前言
    經過近30年的發展和變化,當今已研發出多種系列和規格的線性導軌,現根據目前技術和發展及應用等方面進行詳細說明。
    所謂線性滑軌是:以滾動組件(滾珠、滾柱)作為滑塊與滑軌的傳動介質,使滑塊與滑軌作相對往復直線運動。通過滑軌、滾動組件、滑塊的組合;實現整體低阻力、高剛性與高精度的運動特性,從而達到高效率的傳動目的。高速度、高精度、高剛性的、長壽命等作為線性滑軌產品的最終研發目標。  
    基本構造
    線性滑軌基本上是由幾個重要的組件所組成,其名稱及功能分述如下(如圖1):
● 承載系統:包含滑塊、滑軌及滾動組件,是線性滑軌的承載主體。
● 循環系統:各種回流組件,包括端蓋、回流管及保持器等部分,通過回流組件可使滾動組件在滑塊與滑軌間進行往復循環滾動;且在滑塊未安裝到滑軌上前,(保持器)用來支撐滾動組件,避免滾動組件(滾珠、滾柱)掉離滑塊。
● 防塵系統: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組件的循環軌道。
● 潤滑系統:包含油嘴或油管接頭、回流組件內部的潤滑通道等部分,用以提供潤滑劑進入的管道,以便對承載系統進行潤滑。

 
圖1 線性滑軌的基本構造 (HIWIN-天津隆創提供)


    高剛性、高負載能力

    除了上述基本的組成之外,目前市場上的線性滑軌大致又可依照滾動組件的不同,區分為滾珠型(Ball bearing)與滾柱型(Roller bearing)線性滑軌。滾珠型線性滑軌以其構造簡單、制造成本低的優勢,應用相當廣泛,制造生產的廠商也多。相對的,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用場合,滾柱型線性滑軌是更適當的選擇。自2006年起,制造生產的廠商有明顯的增加。
    滾柱型線性滑軌以滾柱作為滑塊、滑軌之間的傳動介質,滾柱相較滾珠具有較大之接觸面積,透過工程計算與分析,可發現相等體積的滾柱承受徑向負荷時所產生的彈性變形量僅約為滾珠之1/3,故滾柱比滾珠具有更好之剛性及負載能力,如圖2。
 
      圖2 滾柱與滾珠的剛性比較
    通過超高剛性的實現,滾柱式線性滑軌可大幅提升工作機械加工的穩定性,達到高精度的需求;藉由超重負荷的特性,進而延長線性滑軌的使用壽命。而更高的負荷容量代表同樣的負荷條件可以使用尺寸外型較小的組件,非常適合復合化機械的空間限制。
    滾柱式線性滑軌的優點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力,延長表面疲勞剝離的時間。表1為線性滑軌的理論壽命比較,由此表內容可發現,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到超長壽命的特性。


    表1 理論壽命比較(由HIWIN-隆創日盛提供)
    高速、高加減速性能
    為了達成高速的應用,線性滑軌的設計須使用滾動組件的循環系統,以減小運行阻力,并提高其運行速度。由于線性滑軌的機械特性大都取決于滾動組件與滑塊、滑軌之間的接觸關系,除此之外,循環系統的阻力以及滾動組件相互之間的阻力大小,即是設計上主要可以改進的部份。如圖2所示;相鄰的兩個滾動組件在運行時,其接近處的運動方向是相反的。若此處為接觸狀態,則摩擦阻力將提高甚多,進而大大影響其高速性能。
 

    為減少接觸,滾動組件之間需要留有間隙。但是如此一來,因為運行時的微小誤差,很容易使滾動組件集中。這樣不但無法改善摩擦阻力,反而引發負載不均的問題。為了讓滾動組件之間保持一定的間隙,一般的軸承采用位置保持器(Retainer)的設計。而線性滑軌則采用了具有撓性的同步聯結器( Synchronous www.wmyru.icuponent)。如圖3所示,為HIWIN(上銀科技)公司所提出的SynchMotionTM同步聯結器。


    圖3 同步聯結器 (球形滾動組件用)

    基本上,由于同步聯結器的材質為彈性塑料,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大,而其為黏附點

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