非标机械设计基础：直线轴承基础知识

非标机械设计基础：直线轴承基础知识

直线轴承的基础知识

直线轴承的工作原理基于滚动摩擦原理，它利用滚动元件（如滚珠、滚柱或滚针）在轴承座和导向轴之间滚动，以实现物体的直线运动。

直线轴承的组成部件

1. 滚动元件：

• 滚珠（Ball）：小型轴承中常用的滚动元件，适用于低摩擦和高精度的应用。
• 滚柱（Roller）：适用于承受较高径向负荷的应用，滚柱比滚珠有更大的接触面积。
• 滚针（Needle）：细长的滚动元件，适用于空间受限且需要承受较大径向负荷的场合。

2. 保持架（Cage or Retainer）：用于将滚动元件均匀分隔开，防止它们在运动中相互碰撞，引导滚动元件在正确的路径上循环。

3. 外圈（Outer Ring）：固定在轴承座或机器的固定部分，为滚动元件提供运动的轨道。

4. 内圈（Inner Ring）：与移动部件（如轴）配合，同样为滚动元件提供运动轨道。

5. 端盖（End Caps）：封闭轴承的两端，防止滚动元件脱落，并有助于保持润滑剂在轴承内部。

6. 密封件（Seals）：防止污染物进入轴承内部和润滑剂泄漏，密封件可以是橡胶密封圈、金属防尘盖或唇形密封。

7. 润滑剂（Lubricant）：减少滚动元件和接触面之间的摩擦和磨损，可以是油脂、油液或固体润滑剂。

8. 导向件（Guide Elements）：对于某些类型的直线轴承，如线性导轨，导向件用于确保轴承沿预定路径精确移动。

9. 安装附件：如安装孔、螺纹或法兰，用于将轴承固定在机器或结构上。

10. 预载荷元件：在一些高精度应用中，轴承可能会设计有预载荷元件，以提高刚性和减少振动。

直线轴承的种类

1. 滑动轴承：这是最常见的直线轴承类型之一，它由内圈、外圈、滚动体（通常为滚子或滑块）和保持架等部分组成。滑动轴承通过滚动体与轴和座之间的滑动摩擦来支撑和引导运动。

2. 滚珠轴承：滚珠轴承是一种采用滚珠作为滚动体的直线轴承。它具有较高的刚度和载荷能力，适用于高速和高精度的运动控制系统。

3. 滚柱轴承：滚柱轴承是一种采用滚柱作为滚动体的直线轴承。它的滚柱形状使得它能够承受较大的径向载荷，并具有较高的刚度和精度。

4. 线性导轨轴承：线性导轨轴承是一种采用导轨和导轨滑块组成的直线轴承。它具有高刚度、高精度和低摩擦等特点，适用于高速和高精度的线性运动控制系统。

5. 线性滚动轴承：线性滚动轴承是一种采用滚子或滚珠作为滚动体的直线轴承。它具有较高的载荷能力和刚度，并且能够实现高速和高精度的线性运动。

6. 塑料直线轴承：塑料直线轴承是一种自润滑特性的直线运动系统，适用于高载荷中低速运动。与金属直线轴承相比，塑料直线轴承是滑动摩擦，轴承与圆柱轴之间是面接触。

7. 直筒型直线轴承：形状如圆筒，一般用卡簧安装，用于安装尺寸较小的场合。

8. 法兰型直线轴承：端部或中间有安装法兰，可以用螺钉安装，法兰一般分圆形、方形和切边型三种。

9. 开口型直线轴承：形状如直筒，外表有轴向切缝，用于需要间隙调整的场合，分大开口和小开口两种。

10. 加长型直线轴承：适用于需要更长行程的场合。

11. 标准型、间隙调整型、通用型直线轴承：这些是根据其功能和用途进行分类的直线轴承类型。

12. LM 和 LME 系列：按规格制式分，LM 系列用于亚洲、东南亚国家、日本、韩国、中国等，以公制尺寸为标准；LME 系列多用于欧洲、美国、德国、意大利等地区，以英制尺寸为标准。

直线轴承的基本功能和作用

1. 支撑和导向：直线轴承为机械系统中的移动部件提供精确的支撑和导向，确保部件沿预定轨迹平稳移动。

2. 减少摩擦：通过滚动摩擦代替滑动摩擦，直线轴承显著降低了摩擦系数，减少能量损耗。

3. 承载能力：直线轴承能够承受一定的负载，包括径向负荷和轴向负荷，保证机械结构的稳定性。

4. 提高精度：在精密机械和仪器中，直线轴承确保运动部件的精确位置和重复定位精度。

5. 减少振动和噪音：由于滚动摩擦的特性，直线轴承能减少机械运动中的振动和噪音，提升机械性能。

6. 维护简便：许多直线轴承设计易于安装和维护，有助于降低维护成本和提高机械的可靠性。

7. 适应多种环境：直线轴承能够适应不同的工作环境，包括高温、低温、湿润和腐蚀性环境。

8. 延长设备寿命：通过减少磨损和 tear-and-wear，直线轴承有助于延长机械设备的使用寿命。

直线轴承的这些基本功能和作用使其成为现代工业中不可或缺的组件，广泛应用于自动化、精密机械、医疗设备等多个领域。

直线轴承与导向轴配合公差

直线轴承与淬火 g6 公差的导向轴组合，安装在 H7 公差的固定座上，直线轴承与固定座为间隙配合

直线轴承的应用领域

• 工业自动化
• 医疗设备
• 精密机械
• 电子设备

直线轴承的选型指南

负载要素分析

在选型过程中，首先需要充分了解应用环境，确定承受的负载类型和大小。不同的直线轴承适用于不同的负载条件，通过对负载要素的详细分析，可以为后续的选型提供有力的依据。

速度和精度需求

直线轴承在工业自动化设备中扮演着关键的角色，速度和精度是考虑的重要因素。在选择轴承时，需要确保其在高速运动和高精度要求下仍能稳定可靠地工作，从而保障设备的顺畅运行。

环境适应性考虑

工作环境的恶劣程度直接关系到轴承的使用寿命。不同的工作环境可能包括高温、低温、湿润、腐蚀性气体等，因此在选型时需要选择具有良好环境适应性的轴承，以保障设备在各种条件下的正常运行。

润滑方式选择

润滑对直线轴承的寿命和性能有着重要的影响。根据实际需求，选择适合的润滑方式，可以采用润滑脂、润滑油或者干式润滑，确保轴承在运转中保持良好的润滑状态。

公差等级

直线轴承的公差等级也就是精度等级，一般分为 0、6、6X、5、4、2 级，公差等级是由低到高。每一公差级别的直线轴承在尺寸、旋转及外观质量中都有不同的要求，级别越高，各项要求就越严格，产品的性能也就更加完善。产品的价格也就会越高。

直线轴承和导向轴的配合

米思米制直线轴承建议与淬火 g6 公差的导向轴组合。米思米制直线轴承建议安装在 H7 公差的固定座上，直线轴承与固定座为间隙配合。

成本考虑

最后，考虑预算和成本因素。选择符合性能要求的直线轴承，并在经济可接受范围内寻找最优解。

选型计算

确定机械设备所需的动载荷和静载荷，根据公式计算出直线轴承所需的额定动载荷和预期寿命，以确保所选轴承能满足工作要求。

直线轴承的失效分析

1. 磨损失效：由于表面之间的相对滑动摩擦引起的失效，导致金属在工作表面上的持续磨损。这种磨损会影响形状变化，增大配合间隙，改变工作表面的形状，并可能影响润滑剂或使润滑剂受到一定程度的污染，导致润滑功能完全丧失，从而使直线轴承失去旋转精度，甚至无法正常工作。

2. 接触疲劳失效：由直线轴承工作表面交变应力引起的失效。接触疲劳剥落发生在直线轴承的工作表面，经常伴随着疲劳裂纹。剥落可能发生在内座圈表面、外座圈或滚动体上，其中内座圈因接触应力较高，发生破裂的情况较多。

3. 断裂失效：直线轴承断裂失效的主要原因是缺陷和过载。当施加的载荷超过材料的强度极限并导致零件断裂时，称为过载断裂。主要原因是主机突然故障或安装不当。当冲击过载或剧烈振动发生时，微裂纹、缩孔、气泡、大异物、过热组织和轴承部件的局部烧伤等缺陷也会导致缺陷断裂。

4. 润滑不良：润滑不足或润滑油过期失效、选型错误等都可能导致直线轴承失效。润滑不良会增加轴承的摩擦和磨损，导致轴承过热和早期失效。

5. 污染问题：灰尘、污垢等杂质进入轴承内部，影响其正常运行，导致磨损和损坏。

6. 安装问题：不正确的安装方式，如用锤子直接敲击轴承，或轴承箱内未清除干净等，都可能导致轴承损坏。

7. 处理不当：包括轴承间隙过小、过盈过大、安装错误、温升膨胀量、极端瞬时过载等因素，都可能导致轴承失效。

8. 过热：长期不平稳运行会造成轴承内部游隙过大，产生噪音或振动，且在摩擦运动的过程中产生大量热量，容易造成轴承表面的烧伤，尺寸变化，润滑剂劣化，最终导致轴承失效

直线轴承的维护与保养

润滑

• 定期补充润滑脂或润滑油，以保持轴承的良好润滑状态。00000 润滑脂非常好用，就是价格有些贵。

• 对于金属直线轴承，内部注入防腐油。使用润滑脂时，先用煤油或有机溶剂清除防腐油，风干后再加入润滑脂。若使用油润滑，则无需清除防腐油，根据温度变化选择合适的润滑油。

• 对于塑料直线轴承，由于其内部的滑动膜采用自润滑塑料制成，并带有排屑槽，因此即使轴承或轴上布满灰尘，也不需要特别维护，灰尘会在运动过程中自动从排屑槽中排出。

清洁

• 定期清洁轴承及其周围环境，防止灰尘、污垢等杂质进入轴承内部，影响其正常运行。

• 可以使用清洁剂和软布进行清洁，但要避免使用有腐蚀性的溶剂。

检查

• 定期检查轴承的运行状态，包括轴承的温度、噪音、振动等指标。如果发现异常情况，应及时采取措施进行修复或更换。

• 可以使用超声波检测或监测来检查直线轴承的损坏情况，这是一种可靠的方法。当温度升高或低频振动强度加强时，超声波警告会响起，提示及时维护。

注意事项

• 避免将不同性状的润滑剂混合在一起使用，以免对轴承造成损害。

• 在处理直线轴承时，要小心避免跌落或碰撞，因为这可能导致轴承损坏。即使外观上看不出破损，功能也可能受到影响。

• 尽量避免拆卸直线轴承，因为拆卸后可能有异物进入或影响各部件的装配精度。

直线轴承因其高效稳定的传动效果，已成为现代机械制造中不可或缺的一部分。