Zaber线性平移台的线性轴承设计

Zaber 提供多种不同款式和尺寸的线性平移台，专为特定应用而设计。这些线性平移台使用多种不同类型的线性轴承。每种轴承或导轨类型在成本、使用寿命、精度、承载能力、摩擦、维护和刚度等方面都具有独特的优势。这些轴承技术的一些例子如下：

一、燕尾滑块（也称为滑动轴承）

燕尾滑块（Dovetail Slides）轴承是少数几种不使用滚动体的轴承之一。这些轴承依靠表面之间的滑动接触来实现运动，这意味着它们是滑动轴承的一种形式。滑动轴承通常在设计方面更容易集成，制造成本也低得多。但是，滑动轴承也有明显的缺点，如使用寿命较短、磨损加剧、承载能力有限、摩擦较大、悬臂额定载荷较低等。它们需要的维护更少，能很好地处理冲击负荷，并且由于接触面积大，减振效果更好。Zaber的LHM系列使用精细预载燕尾滑块作为轴承，具有极高的价值。

图1：带有整体燕尾滑动轴承的 LHM 线性平台剖视图。移动滑块有一个倾斜面，将平台顶部限制在固定基座内。

燕尾滑台非常适合移动速度较低的手动平移平台。它们也是带有细间距导螺杆的精密电动平台的绝佳选择，因为细间距导螺杆可以在较低的速度下实现非常精细的移动。Zaber的LHM使用硬质阳极氧化底座来提高耐磨性，并使用轴承级UHMW（超高分子量聚乙烯）塑料滑块垫来减少静态和动态摩擦。LHM的外形尺寸与LSM系列相似，但负载能力和悬臂负载额定值大大降低，因为LSM采用的循环滚珠轴承非常适合承受较重的负载。

优点：

-便宜

-维护成本低——设计简单那，活动部件少

-相当精确

-接触面积大，可很好地处理冲击载荷

缺点：

-中心负载能力有限

-摩擦较大

-最高速度较低

二、滚轮

滚轮（Track Rollers）也称为凸轮从动件（Cam Followers），通常由螺纹螺栓和圆形轴承元件组成。直线运动系统的滑块需要使用多个凸轮从动件，以将平台顶部限制在单自由度范围内。下图所示系统在方形轮廓轨道上使用了八个凸轮从动件。在这种情况下，轨道是与铝制底座融为一体的硬化钢滚道。由于钢制滚道比简单的铝制底座更耐磨，能承受更大的载荷，因此在提高轴承使用寿命的同时还具有成本效益。

图2：带凸轮从动件的线性平台剖视图。

优点：

-摩擦力极低，滚动平稳

-最低限度的维护

-可实现高速运转

缺点：

-更容易受到冲击载荷的影响

-承载能力有限——轴承和螺栓尺寸限制

-刚度低于滚珠轴承或滚柱轴承

三、循环滚珠轴承

循环轴承在一个闭合回路中使用许多滚珠，这些滚珠在轴承平移时不断循环。线性轴承通常有两个或四个循环球，以充分限制运动并支持来自各个方向的负载。Zaber 的许多线性平台都采用循环滚珠轴承（Recirculating Ball Bearings），因为它们具有出色的性价比。采用循环滚珠轴承的直线系统具有出色的使用寿命、承载能力和刚度。与滑动轴承系统相比，滚动轴承的摩擦系数更小，因此可以实现高速运转，并使用更小的电机和驱动机械。

Zaber的线性循环轴承通常分为两部分设计，由铝基座和硬化钢滚道组成，以减轻整体重量，因为铝具有出色的刚度重量比。硬化钢滚道即使在承受较大的中心载荷和不平衡悬臂载荷时，也能提供平稳的运动和较长的使用寿命。Zaber的LRM系列采用全钢结构设计，配备循环滚珠轴承，具有最佳的刚度和热稳定性。这些系统可以轻松处理来自任何方向的负载或力矩，而不会对运动精度或摩擦力造成太大的影响。

图3：带有整体循环滚珠轴承的LC40线性平台剖视图。

优点：

-负载能力强

-使用寿命长

-可实现长行程

-精确——接触点数量多，误差平均化

缺点

-灰尘和污染——通过密封件和盖子解决

-再循环产生更多噪音和振动

-摩擦比凸轮从动件大

-成本可能高于凸轮从动件或滑动轴承

下图显示了在循环滚珠轴承系统中施加力矩载荷对每个滚珠的反作用力。

图4：施加力矩时循环滚珠轴承系统中的滚珠载荷。

我们可以看到，与凸轮从动件系统相比，接触的承载元件更多，这意味着在类似尺寸的直线运动平台中，可以支持更大的负载和更小的挠度。这种类型的直线轴承还能出色地处理组合负载，即横向（侧向）、纵向（拉伸/压缩）和力矩负载的组合。

四、交叉滚柱轴承导轨

交叉滚柱轴承导轨（rossed Roller Bearing Guides）可为滚动体轴承提供最佳性能。这些系统不依赖滚柱的再循环，这意味着所有滚柱始终与直线导轨保持接触。这使得运动非常平稳，几乎无摩擦，轴承引起的振动极小，运动误差极低，刚度极高。其他每个滚柱都旋转 90°，使轴承系统能够承受来自各个方向的负载。这些系统可以封装成非常小的体积，同时保持较高的刚度和负载能力。

Zaber 的高精度直线电机平台（如 LDM 系列、LDA 系列和 ADR 显微平台）使用交叉滚柱轴承。步进电机驱动平台也可以从交叉滚柱轴承中受益，例如 ASR 显微平台和垂直 VSR 系列。

图5：带整体交叉滚柱轴承的 LDM 线性平台剖视图。

交叉滚柱轴承的一个小缺点是，与循环导轨相比，这些系统的行程范围有限，因为移动平台顶部的长度控制着设备的最大线性行程范围。

优点：

-小封装、高刚性和高承载能力

-最高运行精度（低跳动）

-噪音低，轴承振动极小，无结块现象

-超长使用寿命

缺点：

-行程有限

-对灰尘和污染物敏感

-价格较高