）。这些需要复杂的计算程序。

由于这个原因，INA研发了滚动轴承分析软件BEARINX®，它可以计算直线以及甚至整个的系统 （例如，等），从而保证设计的可靠性。

                                 图1 符合载荷下的内部载荷分布

BEARINX® 直线模型

BEARINX®的直线模型可以计算多轴的混合负载下的直线导引系统（例如机床），计算可细致到滚动体的接触。 内置的分析方法可用于研究几乎所有参数对于整个系统结果的影响。

考虑系统弹性

该精密复杂的模型考虑了系统中的所有弹性因素从鞍板及导轨的刚性到滚动体的非线性变形。

为了精确确定滚动体与滚道之间的压力，直线循环滚柱轴承及导轨组件中滚动体的端部轮廓也在考虑之中。在计算中，周边结构假定为刚性，但是如果需要，可通过降低母表刚性建立弹性模型 （例如有限元计算）。

非常精确的结果

该模型给出的结果比只考虑滚动接触弹性的程序结果明显地更精确。这意味着设计安全水平的提高。

BEARINX® 计算的系统可包含任何数量的：运动轴，滑块和驱动，载荷情况，载荷及重心。

BEARINX® 提供的结果包括静载安全系数基本额定寿命和由于直线系统弹性变形引起的位移。

BEARINX® 作为一种服务提供给客户。

在线版 BEARINX®

计算软件 BEARINX® 在线版支持直线导引系统的计算，图2。

                                           图2 在线版程序示例

计算程序 –设计摘要输入数据例子

计算程序输入数据须依照设计摘要 （至少有两个尺寸标注的视图）。以下简单例子介绍了如何一步一步地标注尺寸的过程。

步骤1-定义组件

计算相关因素，除连接工作台的直线导引系统和驱动系统，还应考虑会对直线导引系统产生载荷作用的组件 （这些组件固有的重量或者它们的惯性力），图3。

              图3 定义组件：1马达 2头架 3工作台 4直线导引系统 5驱动

步骤2 定义工作台坐标系

工作台坐标系为笛卡尔坐标系，右手坐标系。

坐标系的方向定义如下，图 4：

■ X axis：工作台的移动方向

■ Y axis：系统的主要载荷方向 （重量方向）

■ Z axis：根据右手定则得到 （侧向）

坐标系的位置可以自由选择。推荐坐标系的原点位于各个INA滑块的中心X和Y方向。

                                    图4 定义工作台坐标系

步骤3 定义系统元件

INA直线导引系统单元的位置用工作台坐标系来描述。INA直线导引系统元件的扭转角度可描述为它们的坐标系绕X轴旋转一定角度与工作台坐标系相同，图5。

                                 图5 定义直线导引系统元件的位置

步骤4 定义驱动位置

驱动（运行方向上的支撑作用）的位置用工作坐标系中的Y和Z坐标来描述，图6。

                                    图6 驱动位置的定义

步骤5 定义各组件重心位置

组件的重量集中到其中心点。

中心点的位置也用工作台坐标系来描述，图7。

             图7 定义各组件重心位置:1马达重量 2头架重量 3工作台重量

步骤6 定义外部载荷

外部载荷，如作用于工作台上的切削力，位置参照工作台坐标系。

必须定义下面的内容，图 8：

■ 在哪个工况下，哪个载荷作用于系统

■ 载荷作用点的位置

■ 力和力矩

                                     图8 定义额外的载荷

步骤7 定义工作循环

为了表述机器的工作情况，工作循环必须要描述。它是由机器的运动参数和外部载荷引起的负载 （如切削力）组成。

在速度/时间表的基础上，工作周期被分为各个单独的负载状况，图9，1到8   。

基于均匀运动公式匀速（v=const.）或匀加速（a=const.），可以确定缺少的数据（位移，加速度）。

                             图9 定义工作循环： 1---8=负载状况

位移

速度

加速度

直线工作台运行例子

以下简单例子描述了一个直线工作台的运动。循环编号1到8描述了各负载状况图9，第1。

复杂的运动可通过合并来减少负载状况。

请联系舍弗勒集团工程服务。

快走至加工位置加速

在t1（0.05 s）时间内达到v1（0.5m/s），图9。

减速

在t2（0.045s）时间内达到v2（0.05m/s），图9, 第2。

切削匀速

v3（0.05m/s），t3（1.105s），图9, 第3。

切削力 位置：

■ x = –520mm

■ y = –270mm

■ z = –260mm。

数值：

■ Mx = 720Nm

■ Fx = 24kN

■ My = 24Nm

■ Fz = 20kN。

减速

在t4（0.0025s）时间内达到v4（0 m/s），图9, 第4

快走返回起始点 加速

在t5（0.025）时间内达到v5 (–0.5 m/s），反方向，图9, 第5。

匀速

v6（–0.5 m/s），t6（0.135 s），反方向，图9, 第6。

减速

在t7（0.0257s）时间内达到v7（0m/s），图9, 第7。

停止在起始点

持续时间t8（1.5s），v8（0m/s），图9, 第8。

预载的影响

预载可提高INA滑块轴承布置的刚性，当量INA滑块轴承载荷和导引精度。

预载与阻尼

基于滚动的INA直线导引系统的阻尼性不受预载的影响。

显著的阻尼效果只有通过特殊的附加设计，如用于RUE系统的INA阻尼滑块RUDS..-D。

当量静载荷和当量动载荷的计算，并未考虑滑块预载的影响。

在低载荷高预载的应用下，额定寿命和静载安全系数会比使用近似公式计算出的低。

预载只有在INA直线导引系统完全安装好后才会实现 （由于INA滑块背面的弯曲变形）。

预载等级和适合的应用

摩擦影响因素

直线导引系统具有低且均一的摩擦力。

影响摩擦的因素：

■ 载荷

■ 预载

■ 运行速度

■ 润滑 （粘度和数量）

■ 温度

■ 任何的不对中

■ 密封件的摩擦力

润滑脂对摩擦的影响

在初始运行和再润滑时，摩擦系数会由于新脂的原因暂时性地升高。经过短时间的跑合期后，摩擦系数会降低至原来的低数值。

摩擦的情况极大地取决于所用脂的特性。 稠度和基础油的粘度可被看作接近的指导值。

在初始加脂后，系统的移动抵抗力会提高。

密封对摩擦的影响

接触式密封会提高直线导引系统的总摩擦。

新导引系统的密封摩擦是最高的。 在跑合期后会降低。

附加密封（附件），根据密封设计的不同，会将摩擦提升到不同的范围。

依据合同可提供摩擦数值。

油润滑或脂润滑

INA直线导引系统必须要润滑。技术，经济性和生态因素会决定使用油润滑还是脂润滑以及应该使用何种润滑方法。

选择润滑类型的一个重要依据因素就是直线导引系统环境条件（污染等）。如果极端的条件能够被预见到。

交货状态，适当的润滑

RUE..-E (-L-KT)， KUSE， KUVS， KUE 供货时带有防锈油。 该防锈油与矿物基础油的油或脂互溶。

系列 KUVE..-B (-KT) 供货时装有润滑脂。

直线导引系统常常运行于混合摩擦条件下。建议使用滴油式润滑（类型P依据DIN51502）。

润滑油

润滑脂

用过的润滑剂

用过的润滑剂应该做不影响环境的处理。润滑剂的使用要遵守生产厂家的使用指南及国家相关规定和职业安全规定。必须遵守这些规定。

油润滑

油润滑具有冲刷效果。

建议使用润滑油 CLP 或 CGLP 到 DIN 51517 和 HLP 到DIN 51524。

当工作温度在+10 °C与+70 °C 之间时，粘度应在ISO-VG68和ISO-VG 220之间。

对于低温环境，须使用低粘度的润滑油。

对高动态应用，推荐粘度为ISO-VG100。

相容性

除非有实际经验或者润滑油制造商的指导，否则在应用中避免润滑油与塑料，橡胶和已经过测试的非铁材料接触。

润滑油的适应性必须要检查。

必须在动态工况和运转温度下进行检验。

如果有疑问，请联系润滑油制造商。

溶混性

同级矿物油基的润滑油可以相互混合。同时，粘度须在同一ISO-VG等级。

润滑油的混合性必须要检查。如果有疑问，请联系润滑油制造商。

工艺过程中的与其他材料的兼容性（如冷却液）也需要检查。

润滑量

表格中的数据为指导数据。

在以下条件下：

■ 运转时间100%

■ C0/P =8

■ v=0.8m/s

■ 行程 500mm到1000mm

■ 和安装方式无关，0°到90°。

精确数值可由实践决定。 润滑足够与否可由密封唇处是否在INA导轨上留下连续的油膜判断。

                                         图1 安装方位

最小油量Qmin

最小油量Qmin适用于初次运行或者在停机超过8 hours以后再开机。初次润滑量，由端盖内润滑通道，滚动体和滚道所需的润滑量组成。

脉冲油量Qimp

脉冲油量Qimp适用于连接中央润滑系统的直线导引系统，并且其行程比率小于200。行程比率见脉冲油量见表格。

带有最小润滑量单元的INA滑块 （KIT.RWU..-510，KIT.RWU..-511， KIT.RWU..-H-510 和 KIT.RWU..-H-511）为每列滚动体配置了单向阀。可以供应合适的润滑量 0.12 cm3（在每个润滑脉冲）到滑块 RWU。独立的分配器不能用于这个系统。

每种安装方式都可以得到适量的润滑。

如果污染严重，需要增加再润滑量。

润滑油用量对于INA阻尼滑块RUDS取决于直线循环滚柱系统RUE..-E（RUE..-F） (-L-KT)。

润滑脉冲必须是一个方向。

用油量对于RUE和RUDS

润滑油量对于RUE..-E（RUE..-F）带有最小润滑量单元

RUE..-E（RUE..-F） (-L-KT) 带有内置了活塞分配器的最小润滑量计量单元。 单独的活塞分配器不能用在这些导引系统上。

KUSE用油量

KUVE用油量

KUE用油量

KUVS用油量

脂润滑

脂润滑的优势如下：

■ 设计工作量小，可能免去中央润滑系统

■ 可能会达到长效润滑

■ 能够利用滑块上的润滑腔。

流动的润滑脂润滑

流动润滑脂的等级NLGI00和NLGI000, 可参照油润滑的表格指导值。

流动润滑脂等级NLGI0，润滑量和再润滑间隔见上表格。

在清洁环境条件下，脉冲量可酌情况减少表格中油润滑量的20%。如果流动润滑脂用在直线循环滚柱轴承及导轨组件RUE25-D（RUE25-E），必须采用RUE25-D-FE型号。

最小润滑量计量单元

对于最小润滑量计量单元，只有 等级NLGI00和NLGI000的流动润滑脂才允许使用。

推荐使用矿物油为基础的锂皂或者锂皂复合润滑脂和带有EP添加剂的。基础油粘度见表。

脂润滑

推荐使用矿物油基础的锂皂或者锂皂复合润滑脂。

基础油粘度见表。

载荷高的情况需要使用带有 EP 添加剂的润滑脂。

溶混性

具有以下条件的润滑脂可以混合：

■ 有相同基油

■ 相配的稠化剂符合类型

■ 类似的基油粘度：差异没有超过一个ISO-VG等级

■ 它们有相同的稠度（NLGI 等级）。

润滑储存寿命

经验表明以矿物油基的润滑脂润滑过的 INA 直线导引系统可储存3年以上。

前提条件如下：

■ 封闭的储存空间

■ 温度在 0 °C 和 +40 °C 之间

■ 相对湿度<65%

■ 防止化学介质的侵蚀 （蒸汽，气流，液体）。

使用者须依照润滑剂制造商建议。

初始加脂量

如果直线系统没有中央润滑单元，INA滑块（KUVE-B (-KT) 初始带有润滑脂）安装前必须进行初始润滑。

初始加脂量RUE

初始加脂量KUSE

初始加脂量KUVE

初始加脂量KUE

初始加脂量KUVS