Voorspanning bij lineaire geleidingen en lineaire actuatoren: wanneer is het zinvol en wanneer moet het worden vermeden

Voorspanning kan bij veel toepassingen van lineaire bewegingen van cruciaal belang zijn. Dit artikel legt het doel van voorspanning bij lineaire geleidingen en lineaire actuatoren uit en biedt richtlijnen over wanneer voorspanning voordelig is, wanneer deze moet worden geminimaliseerd of vermeden en hoe de meest geschikte voorspanningswaarde voor een bepaald ontwerp kan worden bepaald.

Een groot aantal lineaire componenten kan worden voorgespannen, waaronder rollagers, profielrailgeleidingen en kogelomloopspindels zoals kogelomloopspindels en spieassen. Bij lineaire lagers en geleidingen wordt de voorspanning gecreëerd door de speling tussen de loper (ook wel loopwagen genoemd), de rollichamen en de lineaire rail te verminderen of weg te nemen.

Het resultaat is een stijvere assemblage die zonder speling werkt en bij het opnemen van een nuttige last een geringere doorbuiging vertoont. Dit is cruciaal in precieze toepassingen die afhankelijk zijn van een nauwkeurige, herhaalbare positionering.

Rollon® MGB- en profielrail-lineaire geleidingen bieden een duidelijk voorbeeld van voorspanning in systemen die een uiterst nauwkeurige positionering van lichte tot zware belastingen vereisen. Hier bestaat de loopwagen uit een blok dat omlopende rijen kogels bevat.

Deze kogels kunnen licht overgedimensioneerd zijn in verhouding tot de afstand tussen het loopvlak van de rail en het kogelbaan in de loper. Licht overgedimensioneerde kogels kunnen een voorspanning van ongeveer 2 % van het draagvermogen van de lineaire geleiding veroorzaken, terwijl overgedimensioneerde kogels een hogere voorspanning van ongeveer 4 % kunnen genereren.

De Rollon® MGB-serie is verkrijgbaar in drie voorspanningsklassen:

• K0: voorspanning bijna nul voor een gelijkmatige beweging.
• K1: Lichte voorspanning voor verbeterde stijfheid, verminderde doorbuiging en geminimaliseerde trillingen, waarbij stijfheid en vloeiende beweging in evenwicht worden gehouden.
• K2: Verhoogde voorspanningen voor maximale stijfheid bij dynamische belastingen of trillingen, ten koste van verhoogde wrijving en verminderde levensduur of versnellingsvermogen.

MGB-lineaire geleiding.

Zo kiest u de meest geschikte voorspanning

De optimale voorspanning voor een lineair lager of een rail hangt in de eerste plaats af van:

• Het aantal rails dat op een as wordt gebruikt.
• De haalbare paralleliteit tussen parallelle rails (indien van toepassing).

Dubbele rail lineaire actuatoren zoals Rollon® Robot Plus of R-Smart gebruiken bijvoorbeeld twee paar loopwagens op parallelle rails om een vierpuntslagering te garanderen en afstand-, rol- en gierbewegingen te minimaliseren. In dergelijke systemen nemen de uitlijningsvereisten toe naarmate de voorspanning toeneemt. Een onvoldoende uitlijning kan anders extra krachten en momenten veroorzaken die de levensduur verkorten.

Lineaire actuatoren Robot Plus.

Stijfheid en toepassingsdynamiek zijn eveneens doorslaggevende factoren. Kogelomloopspindels en lineaire motoren worden vaak gecombineerd met matig of sterk voorgespannen geleidingen, aangezien de toepassingen die deze aandrijvingen rechtvaardigen, doorgaans ook een hoge stijfheid vereisen. Een precisie-kogelomloopspindel zoals de Rollon® TT-lineaire aandrijving profiteert van een hoger voorspanningsblok om een hoge stijfheid te bereiken.

Een hogere voorspanning kan bovendien het doorslippen van de rollichamen bij hoge versnellingen voorkomen, zoals bijvoorbeeld in systemen die door lineaire motoren worden aangedreven.

Er zijn echter gevallen waarin een te hoge voorspanning nadelen met zich meebrengt. Bij miniatuurconstructies of kostengevoelige toepassingen kan de voorspanning de verwachte levensduur verkorten of, als gevolg van verhoogde wrijvingskrachten, grotere, duurdere motoren vereisen. Als de voorspanning leidt tot onaanvaardbare warmteontwikkeling, moet deze worden verminderd of helemaal worden vermeden.

In zeldzame gevallen waarin de voorspanning een statische belasting kan veroorzaken die niet volledig wordt gecompenseerd door de asbelasting, moeten de effecten ervan op het draagvermogen en de levensduur van het systeem zorgvuldig worden beoordeeld voordat een definitieve beslissing wordt genomen.

Wanneer voorspanning onontbeerlijk is

Een lichte voorspanning – doorgaans 2% van het draagvermogen van een rail – is vaak nodig om de positioneringsnauwkeurigheid te behouden in toepassingen zoals snijden, printen, assembleren, verpakken, medische beeldvorming en andere echte motion control-toepassingen met lichte tot gemiddelde belastingen. Een lichte voorspanning kan ook voldoende zijn in toepassingen waarbij de nuttige lasten constant in één richting bewegen.

Een gemiddelde tot hoge voorspanning – 5% – is doorgaans nodig om doorbuiging van de geleiding te voorkomen in opslag-, bewerkings- en andere bewegingssystemen die zwaardere lasten vervoeren. Een hogere voorspanning is bovendien cruciaal om de doorbuiging bij vrijdragende lineaire actuatoren te minimaliseren, zoals die bijvoorbeeld te vinden zijn bij Cartesiaanse robot-eindeffectoren.

De keuze van het juiste lineaire systeem voor uw toepassing

Als de voorspanningen een rol spelen, is de keuze van de juiste waarde vanaf het begin cruciaal om te voldoen aan de eisen op het gebied van prestaties, levensduur en kosten. Advies van een Rollon-ingenieur kan helpen om ervoor te zorgen dat uw lineaire systeem precies is afgestemd op de eisen van uw toepassing.

Neem contact op met een Rollon-ingenieur om de beste rail voor uw systeem te vinden.

NEEM CONTACT MET ONS OP