Deflexió de l'eix lineal: quan un eix sense suport necessita un suport addicional

 

En molts sistemes de moviment lineal simples, un eix lineal sense suport pot funcionar bé quan la carrera és curta i la càrrega és lleugera. És econòmic, fàcil d'instal·lar i àmpliament utilitzat amb coixinets lineals estàndard. Tanmateix, quan l'eix es fa més llarg o la càrrega en moviment es fa més pesada, la deflexió de l'eix pot esdevenir un problema real.

La deflexió de l'eix lineal no sempre significa que l'eix està trencat. En molts casos, l'eix només es doblega lleugerament sota càrrega. Però fins i tot una petita quantitat de flexió pot afectar el moviment del coixinet lineal. El coixinet pot sentir-se ajustat en algunes posicions, la força de lliscament pot ser desigual o la màquina pot perdre estabilitat durant moviments repetits.

Aquest article explica què és la deflexió de l'eix lineal, per què els eixos no recolzats es dobleguen més fàcilment i quan uneix lineal recolzat, Carril suportat SBR, Carril suportat per TBR, o una guia lineal de perfil s'hauria de considerar.

Què és la deflexió de l'eix lineal?

La deflexió lineal de l'eix es refereix a la flexió o flaccid d'aeix lineal rodósota càrrega. És més comú quan l'eix es recolza només als dos extrems i l'envergadura sense suport és relativament llarga.

En un sistema de coixinets lineals, l'eix no és només una superfície de guia. També passa a formar part de l'estructura de suport. Si l'eix es doblega durant el funcionament, la condició de contacte entre l'eix i el coixinet lineal canvia. Això pot augmentar la fricció, crear una càrrega desigual a les boles del coixinet i reduir la suavitat del moviment.

Per aquest motiu, s'ha de considerar la deflexió de l'eix juntament amb el diàmetre de l'eix, la longitud de l'eix, el pes de càrrega, el tipus de coixinet, la direcció d'instal·lació i la rigidesa del bastidor de la màquina.

Per què els eixos lineals sense suport es dobleguen més fàcilment

Normalment, un eix lineal sense suport es fixa als dos extrems o es munta amb blocs de suport d'eix. La secció mitjana de l'eix no té suport continu. Quan l'eix és curt, aquesta estructura pot ser senzilla i eficaç. Però quan la distància entre els suports es fa més llarga, l'eix es fa més fàcil de doblegar sota el pes de les parts mòbils.

Això és especialment important en sistemes de moviment horitzontal. En instal·lació horitzontal, la gravetat actua directament sobre l'eix i el carro mòbil. Si el diàmetre de l'eix és massa petit per a l'envergadura i la càrrega, l'eix pot desviar-se al mig. Com més llarg sigui el tram sense suport, més important serà la rigidesa.

El problema no sempre és visible a primera vista. Un eix pot semblar recte quan no hi ha càrrega, però després d'afegir el bloc de coixinets lineals, la placa de muntatge, la fixació o la peça de treball, l'eix pot doblegar-se prou per afectar el moviment.

Quan la deflexió de l'eix es converteix en un problema?

Una petita quantitat de deflexió de l'eix encara és acceptable en equips de baixa-precisió o lleuger-. La deflexió de l'eix es converteix en un problema quan comença a afectar el moviment del coixinet, l'estabilitat del posicionament o la vida útil.

En moltes aplicacions reals, el primer senyal d'advertència no és una flexió visible. En canvi, la màquina pot mostrar un moviment inestable o una resistència al lliscament desigual.

Si aquests problemes apareixen després d'augmentar la longitud de l'eix, el pes de càrrega o la velocitat de treball, s'ha de comprovar la deflexió de l'eix abans de substituir només el coixinet.

Referència de desviació de l'eix: quant és massa

La taula següent mostra els valors aproximats de deflexió del punt mitjà per a un eix horitzontal simplement recolzat sota una càrrega puntual central. Aquestes xifres suposen un eix d'acer sòlid (E=206 GPa) recolzat als dos extrems amb la càrrega aplicada al centre - la pitjor posició-per a la deflexió.

 

Diàmetre de l'eix	Interval no compatible	5 kg de càrrega	10 kg de càrrega	20 kg de càrrega
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

 

 

Nota: aquests valors reflecteixen la deflexió del propi pes-de l'eix més la deflexió puntual de la càrrega combinades. La deflexió real depèn de la posició del bloc de coixinets, la distribució de la massa del carro i la rigidesa del bastidor de la màquina. Utilitzeu aquestes xifres com a referència inicial, no com a càlcul de disseny final.

 

Quanta deflexió és acceptable?

Com a referència pràctica per seleccionar un mètode de suport d'eix:

 

Per sota de 0,05 mm:Generalment acceptable per a la majoria d'aplicacions d'automatització-lleugeres i generals

0,05-0,10 mm:El límit - pot provocar una variació notable de la resistència al coixinet; considereu un diàmetre més gran o un eix recolzat

Per sobre de 0,10 mm:És probable que provoqui unió del coixinet, força de lliscament desigual i desgast accelerat; s'ha d'avaluar un eix suportat, un carril SBR o una guia lineal de perfil

 

Per a equips de precisió, com ara màquines de marcatge làser, sistemes d'inspecció o taules de mesura de coordenades, el límit acceptable sol ser de 0,02 a 0,03 mm. En aquests casos, un eix sense suport rarament és l'opció correcta, independentment del diàmetre.

Eix lineal sense suport vs Eix lineal suportat: la diferència real

La principal diferència entre un eix lineal sense suport i un eix lineal suportat no és només la forma del producte. És la forma en què es recolza l'eix durant el funcionament.

Un eix sense suport depèn principalment de suports extrems o blocs de muntatge. Un eix lineal recolzat té una base de suport sota l'eix al llarg de la seva longitud. Aquest suport continu ajuda a reduir la flexió i millora l'estabilitat en aplicacions de viatge més llargs.

Això no vol dir que un eix recolzat sigui sempre la millor opció. L'elecció correcta depèn de la càrrega real, la carrera, el diàmetre de l'eix, el requisit de precisió i l'espai de muntatge disponible.

Factors que augmenten la deflexió de l'eix lineal

La deflexió de l'eix no s'ha de jutjar només per la longitud de l'eix. Un eix llarg amb un diàmetre prou gran i una càrrega lleugera encara pot funcionar bé. Un eix més curt amb càrrega pesada i un suport pobre encara pot causar problemes de moviment. S'han de comprovar conjuntament diversos factors.

Longitud de l'eix

Com més llarg sigui l'envergadura sense suport, més fàcilment es doblega l'eix. Els equips de viatge llarg, les taules lliscants, les màquines de tall i els marcs d'automatització haurien de prestar més atenció al suport de l'eix.

Diàmetre de l'eix

Un diàmetre de l'eix més gran normalment proporciona una major rigidesa. Si el diàmetre de l'eix és massa petit per a la longitud del viatge i la càrrega, pot ser necessari augmentar el diàmetre o canviar el mètode de suport.

Pes de càrrega

La placa mòbil, la fixació, l'eina, la peça de treball i els blocs de coixinets afegeixen càrrega al sistema de guia. Si la càrrega real és superior a l'esperada, l'eix pot desviar-se més del que es permetia el disseny original.

Distància de suport

Per als eixos sense suport, la distància entre els punts de suport és molt important. Si els suports estan massa separats, la secció mitjana de l'eix es converteix en la zona més feble sota càrrega.

Direcció d'instal·lació

En instal·lació horitzontal, la gravetat pot provocar que l'eix s'enfonsi. En instal·lació vertical, l'eix es pot utilitzar principalment per guiar-se, però l'alineació i la rigidesa encara són importants per al moviment estable.

Alineació d'eixos paral·lels

Moltes màquines utilitzen dos eixos paral·lels. Si un eix es doblega més que l'altre, o si els dos eixos no estan instal·lats paral·lels, els coixinets lineals es poden unir. En aquest cas, el problema pot semblar una fallada del coixinet, però la causa real pot ser el suport o l'alineació.

Quan hauríeu de triar un eix lineal suportat?

Normalment es considera un eix lineal recolzat quan el sistema de moviment necessita un millor suport que el que pot proporcionar un eix senzill sense suport. S'utilitza habitualment en aplicacions de carrera més llarga on l'eix ha de romandre estable durant moviments repetits.

És possible que necessiteu un eix lineal suportat o un rail lineal suportat per SBR quan:

• L'eix és llarg i només es recolza als dos extrems.
• La placa mòbil o el carro no és gaire lleuger.
• El coixinet es torna ajustat a la meitat del recorregut.
• La màquina necessita un moviment més suau durant una carrera més llarga.
• El sistema s'utilitza en encaminadors CNC, màquines per a la fusta, taules d'automatització, maquinària d'envasat o equips similars.
• El comprador necessita una millor estabilitat, però no requereix una guia lineal de perfil d'{0}}alta rigidesa.

Els rails suportats SBR són una solució comuna per als sistemes d'eix rodó amb suport econòmic. Els rails suportats per TBR es poden considerar quan l'estructura necessita una millor rigidesa que un sistema SBR estàndard.

Quan encara és acceptable un eix sense suport?

Un eix lineal sense suport encara és útil en moltes màquines. No s'ha de substituir per un eix suportat en cada aplicació. Per a sistemes de carrera curta i càrrega lleugera, un eix sense suport pot ser més senzill, més compacte i més econòmic.

Un eix lineal sense suport pot ser adequat quan:

• La longitud del traç és curta.
• La càrrega en moviment és lleugera.
• El diàmetre de l'eix és prou gran per a l'envergadura.
• La màquina no requereix una gran rigidesa ni una alta precisió de posicionament.
• L'equip té prou suport de marc i una bona alineació.
• El disseny requereix una estructura de moviment lineal simple i de baix cost-.

Per a molts dispositius-de treball lleuger, un eix sense suport amb un coixinet lineal adequat pot proporcionar un moviment suau i fiable. La clau és comprovar si l'envergadura, la càrrega i la rigidesa coincideixen amb les condicions de treball reals.

Quan hauríeu de considerar una guia lineal de perfil?

Un eix lineal recolzat pot reduir la deflexió, però encara és diferent d'una guia lineal de perfil. Si la màquina requereix una major rigidesa, una capacitat de càrrega de moment més forta, una millor precisió o resistència a la força de tall i a la vibració, pot ser més adequada una guia lineal de perfil.

Les guies lineals de perfil s'utilitzen sovint en màquines CNC, sistemes d'automatització d'alta-velocitat, equips de posicionament de precisió i estructures de màquines-resistents. Proporcionen una estructura de rail i bloc més rígida que un sistema d'eix rodó.

En termes simples, un eix suportat és sovint una actualització pràctica d'un eix sense suport. Una guia lineal de perfil és una solució més forta quan l'aplicació necessita una major rigidesa i precisió.

Llista de comprovació pràctica abans de seleccionar un sistema d'eix lineal

Abans de triar entre un eix sense suport, un eix suportat, un carril SBR, un carril TBR o una guia lineal de perfil, els compradors haurien de confirmar la condició de treball real en lloc de seleccionar només el diàmetre o el preu de l'eix.

Si l'aplicació té un recorregut llarg, una càrrega mitjana o pesada, una flexió visible de l'eix, una força de lliscament inestable o una unió del coixinet, el mètode de suport s'ha de revisar abans de la selecció final.

Conclusió

Els eixos lineals no admesos són senzills i econòmics, i encara són adequats per a moltes aplicacions de-carrera curta i de càrrega-lleugera. Tanmateix, quan l'eix es fa més llarg, la càrrega augmenta o la màquina necessita un moviment més estable, la deflexió de l'eix lineal pot convertir-se en un problema seriós de selecció.

La deflexió de l'eix es converteix en un problema quan provoca l'enganxament del coixinet, lliscament desigual, soroll, marques de desgast, vibració o precisió de posicionament inestable. En aquests casos, pot ser necessari un eix lineal suportat, un carril suportat SBR, un carril suportat per TBR o una guia lineal de perfil.

La millor solució s'ha de seleccionar segons el diàmetre de l'eix, la longitud, la càrrega, la carrera, la direcció d'instal·lació, el tipus de coixinet i la rigidesa requerida. Un mètode de suport correcte pot ajudar el sistema de moviment lineal a funcionar amb més facilitat i reduir els problemes de rodaments durant un ús-a llarg termini.