Deformarea arborelui liniar: când un arbore nesprijinit are nevoie de sprijin suplimentar

 

În multe sisteme de mișcare liniară simple, un arbore liniar nesuportat poate funcționa bine atunci când cursa este scurtă și sarcina este ușoară. Este economic, ușor de instalat și utilizat pe scară largă cu rulmenți liniari standard. Cu toate acestea, atunci când arborele devine mai lung sau sarcina în mișcare devine mai grea, deformarea arborelui poate deveni o problemă reală.

Deformarea liniară a arborelui nu înseamnă întotdeauna că arborele este rupt. În multe cazuri, arborele se îndoaie doar ușor sub sarcină. Dar chiar și o cantitate mică de îndoire poate afecta mișcarea rulmentului liniar. Rulmentul se poate simți strâns în anumite poziții, forța de alunecare poate deveni neuniformă sau mașina își poate pierde stabilitatea în timpul mișcărilor repetate.

Acest articol explică ce este deviația liniară a arborelui, de ce arborii nesuportați se îndoaie mai ușor și când unarbore liniar sprijinit, șină susținută SBR, șină susținută de TBR, sau un ghidaj liniar profil ar trebui luat în considerare.

Ce este deviația liniară a arborelui?

Deformarea liniară a arborelui se referă la îndoirea sau înclinarea aarbore liniar rotundsub sarcină. Este cel mai frecvent atunci când arborele este sprijinit numai la ambele capete și deschiderea nesusținută este relativ lungă.

Într-un sistem de rulmenți liniar, arborele nu este doar o suprafață de ghidare. De asemenea, devine parte a structurii de sprijin. Dacă arborele se îndoaie în timpul funcționării, starea de contact dintre arbore și rulmentul liniar se modifică. Acest lucru poate crește frecarea, poate crea o sarcină neuniformă pe bilele rulmentului și poate reduce netezimea mișcării.

Din acest motiv, deformarea arborelui trebuie luată în considerare împreună cu diametrul arborelui, lungimea arborelui, greutatea sarcinii, tipul rulmentului, direcția de instalare și rigiditatea cadrului mașinii.

De ce arborii liniari nesuportați se îndoaie mai ușor

Un arbore liniar nesusținut este de obicei fixat la ambele capete sau montat cu blocuri de susținere a arborelui. Secțiunea din mijloc a arborelui nu are suport continuu. Când arborele este scurt, această structură poate fi simplă și eficientă. Dar când distanța dintre suporturi devine mai mare, arborele devine mai ușor de îndoit sub greutatea pieselor mobile.

Acest lucru este deosebit de important în sistemele de mișcare orizontală. În instalarea orizontală, gravitația acționează direct asupra arborelui și a căruciorului în mișcare. Dacă diametrul arborelui este prea mic pentru deschidere și sarcină, arborele se poate devia în mijloc. Cu cât este mai lungă distanța nesusținută, cu atât rigiditatea devine mai importantă.

Problema nu este întotdeauna vizibilă la prima vedere. Un arbore poate arăta drept când nu există sarcină, dar după adăugarea blocului de rulment liniar, a plăcii de montare, a dispozitivului de fixare sau a piesei de prelucrat, arborele se poate îndoi suficient pentru a afecta mișcarea.

Când deviația arborelui devine o problemă?

O cantitate mică de deformare a arborelui poate fi totuși acceptabilă în echipamentele de -precizie scăzută sau-ușoare. Deformarea arborelui devine o problemă atunci când începe să afecteze mișcarea rulmentului, stabilitatea poziționării sau durata de viață.

În multe aplicații reale, primul semn de avertizare nu este îndoirea vizibilă. În schimb, mașina poate prezenta o mișcare instabilă sau o rezistență neuniformă la alunecare.

Dacă aceste probleme apar după creșterea lungimii arborelui, a greutății sarcinii sau a vitezei de lucru, deviația arborelui trebuie verificată înainte de a înlocui doar rulmentul.

Referință la devierea arborelui: Cât este prea mult

Următorul tabel prezintă valorile aproximative de deformare a punctului mediu pentru un arbore orizontal susținut simplu sub o sarcină punctuală centrală. Aceste cifre presupun un arbore solid din oțel (E=206 GPa) susținut la ambele capete cu sarcina aplicată la centru - cea mai proastă poziție-caz pentru deformare.

 

Diametrul arborelui	Interval neacceptat	Sarcina de 5 kg	Sarcina 10 kg	Sarcina de 20 kg
16 mm	400 mm	0,05 mm	0,10 mm	0,20 mm
16 mm	600 mm	0,17 mm	0,34 mm	0,68 mm
20 mm	500 mm	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
20 mm	800 mm	0,16 mm	0,32 mm	0,64 mm
25 mm	600 mm	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
25 mm	1000 mm	0,19 mm	0,38 mm	0,76 mm
32 mm	800 mm	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
32 mm	1200 mm	0,20 mm	0,40 mm	0,80 mm

 

 

Notă: aceste valori reflectă deviația de greutate proprie a arborelui{0}}plus deformarea punctuală a sarcinii combinate. Deformarea reală depinde de poziția blocului de rulmenți, de distribuția masei căruciorului și de rigiditatea cadrului mașinii. Utilizați aceste cifre ca referință de pornire, nu un calcul final al proiectului.

 

Câtă deformare este acceptabilă?

Ca referință practică pentru selectarea unei metode de susținere a arborelui:

 

Sub 0,05 mm:În general, acceptabil pentru majoritatea aplicațiilor de automatizare-ușoare și generale

0,05–0,10 mm:Limita - poate provoca variații vizibile ale rezistenței lagărului; luați în considerare un diametru mai mare sau un arbore susținut

Peste 0,10 mm:Probabil că provoacă legarea rulmentului, forța de alunecare neuniformă și uzura accelerată; ar trebui evaluat un arbore susținut, șină SBR sau ghidaj liniar cu profil

 

Pentru echipamentele de precizie, cum ar fi mașinile de marcat cu laser, sistemele de inspecție sau tabele de măsurare a coordonatelor, limita acceptabilă este de obicei 0,02–0,03 mm. În aceste cazuri, un arbore nesuportat este rareori alegerea corectă, indiferent de diametru.

Arbore liniar nesuportat vs arbore liniar suportat: diferența reală

Principala diferență dintre un arbore liniar nesprijinit și un arbore liniar susținut nu este doar forma produsului. Este modul în care arborele este susținut în timpul funcționării.

Un arbore nesprijinit depinde în principal de suporturi de capăt sau blocuri de montaj. Un arbore liniar susținut are o bază de sprijin sub arbore pe lungimea sa. Acest sprijin continuu ajută la reducerea îndoirii și îmbunătățește stabilitatea în aplicațiile de deplasare mai lungă.

Acest lucru nu înseamnă că un arbore susținut este întotdeauna alegerea mai bună. Alegerea corectă depinde de sarcina reală, cursa, diametrul arborelui, cerințele de precizie și spațiul de montare disponibil.

Factori care măresc deflexia arborelui liniar

Deformarea arborelui nu trebuie apreciată numai după lungimea arborelui. Un arbore lung cu un diametru suficient de mare și o sarcină ușoară poate funcționa în continuare bine. Un arbore mai scurt, cu sarcină grea și sprijin slab, poate cauza probleme de mișcare. Mai mulți factori ar trebui verificați împreună.

Lungimea arborelui

Cu cât deschiderea nesusținută este mai lungă, cu atât arborele se îndoaie mai ușor. Echipamentele de călătorie lungă, mesele glisante, mașinile de tăiat și cadrele de automatizare ar trebui să acorde mai multă atenție suportului arborelui.

Diametrul arborelui

Un diametru mai mare a arborelui asigură de obicei o rigiditate mai mare. Dacă diametrul arborelui este prea mic pentru lungimea cursei și sarcina, poate fi necesară creșterea diametrului sau schimbarea metodei de sprijin.

Greutate de sarcină

Placa mobilă, dispozitivul de fixare, unealta, piesa de prelucrat și blocurile de rulmenți adaugă toate sarcinile sistemului de ghidare. Dacă sarcina reală este mai mare decât cea așteptată, arborele se poate devia mai mult decât proiectul original permis.

Distanța de sprijin

Pentru arbori nesuportați, distanța dintre punctele de sprijin este foarte importantă. Dacă suporturile sunt prea îndepărtate, secțiunea din mijloc a arborelui devine cea mai slabă zonă sub sarcină.

Direcția de instalare

În cazul instalării orizontale, gravitația poate cauza axul să se încline. În instalarea verticală, arborele poate fi folosit în principal pentru ghidare, dar alinierea și rigiditatea sunt încă importante pentru o mișcare stabilă.

Alinierea arborelui paralel

Multe mașini folosesc doi arbori paraleli. Dacă un arbore se îndoaie mai mult decât celălalt sau dacă cei doi arbori nu sunt instalați paralel, rulmenții liniari se pot lega. În acest caz, problema poate arăta ca o defecțiune a rulmentului, dar cauza reală poate fi suportul sau alinierea.

Când ar trebui să alegeți un arbore liniar susținut?

Un arbore liniar susținut este de obicei luat în considerare atunci când sistemul de mișcare are nevoie de un sprijin mai bun decât poate oferi un simplu arbore nesprijinit. Este utilizat în mod obișnuit în aplicații cu cursă mai lungă în care arborele trebuie să rămână stabil în timpul mișcărilor repetate.

Este posibil să aveți nevoie de un arbore liniar susținut sau șină liniară susținută SBR atunci când:

• Arborele este lung și susținut doar la ambele capete.
• Placa mobilă sau căruciorul nu este foarte ușor.
• Rulmentul devine strâns aproape de mijlocul cursei.
• Mașina are nevoie de o mișcare mai lină pe o cursă mai lungă.
• Sistemul este utilizat în routere CNC, mașini pentru prelucrarea lemnului, mese de automatizare, mașini de ambalare sau echipamente similare.
• Cumpărătorul are nevoie de o stabilitate mai bună, dar nu necesită un ghidaj liniar cu profil de rigiditate ridicată-.

Șinele susținute SBR sunt o soluție comună pentru sistemele economice cu arbore rotund susținut. Șinele susținute de TBR pot fi luate în considerare atunci când structura necesită o rigiditate mai bună decât un sistem SBR standard.

Când este încă acceptabil un arbore nesuportat?

Un arbore liniar nesuportat este încă util în multe mașini. Nu trebuie înlocuit cu un arbore susținut în fiecare aplicație. Pentru sistemele cu cursă scurtă și sarcină ușoară, un arbore nesuportat poate fi mai simplu, mai compact și mai economic.

Un arbore liniar nesuportat poate fi potrivit atunci când:

• Lungimea cursei este scurtă.
• Sarcina în mișcare este ușoară.
• Diametrul arborelui este suficient de mare pentru deschidere.
• Mașina nu necesită rigiditate ridicată sau precizie ridicată de poziționare.
• Echipamentul are suficient suport pentru cadru și o aliniere bună.
• Designul necesită o structură de mișcare liniară simplă și cu cost redus-.

Pentru multe dispozitive-ușoare, un arbore nesuportat cu un rulment liniar adecvat poate oferi o mișcare lină și fiabilă. Cheia este să verificați dacă deschiderea, sarcina și rigiditatea se potrivesc cu starea reală de lucru.

Când ar trebui să luați în considerare un ghidaj liniar cu profil?

Un arbore liniar susținut poate reduce deformarea, dar este totuși diferit de un ghidaj liniar cu profil. Dacă mașina necesită o rigiditate mai mare, o capacitate de sarcină de moment mai mare, o precizie mai bună sau rezistență la forța de tăiere și vibrații, un ghidaj liniar cu profil poate fi mai potrivit.

Căile de ghidare liniare cu profil sunt adesea folosite în mașinile CNC, sistemele de automatizare-de mare viteză, echipamentele de poziționare de precizie și structurile de mașini-grele. Acestea oferă o structură de șină și bloc mai rigidă decât un sistem de arbore rotund.

În termeni simpli, un arbore susținut este adesea o actualizare practică față de un arbore nesuportat. Un ghidaj liniar cu profil este o soluție mai puternică atunci când aplicația necesită rigiditate și precizie mai mari.

Lista de verificare practică înainte de a selecta un sistem de arbore liniar

Înainte de a alege între un arbore nesusținut, un arbore susținut, șină SBR, șină TBR sau ghidaj liniar cu profil, cumpărătorii ar trebui să confirme starea reală de funcționare în loc să selecteze numai după diametrul arborelui sau preț.

Dacă aplicația are cursă lungă, sarcină medie sau grea, îndoire vizibilă a arborelui, forță instabilă de alunecare sau blocare a rulmentului, metoda de sprijin ar trebui revizuită înainte de selecția finală.

Concluzie

Arborii liniari nesuportați sunt simpli și economici și sunt încă potriviți pentru multe aplicații cu cursă scurtă-și sarcină uşoară-. Cu toate acestea, când arborele devine mai lung, sarcina crește sau mașina are nevoie de o mișcare mai stabilă, deviația liniară a arborelui poate deveni o problemă serioasă de selecție.

Deformarea arborelui devine o problemă atunci când provoacă blocarea rulmentului, alunecare neuniformă, zgomot, urme de uzură, vibrații sau precizie instabilă a poziționării. În aceste cazuri, poate fi necesar un arbore liniar susținut, șină susținută SBR, șină susținută TBR sau un ghidaj liniar cu profil.

Cea mai bună soluție trebuie selectată în funcție de diametrul arborelui, lungimea, sarcina, cursa, direcția de instalare, tipul de rulment și rigiditatea necesară. O metodă de asistență corectă poate ajuta sistemul de mișcare liniară să funcționeze mai bine și să reducă problemele lagărelor în timpul utilizării pe termen lung-.