Skip to main content

De kracht van een rollende kogel

Daniel JonkerGeschreven door: Daniël Jonker

We vinden het heel normaal dat een profielrailgeleiding, looprol, kogellager of kogelomloopspindel soepel beweegt en hoge krachten kan overbrengen.

Maar hoe zit dat nu eigenlijk? Lees het in dit artikel.

Hoge kwaliteit lineaire geleidingen bestellen

In dit artikel: 

  • Wat zijn kogels in geleidingen?
  • Differentiaalslip
  • Stijfheid
  • Hoeveelheid kracht
  • Profielrailgeleiding

Wat zijn kogels in geleidingen?

De kogels zijn de rollende elementen tussen twee geprofileerde vlakken. Deze eeuwenoude techniek ligt nog altijd aan de basis van zowel lineaire als roterende bewegingen. Op het eerste gezicht lijken alle kogels en banen hetzelfde, maar zodra je beter kijkt, ontdek je duidelijke verschillen.

Er worden hierbij verschillende principes van kracht overbrengen toegepast. Elk principe heeft invloed op de afroleigenschappen en slijtage.

2 punts contact

Hierbij raakt de kogel op 1 punt het statische deel en op een ander punt het dynamische deel van de beweging.

Hierbij raakt de kogel op 1 punt het statische deel en op een ander punt het dynamische deel van de beweging. De kracht wordt dus door de kogel door twee punten overgebracht van het dynamische deel naar het statische deel. De radius van de kogelbaan is hierbij groter dan de radius van de kogel. Over het algemeen zorgt dit voor een zeer lichte loopeigenschappen, maar is door het geringe contactoppervlak laag belastbaar en niet stabiel.

4 punts contact

Hierbij raakt de kogel op 2 punten het statische deel en op twee andere punten het dynamische deel van de beweging. De kracht wordt dus door de kogel door vier punten overgebracht van het dynamische deel naar het statische deel. Dit wordt gedaan worden door een gotische vorm van de kogelbaan.

Hierbij raakt de kogel op 2 punten het statische deel en op twee andere punten het dynamische deel van de beweging.

De kracht wordt dus door de kogel door vier punten overgebracht van het dynamische deel naar het statische deel. Dit wordt gedaan worden door een gotische vorm van de kogelbaan.

Vormgesloten

Anders dan bij puntcontacten zijn de loopbanen hierbij niet gehard. Maar door het grotere contactvlak tussen kogel en kogelbaan is de vlaktedruk veel lager

Anders dan bij puntcontacten zijn de loopbanen hierbij niet gehard. Maar door het grotere contactvlak tussen kogel en kogelbaan is de vlaktedruk veel lager waardoor je een vergelijkbare kracht kan overbrengen dan met geharde loopvlakken en puntcontact. Dit principe kan alleen bij lage snelheden toegepast worden. De differentiaal slip is groot. Alleen bij lage snelheden kan de wrijvingswarmte voldoende afgevoerd worden en een goede smering gegarandeerd worden.

Wat is differentiaal slip?

Wanneer een kogel beweegt, draait hij om zijn as. Die draaias ligt tussen de contactvlakken van de loopbanen. Het punt waar de kogel de baan raakt, noemen we het contactvlak.

Door belasting heeft dit contactvlak verschillende diameters, aangeduid als d1 en d2 in bovenstaande afbeelding. Hierdoor legt de kogel bij d1 een kortere afstand af dan bij d2 tijdens één omwenteling. Dit verschil zorgt voor een differentiaal slip (ook wel slipverschil genoemd).

Hoe kleiner het verschil tussen d1 en d2, hoe minder slip er ontstaat, en dus ook minder slijtage.

Hoe kleiner het verschil in diameter binnen het contactvlak van een rollende kogel, hoe minder slip en slijtage tijdens de beweging

~ Daniël Jonker

Stijfheid en stabiliteit

De stabiliteit van een beweging heeft grote invloed op de nauwkeurigheid en stijfheid bij het bewegen. Hierbij zien we dat bij een 2-punt contact de kogel makkelijk zijdelings weg kan rollen.

Deze instabiliteit kan opgelost worden door meerder kogelbanen met elkaar te combineren zoals dat bij een kogelomloopgeleiding en voorgespannen kogelomloopspindels wordt toegepast.

Bij kogelomloopspindels wordt ook vaak een 4-puntscontact toegepast voor compactere moeren en zijn vaak kosten gunstiger.

Het vervormen van het materiaal heeft ook invloed op de stijfheid. Bedenk hierbij dat elk materiaal elastisch is en dus onderhevig aan krachten gaat vervormen. Ook een geharde kogel zal vervormen. De mate waarin iets vervormd wordt dan stijfheid genoemd en wordt uitgedruk in µm/N.

Hoeveelheid kracht

Elke kogel brengt kracht over. De grootte van de kracht hangt af van de hardheid van de kogelbanen, de diameter van de kogel en het contactvlak tussen kogel en kogelbaan. 

In het contactvlak ontstaat door de kracht een vlaktedruk. Hoe groter het contactvlak hoe lager de vlaktedruk. Hoe meer de kogel in de kogelbaan drukt hoe meer weerstand bij het bewegen. 

Geharde loopbanen zorgen ervoor dat de vlaktedruk hoger kan zijn en er minder vervorming optreed. Geharde loopbanen worden meestal door een slijpbewerking vervaardigd. Hierdoor worden hoge eisen gesteld aan de montage vlakken om een goede werking te garanderen.

Type contact en toepassingen
2-puntscontact Profielrailgeleiding
Kogelomloopspindels met dubbele moer
Kogelbusgeleidingen
4-puntscontact Miniatuurgeleiding
Kogelomloopspindels voorgespannen enkel moer
IBC-telescoopgeleidingen
Vormgesloten Zwaarlast telescoopgeleidingen
In het contactvlak ontstaat door de kracht een vlakte druk. Hoe groter het contactvlak hoe lager de vlakte druk. Hoe meer de kogel in de kogelbaan drukt hoe meer weerstand bij het bewegen.

Profielrailgeleiding

Bij profielrailgeleidingen worden 4 kogelbanen met elkaar gecombineerd. De kogelbanen staan onder een hoek van 45° (SBI) of 50° (NSK). De instabiliteit van 1 kogelbaan wordt stabiel gemaakt door de andere kogelbanen en zo ontstaat er een stabiele en licht lopende geleiding.

Kogels spelen een cruciale rol in lineaire en roterende systemen. Het kiezen van de juiste kogelgeleiding, afhankelijk van de toepassing, kan leiden tot hogere nauwkeurigheid, stabiliteit en een efficiënte krachtoverdracht.

Het kiezen van de juiste kogelgeleiding, afhankelijk van de toepassing, kan leiden tot hogere nauwkeurigheid, stabiliteit en een efficiënte krachtoverdracht

~ Daniël Jonker

Conclusie: kiezen van de juiste kogelgeleiding

Kogels spelen een belangrijke rol in lineaire en roterende systemen. Het kiezen van de juiste kogelgeleiding, afhankelijk van de toepassing, kan leiden tot hogere nauwkeurigheid, stabiliteit en een efficiënte krachtoverdracht. Als we deze principes begrijpen, kunnen we optimaal profiteren van de kracht van rollende kogels.

Advies nodig? Bel of mail ons!

Heeft u een specifieke toepassing? Neem gerust contact op via +31 (0)571 27 20 10. Liever mailen? Dat kan ook! Vul dan onderstaand formulier in en we nemen zo snel mogelijk contact met u op.

    Hoe heeft u MCA gevonden?