Guías y sistemas lineales, incluidos robots cartesianos y sistemas de pórtico , y mesas XY – generalmente están sujetas a fuerzas lineales debido a cargas hacia abajo, hacia arriba y laterales y fuerzas de rotación debido a cargas en voladizo. Las fuerzas de rotación, también conocidas como fuerzas de momento, se definen normalmente como balanceo, cabeceo y guiñada, según el eje alrededor del cual el sistema intenta girar.
Un momento es causado por una fuerza aplicada en un distancia. Una fuerza de momento no causa rotación, aunque a menudo se confunde con torque, que es una fuerza que hace que un cuerpo gire alrededor de un eje.
Para definir balanceo, cabeceo y guiñada en sistemas lineales, primero debemos establecer los tres ejes primarios: X, Y y Z.
Los dos ejes del plano horizontal se definen normalmente como X e Y , con el eje X en la dirección del movimiento. El eje Y es ortogonal (perpendicular) a la dirección del movimiento y también está en el plano horizontal. El eje Z es ortogonal a los ejes X e Y, pero está ubicado en el plano vertical. (Para encontrar la dirección positiva del eje Z, use la regla de la mano derecha: apunte el dedo índice en la dirección de la X positiva, luego enróllelo en la dirección de la Y positiva, y el pulgar indicará la Z positiva).
En los sistemas de varios ejes, la dirección de desplazamiento del eje inferior se define normalmente como el eje X. Si el siguiente eje arriba también es horizontal, ese eje se define como Y, y el eje vertical (incluso si es el segundo eje, directamente encima de X), se define como el eje Z.
El balanceo, cabeceo y guiñada son fuerzas de rotación, o momentos, sobre los ejes X, Y y Z. Al igual que las fuerzas lineales puras, estas fuerzas de momento deben tenerse en cuenta al calcular la vida útil del rodamiento o al determinar la idoneidad de un sistema lineal para soportar cargas estáticas.
Balanceo: un momento de balanceo es una fuerza que intenta causar un sistema para girar alrededor de su eje X, de lado a lado. Un buen ejemplo de balanceo es la inclinación de un avión.
Recirculación de rumbos con un «back-to-back» o » O, ”la disposición de la pista de rodadura tiene mayores capacidades de momento de balanceo que los rodamientos con una disposición» de adelante hacia adelante «o» X «, debido al brazo de momento más grande formado por las líneas de contacto entre las bolas y las pistas de rodadura.
Crédito de la imagen: Bosch Rexroth
Paso: un momento de paso intenta hacer que un sistema gire alrededor de su eje Y, de adelante hacia atrás. Para visualizar el cabeceo, piense en el morro de un avión apuntando hacia abajo o hacia arriba.
Guiñada: La guiñada ocurre cuando una fuerza intenta hacer que un sistema gire alrededor de su eje Z. Para visualizar la guiñada, imagine un modelo de avión suspendido de una cuerda. Si el viento sopla bien, las alas y el morro del avión permanecerán nivelados (sin balanceos ni cabeceos), pero rotarán alrededor de la cuerda de la que está suspendido. Esto es guiñada.
Ambos momentos de cabeceo y guiñada ponen cargas excesivas en las bolas ubicadas en los extremos de un rodamiento lineal, una condición a la que a veces se hace referencia como carga de borde.
Crédito de la imagen: NSK
Cómo contrarrestar los momentos de alabeo, cabeceo y guiñada
Las guías y sistemas lineales tienen mayores capacidades para fuerzas lineales puras que para fuerzas de momento, por lo que la resolución de las fuerzas de momento en fuerzas lineales puede aumenta significativamente la vida útil del rodamiento y reduce la deflexión. Para los momentos de balanceo, la forma de lograrlo es utilizar dos guías lineales en paralelo, con uno o dos rodamientos por guía. Esto convierte las fuerzas de momento de balanceo en cargas puras hacia abajo y de despegue en cada rodamiento.
De manera similar, el uso de dos rodamientos en una guía puede eliminar las fuerzas de momento de cabeceo, convirtiéndolas en cargas puras hacia abajo y de despegue en cada rodamiento. El uso de dos cojinetes en una guía también contrarresta las fuerzas de momento de guiñada, pero en este caso, las fuerzas resultantes son fuerzas laterales (laterales) en cada cojinete.
Crédito de la imagen: NSK
Crédito de la imagen de la función: Newport