Veel mechanische problemen in de machinebouw ontstaan door overbepaalde constructies. Een systeem dat niet statisch bepaald is, reageert namelijk uiterst gevoelig op toleranties in de onderbouw. Bij LM Systems zien we vaak dat componenten zwaarder belast worden dan strikt noodzakelijk, omdat de constructie zichzelf in de weg zit. Door bewust te kiezen voor een statisch bepaald ontwerp zorgt u voor een voorspelbare loopnauwkeurigheid en een lagere Total Cost of Ownership. U bouwt hiermee een machine die minder onderhoud vraagt en langer meegaat.
De definitie van een statisch bepaald systeem
In de mechanica spreken we van een statisch bepaald systeem wanneer het aantal onbekende reactiekrachten gelijk is aan het aantal beschikbare evenwichtsvergelijkingen. Dit houdt in dat de constructie precies genoeg ondersteuningen heeft om stabiel te blijven, zonder dat er dubbele restricties optreden. Indien een constructie meer verbindingen heeft dan nodig, noemen we dit statisch overbepaald. Hoewel dit soms steviger lijkt, zorgt het in de praktijk vaak voor grote uitdagingen bij de montage.
De risico’s van een overbepaald ontwerp
Wanneer u een lineaire geleiding monteert op een ondergrond die niet perfect vlak is, treden bij een overbepaald systeem direct hoge krachten op. De wagens en rails proberen de oneffenheid te corrigeren, maar omdat er geen ruimte is voor uitwijking neemt de wrijving sterk toe. Dit leidt tot een hogere aandrijfkracht en ongelijkmatige slijtage van de loopvlakken. Bovendien kan thermische uitzetting ervoor zorgen dat een machineonderdeel klem komt te zitten tussen twee vaste punten. Een constructie die statisch bepaald is voorkomt dat dergelijke variaties leiden tot spanningsopbouw en ongewenste belasting van de beweging.
Hoe u statisch bepaald bouwt in de praktijk
Het toepassen van dit principe vereist een kritische blik op de vrijheidsgraden van uw componenten. Een bekend voorbeeld is het gebruik van een vaste zijde en een losse zijde bij de montage van assen of geleidingen. Hierbij neemt één zijde de zijdelingse krachten op, terwijl de andere zijde enkel de verticale last draagt en zijdelings kan “ademen”. Een andere methode is het toepassen van kogelgewrichten of pendellagers die kleine hoekverdraaiingen toelaten. Hierdoor worden buigmomenten voorkomen die anders de lagers zouden belasten.
Voordelen voor de totale levensduur
Het hanteren van deze ontwerpmethode biedt duidelijke voordelen voor de prestaties van uw machine. In de praktijk bij LM Systems zien wij dat systemen die op deze wijze zijn opgebouwd een veel constanter koppelverloop vertonen. Daarnaast profiteert u van de volgende punten:
- U verlaagt de gevoeligheid voor toleranties in de geproduceerde machineframes.
- De montage verloopt sneller omdat componenten niet onder spanning op hun plek getrokken hoeven te worden.
- De berekende levensduur van de lineaire componenten komt beter overeen met de werkelijkheid.
- Smeermiddelen blijven effectiever omdat de drukverdeling op de kogels of rollen gelijkmatig blijft.
- U bespaart kosten op de nabewerking van montagevlakken omdat het systeem kleine afwijkingen tolereert.
Maatwerk en engineering support
Soms dwingt de gewenste stijfheid van een machine u tot een ontwerp dat theoretisch overbepaald is. In dergelijke gevallen is het van belang om te werken met nauwkeurige toleranties en zorgvuldig bewerkte montageoppervlakken. Onze engineers ondersteunen u bij het maken van deze afweging. Wij kunnen bijvoorbeeld lineaire geleidingen leveren met specifieke voorspanningen of coatings die helpen bij het beheersen van specifieke belastingen. Door vroegtijdig in het ontwerpproces samen te werken verkleinen we de risico’s op latere complicaties tijdens de inbedrijfstelling.
Bent u momenteel bezig met een nieuw ontwerp en wilt u zeker weten dat uw constructie statisch bepaald is? Voorkom onnodige kosten door overmatige slijtage of klemmen en maak gebruik van onze expertise. Wij bieden u onder andere de berekeningen en 3D-modellen die u nodig heeft voor uw project. Neem contact met ons op voor meer informatie.
