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預壓

第 1.4 節 - 技術原理

1.4.1 預壓的功能

SCHNEEBERGER MONORAIL 導軌表現出彈性變形行為，這種行為不是線性的而是遞減性的（degressive）。 這意味著滾動元件在最小力作用下相對柔軟，隨著力的增加而變得更加剛硬。 導軌通過預壓進行預壓，因此部分彈性變形已經被消除。結果是整體系統的剛性得到提升。

SCHNEEBERGER MONORAIL 導軌經過預壓處理，確保輪廓軌道導軌在承受力時也能保持零間隙。 這意味著滾動元件不會從軌道上脫離。否則，由於預壓的結果，系統的剛性會受到影響， 進而也會影響推動力 FV 和使用壽命。

預壓的效果

  • 改變剛性：從而也改變導引系統的自然頻率
  • 影響行程脈動：滑座的週期性運動變化
  • 增加位移阻力：提高滑座的抗位移能力
  • 影響使用壽命：增加作用在滑座上的負載，從而降低額定使用壽命。計算壽命時，需要將預壓作為附加力納入考量

因此，預壓的選擇始終是剛性、位移阻力和使用壽命之間的折衷，需要根據應用情況進行權衡。 為此，SCHNEEBERGER 提供四種不同的預壓等級 V0、V1、V2 和 V3。

預壓與使用壽命關係

Nominal service life as a function of preload and force based on the example of an MR 45 roller guideway. 以 MR 45 滾柱導軌為例，額定使用壽命作為預壓和力的函數。比率 P/C (%) 以等效力 P (N) 和動態負載能力 C (N) 對額定使用壽命 Lnom (km) 作圖。1=低預壓 2=中預壓 3=高預壓

1.4.2 預壓等級

SCHNEEBERGER 針對不同需求提供四種不同的預壓等級，範圍在動態負載能力 C 的 0 - 13% 之間。 預壓等級的公差為 ± 3% C。詳細數值可在 SCHNEEBERGER MONORAIL 和 AMS 產品目錄中查閱。

V0 - 極低/微間隙

0% 或微小間隙

僅適用於 MONORAIL BM（滾珠）系列

V1 - 低預壓

約 2-3% 的動態負載能力 C

高速運動、低負載、延長壽命

V2 - 中預壓

約 5-8% 的動態負載能力 C

標準應用，平衡剛性與壽命

V3 - 高預壓

約 10-13% 的動態負載能力 C

高剛性、精密加工、機床應用

產品系列對應

  • MONORAIL MR（滾柱）系列：提供 V1、V2、V3 三種預壓等級（低、中、高預壓）
  • MONORAIL BM（滾珠）系列：另外提供 V0 等級，預壓可在極低預壓和微小間隙之間變化

預壓的產生

滑座中的預壓 V 是通過使用過盈配合的滾動元件產生的。 這意味著滾動元件的直徑比導軌與滑座之間的間隙大幾微米。 因此，當滑座被推到導軌上時，滑座的側翼會彎曲。 預壓是由滑座本體彈性產生的恢復力造成的。預壓力的大小通過選擇相應的滾動元件直徑來設定。

預壓力產生

Preload force Fvsp generated by rolling elements, which acts against the carriage. The figure shows a finished ground carriage top. 由滾動元件產生的預壓力 Fvsp，作用於滑座上。圖示為精磨加工後的滑座頂部。

1.4.3 預壓對性能的影響

剛性與振動行為

低阻尼系統的振幅取決於激勵頻率與自然頻率的比率。 較高的剛性會增加自然頻率並減少靜態撓度。 在機床中，目標是達到高自然頻率，使得在指定的激勵力和激勵頻率下，放大的振幅盡可能保持最小。

結論：使用高預壓等級的滾柱導軌。

有效預壓範圍

對於小於 3 倍預壓力的外部負載，預壓在負載下得以保持。 這意味著系統具有高剛性。如果外力超過預壓力的值，剛性會降低。 因此，在設計中如果有較高剛性的要求，需要確保保持在有效預壓力範圍內。

設計要點

當外力 F < 3 × Fvsp（預壓力）時，系統保持高剛性。
當外力超過此閾值時，剛性會顯著降低。

使用壽命考量

預壓等級也會影響導軌的使用壽命。預壓 V1、V2 或 V3 不僅增加剛性， 只要預壓有效，它們也會對滾動接觸面施加負載。 在計算壽命時，需要將預壓力作為附加力納入等效負載計算中。

影響使用壽命的因素包括：作用在 MONORAIL 滑座上的力、所選的預壓、 動態負載能力以及事件概率。如果整個行程距離上作用恆定的力， 則使用等效力 P 計算壽命。然而，如果預期有變化的力，則必須使用動態等效力 Pj。

選擇建議

在選擇預壓等級時，應綜合考慮剛性需求、運動速度、負載條件和壽命要求。 詳細的選型指南請參閱第 4.5 節 - 預壓。

1.4.4 預壓的調整與互換性

預壓的量測與檢驗

預壓不僅會使滑座側翼膨脹，還會在滑座頂部產生輕微的下沉。 這種頂部的變形與預壓力的大小成正比，因此可用於量測和檢驗預壓。

安裝注意事項

為保證滑座安裝後保持預設的預壓，必須遵守本手冊中規定的連接結構的平整度規範。 否則，在擰緊螺絲時可能因滑座變形而導致預壓損失或預壓增加。

滑座的互換性

SCHNEEBERGER MONORAIL 導軌的一個特點是，無論預壓如何， 滑座在任何導軌上都具有水平的滑座頂部。 不同預壓的滑座可以在任何導軌上使用。設定的預壓始終保持不變。

MONORAIL 滑座和導軌是獨立製造的，具有極高的精度，因此完全互換。 這意味著任何滑座都可以在同一尺寸的任何軌道上使用，而不會影響預壓等級， 因為預壓是由滑座的滾動元件決定的。

滑座更換

同一尺寸的滑座可以更換，預壓得以保持。 根據類型不同，滑座具有不同的螺絲孔模板。 滑座類型 A 和 B 是例外。儘管它們的長度不同，但具有相同的鑽孔模板，因此可以互換。 例如，短型（A）和長型（B）滑座可以互換，而無需修改機床滑台。 這對於所有其他滑座類型是不可能的。

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