Γραμμική εκτροπή άξονα: Πότε ένας μη υποστηριζόμενος άξονας χρειάζεται επιπλέον υποστήριξη

 

Σε πολλά απλά συστήματα γραμμικής κίνησης, ένας μη υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας μπορεί να λειτουργήσει καλά όταν η διαδρομή είναι μικρή και το φορτίο είναι ελαφρύ. Είναι οικονομικό, εύκολο στην εγκατάσταση και χρησιμοποιείται ευρέως με τυπικά γραμμικά ρουλεμάν. Ωστόσο, όταν ο άξονας μακραίνει ή το κινούμενο φορτίο γίνεται βαρύτερο, η εκτροπή του άξονα μπορεί να γίνει πραγματικό πρόβλημα.

Η γραμμική εκτροπή του άξονα δεν σημαίνει πάντα ότι ο άξονας έχει σπάσει. Σε πολλές περιπτώσεις, ο άξονας κάμπτεται ελαφρά μόνο υπό φορτίο. Αλλά ακόμη και μια μικρή κάμψη μπορεί να επηρεάσει την κίνηση του γραμμικού ρουλεμάν. Το ρουλεμάν μπορεί να αισθάνεται σφιχτό σε ορισμένες θέσεις, η δύναμη ολίσθησης μπορεί να γίνει ανομοιόμορφη ή το μηχάνημα μπορεί να χάσει τη σταθερότητά του κατά την επαναλαμβανόμενη κίνηση.

Αυτό το άρθρο εξηγεί τι είναι η γραμμική απόκλιση άξονα, γιατί οι μη υποστηριζόμενοι άξονες κάμπτονται πιο εύκολα και πότευποστηριζόμενος γραμμικός άξονας, Σιδηροτροχιά με υποστήριξη SBR, Σιδηροτροχιά με υποστήριξη TBR, ή θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο γραμμικός οδηγός προφίλ.

Τι είναι η γραμμική εκτροπή άξονα;

Η παραμόρφωση γραμμικού άξονα αναφέρεται στην κάμψη ή τη χαλάρωση του αστρογγυλός γραμμικός άξοναςυπό φορτίο. Είναι πιο συνηθισμένο όταν ο άξονας στηρίζεται μόνο στα δύο άκρα και το μη υποστηριζόμενο άνοιγμα είναι σχετικά μεγάλο.

Σε ένα γραμμικό σύστημα ρουλεμάν, ο άξονας δεν είναι μόνο μια επιφάνεια καθοδήγησης. Γίνεται επίσης μέρος της δομής στήριξης. Εάν ο άξονας λυγίσει κατά τη λειτουργία, αλλάζει η κατάσταση επαφής μεταξύ του άξονα και του γραμμικού ρουλεμάν. Αυτό μπορεί να αυξήσει την τριβή, να δημιουργήσει ανομοιόμορφο φορτίο στα ρουλεμάν και να μειώσει την ομαλότητα της κίνησης.

Για το λόγο αυτό, η εκτροπή του άξονα θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μαζί με τη διάμετρο του άξονα, το μήκος του άξονα, το βάρος φορτίου, τον τύπο ρουλεμάν, την κατεύθυνση εγκατάστασης και την ακαμψία του πλαισίου της μηχανής.

Γιατί οι μη υποστηριζόμενοι γραμμικοί άξονες κάμπτονται πιο εύκολα

Ένας μη υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας συνήθως στερεώνεται και στα δύο άκρα ή τοποθετείται με μπλοκ στήριξης άξονα. Το μεσαίο τμήμα του άξονα δεν έχει συνεχή στήριξη. Όταν ο άξονας είναι κοντός, αυτή η δομή μπορεί να είναι απλή και αποτελεσματική. Αλλά όταν η απόσταση μεταξύ των στηριγμάτων γίνεται μεγαλύτερη, ο άξονας γίνεται πιο εύκολο να λυγίσει κάτω από το βάρος των κινούμενων μερών.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε συστήματα οριζόντιας κίνησης. Σε οριζόντια εγκατάσταση, η βαρύτητα δρα απευθείας στον άξονα και στο κινούμενο όχημα. Εάν η διάμετρος του άξονα είναι πολύ μικρή για το άνοιγμα και το φορτίο, ο άξονας μπορεί να εκτραπεί στη μέση. Όσο μεγαλύτερο είναι το μη υποστηριζόμενο άνοιγμα, τόσο πιο σημαντική γίνεται η ακαμψία.

Το πρόβλημα δεν είναι πάντα ορατό με την πρώτη ματιά. Ένας άξονας μπορεί να φαίνεται ευθύς όταν δεν υπάρχει φορτίο, αλλά αφού προστεθεί το γραμμικό ρουλεμάν, η πλάκα στερέωσης, το εξάρτημα ή το τεμάχιο εργασίας, ο άξονας μπορεί να λυγίσει αρκετά ώστε να επηρεάσει την κίνηση.

Πότε η παραμόρφωση του άξονα γίνεται πρόβλημα;

Μια μικρή παραμόρφωση του άξονα μπορεί να είναι ακόμα αποδεκτή σε εξοπλισμό χαμηλής-ακρίβειας ή ελαφριάς-λειτουργίας. Η παραμόρφωση του άξονα γίνεται πρόβλημα όταν αρχίζει να επηρεάζει την κίνηση του ρουλεμάν, τη σταθερότητα τοποθέτησης ή τη διάρκεια ζωής.

Σε πολλές πραγματικές εφαρμογές, το πρώτο προειδοποιητικό σημάδι δεν είναι ορατό λυγίζοντας. Αντίθετα, το μηχάνημα μπορεί να παρουσιάσει ασταθή κίνηση ή ανομοιόμορφη αντίσταση ολίσθησης.

Εάν αυτά τα προβλήματα εμφανιστούν μετά την αύξηση του μήκους του άξονα, του βάρους φορτίου ή της ταχύτητας εργασίας, θα πρέπει να ελεγχθεί η παραμόρφωση του άξονα πριν αντικατασταθεί μόνο το ρουλεμάν.

Αναφορά εκτροπής άξονα: Πόσο είναι πάρα πολύ

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει κατά προσέγγιση τιμές παραμόρφωσης μεσαίου σημείου για έναν οριζόντιο άξονα που στηρίζεται απλά κάτω από ένα κεντρικό σημειακό φορτίο. Αυτά τα στοιχεία υποθέτουν έναν συμπαγή άξονα από χάλυβα (E=206 GPa) που στηρίζεται και στα δύο άκρα με το φορτίο να εφαρμόζεται στο κέντρο - τη χειρότερη-θέση της θήκης για παραμόρφωση.

 

Διάμετρος άξονα	Μη υποστηριζόμενο διάστημα	Φορτίο 5 kg	Φορτίο 10 kg	Φορτίο 20 kg
16 χλστ	400 χλστ	0,05 χλστ	0,10 χλστ	0,20 χλστ
16 χλστ	600 χλστ	0,17 χλστ	0,34 χλστ	0,68 χλστ
20 χλστ	500 χλστ	0,04 χλστ	0,08 χλστ	0,16 χλστ
20 χλστ	800 χλστ	0,16 χλστ	0,32 χλστ	0,64 χλστ
25 χλστ	600 χλστ	0,04 χλστ	0,08 χλστ	0,16 χλστ
25 χλστ	1000 χλστ	0,19 χλστ	0,38 χλστ	0,76 χλστ
32 χλστ	800 χλστ	0,04 χλστ	0,08 χλστ	0,16 χλστ
32 χλστ	1200 χλστ	0,20 χλστ	0,40 χλστ	0,80 χλστ

 

 

Σημείωση: Αυτές οι τιμές αντικατοπτρίζουν την απόκλιση του ίδιου του άξονα-του βάρους συν την απόκλιση σημειακού φορτίου σε συνδυασμό. Η πραγματική εκτροπή εξαρτάται από τη θέση του μπλοκ ρουλεμάν, την κατανομή της μάζας του φορείου και την ακαμψία του πλαισίου της μηχανής. Χρησιμοποιήστε αυτά τα στοιχεία ως αρχική αναφορά, όχι ως τελικό υπολογισμό σχεδιασμού.

 

Πόση παραμόρφωση είναι αποδεκτή;

Ως πρακτική αναφορά για την επιλογή μιας μεθόδου στήριξης άξονα:

 

Κάτω από 0,05 mm:Γενικά αποδεκτό για τις περισσότερες εφαρμογές ελαφριάς-και γενικής αυτοματοποίησης

0,05–0,10 mm:Η οριακή γραμμή - μπορεί να προκαλέσει αισθητή διακύμανση αντίστασης στο ρουλεμάν. σκεφτείτε μεγαλύτερη διάμετρο ή υποστηριζόμενο άξονα

Πάνω από 0,10 mm:Πιθανόν να προκαλέσει δέσμευση ρουλεμάν, ανομοιόμορφη δύναμη ολίσθησης και επιταχυνόμενη φθορά. θα πρέπει να αξιολογηθεί ένας υποστηριζόμενος άξονας, μια ράγα SBR ή ένας γραμμικός οδηγός προφίλ

 

Για εξοπλισμό ακριβείας όπως μηχανές σήμανσης λέιζερ, συστήματα επιθεώρησης ή πίνακες μέτρησης συντεταγμένων, το αποδεκτό όριο είναι συνήθως 0,02–0,03 mm. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ένας μη υποστηριζόμενος άξονας είναι σπάνια η σωστή επιλογή ανεξαρτήτως διαμέτρου.

Μη υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας εναντίον υποστηριζόμενου γραμμικού άξονα: Η πραγματική διαφορά

Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός μη υποστηριζόμενου γραμμικού άξονα και ενός υποστηριζόμενου γραμμικού άξονα δεν είναι μόνο το σχήμα του προϊόντος. Είναι ο τρόπος με τον οποίο στηρίζεται ο άξονας κατά τη λειτουργία.

Ένας μη υποστηριζόμενος άξονας εξαρτάται κυρίως από ακραία στηρίγματα ή μπλοκ στερέωσης. Ένας υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας έχει μια βάση στήριξης κάτω από τον άξονα σε όλο το μήκος του. Αυτή η συνεχής υποστήριξη βοηθά στη μείωση της κάμψης και βελτιώνει τη σταθερότητα σε εφαρμογές μεγαλύτερης διάρκειας ταξιδιού.

Αυτό δεν σημαίνει ότι ο υποστηριζόμενος άξονας είναι πάντα η καλύτερη επιλογή. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από το πραγματικό φορτίο, τη διαδρομή, τη διάμετρο του άξονα, την απαίτηση ακρίβειας και τον διαθέσιμο χώρο τοποθέτησης.

Παράγοντες που αυξάνουν την παραμόρφωση του γραμμικού άξονα

Η παραμόρφωση του άξονα δεν πρέπει να κρίνεται μόνο από το μήκος του άξονα. Ένας μακρύς άξονας με αρκετά μεγάλη διάμετρο και ελαφρύ φορτίο μπορεί να εξακολουθεί να λειτουργεί καλά. Ένας μικρότερος άξονας με βαρύ φορτίο και κακή στήριξη μπορεί να εξακολουθεί να προκαλεί προβλήματα κίνησης. Θα πρέπει να ελέγχονται αρκετοί παράγοντες μαζί.

Μήκος άξονα

Όσο μεγαλύτερο είναι το μη υποστηριζόμενο άνοιγμα, τόσο πιο εύκολα λυγίζει ο άξονας. Ο εξοπλισμός για μεγάλα ταξίδια, τα συρόμενα τραπέζια, οι μηχανές κοπής και τα πλαίσια αυτοματισμού θα πρέπει να δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στη στήριξη του άξονα.

Διάμετρος άξονα

Μια μεγαλύτερη διάμετρος άξονα παρέχει συνήθως μεγαλύτερη ακαμψία. Εάν η διάμετρος του άξονα είναι πολύ μικρή για το μήκος διαδρομής και το φορτίο, μπορεί να είναι απαραίτητη η αύξηση της διαμέτρου ή η αλλαγή της μεθόδου στήριξης.

Βάρος φορτίου

Η κινούμενη πλάκα, το εξάρτημα, το εργαλείο, το τεμάχιο εργασίας και τα μπλοκ έδρασης προσθέτουν φορτίο στο σύστημα οδήγησης. Εάν το πραγματικό φορτίο είναι υψηλότερο από το αναμενόμενο, ο άξονας μπορεί να εκτραπεί περισσότερο από το επιτρεπόμενο αρχικό σχέδιο.

Απόσταση υποστήριξης

Για άξονες που δεν υποστηρίζονται, η απόσταση μεταξύ των σημείων στήριξης είναι πολύ σημαντική. Εάν τα στηρίγματα απέχουν πολύ μεταξύ τους, το μεσαίο τμήμα του άξονα γίνεται η πιο αδύναμη περιοχή υπό φορτίο.

Κατεύθυνση Εγκατάστασης

Σε οριζόντια εγκατάσταση, η βαρύτητα μπορεί να προκαλέσει πτώση του άξονα. Σε κάθετη εγκατάσταση, ο άξονας μπορεί να χρησιμοποιηθεί κυρίως για καθοδήγηση, αλλά η ευθυγράμμιση και η ακαμψία εξακολουθούν να είναι σημαντικές για σταθερή κίνηση.

Ευθυγράμμιση παράλληλου άξονα

Πολλές μηχανές χρησιμοποιούν δύο παράλληλους άξονες. Εάν ο ένας άξονας κάμπτεται περισσότερο από τον άλλο ή εάν οι δύο άξονες δεν είναι εγκατεστημένοι παράλληλα, τα γραμμικά ρουλεμάν μπορεί να δέσουν. Σε αυτήν την περίπτωση, το πρόβλημα μπορεί να μοιάζει με αστοχία ρουλεμάν, αλλά η πραγματική αιτία μπορεί να είναι η υποστήριξη ή η ευθυγράμμιση.

Πότε πρέπει να επιλέξετε έναν υποστηριζόμενο γραμμικό άξονα;

Ένας υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας θεωρείται συνήθως όταν το σύστημα κίνησης χρειάζεται καλύτερη στήριξη από ό,τι μπορεί να προσφέρει ένας απλός μη υποστηριζόμενος άξονας. Χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μεγαλύτερης διαδρομής όπου ο άξονας πρέπει να παραμένει σταθερός κατά την επαναλαμβανόμενη κίνηση.

Μπορεί να χρειαστείτε υποστηριζόμενο γραμμικό άξονα ή γραμμική ράγα με υποστήριξη SBR όταν:

• Ο άξονας είναι μακρύς και στηρίζεται μόνο στα δύο άκρα.
• Η κινούμενη πλάκα ή η άμαξα δεν είναι πολύ ελαφριά.
• Το ρουλεμάν σφίγγεται κοντά στο μέσο της διαδρομής.
• Το μηχάνημα χρειάζεται πιο ομαλή κίνηση για μεγαλύτερη διαδρομή.
• Το σύστημα χρησιμοποιείται σε δρομολογητές CNC, μηχανές επεξεργασίας ξύλου, τραπέζια αυτοματισμού, μηχανήματα συσκευασίας ή παρόμοιο εξοπλισμό.
• Ο αγοραστής χρειάζεται καλύτερη σταθερότητα, αλλά δεν απαιτεί γραμμικό οδηγό προφίλ υψηλής ακαμψίας-.

Οι ράγες που υποστηρίζονται από SBR είναι μια κοινή λύση για οικονομικά υποστηριζόμενα συστήματα στρογγυλού άξονα. Οι ράγες που υποστηρίζονται TBR μπορούν να ληφθούν υπόψη όταν η δομή χρειάζεται καλύτερη ακαμψία από ένα τυπικό σύστημα SBR.

Πότε είναι ακόμα αποδεκτός ένας μη υποστηριζόμενος άξονας;

Ένας μη υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας εξακολουθεί να είναι χρήσιμος σε πολλές μηχανές. Δεν πρέπει να αντικαθίσταται από υποστηριζόμενο άξονα σε κάθε εφαρμογή. Για συστήματα μικρής διαδρομής και ελαφρού φορτίου, ένας μη υποστηριζόμενος άξονας μπορεί να είναι απλούστερος, πιο συμπαγής και πιο οικονομικός.

Ένας μη υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας μπορεί να είναι κατάλληλος όταν:

• Το μήκος της διαδρομής είναι μικρό.
• Το κινούμενο φορτίο είναι ελαφρύ.
• Η διάμετρος του άξονα είναι αρκετά μεγάλη για το άνοιγμα.
• Το μηχάνημα δεν απαιτεί υψηλή ακαμψία ή υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης.
• Ο εξοπλισμός έχει αρκετή στήριξη πλαισίου και καλή ευθυγράμμιση.
• Ο σχεδιασμός απαιτεί μια απλή και χαμηλού κόστους δομή γραμμικής κίνησης-.

Για πολλές συσκευές ελαφριάς-λειτουργίας, ένας μη υποστηριζόμενος άξονας με κατάλληλο γραμμικό ρουλεμάν μπορεί να παρέχει ομαλή και αξιόπιστη κίνηση. Το κλειδί είναι να ελέγξετε εάν το άνοιγμα, το φορτίο και η ακαμψία ταιριάζουν με την πραγματική κατάσταση λειτουργίας.

Πότε πρέπει να σκεφτείτε αντ 'αυτού έναν γραμμικό οδηγό προφίλ;

Ένας υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας μπορεί να μειώσει την παραμόρφωση, αλλά εξακολουθεί να είναι διαφορετικός από έναν γραμμικό οδηγό προφίλ. Εάν το μηχάνημα απαιτεί μεγαλύτερη ακαμψία, μεγαλύτερη χωρητικότητα ροπής, καλύτερη ακρίβεια ή αντίσταση στη δύναμη κοπής και τους κραδασμούς, μπορεί να είναι πιο κατάλληλος ένας γραμμικός οδηγός προφίλ.

Οι γραμμικοί οδηγοί προφίλ χρησιμοποιούνται συχνά σε μηχανές CNC, σε συστήματα αυτοματισμού υψηλής-ταχύτητας, σε εξοπλισμό εντοπισμού θέσης ακριβείας και σε δομές μηχανών βαρέως-. Παρέχουν μια πιο άκαμπτη δομή σιδηροτροχιών και μπλοκ από ένα σύστημα στρογγυλού άξονα.

Με απλά λόγια, ένας υποστηριζόμενος άξονας είναι συχνά μια πρακτική αναβάθμιση από έναν άξονα χωρίς υποστήριξη. Ένας γραμμικός οδηγός προφίλ είναι μια ισχυρότερη λύση όταν η εφαρμογή χρειάζεται μεγαλύτερη ακαμψία και ακρίβεια.

Πρακτική λίστα ελέγχου πριν από την επιλογή συστήματος γραμμικού άξονα

Προτού επιλέξουν μεταξύ μη υποστηριζόμενου άξονα, υποστηριζόμενου άξονα, ράγας SBR, ράγας TBR ή γραμμικού οδηγού προφίλ, οι αγοραστές θα πρέπει να επιβεβαιώσουν την πραγματική κατάσταση λειτουργίας αντί να επιλέγουν μόνο με βάση τη διάμετρο ή την τιμή του άξονα.

Εάν η εφαρμογή έχει μεγάλη διαδρομή, μεσαίο ή βαρύ φορτίο, ορατή κάμψη άξονα, ασταθή δύναμη ολίσθησης ή σύνδεση ρουλεμάν, η μέθοδος στήριξης θα πρέπει να επανεξεταστεί πριν από την τελική επιλογή.

Σύναψη

Οι μη υποστηριζόμενοι γραμμικοί άξονες είναι απλοί και οικονομικοί και εξακολουθούν να είναι κατάλληλοι για πολλές εφαρμογές μικρής-διαδρομής και ελαφρού{1}}φόρτου. Ωστόσο, όταν ο άξονας γίνεται μεγαλύτερος, το φορτίο αυξάνεται ή το μηχάνημα χρειάζεται πιο σταθερή κίνηση, η γραμμική εκτροπή του άξονα μπορεί να γίνει σοβαρό ζήτημα επιλογής.

Η εκτροπή του άξονα γίνεται πρόβλημα όταν προκαλεί δέσμευση ρουλεμάν, ανομοιόμορφη ολίσθηση, θόρυβο, σημάδια φθοράς, κραδασμούς ή ασταθή ακρίβεια τοποθέτησης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστεί υποστηριζόμενος γραμμικός άξονας, ράγα με υποστήριξη SBR, ράγα με υποστήριξη TBR ή γραμμικός οδηγός προφίλ.

Η καλύτερη λύση πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τη διάμετρο του άξονα, το μήκος, το φορτίο, τη διαδρομή, την κατεύθυνση εγκατάστασης, τον τύπο του ρουλεμάν και την απαιτούμενη ακαμψία. Μια σωστή μέθοδος υποστήριξης μπορεί να βοηθήσει το σύστημα γραμμικής κίνησης να λειτουργεί πιο ομαλά και να μειώσει τα προβλήματα ρουλεμάν για μακροχρόνια-χρήση.