- Регистрация
- 02.06.2025
- Сообщения
- 4
- Реакции
- 15
- Баллы
- 53
- Веб-сайт
- www.youtube.com
- Город
- Северодвинск
- Область
- Архангельская
- Имя
- Тёма
- Станок
- Lybga 3040, DDCS, ER16.
Последнее редактирование:
Линейный подшипник представляет собой калёную стальную втулку внутри которой пластиковая гильза-сепаратор с шариками.
При установке втулки на вал шарики опираются одновременно на поверхность вала и внутреннюю поверхность втулки и могут кататься между ней и валом в осевом направлении.
Чтобы шарики, прокатившиеся до конца втулки, возвращались назад, гильза-сепаратор закольцовывает их путь. Также гильза отделяет ряды друг от друга и не позволяет шарикам выпадать из втулки снятой с вала.
Для беспрепятственного возврата шариков, во внутренней поверхности втулки выфрезерованы канавки.
Между канавками как бы островки-постели шариков, имеющие вогнутую форму. По ощущениям радиус постелей чуть меньше радиуса по линии рабочей поверхности чтобы препятствовать аксиальному движению шариков.
Радиус по линии рабочей поверхности превышает диаметр вала на удвоенный диаметр шариков.
Например, для валов 16 мм используются втулки с шариками 3,175 мм, а их рабочий внутренний диаметр равен 16,000+3,175+3,175 = 22,350 мм.
Для приближения к номиналу рабочие поверхности линейных подшипников шлифованы — это видно по характерной риске-следу от контакта с абразивным материалом.
Нетрудно увидеть, что даже при микронной точности изготовления шариков, втулок и валов, недостижимой при потоковом массовом производстве, суммарный люфт может быть существенным:
22,354 − (15,995 + 3,171 + 3,171) = 0,017
Т. е. люфт почти две сотки, что органолептически и на слух ощущается как большой зазор, а с учётом длины плечей в станке выльется в колебания порядка долей миллиметра на кончике фрезы, что делает станок непригодным для эксплуатации.
Но даже если бы все детали были идеально точными, люфт, отсутствующий без нагрузки, проявился бы под нагрузкой, т. к. втулка, поверхность вала и шарики деформируются на упругости металла при приложении внешней силы.
Поэтому у безлюфтовых линейных подшипников шарики подобраны таким образом, чтобы их зажимало между втулкой и валом в распор, но всё ещё с сохранением возможности качения шариков. Это называется "преднатяг" и требует микронной точности, которой проще всего достичь подобрав шарики.
Скажем, 22,350 − (16,000 + 3,177 + 3,177) = преднатяг 4 микрона.
Разумеется, высокоточные линейные подшипники с преднатягом очень дороги, например, за SNR 26×36 для вала 16 мм просят более 6000 руб.
Для относительно серьёзных станков начального уровня с рельсовыми цилиндрическими направляющими эта проблема неактуальна, т. к. в них используются разрезные подшипники, что позволяет владельцу самостоятельно выбрать люфт и настроить преднатяг поджимом винтов, пусть и ценой меньшей жёсткости и предельной нагрузки чем у неразрезных подшипников с натягом.
Однако в недорогих станках применяются линейные подшипники серий LM без преднатяга и с достаточно свободной, люфтящей посадкой, чтобы подшипники не клинило на валу, если погрешности деталей совпадут в существенный плюс.
Способы устранения этого люфта дают следующие вилки возможностей в тех или иных сочетаниях:
1. Подбор неразрезных линейных подшипников LM, если есть такая возможность. Например, принести свои валы в магазин, или заказать сразу 50 штук на ПВЗ Озон и удивить девочку на выдаче, уединившись с ними в примерочной и устроив массовый сунь-вынь.
2. Модификация станка для применения разрезных подшипников, при которой можно либо сразу купить готовые разрезные подшипники / модули с поджимом, либо разрезать имеемые подшипники / модули вдоль с помощью диска бор-машины, или даже ножовки и организовать поджим. Если корпусом для подшипников служит каретка оси, то резьбы и пропилы можно выполнить в ней.
3. Перечисленные выше варианты, но с использованием разрезных / неразрезных втулок скольжения из бронзы, капролона, специального полимера и т. д. Правда у втулок, за исключением специальных из «супер пластика» не сделать преднатяг — это уже будет просто прессовая посадка, т. е. компромисс с жёсткостью.
4. Переделка станка на рельсовые направляющие.
5. Подбор шариков.
Последний способ крайне нерационален:
во-первых,стоимость прецизионных шариков и доставки превышает стоимость разрезных линейных подшипников и втулок.
во-вторых, разрезные подшипники дают возможность регулировать преднатяг по мере износа шариков и рабочих поверхностей втулок;
в-третьих, люфтящие подшипники и валы под которые будут подбираться шарики изначально являются дешёвым китаем в плохом смысле, который может оказаться незакалённым, плохо отшлифованным, кривым и так далее, т. е. шапка не по Сеньке.
Тем не менее, для осей X и Y, а впоследствии и Z я предпочёл именно этот способ потому что конструкция каретки оси X моего китайца (Lybga CNC3040) исключает возможность использования разрезных подшипников.
Далее хронология того как я докатился до такой жизни.
Из коробки ось Z китайца — висячие валы 12 мм, ось X — 16 мм, ось Y — печальные 16 мм и сильные люфты по всем осям, особенно ощущаемые на X.
Достав основу станка из коробки в первую очередь измерил толщину валов [микрометр уже был].
Она составила 11,99 и 15,99 мм, соответственно, т. е. просадка в сотку, что плохо, но зато валы одинаковые по всей длине, что хорошо.
Борьбу с люфтами я начал с приобретения разрезных подшипников 12 мм для оси Z. Заводские подшипники как раз удобно поджимались установочным винтом в каретке оси, что позволило полностью убрать люфт при замене на разрезные и дать преднатяг. Однако при этом между кареткой и линейным подшипником увеличивается зазор. Единственной точкой восприятия нагрузки становится кончик установочного винта, упирающегося в подшипник, при чём этот участок втулки возде разрезра работает как пружинный лепесток, а винт — как шарнир и о жёсткости узла можно забыть.
Поначалу я решил что в будущем просто нарежу ещё резьб, или сделаю два пропила в каретке оси и хомутовый зажим.
Само собой, очень быстро стало ясно что о резьбах не может быть и речи и хомуты — наше всё.
Далее [приехал стрелочный индикатор с Avito] был измерен люфт линейных подшипников осей X и Y.
Зазор между ними и валами осей X и Y — аж 0,04 мм, а у оси Z и заводского, неразрезного подшипника — 0,03 мм.
Учитывая успешный опыт с разрезными подшипниками Z планировалось сделать также и на оси X, но, та-дам, там использовались длинные линейные подшипники 80 мм, а посадочное место под них в бобышке имело длину только 45 мм:
Разрезные не подходили, так как поджим участка "висящего в воздухе" не только бесполезен, но и вреден из-за перекоса. А если не поджимать, участок, воспринимающий нагрузки, неприлично сократится.
Тогда я решил использовать втулки родных подшипников и подобрать им шарики для обеспечения натяга.
Соточным микрометром невозможно нормально измерить шарики, т. к. нужно разрешение измерений в 1 — 2 микрона, про погрешность метода и средства измерений и говорить нечего, по-хорошему тут нужен пассаметр и высокая культура измерений, т. к. для уползания микронов достаточно даже разницы температур между телом и комнатой.
Тем не менее я колхозно, на интуицию, намерил в среднем около 3,155 мм на шарик, что как раз давало радиальный люфт 4 сотки на диаметр, т. к. до номинала шариков — 3,175 мм не хватало ровно 2 сотки.
После этого были заказаны шарики 3,175 мм разных размеров от минус 6 до +24 микрон. Небольшое количество, всего по 80 штук каждого размера, т. к. отпускная дискретность магазина — по 40 шт., соответственно 80 — это 2 по 40. Я брал шаг между размерами около 4 микрон, но на практике достаточно шага в сотку.
В одном подшипнике 80 мм оси X два сепаратора, в каждом — 5 рядов по 18 шариков, итого 90+90=180 шт. на 1 подшипник.
Т. е. тестирование натяга проводилось не в полном сборе с обеими втулками, а только с одной гильзой-сепаратором и только 80 шаров из 90 в гильзе.
Брать сразу нужное количество всех размеров слишком дорого, даже одна эта посылка стоила дороже нескольких линейных подшипников серии LM. Но они заранее с люфтом и потому бесполезны.
После того как шарики приехали я протестировал с ними втулки и решил заказать + 20 микрон для X и +16 микрон для Y — это устраняло люфт и давало хороший натяг при тестировании с 80 шариками.
Однако разбор модульных линейных подшипников оси Y выявил ещё одну проблему: зазор между втулками и корпусами модулей. Следствие припусков, призванных не допустить заклинивание модуля на валу из-за кривизны втулок.
Модули выглядят так:
Внутри модуля два подшипника 37 мм длиной, в каждом — по гильзе-сепаратору, такой же как гильзы восьмидесятимиллиметровых.
Чтобы устранить этот зазор я сделал сверловки и пропилы в корпусах, нарезал резьбу и загнал болты. Идею с пропилами подсмотрел у аналогичных заводских решений и на форумах. Аналогично будет уродоваться и каретка оси Z.
Далее сделал заказ шариков +16 и +20 до полного комплекта, а заодно, на удачу, взял 2,3812 +0,0014 для оси Z, вдруг подойдут как надо? +14 микрон — это максимальный размер который был в магазине. По понятным причинам протестировать ось Z на шарах 3,175 не было возможности.
После того как приехали полноценные партии, вылезло несколько ошибок:
1. При 80 шт. во втулке и шариках +16 / 20 микрон всё хорошо, но при полной загрузке в 90 шт. уже перебор по преднатягу.
2. Тестировались оба подшипника 80 мм оси X и показали полностью одинаковый результат с шариками +16 и +24 микрона, поэтому я не стал проверять все 4 втулки оси Y, протестировав лишь одну. И зря, так как у втулок оси Y проблемы с равномерностью натяга от втулки к втулке.
3. +14 микрон для оси Z, взятые наугад удивительным образом подошли идеально и давали хороший натяг, но во-первых, он излишне возрастает при деформации втулки от фиксации в каретке Z установочным винтом, во-вторых, даже между неразрезной втулкой и посадкой в каретке слишком большой зазор, а значит всё те же проблемы с жёсткостью.
Гулять — так гулять, в смысле, раз не подошло — значит уже не жалко, я плюнул, взял наждачную бумагу-нулёвку, обернул её вокруг жала отвёртки, и изуродовался, но заполировал внутренние приливы всех 6 втулок под шарики. Изуродовался потому что после каждого прохода наждачкой требовалось чистить втулки от абразива, затем по новой собирать, смазывать, проверять на валу, отмывать от смазки и снова шлифовать.
У тех втулок что давали натяг послабже был сделан 1 проход нулёвкой, у тех что посильнее — несколько, до достижения требуемого результата.
Разумеется, этим я придал шлифованным рабочим поверхностям внутри втулок криволинейность ручной обработки. Разумеется, наждачка и микроны — вещи несовместные. Однако здесь была возможность оптического контроля поверхности благодаря рискам от заводской шлифовки. Разрешающей способности человеческих органов осязания недостаточно чтобы почувствовать эти риски, но они хорошо заметны визуально. По видимости рисок удалось контролировать как осевую равномерность, так и радиус выборки.
Посадку подшипников в каретке оси X пролил специальным фиксатором для линейных подшипников.
У оси Z пока так делать не стал, на очереди колхоз каретки Z в хомуты.
Вернувшись в прошлое я не стал бы возиться с шариками, а лучше поставил разрезные втулки скольжения из «супер пластика», которые продаются на Ali. Этот пластик можно неплохо зажимать для большой жёсткости, но при этом его не клинит благодаря включениям антифрикционных микрогранул, которые лопаются и по мере износа, что минимизирует трение. Состав и технологию не китайцы придумали, а некая немецкая контора. Я потратил около 6 человекочасов на поиск информации о том как эти втулки в работе, но ничего толкового не нашёл. На ютуб мизер видео, однако отзывы положительные.
При установке втулки на вал шарики опираются одновременно на поверхность вала и внутреннюю поверхность втулки и могут кататься между ней и валом в осевом направлении.
Чтобы шарики, прокатившиеся до конца втулки, возвращались назад, гильза-сепаратор закольцовывает их путь. Также гильза отделяет ряды друг от друга и не позволяет шарикам выпадать из втулки снятой с вала.
Для беспрепятственного возврата шариков, во внутренней поверхности втулки выфрезерованы канавки.
Между канавками как бы островки-постели шариков, имеющие вогнутую форму. По ощущениям радиус постелей чуть меньше радиуса по линии рабочей поверхности чтобы препятствовать аксиальному движению шариков.
Радиус по линии рабочей поверхности превышает диаметр вала на удвоенный диаметр шариков.
Например, для валов 16 мм используются втулки с шариками 3,175 мм, а их рабочий внутренний диаметр равен 16,000+3,175+3,175 = 22,350 мм.
Для приближения к номиналу рабочие поверхности линейных подшипников шлифованы — это видно по характерной риске-следу от контакта с абразивным материалом.
Нетрудно увидеть, что даже при микронной точности изготовления шариков, втулок и валов, недостижимой при потоковом массовом производстве, суммарный люфт может быть существенным:
22,354 − (15,995 + 3,171 + 3,171) = 0,017
Т. е. люфт почти две сотки, что органолептически и на слух ощущается как большой зазор, а с учётом длины плечей в станке выльется в колебания порядка долей миллиметра на кончике фрезы, что делает станок непригодным для эксплуатации.
Но даже если бы все детали были идеально точными, люфт, отсутствующий без нагрузки, проявился бы под нагрузкой, т. к. втулка, поверхность вала и шарики деформируются на упругости металла при приложении внешней силы.
Поэтому у безлюфтовых линейных подшипников шарики подобраны таким образом, чтобы их зажимало между втулкой и валом в распор, но всё ещё с сохранением возможности качения шариков. Это называется "преднатяг" и требует микронной точности, которой проще всего достичь подобрав шарики.
Скажем, 22,350 − (16,000 + 3,177 + 3,177) = преднатяг 4 микрона.
Разумеется, высокоточные линейные подшипники с преднатягом очень дороги, например, за SNR 26×36 для вала 16 мм просят более 6000 руб.
Для относительно серьёзных станков начального уровня с рельсовыми цилиндрическими направляющими эта проблема неактуальна, т. к. в них используются разрезные подшипники, что позволяет владельцу самостоятельно выбрать люфт и настроить преднатяг поджимом винтов, пусть и ценой меньшей жёсткости и предельной нагрузки чем у неразрезных подшипников с натягом.
Однако в недорогих станках применяются линейные подшипники серий LM без преднатяга и с достаточно свободной, люфтящей посадкой, чтобы подшипники не клинило на валу, если погрешности деталей совпадут в существенный плюс.
Способы устранения этого люфта дают следующие вилки возможностей в тех или иных сочетаниях:
1. Подбор неразрезных линейных подшипников LM, если есть такая возможность. Например, принести свои валы в магазин, или заказать сразу 50 штук на ПВЗ Озон и удивить девочку на выдаче, уединившись с ними в примерочной и устроив массовый сунь-вынь.
2. Модификация станка для применения разрезных подшипников, при которой можно либо сразу купить готовые разрезные подшипники / модули с поджимом, либо разрезать имеемые подшипники / модули вдоль с помощью диска бор-машины, или даже ножовки и организовать поджим. Если корпусом для подшипников служит каретка оси, то резьбы и пропилы можно выполнить в ней.
3. Перечисленные выше варианты, но с использованием разрезных / неразрезных втулок скольжения из бронзы, капролона, специального полимера и т. д. Правда у втулок, за исключением специальных из «супер пластика» не сделать преднатяг — это уже будет просто прессовая посадка, т. е. компромисс с жёсткостью.
4. Переделка станка на рельсовые направляющие.
5. Подбор шариков.
Последний способ крайне нерационален:
во-первых,стоимость прецизионных шариков и доставки превышает стоимость разрезных линейных подшипников и втулок.
во-вторых, разрезные подшипники дают возможность регулировать преднатяг по мере износа шариков и рабочих поверхностей втулок;
в-третьих, люфтящие подшипники и валы под которые будут подбираться шарики изначально являются дешёвым китаем в плохом смысле, который может оказаться незакалённым, плохо отшлифованным, кривым и так далее, т. е. шапка не по Сеньке.
Тем не менее, для осей X и Y, а впоследствии и Z я предпочёл именно этот способ потому что конструкция каретки оси X моего китайца (Lybga CNC3040) исключает возможность использования разрезных подшипников.
Далее хронология того как я докатился до такой жизни.
Из коробки ось Z китайца — висячие валы 12 мм, ось X — 16 мм, ось Y — печальные 16 мм и сильные люфты по всем осям, особенно ощущаемые на X.
Достав основу станка из коробки в первую очередь измерил толщину валов [микрометр уже был].
Она составила 11,99 и 15,99 мм, соответственно, т. е. просадка в сотку, что плохо, но зато валы одинаковые по всей длине, что хорошо.
Борьбу с люфтами я начал с приобретения разрезных подшипников 12 мм для оси Z. Заводские подшипники как раз удобно поджимались установочным винтом в каретке оси, что позволило полностью убрать люфт при замене на разрезные и дать преднатяг. Однако при этом между кареткой и линейным подшипником увеличивается зазор. Единственной точкой восприятия нагрузки становится кончик установочного винта, упирающегося в подшипник, при чём этот участок втулки возде разрезра работает как пружинный лепесток, а винт — как шарнир и о жёсткости узла можно забыть.
Поначалу я решил что в будущем просто нарежу ещё резьб, или сделаю два пропила в каретке оси и хомутовый зажим.
Само собой, очень быстро стало ясно что о резьбах не может быть и речи и хомуты — наше всё.
Далее [приехал стрелочный индикатор с Avito] был измерен люфт линейных подшипников осей X и Y.
Зазор между ними и валами осей X и Y — аж 0,04 мм, а у оси Z и заводского, неразрезного подшипника — 0,03 мм.
Учитывая успешный опыт с разрезными подшипниками Z планировалось сделать также и на оси X, но, та-дам, там использовались длинные линейные подшипники 80 мм, а посадочное место под них в бобышке имело длину только 45 мм:
Разрезные не подходили, так как поджим участка "висящего в воздухе" не только бесполезен, но и вреден из-за перекоса. А если не поджимать, участок, воспринимающий нагрузки, неприлично сократится.
Тогда я решил использовать втулки родных подшипников и подобрать им шарики для обеспечения натяга.
Соточным микрометром невозможно нормально измерить шарики, т. к. нужно разрешение измерений в 1 — 2 микрона, про погрешность метода и средства измерений и говорить нечего, по-хорошему тут нужен пассаметр и высокая культура измерений, т. к. для уползания микронов достаточно даже разницы температур между телом и комнатой.
Тем не менее я колхозно, на интуицию, намерил в среднем около 3,155 мм на шарик, что как раз давало радиальный люфт 4 сотки на диаметр, т. к. до номинала шариков — 3,175 мм не хватало ровно 2 сотки.
После этого были заказаны шарики 3,175 мм разных размеров от минус 6 до +24 микрон. Небольшое количество, всего по 80 штук каждого размера, т. к. отпускная дискретность магазина — по 40 шт., соответственно 80 — это 2 по 40. Я брал шаг между размерами около 4 микрон, но на практике достаточно шага в сотку.
В одном подшипнике 80 мм оси X два сепаратора, в каждом — 5 рядов по 18 шариков, итого 90+90=180 шт. на 1 подшипник.
Т. е. тестирование натяга проводилось не в полном сборе с обеими втулками, а только с одной гильзой-сепаратором и только 80 шаров из 90 в гильзе.
Брать сразу нужное количество всех размеров слишком дорого, даже одна эта посылка стоила дороже нескольких линейных подшипников серии LM. Но они заранее с люфтом и потому бесполезны.
После того как шарики приехали я протестировал с ними втулки и решил заказать + 20 микрон для X и +16 микрон для Y — это устраняло люфт и давало хороший натяг при тестировании с 80 шариками.
Однако разбор модульных линейных подшипников оси Y выявил ещё одну проблему: зазор между втулками и корпусами модулей. Следствие припусков, призванных не допустить заклинивание модуля на валу из-за кривизны втулок.
Модули выглядят так:
Внутри модуля два подшипника 37 мм длиной, в каждом — по гильзе-сепаратору, такой же как гильзы восьмидесятимиллиметровых.
Чтобы устранить этот зазор я сделал сверловки и пропилы в корпусах, нарезал резьбу и загнал болты. Идею с пропилами подсмотрел у аналогичных заводских решений и на форумах. Аналогично будет уродоваться и каретка оси Z.
Далее сделал заказ шариков +16 и +20 до полного комплекта, а заодно, на удачу, взял 2,3812 +0,0014 для оси Z, вдруг подойдут как надо? +14 микрон — это максимальный размер который был в магазине. По понятным причинам протестировать ось Z на шарах 3,175 не было возможности.
После того как приехали полноценные партии, вылезло несколько ошибок:
1. При 80 шт. во втулке и шариках +16 / 20 микрон всё хорошо, но при полной загрузке в 90 шт. уже перебор по преднатягу.
2. Тестировались оба подшипника 80 мм оси X и показали полностью одинаковый результат с шариками +16 и +24 микрона, поэтому я не стал проверять все 4 втулки оси Y, протестировав лишь одну. И зря, так как у втулок оси Y проблемы с равномерностью натяга от втулки к втулке.
3. +14 микрон для оси Z, взятые наугад удивительным образом подошли идеально и давали хороший натяг, но во-первых, он излишне возрастает при деформации втулки от фиксации в каретке Z установочным винтом, во-вторых, даже между неразрезной втулкой и посадкой в каретке слишком большой зазор, а значит всё те же проблемы с жёсткостью.
Гулять — так гулять, в смысле, раз не подошло — значит уже не жалко, я плюнул, взял наждачную бумагу-нулёвку, обернул её вокруг жала отвёртки, и изуродовался, но заполировал внутренние приливы всех 6 втулок под шарики. Изуродовался потому что после каждого прохода наждачкой требовалось чистить втулки от абразива, затем по новой собирать, смазывать, проверять на валу, отмывать от смазки и снова шлифовать.
У тех втулок что давали натяг послабже был сделан 1 проход нулёвкой, у тех что посильнее — несколько, до достижения требуемого результата.
Разумеется, этим я придал шлифованным рабочим поверхностям внутри втулок криволинейность ручной обработки. Разумеется, наждачка и микроны — вещи несовместные. Однако здесь была возможность оптического контроля поверхности благодаря рискам от заводской шлифовки. Разрешающей способности человеческих органов осязания недостаточно чтобы почувствовать эти риски, но они хорошо заметны визуально. По видимости рисок удалось контролировать как осевую равномерность, так и радиус выборки.
Посадку подшипников в каретке оси X пролил специальным фиксатором для линейных подшипников.
У оси Z пока так делать не стал, на очереди колхоз каретки Z в хомуты.
Вернувшись в прошлое я не стал бы возиться с шариками, а лучше поставил разрезные втулки скольжения из «супер пластика», которые продаются на Ali. Этот пластик можно неплохо зажимать для большой жёсткости, но при этом его не клинит благодаря включениям антифрикционных микрогранул, которые лопаются и по мере износа, что минимизирует трение. Состав и технологию не китайцы придумали, а некая немецкая контора. Я потратил около 6 человекочасов на поиск информации о том как эти втулки в работе, но ничего толкового не нашёл. На ютуб мизер видео, однако отзывы положительные.