Prowadnice to współpracujące elementy większych mechanizmów, które służą do zmiany położenia części prowadzonych. Połączenie prowadnicowe złożone jest zaś z prowadnicy oraz prowadnika. Elementy te zazwyczaj wykonują ruch prostoliniowy. Prowadnice występują w wielu rodzajach, ponieważ znajdują zastosowanie w rozmaitych dziedzinach przemysłu i nie tylko. Dlatego też można podzielić je według różnych kryteriów. Za podstawowy parametr doboru prowadnic uważa się zaś siły oraz momenty (nośność prowadnicy), jakie będą na nie działały. Co jeszcze warto wiedzieć o prowadnicach? Odpowiedź znajdziesz w poniższym artykule. Zapraszamy do lektury!
Rodzaje prowadnic
Biorąc pod uwagę rodzaj występującego tarcia, można wyróżnić następujące prowadnice:
) ślizgowe:
– pryzmatyczne,
– walcowe.
) toczne:
– rolkowe,
– ze swobodnymi elementami tocznymi.
) z tarciem wewnętrznym:
– hydrauliczne,
– pneumatyczne,
– sprężyste.
Z kolei biorąc pod uwagę zastosowanie prowadnic w maszynach i obrabiarkach, wyróżniamy:
) prowadnice ślizgowe (połączenia prostoliniowe i obrotowe):
– aerostatyczne,
– hydrostatyczne,
– magnetyczne,
– styku bezpośrednim,
– z nakładkami stalowymi.
) prowadnice toczne (połączenia prostoliniowe i obrotowe):
– bloki prowadnicowe,
– szynowe zestawy prowadnicowe,
– z otwartym obiegiem elementów tocznych.
Prowadnice ślizgowe
Prowadnice ślizgowe są dosyć proste, jeśli chodzi o ich budowę. Do tego cechują się dużą sztywnością, oraz wysokim współczynnikiem tarcia. Co więcej, warto mieć na uwadze fakt, że dosyć szybko się zużywają i są bardzo podatne na zanieczyszczenia, jak i korozję. Prowadnica ślizgowa może mieć różny kształt i co najważniejsze – ma on wpływ na konkretne funkcje prowadnicy. Jedne z najpopularniejszych to prowadnice z szyną profilową w kształcie litery X. Pomiędzy współpracującymi powierzchniami prowadnicy oraz prowadnika wytwarzane jest tarcie ślizgowe.
Prowadnice ślizgowe pryzmatyczne
Prowadnice pryzmatyczne to jeden z rodzajów prowadnic ślizgowych. Są one wykorzystywane w niewielkich urządzeniach oraz mechanizmach, w których występują niskie wartości sił. Pomiędzy prowadnicą i elementem prowadzącym występuje powierzchniowy rodzaj kontaktu. Ten rodzaj prowadnicy wykorzystywany jest w najbardziej precyzyjnych urządzeniach, takich jak chociażby suwmiarki.
W tych prowadnicach opory ruchu tworzą się w wyniku działania sił tarcia, zaś wartość siły tarcia uzależniona jest od działającego nacisku, a także od współczynnika tarcia. Z tego względu zmniejszenie współczynnika tarcia w prowadnicach pryzmatycznych ma bardzo pozytywne skutki. Gdy opory ruchu są mniejsze, ruch jest znacznie płynniejszy, a poszczególne elementy nie zużywają się tak szybko. To wszystko przekłada się na lepszą żywotność elementów. Jak skutecznie zmniejszyć wartość współczynnika tarcia? Oto kilka przykładów:
– Pierwszym sposobem jest prawidłowe dopasowanie materiałów współpracujących ze sobą. Dobiera się je poprzez uwzględnienie zjawiska tarcia między konkretnymi materiałami. W tym przypadku jest to połączenie stal-mosiądz, stal-żeliwo, stal-stal, a także stal-tworzywo sztuczne.
– Innym sposobem jest zastosowanie smarowania ręcznego, smarowania za pomocą pomp lub smarowania za pomocą mgły olejowej.
– Trzecią i ostatnią metodą jest użycie dodatkowych elementów uszczelniających lub zabezpieczających prowadnice prze zanieczyszczeniem. Do tego celu można użyć osłon teleskopowych, mieszków ochronnych lub uszczelniaczy pojedynczych czy podwójnych.
Prowadnice ślizgowe walcowe – najważniejsze informacje
Prowadnice walcowe wykonuje się z konkretnym luzem. Pozwala to na ograniczenie powierzchni kontaktu elementów ze sobą współpracujących, ponieważ przyjmuje się kontakt punktowy. Co istotne, przy odpowiednim pasowaniu możliwe jest uzyskanie znakomitej zbieżności – bez potrzeby używania smaru.
Na czym polega zjawisko stick-slip w prowadnicach?
Stick-slip to jedno z najistotniejszych zjawisk, które związane jest z pracą prowadnic. Co ciekawe, jest to zjawisko niepożądane, przez które powstają skokowe i przerywane ruchy elementu przesuwanego. Jeśli chodzi o znaczenie nazwy zjawiska to „stick” oznacza tu czas postoju, natomiast „slip” – czas poślizgu. Zjawisko stick-slip powoduje zaś niepożądane drgania, które oddziałują na precyzję mechanizmu, w którym znajduje się prowadnica.
Warto dodać, że ze zjawiskiem stick-slip związane są także zmieniające się wartości działających sił oraz wartości tarcia, które mają za zadanie przeciwdziałać temu zjawisku. Czy można zabezpieczyć się przed tym zjawiskiem? Tak. Najlepszym rozwiązaniem będzie używanie odpowiednich kompozytów. Jeśli zaś chodzi o przyczyny jego powstawania, to wymienia się wśród nich m.in. brak smarowania, małą sztywność układu, za małą prędkość posuwu, a także dużą różnicę między wartościami współczynników tarcia elementów ze sobą współpracujących.
Prowadnice toczne
Prowadnice toczne zapewniają minimalne opory ruchu, mają wysoką odporność na zużycie i gwarantują płynną pracę, czym różnią się od prowadnic ślizgowych. Jeśli zaś chodzi o parametry pracy, to zależą one w głównej mierze od jakości wykonania prowadnicy. Prowadnice toczne dzieli się ze względu na elementy toczne na: kulkowe, igiełkowe oraz wałeczkowe. Oprócz tego można je sklasyfikować także biorąc pod uwagę sposób ich pracy. Co do zalet prowadnic tocznych, wyróżnia się wśród nich przede wszystkim: możliwość uzyskania niewielkich prędkości oraz przyspieszeń, brak występowania zjawiska stick-slip, małe opory ruchu (współczynnik tarcia wynosi poniżej 0,005) oraz wytwarzanie niewielkich ilości ciepła.
By zagwarantować równomierny rozkład elementów tocznych, najlepiej jest zastosować specjalny koszyczek. Najpopularniejsze są dwa ich rodzaje, czyli koszyczki swobodne, gdzie praca prowadnicy jest pozioma oraz koszyczki napędzane, gdzie na elementy toczne działają duże siły oraz przyspieszenia.
W tym miejscu warto także wspomnieć o minusach prowadnic tocznych. Jednym z nich jest dynamika, ponieważ prowadnice te mają niski współczynnik tłumienia drgań. Można ją jednak poprawić poprzez zastosowanie elementów tłumiących w postaci specjalnych bloków montowanych, jak wózki. Dodatkowo powodują one zwiększenie tłumienia powstałych drgań. Innym sposobem jest użycie materiałów, które zapewniają dobre tłumienie lub też zmiana masy oraz sztywności połączeń prowadnicowych.
Prowadnice rolkowe
Prowadnice rolkowe zamiast elementów tocznych mają rolki. Ich geometria zależy od konstrukcji prowadnicy. Wykorzystywane są przede wszystkim jako prowadnice w transporcie czy kolei, a także w branży meblarskiej do szuflad.
Prowadnice aerostatyczne
W prowadnicach aerostatycznych zastosowana jest poduszka aerostatyczna, która pozwala na doprowadzenie do szczeliny pomiędzy prowadnicą a prowadnikiem za pomocą odpowiednich kanałów powietrza o konkretnym ciśnieniu. Wielkość szczeliny wynosi od 10 do 30 µm.
Prowadnice aerostatyczne wyróżnia niski współczynnik tarcia oraz czystość pracy. Jednak można ich użyć do przenoszenia małych obciążeń. Wykonane są niezwykle precyzyjnie oraz specjalnych urządzeń, które zapewnią im prawidłową pracę.
Prowadnice hydrostatyczne
Prowadnice hydrostatyczne pracują bardzo podobnie do prowadnic aerostatycznych, jednak zamiast powietrza doprowadza się do nich olej pod ciśnieniem. Wtedy dochodzi do zjawiska tarcia płynnego. Co ważne, współczynnik tarcia prowadnic hydrostatycznych jest mały, zaś żywotność bardzo dużo. Olej natomiast doprowadza się poprzez komory których ilość, a także wielkość ma wpływ na nośność i dynamikę prowadnicy.
