Guide e sistemi lineari, inclusi robot cartesiani, sistemi gantry e tavole XY – sono tipicamente soggette sia a forze lineari dovute a carichi verso il basso, verso l’alto e laterali, sia a forze di rotazione dovute a carichi sporgenti. Le forze di rotazione, note anche come forze momento, sono generalmente definite come rollio, beccheggio e imbardata, in base all’asse attorno al quale il sistema cerca di ruotare.
Un momento è causato da una forza applicata a un distanza. Una forza del momento non causa la rotazione, sebbene venga spesso confusa con la coppia, che è una forza che fa ruotare un corpo attorno a un asse.
Per definire rollio, beccheggio e imbardata nei sistemi lineari, dobbiamo prima stabilire i tre assi primari: X, Y e Z.
I due assi del piano orizzontale sono generalmente definiti come X e Y , con l’asse X nella direzione del movimento. L’asse Y è ortogonale (perpendicolare) alla direzione del movimento e si trova anche sul piano orizzontale. L’asse Z è ortogonale a entrambi gli assi X e Y, ma si trova nel piano verticale. (Per trovare la direzione positiva dell’asse Z, utilizzare la regola della mano destra: puntare il dito indice nella direzione della X positiva, quindi piegarlo nella direzione della Y positiva e il pollice indicherà la Z positiva.)
Nei sistemi multiasse, la direzione di spostamento dell’asse inferiore è generalmente definita come asse X. Se l’asse successivo sopra è anche orizzontale, quell’asse è definito come Y e l’asse verticale (anche se è il secondo asse, direttamente sopra X), è definito come l’asse Z.
Rollio, beccheggio e imbardata sono forze o momenti rotazionali sugli assi X, Y e Z. Proprio come le forze lineari pure, queste forze di momento devono essere considerate quando si calcola la durata del cuscinetto o si determina l’idoneità di un sistema lineare a resistere a carichi statici.
Rotolo: un momento di rollio è una forza che tenta di causare un sistema per ruotare attorno al proprio asse X, da lato a lato. Un buon esempio di rollio è un aereo che effettua operazioni bancarie.
Cuscinetti a ricircolo con un “back-to-back” o ” O, la disposizione delle piste di rotolamento ha capacità di momento di rollio più elevate rispetto ai cuscinetti con una disposizione “dalla parte anteriore a quella anteriore” o “X”, a causa del braccio di momento più grande formato dalle linee di contatto tra le sfere e le piste.
Credito immagine: Bosch Rexroth
Passo: un momento di beccheggio tenta di far ruotare un sistema attorno al proprio asse Y, dalla parte anteriore a quella posteriore. Per visualizzare il beccheggio, pensa al muso di un aeroplano rivolto verso il basso o verso l’alto.
Imbardata: imbardata si verifica quando una forza tenta di far ruotare un sistema attorno al proprio asse Z. Per visualizzare l’imbardata, immagina un modellino di aeroplano sospeso su una corda. Se il vento soffia nel modo giusto, le ali e il muso dell’aereo rimarranno a livello (senza rollio o beccheggio), ma ruoterà attorno alla corda da cui è sospeso. Questa è imbardata.
Entrambi i momenti di beccheggio e imbardata esercitano carichi in eccesso sulle sfere situate alle estremità di un cuscinetto lineare, una condizione a volte denominata carico di spigolo.
Credito immagine: NSK
Come contrastare i momenti di rollio, beccheggio e imbardata
Le guide lineari e i sistemi hanno capacità maggiori per le forze lineari pure rispetto alle forze del momento, quindi è possibile risolvere le forze del momento in forze lineari aumentare significativamente la durata dei cuscinetti e ridurre la flessione. Per i momenti di rollio, il modo per ottenere ciò è utilizzare due guide lineari in parallelo, con uno o due cuscinetti per guida. Questo converte le forze del momento di rollio in carichi puri verso il basso e di sollevamento su ciascun cuscinetto.
Allo stesso modo, l’utilizzo di due cuscinetti su una guida può eliminare le forze del momento di beccheggio, convertendole in carichi puri verso il basso e di sollevamento su ciascun cuscinetto. L’uso di due cuscinetti su una guida contrasta anche le forze del momento di imbardata, ma in questo caso, le forze risultanti sono forze laterali (laterali) su ciascun cuscinetto.
Image credit: NSK
Credito immagine in primo piano: Newport