При этом имеет место значительное уменьшение сил трения коэффициент трения покоя ( для направляющих качения в 20 раз меньше, чем для направляющих скольжения), исключение прерывистого движения, вызванного при скольжении эффектом прилипания и уменьшения износа сопряжения.
Наиболее распространенные варианты направляющих качения: шариковые; роликовые комбинированные; роликовые призматические. Так как при движении стола осуществляется качение шариков или роликов по направляющей станины, они проходят лишь половину того расстояния, на которое перемещается стол станка. Это заставляет делать длину сепаратора с телами качения короче длины стола на половину его хода.
Если необходимо обеспечить большее перемещение стола, шарики подаются в специальные желобки, в которых они перемещаются в обратном направлении, непрерывно циркулируя по замкнутому контуру, находясь в верхней части в ненагруженном состоянии. Направляющие качения для планшайб выполняются в виде обычных или специально выполненных подшипников качения. Направляющие качения, как правило, рассчитывают по формулам для контактных напряжений и деформаций по теории Герца-Беляева.
При работе направляющих качения желательно создать условия для более длительной их работы с малым износом (смятием) и большим сроком службы до наступления усталости поверхностных слоев у тел качения.
Допускаемые значения получены из практики работы станков и соответствуют условиям длительной работы направляющих в нормальных условиях эксплуатации. Для чугунных направляющих, при малых скоростях скольжения (подачи) и при больших скоростях скольжения (скорости резания). Для шлифовальных станков, работа которых происходит в неблагоприятных условиях с точки зрения абразивного износа. Для тяжелых станков эти значения понижаются в 2 раза, так как ремонт направляющих этих станков весьма сложен. При расчете по средним удельным давлениям допускаемые значения снижаются в 2 раза.
Данный расчет позволяет оценить условия, в которых работают направляющие, с точки зрения распределения и величины удельных давлений. Этим косвенно учитывается износ, который зависит и от удельного давления. Большое значение имеет расчет направляющих скольжения на износ. Для этого расчета также необходимо знать уравнение эпюры давлений.
В станках находят применение также направляющие качения, где трение; скольжения заменяется трением качения шариков или роликов по закаленным направляющим (планкам) станины и стола или суппорта. Характерно применение направляющих качения в координатно-расточных, шлифовальных, копировальных, карусельных и других станках.
В некоторых случаях при приближенных расчетах этим можно ограничиться. Однако для определения максимальных давлений и, главное, характера эпюры (имеется ли раскрытие стыка) необходимо полное решение статически неопределимой задачи и определение координат. Дополнительное уравнение может быть получено, если установить распределение внешних опрокидывающих моментов между направляющими.
Пятое уравнение в системе можно представить как состоящее из момента внешних сил (опрокидывающий момент) и реактивных моментов, действующих в направляющих:
Поскольку известна величина, это уравнение примет вид. Чтобы получить дополнительное уравнение, необходимо установить, как этот момент распределяется между передней и задней направляющими с учетом деформаций суппорта (стола) или направляющих. Для этого момент разбивается на два опрокидывающих момента.
Если известно соотношение, то задача становится статически определимой. Для достаточно жестких салазок и направляющих, нагруженных относительно равномерно, можно считать, что момент распределяется между направляющими пропори рационально их ширине. При расчете треугольной направляющей определяют ее приведенную ширину. После решения уравнений определяется характер эпюр давлений и значения максимальных давлений, которые не должны превосходить допускаемых.
Величина эксцентриситета силы влияет на характер эпюры давлений. При перемещении суппорта , для расчета сил, действующих по направляющим станины на него действуют силы резания, сила тяги; перемещающая суппорт, и сила веса суппорта. В результате действий этих внешних сил в направляющих возникают реакции, которые и определяют эпюру давлений в каждой направляющей.
Рассмотрим методику определения удельных давлений в направляющих на примере направляющих токарного станка. Оси координат совпадают с направлением соответствующих составляющих сил резания, а начало координат выбрано в точке пересечения реакций на треугольной направляющей, а по длине — в середине направляющих. Проектируя все силы на оси, беря сумму моментов относительно осей, напишем уравнение статики направляющих суппорта, где коэффициент трения, при малых скоростях перемещения (токарные, фрезерные станки), при больших скоростях перемещения и хорошей смазке (строгальные, шлифовальные станки).
При записи уравнений координаты приложения сил обозначены с индексом соответствующей силы. Неизвестными в данной системе являются реакции в направляющих, сила тяги и координаты приложения реакций. Поэтому имеются семь неизвестных и задача является статически неопределимой. Все силы могут быть определены из первых четырех уравнений, так как в них не входят искомые координаты, и, следовательно, можно определить средние удельные давления на всех трех гранях.
Коэффициент трения аэростатических направляющих очень мал, зазор в направляющих, а жесткость большая. Чем меньше объем подводящего кармана (канавки), тем устойчивее аэростатические опоры. Основной критерий работоспособности направляющих — их износостойкость. Они должны длительное время сохранять начальную точность. На износостойкость направляющих действует много различных факторов, главными из которых являются материал направляющих и их термообработка, давления и их распределение по граням и по длине направляющих, условия работы (смазка, загрязнение), характер перемещения суппорта или стола (скорость, величина хода). Направляющие обычно работают в условиях малых и средних скоростей скольжения (до 1,5 м/с) с небольшим давлением (до 1 мПа).
Для расчета направляющих скольжения необходимо знать характер эпюры давлений между гранями направляющих. Если в направляющей действует сила (реакция), которая смещена от середины на величину, то при линейной эпюре давлений значение наибольшего и наименьшего давлений можно подсчитать по формулам, где ширина, длина направляющих.
В общем виде эпюра давление имеет вид трапеции. При приложении силы в центре направляющих, получим прямоугольную эпюру. При других значениях эпюра давлений треугольная. При получим неполное касание по длине направляющих (раскрытие стыка), что является весьма нежелательным.
