Bewegungsgrundlagen: Wie Roll-, Nick- und Gierbewegungen für lineare Systeme definiert werden

Einschließlich kartesische Roboter, Portalsysteme und XY-Tische.

Linearführungen und -systeme sind typischerweise sowohl linearen Kräften aufgrund von Abwärts-, Aufwärts- und Seitenbelastungen als auch Rotationskräften aufgrund von Radialbelastungen ausgesetzt. Rotationskräfte - auch als Momentkräfte bezeichnet - werden typischerweise als Roll-, Nick- und Gierkräfte definiert, basierend auf der Achse, um die sich das System zu drehen versucht.

Um Roll-, Nick- und Gierbewegungen in linearen Systemen zu definieren, müssen wir zunächst die drei Hauptachsen festlegen: X, Y und Z.

Die beiden Achsen der horizontalen Ebene werden typischerweise als X und Y definiert, wobei die X-Achse in der Bewegungsrichtung liegt. Die Y-Achse ist orthogonal (senkrecht) zur Bewegungsrichtung und liegt ebenfalls in der horizontalen Ebene. Die Z-Achse ist orthogonal (senkrecht) zu den beiden Achsen X und Y, befindet sich jedoch in der vertikalen Ebene. (Um die positive Richtung der Z-Achse zu finden, verwenden Sie die Regel der rechten Hand: Zeigen Sie mit dem Zeigefinger in die Richtung des positiven X, dann krümmen Sie ihn in die Richtung des positiven Y, und der Daumen zeigt die positive Z an)

Roll-, Nick- und Gierbewegungen sind Rotationskräfte oder -momente um die X-, Y- und Z-Achse. Genau wie reine Linearkräfte müssen diese Momentkräfte bei der Berechnung der Lagerlebensdauer oder bei der Bestimmung der Eignung eines Linearsystems, statischen Belastungen standzuhalten, berücksichtigt werden.

Rollen: Ein Rollmoment ist eine Kraft, die versucht, ein System um seine X-Achse von einer Seite zur anderen rotieren zu lassen. Ein gutes Beispiel für Rollen ist ein Flugzeug, das sich schräg stellt.

Stellplatz: Ein Neigungsmoment versucht, ein System um seine Y-Achse von vorne nach hinten zu drehen. Um sich die Neigung vorzustellen, stellen Sie sich die Nase eines Flugzeugs vor, die nach unten oder oben zeigt.

Gieren: Gieren tritt auf, wenn eine Kraft versucht, ein System dazu zu bringen, sich um seine Z-Achse zu drehen. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung des Gierens ein Modellflugzeug vor, das an einer Schnur hängt. Wenn der Wind genau richtig bläst, bleiben die Flügel und die Nase des Flugzeugs waagerecht (kein Rollen oder Stampfen), aber das Flugzeug dreht sich um die Schnur, an der es aufgehängt ist. Das ist Gieren.

Sowohl das Nick- als auch das Giermoment belasten die Kugeln, die sich an den Enden eines Linearlagers befinden, übermäßig, ein Zustand, der manchmal als Kantenbelastung bezeichnet wird.

Wie man Roll-, Nick- und Giermomenten entgegenwirkt

Linearführungen und -systeme haben für reine Linearkräfte höhere Kapazitäten als für Momentkräfte, so dass die Auflösung von Momentkräften in lineare Kräfte die Lebensdauer der Lager deutlich erhöhen und die Durchbiegung verringern kann. Bei Rollmomenten kann dies durch den Einsatz von zwei parallelen Linearführungen mit einem oder zwei Lagern pro Führung erreicht werden. Dadurch werden die Rollmomentkräfte in reine Abwärts- und Abhebekräfte auf jedes Lager umgewandelt.

In ähnlicher Weise kann die Verwendung von zwei Lagern auf einer Führung die Kippmomentkräfte eliminieren und sie in reine Abwärts- und Abhebekräfte auf jedes Lager umwandeln. Die Verwendung von zwei Lagern auf einer Führung wirkt auch Giermomentkräften entgegen, aber in diesem Fall sind die resultierenden Kräfte seitliche (laterale) Kräfte auf jedes Lager.