В любой системе движения понимание типа и направления приложенных и результирующих нагрузок важно для определения срока службы подшипников и анализа прогиба. В системах линейного движения для определения положения и направления нагрузок обычно используются декартовы координаты (X, Y и Z). Однако для вращающихся компонентов, таких как винты, реечные передачи или ременные передачи, нагрузки обычно описываются как осевые или радиальные — термины, заимствованные из технологии поворотных подшипников. Эти термины также иногда используются для описания нагрузок на линейных направляющих, хотя их отношение к направлению нагрузки может различаться в зависимости от производителя и типа направляющей.

Здесь мы рассмотрим, как радиальные и осевые нагрузки влияют на системы линейных перемещений, и объясним термины, обычно используемые для описания нагрузок на линейных направляющих.

Осевые нагрузки: параллельно направлению движения

В терминологии подшипников качения осевые нагрузки определяются как нагрузки, возникающие параллельно оси вращения (оси X), и вращающиеся линейные приводы, такие как винтовые, ременные и реечные, также используют этот термин. Осевые нагрузки – это нагрузки, которые система должна преодолеть для осуществления движения, и их также часто называют осевыми нагрузками. В шарико-винтовых и ходовых винтовых передачах осевые нагрузки также могут привести к прогибу или выпучиванию вала.

Обратите внимание, что линейные направляющие не выдерживают осевых нагрузок, поскольку их единственная степень свободы (степень движения) находится вдоль оси X.

Радиальные нагрузки: перпендикулярно направлению движения

Как и в случае с вращающимися подшипниками, терминология линейного привода определяет радиальные нагрузки как нагрузки, возникающие перпендикулярно оси движения, в направлении Y или Z. (Следует отметить, что нагрузки, возникающие под углом между тремя ортогональными осями, можно разложить на составляющие, которые возникают исключительно в направлениях X, Y или Z.)

Поскольку линейные приводные механизмы рассчитаны только на осевые нагрузки, а не радиальные, их обычно используют вместе с линейными направляющими, которые выдерживают любые радиальные нагрузки в направлениях Y (горизонтальном) или Z (вертикальном).

Для линейных направляющих терминология, описывающая нагрузки, действующие перпендикулярно оси движения, различается в зависимости от типа направляющей и направления её действия: по оси Y или Z. Например, поскольку линейные направляющие с круглым валом способны вращаться, обычно используется термин «радиальная нагрузка».

Для невращающихся линейных направляющих, таких как профильные рельсовые направляющие, направляющие с перекрестными роликами или направляющие типа «ласточкин хвост», радиальные нагрузки, возникающие вдоль оси Z, часто описываются как «нормальные нагрузки», «растягивающие нагрузки» (для нагрузок в положительном направлении Z) или «сжимающие нагрузки» (для нагрузок в отрицательном направлении Z).

Нагрузки, возникающие вдоль оси Y (горизонтальной, перпендикулярной направлению движения), часто называют «боковыми», «поперечными» или «поперечными». Важно отметить, что, хотя линейные направляющие рассчитаны на нагрузку как в направлениях Y, так и в направлениях Z, тип подшипника и расположение дорожек качения могут привести к разной грузоподъёмности в разных направлениях.

Система обозначений нагрузок на телескопических направляющих, которые часто устанавливаются сбоку, отличается от системы обозначений нагрузок на других линейных направляющих. В телескопических направляющих радиальные нагрузки, возникающие в вертикальном направлении, действуют по направлению к боковой стороне направляющей. А осевые нагрузки, возникающие в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению движения, действуют по направлению к верхней части направляющей (или от неё).