Lineaire systemen krijgen in moderne handling-toepassingen met enige regelmaat te maken met extreme bewegingsprofielen. Daarbij ontstaat soms jerk en torsie bij lineaire geleidingen; abrupte bewegingen die momentbelasting op de geleidingen versterken. Deze fenomenen beïnvloeden de loopwagens direct via ongunstige krachtverdelingen. Het begrijpen van de theoretische achtergrond en de invloed op de dynamische draaggetallen helpt u als engineer naar een stabiele en voorspelbare machineconstructie.
Bewegingen die momentbelasting op geleidingen versterken
Wanneer een lineairgeleiding in een handling-systeem beweegt, veranderen positie, snelheid en versnelling voortdurend. Binnen de werktuigbouwkunde wordt de verandering van versnelling per tijdseenheid aangeduid als jerk. Bij lineaire geleidingen betekent een hoge jerk dat de versnelling zeer abrupt verandert.
Een hoge jerk kan plotselinge traagheidskrachten veroorzaken. Omdat het zwaartepunt van de bewegende massa zich in de praktijk vaak op een bepaalde afstand van de geleiding bevindt, ontstaat hierdoor ook een moment op de loopwagens. Bij hoge jerk-waarden kunnen kortstondige momentpieken optreden, waardoor de belastingverdeling over de loopwagens minder gunstig wordt.
Dit kan gevolgen hebben voor de levensduur van het mechanische systeem. De dynamische belasting is in zulke situaties hoger dan waar in een standaardberekening altijd volledig rekening mee wordt gehouden. Daardoor kunnen kogels of rollen ongelijkmatiger worden belast, met extra slijtage als mogelijk gevolg. Ook trillingen en resonanties kunnen leiden tot meer schokbelasting op de loopwagens. In sommige gevallen neemt hierdoor ook de positioneernauwkeurigheid van de machine af.
De drie momentrichtingen bij lineaire geleidingen
Naast hoge jerk-waarden kan ook torsie een belangrijke rol spelen. Torsie is een verdraaiende belasting, oftewel een koppel, rond de geleiding. Deze belasting ontstaat wanneer de last niet mooi in lijn met de geleiding is gemonteerd.
Dat gebeurt bijvoorbeeld bij een zware last die ver buiten het midden van de loopwagen hangt. Ook bij parallelle geleidingen kan torsie ontstaan wanneer de last asymmetrisch is gemonteerd. Een uitstekende arm kan eveneens een draaikracht op de loopwagen of loopwagens veroorzaken.
Binnen de engineering worden drie momentrichtingen onderscheiden:
- Roll (Ma): het moment rond de bewegingsrichting van de rail.
- Pitch (Mb): het moment rond de dwarsas van het systeem.
- Yaw (Mz): het moment rond de verticale as van de lineaire componenten.
Kwetsbare toepassingen in de praktijk
Problemen door jerk en torsie bij lineaire geleidingen komen vooral voor in handling-systemen en high-speed machines. Denk aan vliegende-schaarbewegingen, snelle pick-and-place-systemen, gantry-systemen, portalen en verpakkingsmachines.
In deze toepassingen wisselen acceleratie en deceleratie elkaar in hoog tempo af. Daardoor worden lineaire geleidingen, loopwagens en de omliggende constructie dynamisch zwaarder belast.
Berekeningsmethoden en constructieve oplossingen
Tijdens het engineeringproces houdt LM Systems in hoofdlijnen rekening met dynamische krachten en momentbelastingen. De invloed van jerk wordt meestal indirect meegenomen via de gekozen versnelling en een passende dynamische veiligheidsfactor. Daarmee wordt het ontwerprisico voor de machinebouwer beter beheersbaar.
Ook stijfheid, railafstand en de totale constructie-opbouw spelen een grote rol bij het opvangen van torsiebelastingen. De afstand tussen twee parallelle rails is vaak een van de meest effectieve manieren om torsiekrachten op te nemen. Een stijve constructie helpt vervolgens om de belasting gelijkmatiger over de loopwagens te verdelen.
Dat resulteert in minder piekbelastingen en beperkt kantelen of verdraaien. Dit draagt direct bij aan een hogere positioneernauwkeurigheid en een betrouwbaarder machinesysteem.
Om hoge jerk-waarden in de praktijk te beperken, helpt het om een S-curve-profiel in de motion controller te programmeren. Hierbij wordt de versnelling geleidelijk opgebouwd in plaats van schoksgewijs. Wanneer een standaardoplossing niet volstaat, kan aanvullende engineering nodig zijn om de constructie, railafstand, loopwagenconfiguratie of bewegingsinstellingen beter af te stemmen op de toepassing.
Wanneer schakelt u hulp in?
Loopt u in uw huidige gantry- of verpakkingssysteem aan tegen trillingen of vroegtijdige slijtage door abrupte bewegingen? Onze specialisten kijken graag met u mee naar de constructie-opbouw en over er sprake is van jerk en torsie bij lineaire geleidingen. Plan een vrijblijvend adviesgesprek in en ontdek onze mogelijkheden voor klantspecifiek maatwerk en engineering-support.
