經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展和變化，當(dāng)今已研發(fā)出多種系列和規(guī)格的線性導(dǎo)軌，現(xiàn)根據(jù)目前技術(shù)和發(fā)展及應(yīng)用等方面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
所謂線性滑軌是：以滾動(dòng)組件（滾珠、滾柱）作為滑塊與滑軌的傳動(dòng)介質(zhì)，使滑塊與滑軌作相對(duì)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)滑軌、滾動(dòng)組件、滑塊的組合；實(shí)現(xiàn)整體低阻力、高剛性與高精度的運(yùn)動(dòng)特性，從而達(dá)到高效率的傳動(dòng)目的。高速度、高精度、高剛性的、長(zhǎng)壽命等作為線性滑軌產(chǎn)品的研發(fā)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：線性滑軌、高剛性、高負(fù)載、高速、高加減速
基本構(gòu)造
線性滑軌基本上是由幾個(gè)重要的組件所組成，其名稱(chēng)及功能分述如下(如圖1)
承載系統(tǒng)：包含滑塊、滑軌及滾動(dòng)組件，是線性滑軌的承載主體。
循環(huán)系統(tǒng)：各種回流組件，包括端蓋、回流管及保持器等部分，通過(guò)回流組件可使?jié)L動(dòng)組件在滑塊與滑軌間進(jìn)滾動(dòng)；且在滑塊未安裝到滑軌上前，(保持器)用來(lái)支撐滾動(dòng)組件，避免滾動(dòng)組件（滾珠、滾柱）掉離滑塊。
防塵系統(tǒng)：包含刮油片、底部防塵片、滑軌螺栓孔蓋、金屬刮板等，用以密封滑塊兩端與底部，防止粉塵及切屑等異物侵入滾動(dòng)組件的循環(huán)軌道。
潤(rùn)滑系統(tǒng)：包含油嘴或油管接頭、回流組件內(nèi)部的潤(rùn)滑通道等部分，用以提供潤(rùn)滑劑進(jìn)入的管道，以便對(duì)承載系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。
圖1 線性滑軌的基本構(gòu)造(HIWIN提供)
高剛性、高負(fù)載能力
除了上述基本的組成之外，目前市場(chǎng)上的線性滑軌大致又可依照滾動(dòng)組件的不同，區(qū)分為滾珠型(BALL BEARING)與滾柱型(ROLLER BEARING)線性滑軌。滾珠型線性滑軌以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，制造生產(chǎn)的廠商也多。相對(duì)的，滾柱型線性滑軌雖然成本與制造難度較高，但因滾柱的線接觸承載型式可提供更高的剛性與荷重能力，所以許多有高承載及高剛性需求的應(yīng)用場(chǎng)合，滾柱型線性滑軌是更適當(dāng)?shù)倪x擇。自2006年起，制造生產(chǎn)的廠商有明顯的增加。
滾柱型線性滑軌以滾柱作為滑塊、滑軌之間的傳動(dòng)介質(zhì)，滾柱相較滾珠具有較大之接觸面積，透過(guò)工程計(jì)算與分析，可發(fā)現(xiàn)相等體積的滾柱承受徑向負(fù)荷時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形量?jī)H約為滾珠之1/3，故滾柱比滾珠具有更好之剛性及負(fù)載能力，如圖2。 
圖2 滾柱與滾珠的剛性比較
通過(guò)超高剛性的實(shí)現(xiàn)，滾柱式線性滑軌可大幅提升工作機(jī)械加工的穩(wěn)定性，達(dá)到高精度的需求；藉由超重負(fù)荷的特性，進(jìn)而延長(zhǎng)線性滑軌的使用壽命。而更高的負(fù)荷容量代表同樣的負(fù)荷條件可以使用尺寸外型較小的組件，非常適合復(fù)合化機(jī)械的空間限制。
滾柱式線性滑軌的優(yōu)點(diǎn)在于滾柱比滾珠具有更大的接觸面積，因此可大幅降低接觸應(yīng)力，延長(zhǎng)表面疲勞剝離的時(shí)間。表1為線性滑軌的理論壽命比較，由此表內(nèi)容可發(fā)現(xiàn)，滾柱式線性滑軌的理論壽命相較滾珠式線性滑軌可提升100~200%，因此滾柱型線性滑軌可以達(dá)到超長(zhǎng)壽命的特性。
表1理論壽命比較（HIWIN提供）
高速、高加減速性能
為了達(dá)成高速的應(yīng)用，線性滑軌的設(shè)計(jì)須使用滾動(dòng)組件的循環(huán)系統(tǒng)，以減小運(yùn)行阻力，并提高其運(yùn)行速度。由于線性滑軌的機(jī)械特性大都取決于滾動(dòng)組件與滑塊、滑軌之間的接觸關(guān)系，除此之外，循環(huán)系統(tǒng)的阻力以及滾動(dòng)組件相互之間的阻力大小，即是設(shè)計(jì)上主要可以改進(jìn)的部份。如圖3所示；相鄰的兩個(gè)滾動(dòng)組件在運(yùn)行時(shí)，其接近處的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。若此處為接觸狀態(tài)，則摩擦阻力將提高甚多，進(jìn)而大大影響其高速性能。
圖3 相鄰的兩個(gè)滾動(dòng)組件
為減少接觸，滾動(dòng)組件之間需要留有間隙。但是如此一來(lái)，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)的微小誤差，很容易使?jié)L動(dòng)組件集中。這樣不但無(wú)法改善摩擦阻力，反而引發(fā)負(fù)載不均的問(wèn)題。為了讓滾動(dòng)組件之間保持一定的間隙，一般的軸承采用位置保持器(RETAINER)的設(shè)計(jì)。而線性滑軌則采用了具有撓性的同步聯(lián)結(jié)器( SYNCHRONOUS COMPONENT)。如圖4所示，為HIWIN(上銀科技)公司所提出的SYNCHMOTIONTM同步聯(lián)結(jié)器。
圖4 同步聯(lián)結(jié)器 （球形滾動(dòng)組件用）
基本上，由于同步聯(lián)結(jié)器的材質(zhì)為彈性塑料，屬于黏彈性材料，因此分子黏附部分的摩擦力所占的比例相當(dāng)大，而其為黏附點(diǎn)的單位面積抗剪強(qiáng)度與真實(shí)接觸面積的乘積。所以若能有效減少滾動(dòng)組件與同步聯(lián)結(jié)器的接觸面積，將可以有效減少摩擦阻力，也因此摩擦所產(chǎn)生熱的狀況也會(huì)相對(duì)的減少，相對(duì)的運(yùn)轉(zhuǎn)能量損耗也可以減少。因此同步聯(lián)結(jié)器與滾動(dòng)組件的接觸方式，設(shè)計(jì)成獨(dú)特環(huán)形線接觸的方式。這種接觸方式不僅可以有效降低接觸面積，也可以確保滾動(dòng)組件在運(yùn)動(dòng)時(shí)之穩(wěn)定性。
由于滾動(dòng)組件之間無(wú)接觸，加上獨(dú)特的環(huán)形線接觸方式，有效消除滾動(dòng)組件之間的金屬摩擦并減少高速產(chǎn)生的高溫變形，不但可提升速度，同時(shí)能大幅的延長(zhǎng)使用壽命。而經(jīng)過(guò)實(shí)際的測(cè)試，采用此設(shè)計(jì)的線性滑軌可達(dá)成5G加速度及速度200M/MIN的連續(xù)運(yùn)行，證明采用同步聯(lián)結(jié)器的線性滑軌具有卓越的高速性能。
另外，此款同步聯(lián)結(jié)器在設(shè)計(jì)上，還可以提供額外的潤(rùn)滑功能。之所以能夠具備此能力，乃是同步聯(lián)結(jié)器的設(shè)計(jì)，在兩個(gè)滾動(dòng)組件之間的間隔部為中空環(huán)狀構(gòu)造，此中空的部份同時(shí)具有儲(chǔ)存潤(rùn)滑油脂的功能（圖5）。在同步聯(lián)結(jié)器間隔部的設(shè)計(jì)上預(yù)留儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑的空間；這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)具有下列幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：1.一般線性滑軌在運(yùn)行時(shí)，大部分的潤(rùn)滑油脂是無(wú)法持續(xù)作用于滾動(dòng)組件上，而同步聯(lián)結(jié)器的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以將多余的潤(rùn)滑油脂集中于儲(chǔ)存空間內(nèi)，藉由運(yùn)行所產(chǎn)生的擠壓，自動(dòng)地提供滾動(dòng)組件充足的潤(rùn)滑油膜，而大幅的延長(zhǎng)線性滑軌的使用壽命。2.充滿(mǎn)油脂的同步聯(lián)結(jié)器，具有相當(dāng)良好的阻尼效果，有效降低金屬件之間碰撞振動(dòng)與噪音。
圖5 同步聯(lián)結(jié)器的儲(chǔ)油構(gòu)造與原理
對(duì)于進(jìn)給精度有較高要求的工作機(jī)臺(tái)，除了要有精確的運(yùn)動(dòng)控制與良好的傳動(dòng)裝置外，更需要運(yùn)行阻力變動(dòng)微小的線性滑軌提供乘載功能。然而，一般不具同步聯(lián)結(jié)器技術(shù)之線性滑軌，開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷側(cè)的滾動(dòng)組件會(huì)先運(yùn)動(dòng)，再推擠滾動(dòng)循環(huán)回轉(zhuǎn)向部與非負(fù)荷側(cè)內(nèi)的滾動(dòng)組件，造成連鎖的推擠碰撞，使得運(yùn)行阻力變動(dòng)起伏劇烈。而具有同步聯(lián)結(jié)器的線性滑軌，將同一循環(huán)內(nèi)的所有滾動(dòng)組件串聯(lián)在一起，進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)線性滑軌開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，所有滾動(dòng)組件幾乎同時(shí)運(yùn)動(dòng)，且滾動(dòng)組件之間并無(wú)差排的碰撞，在保持一定的運(yùn)動(dòng)慣性下，運(yùn)行阻力的變動(dòng)幅度當(dāng)然能有效的減少并保持穩(wěn)定（如圖6所示）。
圖6 往復(fù)運(yùn)行摩擦阻力比較
文章摘自：綜欣科技
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