モーションの基本:線形システムのロール、ピッチ、ヨーを定義する方法

線形ガイドとシステム—デカルトロボット、ガントリーシステムを含む、およびXYテーブル—通常、下向き、上向き、および横方向の荷重による線形力と、オーバーハング荷重による回転力の両方を受けます。回転力(モーメント力とも呼ばれます)は、通常、システムが回転しようとする軸に基づいて、ロール、ピッチ、ヨーとして定義されます。

モーメントは、距離。モーメント力は回転を引き起こしませんが、トルクと混同されることがよくあります。トルクは、物体を軸を中心に回転させる力です。

線形システムでロール、ピッチ、ヨーを定義するには、最初に、X、Y、Zの3つの主軸を確立する必要があります。

水平面の2つの軸は通常、XとYとして定義されます。 、X軸が移動方向にあります。 Y軸は運動方向に直交(垂直)であり、水平面内にもあります。 Z軸はX軸とY軸の両方に直交していますが、垂直面にあります。 (Z軸の正の方向を見つけるには、右手の法則を使用します。人差し指を正のXの方向に向けてから、正のYの方向にカールすると、親指は正のZを示します。)

多軸システムでは、下軸の進行方向は通常X軸として定義されます。その上の次の軸も水平である場合、その軸はYとして定義され、垂直軸(Xの真上にある2番目の軸であっても)はZ軸として定義されます。

ロール、ピッチ、およびヨーは、X、Y、およびZ軸を中心とした回転力またはモーメントです。純粋な線形力と同様に、これらのモーメント力は、ベアリングの寿命を計算するとき、または静的荷重に耐える線形システムの適合性を判断するときに考慮する必要があります。

ロール:ロールモーメントは、 X軸を中心に左右に回転するシステム。ロールの良い例は飛行機のバンキングです。

「背中合わせ」または「 O、」レースウェイ配置は、ボールとレースウェイの間の接触線によって形成されるモーメントアームが大きいため、「フロントツーフロント」または「X」配置のベアリングよりも高いロールモーメント容量を備えています。

背中合わせのレースウェイ配置(左)は、オーバーハングした負荷によって引き起こされるロールモーメントをより適切にサポートします。ベアリングの側面。
画像クレジット:Bosch Rexroth

ピッチ:ピッチモーメントにより、システムがY軸を中心に回転しようとします。前から後ろへ。ピッチを想像するには、飛行機の機首が下向きまたは上向きであると考えてください。

画像クレジット:国立航空宇宙博物館、スミソニアン博物館

ヨー:ヨーは、力がシステムをZ軸を中心に回転させようとしたときに発生します。ヨーを視覚化するために、ひもに吊るされた模型飛行機を想像してみてください。風がちょうどよく吹くと、飛行機の翼と機首は水平に保たれますが(ローリングやピッチングはありません)、吊り下げられた弦の周りを回転します。これはヨーです。

ピッチモーメントとヨーモーメントの両方により、リニアベアリングの端にあるボールに過剰な荷重がかかります。この状態は、エッジ荷重と呼ばれることもあります。

ピッチとヨーのモーメントにより、ベアリングにエッジ荷重がかかる可能性があります。
画像クレジット:NSK

ロール、ピッチ、ヨーのモーメントを打ち消す方法

線形ガイドとシステムは、モーメント力よりも純粋な線形力の方が容量が大きいため、モーメント力を線形力に分解できます。ベアリングの寿命を大幅に延ばし、たわみを減らします。ロールモーメントの場合、これを実現する方法は、ガイドごとに1つまたは2つのベアリングを使用して、2つのリニアガイドを並列に使用することです。これにより、ロールモーメント力が各ベアリングの純粋な下向き荷重とリフトオフ荷重に変換されます。

同様に、1つのガイドに2つのベアリングを使用すると、ピッチモーメント力を排除して、各ベアリングの純粋な下向き荷重とリフトオフ荷重に変換できます。 1つのガイドに2つのベアリングを使用すると、ヨーモーメント力にも対抗しますが、この場合、結果として生じる力は、各ベアリングの横(横)力になります。

4つのベアリングを備えた2つのガイドを使用すると、すべてのモーメント力(ロール、ピッチ、ヨー)が純粋な線形力に分解されます。
画像クレジット:NSK

フィーチャー画像クレジット:ニューポート

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