ITMI20110012A1 - LINEAR GUIDE SYSTEM WITH SELF-COMPENSATING PROPERTIES OF PARALLELISM AND ALIGNMENT ERRORS. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale avente per titolo: DESCRIPTION of the industrial invention having as title:

“Sistema lineare di guida con proprietà autocompensanti degli errori di parallelismo e allineamento†⠀ œLinear guiding system with self-compensating properties of parallelism and alignment errorsâ €

La presente invenzione riguarda i sistemi lineari a rotelle, ed in particolare un cuscinetto lineare formato da un carrello in cui sono montate alcune rotelle aventi costruzione interna speciale e dalle corrispondenti guide, di tipo noto, con piste a profilo concavo, in cui scorrono le rotelle speciali a profilo convesso. The present invention relates to linear roller systems, and in particular to a linear bearing formed by a carriage in which some wheels having a special internal construction are mounted and by the corresponding guides, of known type, with concave profile tracks, in which the wheels slide. special convex profile.

Notoriamente un cuscinetto lineare a rotelle consiste fondamentalmente in un carrello che scorre all’interno di una guida opportunamente sagomata atta a sostenere e dirigere detto carrello. It is known that a linear roller bearing basically consists of a carriage that slides inside a suitably shaped guide designed to support and direct said carriage.

Questo tipo di cuscinetto à ̈ utilizzato in molteplici applicazioni industriali per ottenere un movimento lineare e preciso, e con minimo attrito, di parti di macchine. This type of bearing is used in many industrial applications to achieve linear and precise movement, and with minimum friction, of machine parts.

Ciò nonostante quando il sistema di movimentazione à ̈ formato da due cuscinetti lineari, in fase di assemblaggio si determinano inevitabilmente piccoli errori di parallelismo tra i piani dei supporti su cui sono fissate le guide, errori dovuti a tolleranze o imprecisioni nella lavorazione dei suddetti supporti, di conseguenza occorre spesso ricorrere a costose operazioni di rettifica dei piani di fissaggio, senza avere la certezza che l’operazione risolva completamente il problema. However, when the movement system is made up of two linear bearings, during the assembly phase small errors of parallelism inevitably arise between the planes of the supports on which the guides are fixed, errors due to tolerances or inaccuracies in the processing of the aforementioned supports, consequently it is often necessary to resort to costly grinding operations of the fixing surfaces, without being sure that the operation will completely solve the problem.

Gli errori di parallelismo, sia in senso longitudinale che trasversale, rendono molto difficoltoso il montaggio del sistema con un conseguente aggravio dei costi. Parallelism errors, both longitudinally and transversally, make the assembly of the system very difficult with a consequent increase in costs.

In alcuni casi può anche succedere che gli errori siano contenuti e tali da non provocare malfunzionamenti evidenti in fase di avviamento della macchina, ma a regime con carichi e/o frequenze elevate, il malfunzionamento può provocare danni irreparabili all’impianto. In some cases it may also happen that the errors are contained and such as not to cause obvious malfunctions when starting the machine, but when running at high loads and / or frequencies, the malfunction can cause irreparable damage to the system.

Per ovviare alla necessità di un costoso e difficile allineamento delle guide, sono stati studiati dei cuscinetti lineari in grado di correggere o compensare, entro certi limiti, gli errori di parallelismo nelle tre direzioni. To obviate the need for an expensive and difficult alignment of the guides, linear bearings have been designed that are able to correct or compensate, within certain limits, the errors of parallelism in the three directions.

Di norma la capacità di correggere gli errori di questi cuscinetti à ̈ superiore agli errori di lavorazione dei supporti, per cui non risulta più necessario eseguire altre costose operazioni di rettifica delle superfici di fissaggio, di conseguenza il montaggio ne risulta semplificato e più economico. Normally the ability to correct the errors of these bearings is greater than the machining errors of the supports, so it is no longer necessary to perform other expensive operations of grinding the fixing surfaces, consequently the assembly is simplified and more economical.

Un cuscinetto lineare di questo tipo à ̈ descritto nel brevetto europeo EP 568852, il quale prevede due o tre tipi di guide con piste a profilo concavo o piane da accoppiare con rotelle aventi profilo esterno convesso. A linear bearing of this type is described in the European patent EP 568852, which provides two or three types of guides with concave or flat profile races to be coupled with wheels having a convex external profile.

Il sistema utilizza due tipologie di rotelle il cui profilo degli anelli esterni presenta o un unico raggio di curvatura o tre raggi di curvatura.. The system uses two types of wheels whose outer ring profile has either a single radius of curvature or three radii of curvature.

Le guide utilizzate sono di tre tipologie e presentano un profilo a “U†in cui sulle facce interne contrapposte delle ali sono ricavate le piste di rotolamento delle suddette rotelle. The guides used are of three types and have a â € œUâ € profile in which the rolling tracks of the aforementioned wheels are obtained on the opposite internal faces of the wings.

Una prima guida ha le piste interne piane, e consente solo carichi in senso radiale. Una seconda guida ha le piste concave da entrambi i lati con profilo a V e consente carichi sia in senso radiale che assiale. A first guide has flat internal races, and only allows loads in the radial direction. A second guide has concave tracks on both sides with a V profile and allows both radial and axial loads.

Una terza guida ha una pista concava con profilo a V da un lato e una pista piana sulla superficie contrapposta, la quale consente la rotazione angolare del carrello. A third guide has a concave track with a V-profile on one side and a flat track on the opposite surface, which allows the angular rotation of the carriage.

Un tale sistema lineare noto presenta due grossi inconvenienti, uno in fase di produzione ed uno in fase di montaggio. Such a known linear system has two major drawbacks, one in the production phase and one in the assembly phase.

Il primo grosso inconveniente deriva dalla necessità di produrre tre tipi diversi di guide, con i conseguenti costi derivanti dalla necessità di avere tre diverse linee di produzione e un maggior costo di approvvigionamento e gestione del magazzino. The first major drawback derives from the need to produce three different types of guides, with the consequent costs deriving from the need to have three different production lines and a higher cost of procurement and management of the warehouse.

Il secondo inconveniente si presenta in fase di montaggio, poiché con tre tipi di guide e due tipi di rotelle da combinare in funzione della richiesta e dell’applicazione, può capitare di commettere degli errori e montare due guide non adatte allo scopo, ad esempio due guide uguali, oppure due guide che non consentono lo spostamento assiale, oppure montare rotelle di tipo diverso non adatte alla guida in cui sono inserite. The second drawback occurs during the assembly phase, since with three types of guides and two types of wheels to be combined according to the request and the application, it can happen to make mistakes and mount two guides not suitable for the purpose, for for example two identical guides, or two guides that do not allow axial displacement, or mount wheels of different types not suitable for the guide in which they are inserted.

La finalità della presente invenzione à ̈ sostanzialmente quello di avere un sistema lineare che supera molti dei suddetti inconvenienti. The purpose of the present invention is substantially to have a linear system which overcomes many of the aforementioned drawbacks.

L’obiettivo viene conseguito attraverso la realizzazione di un cuscinetto lineare costituito da due guide identiche con piste a profilo concavo di tipo noto e da un carrello che monta rotelle di tipo noto e rotelle con speciale costruzione interna. The objective is achieved through the realization of a linear bearing consisting of two identical guides with concave profile tracks of a known type and of a carriage that mounts wheels of a known type and wheels with a special internal construction.

L’importante vantaggio del presente cuscinetto deriva dalla semplicità insita nell’uso di un solo tipo di guida, che si riflette in minori costi di produzione e gestione del magazzino e riduzione drastica dei rischi di errori nel montaggio. The important advantage of this bearing derives from the simplicity inherent in the use of a single type of guide, which is reflected in lower production and warehouse management costs and a drastic reduction in the risk of assembly errors.

Il vantaggio di cui sopra risulterà evidente agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa con riferimento agli allegati disegni in cui: The above advantage will become evident to those skilled in the art from the following detailed description of an embodiment thereof with reference to the attached drawings in which:

Le Figg. 1, 2, 3 e 18 sono le viste in sezione di 4 tipi di rotelle utilizzabili R1, R2, R3, R4 La Fig. 4 mostra il profilo in sezione della guida utilizzata per lo scorrimento delle suddette rotelle i cui punti di contatto sono sulle piste F1-F2 ed F3-F4. Figs. 1, 2, 3 and 18 are the sectional views of 4 types of rollers that can be used R1, R2, R3, R4 Fig. 4 shows the sectional profile of the guide used for sliding the aforementioned rollers whose contact points are on the F1-F2 and F3-F4 tracks.

La Fig. 5 mostra un carrello S dotato delle suddette rotelle. Fig. 5 shows a trolley S equipped with the aforesaid wheels.

Le Figg. 6, 7 e 8 illustrano la configurazione del sistema lineare. Figs. 6, 7 and 8 illustrate the configuration of the linear system.

La Fig. 9 mostra il suddetto carrello S montato in una coppia di guide parallele. La Fig. 10 mostra la capacità di compensazione del presente cuscinetto in presenza di errore di parallelismo dei piani di fissaggio delle guide Fig. 9 shows the aforementioned carriage S mounted in a pair of parallel guides. Fig. 10 shows the compensation capacity of the present bearing in the presence of parallelism error of the fixing planes of the guides

La Fig. 11 mostra la capacità di compensazione del presente cuscinetto in caso di guide su due piani paralleli ma ad altezze diverse. Fig. 11 shows the compensation capacity of this bearing in case of guides on two parallel planes but at different heights.

Le Figg. 12, 13, 14, 15, 16 e 17 mostrano la capacità di compensazione del presente sistema in caso di errore di parallelismo delle guide in senso longitudinale. Figs. 12, 13, 14, 15, 16 and 17 show the compensation capacity of the present system in case of parallelism error of the guides in the longitudinal direction.

La configurazione illustrata nelle figg. 6, 7 e 8 mostra una delle forme realizzative in cui il carrello S, (fig. 5) à ̈ inserito in due guide T (fig. 4) e monta da un lato due o più rotelle del tipo R1 che andranno a contatto con le piste F3 - F4 (vedi fig. 4) di una prima guida T (SX) nel senso della direzione del carico e una o più rotelle de 1 tipo R2, di contrasto, a contatto con le piste opposte F1 - F2 (vedi fig. 4) della stessa guida. The configuration illustrated in FIGS. 6, 7 and 8 shows one of the embodiments in which the carriage S, (fig. 5) is inserted in two guides T (fig. 4) and mounts on one side two or more wheels of the type R1 which will come into contact with the tracks F3 - F4 (see fig. 4) of a first guide T (SX) in the direction of the load and one or more wheels of 1 type R2, contrasting, in contact with the opposite tracks F1 - F2 (see fig . 4) of the same guide.

Dal lato opposto il carrello S monta due o più rotelle del tipo R2 che andranno a contatto con le piste F3 - F4 della seconda guida T (DX) contrapposta alla prima, nel senso della direzione del carico e una o più rotelle del tipo R2, di contrasto, a contatto con le piste opposte F1 - F2 della stessa guida. On the opposite side, the S trolley is fitted with two or more R2-type rollers which will come into contact with the tracks F3 - F4 of the second T (DX) guide opposite the first, in the direction of the load, and one or more R2-type rollers, contrast, in contact with the opposite F1 - F2 tracks of the same guide.

Facendo riferimento alle figg. 1 e 2, si può notare che la rotella R1 ha una costruzione interna classica di un cuscinetto radiale a sfere, con le piste di rotolamento dell’anello esterno ed interno di raggio M8 ed M9 leggermente maggiore della raggio della sfera M, come previsto sui tradizionali cuscinetti radiali a sfere, la rotella R2 utilizza lo stesso anello esterno della rotella R1 mentre la pista dell’anello interno à ̈ costituita da una parte centrale piana P1 delimitata da due raggi laterali M1 ed M2 di dimensioni maggiori del raggio della sfera M, come detto in precedenza. Referring to figs. 1 and 2, it can be seen that the R1 wheel has a classic internal construction of a radial ball bearing, with the raceways of the outer and inner ring having a radius M8 and M9 slightly greater than the radius of the ball M, as expected on traditional radial ball bearings, the R2 roller uses the same outer ring as the R1 roller while the inner ring raceway consists of a flat central part P1 bounded by two lateral spokes M1 and M2 larger than the radius of the sphere M, as mentioned earlier.

Nella fig. 3 à ̈ rappresentata la rotella R3, la cui costruzione interna presenta la pista dell’anello interno di raggio M8 maggiore della sfera M, e la pista dell’anello esterno con una parte centrale piana P2 delimitata da due raggi laterali M5 ed M6 di dimensioni maggiori del raggio della sfera M, come detto in precedenza. In fig. 3 The wheel R3 is represented, whose internal construction has the inner ring race with radius M8 greater than the ball M, and the outer ring race with a flat central part P2 delimited by two lateral spokes M5 and M6 larger than the radius of the sphere M, as mentioned above.

Nella fig. 18 à ̈ rappresentata 1 a rotella R4, la cui costruzione interna presenta la pista dell’anello esterno con una parte centrale piana N 1 delimitata da due spallamenti laterali C1 e C2 di contenimento dei rullini bombati W. In fig. 18 1 wheel R4 is represented, whose internal construction has the outer ring raceway with a flat central part N 1 delimited by two lateral shoulders C1 and C2 for containing the convex rollers W.

Le rotelle R3 (fig. 3) e R4 (fig. 18) rappresentano le alternative alla rotella R2 (fig. 2); nella descrizione e nei disegni sarà rappresentata solo la rotella R2. The wheels R3 (fig. 3) and R4 (fig. 18) represent the alternatives to the roller R2 (fig. 2); only the R2 wheel will be shown in the description and drawings.

La configurazione dal lato del carrello S con tutte rotelle del tipo R2, à ̈ tale da poter permettere uno spostamento assiale dell’anello esterno rispetto alla mezzeria della parte piana dell’anello interno consentendo, entro certi limiti, il recupero dell’errore di parallelismo in senso longitudinale, i raggi M1 ed M2 fungeranno da fine corsa. The configuration on the side of the carriage S with all R2 type wheels is such as to allow an axial displacement of the outer ring with respect to the center line of the flat part of the inner ring allowing, within certain limits, the recovery of the parallelism error in the longitudinal direction, the spokes M1 and M2 will act as limit switches.

La configurazione di cui sopra consente, inoltre, la rotazione del carrello, correggendo anche un eventuale errore angolare. The above configuration also allows the carriage to rotate, also correcting any angular error.

Dal lato opposto il carrello monterà alternativamente rotelle R1 (fig. 1), nel senso della direzione del carico, le quali fungeranno da guida in quanto possono sopportare sia carichi radiali che assiali, e rotelle R2 di contrasto le quali consentono una rotazione dello stesso carrello permettendo la correzione di eventuali errori angolari. On the opposite side, the trolley will alternatively mount wheels R1 (fig. 1), in the direction of the load direction, which will act as a guide as they can bear both radial and axial loads, and contrast wheels R2 which allow rotation of the same trolley. allowing the correction of any angular errors.

Il sistema lineare sarà sempre composto da due guide T (fig. 4), in cui sarà inserito un carrello S il quale monta da un lato tutte rotelle (almeno 3) di tipo R2, mentre dall’altro lato monta alternativamente rotelle (almeno 3) di tipo R1 e rotelle di tipo R2. The linear system will always be composed of two guides T (fig. 4), in which a carriage S will be inserted which mounts on one side all wheels (at least 3) of type R2, while on the other side it mounts alternatively wheels (at least 3) of type R1 and rollers of type R2.

Quando le due guide T sono disposte perfettamente parallele come illustrato in fig. 9 (cosa pressoché impossibile), il sistema non utilizzerà le proprietà descritte. When the two guides T are arranged perfectly parallel as shown in fig. 9 (which is almost impossible), the system will not use the properties described.

In tutti gli altri casi, come rappresentato nelle figg. da 10 a 17 il sistema compenserà automaticamente tutti gli errori di disallineamento nelle tre direzioni. In all other cases, as shown in figs. from 10 to 17 the system will automatically compensate for all misalignment errors in the three directions.

La fig. 10, mostra un sistema lineare in cui le due guide contrapposte sono fissate su due piani verticali divergenti tra loro (ad esempio con angolo X di 2°), in questo caso la costruzione interna delle rotelle R2 consentirà una rotazione dell’anello interno e quindi il recupero dell’errore. Fig. 10, shows a linear system in which the two opposing guides are fixed on two diverging vertical planes (for example with an X angle of 2 °), in this case the internal construction of the wheels R2 will allow a rotation of the inner ring and then the recovery of the error.

La fig. 11 mostra un sistema lineare in cui le due guide contrapposte si trovano su piani verticali distanti tra loro (ad esempio H). Fig. 11 shows a linear system in which the two opposing guides are located on vertical planes distant from each other (for example H).

Anche in questo caso la conformazione delle rotelle R2 consentirà una rotazione degli anelli interni, e quindi del carrello, correggendo l’errore, mentre le rotelle R1 assicureranno la tenuta assiale. Also in this case the conformation of the wheels R2 will allow a rotation of the inner rings, and therefore of the carriage, correcting the error, while the wheels R1 will ensure the axial seal.

Le figg. 15, 16 e 17, illustrano un sistema lineare in cui le due guide contrapposte T sono fissate su due piani longitudinali non paralleli tra loro con una variazione della distanza tra le due estremità delle stesse (ad esempio K), come illustrato in fig. 16. Figs. 15, 16 and 17, illustrate a linear system in which the two opposing guides T are fixed on two longitudinal planes not parallel to each other with a variation of the distance between the two ends of the same (for example K), as illustrated in fig. 16.

Anche in questo caso, dal lato dove sono montate tutte rotelle R2, la loro conformazione consentirà uno spostamento assiale degli anelli i ntemi delle rotelle e quindi la correzione dell’errore. Also in this case, from the side where all R2 rollers are mounted, their conformation will allow an axial displacement of the inner rings of the rollers and therefore the correction of the error.

Le figg. 12, 13 e 14 mostrano le posizioni relative degli anelli interni delle rotelle R2 rispetto agli anelli esterni. Figs. 12, 13 and 14 show the relative positions of the inner rings of the wheels R2 with respect to the outer rings.

La fig. 12, mostra la posizione centrale dell’anello interno rispetto all’anello esterno nel caso di assenza dell’errore di parallelismo Fig. 12, shows the central position of the inner ring with respect to the outer ring in case of absence of parallelism error

La fig. 13, mostra la posizione dell’anello interno in caso di guide non parallele e divergenti in senso longitudinale. Fig. 13, shows the position of the inner ring in case of guides that are not parallel and diverging in the longitudinal direction.

La fig. 14, mostra la posizione dell’anello interno in caso di guide non parallele e convergenti in senso longitudinale. Fig. 14, shows the position of the inner ring in the case of guides that are not parallel and converging in the longitudinal direction.

E chiaro che la formarealizzativa del cuscinetto lineare, secondo l' invenzione sopra descritta ed illustrata, costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni, in particolare, le esatte dimensioni, inclinazioni e raggiature delle varie superfici e delle piste di rotolamento delle sfere delle rotelle possono variare a seconda delle specifiche esigenze costruttive, fintantoché vengono mantenute forme adeguate ad ottenere gli accoppiamenti sopra descritti. It is clear that the form of realization of the linear bearing, according to the invention described and illustrated above, constitutes only an example susceptible of numerous variations, in particular, the exact dimensions, inclinations and radii of the various surfaces and of the raceways of the balls of the wheels can vary according to the specific construction requirements, as long as suitable shapes are maintained to obtain the couplings described above.

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno pertanto essere apportate al sistema lineare oggetto della presente invenzione senza tuttavia uscire dall’ ambito di protezione dell’ invenzione. Any additions and / or modifications may therefore be made to the linear system object of the present invention without however departing from the scope of protection of the invention.

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1 - Sistema lineare comprendente le rotelle (R1 e R2 o R3 o R4) e una coppia di guide (T) perfettamente identiche tra loro di tipo già noto, profilate ad U in cui, sulle facce interne contrapposte delle ali, sono ricavate le piste concave con profilo a V per il rotolamento delle rotelle (R1 e R2 o R3 o R4), caratterizzato dal fatto che in presenza di errori di parallelismo tra le due guide, la particolare configurazione di montaggio delle rotelle sul carrello (S), dove da un lato sono montate solo rotelle (R2 o R3 o R4) di costruzione speciale e dall' altro lato alternativamente rotelle (R1) ed (R2 o R3 o R4), consente di correggere i suddetti errori di parallelismo. 2 - Cuscinetto lineare secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la costruzione interna della rotella R2 à ̈ di tipo particolare in quanto la pista di rotolamento delle sfere dell’anello interno, à ̈ opportunamente sagomata con una parte piana (P1), delimitata da due superfici raggiate (M1, M2) aventi raggio maggiore del raggio delle sfere (M) del cuscinetto stesso, con la funzione di delimitare lo spostamento assiale dell’anello interno. 3 - Cuscinetto lineare secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la costruzione interna della rotella R3 à ̈ di tipo particolare in quanto la pista di rotolamento delle sfere dell’anello esterno, à ̈ opportunamente sagomata con una parte piana (P2), delimitata da due superfici raggiate (M5, M6) aventi raggio maggiore del raggio delle sfere (M) del cuscinetto stesso, con la funzione di delimitare lo spostamento assiale dell’anello esterno.CLAIMS 1 - Linear system comprising the wheels (R1 and R2 or R3 or R4) and a pair of perfectly identical guides (T) of the already known type, U-shaped in which, on the opposite internal faces of the wings, the tracks are obtained concave with V-profile for the rolling of the rollers (R1 and R2 or R3 or R4), characterized by the fact that in the presence of errors of parallelism between the two guides, the particular configuration of assembly of the rollers on the carriage (S), where on one side only rollers (R2 or R3 or R4) of special construction are mounted and on the other side alternatively rollers (R1) and (R2 or R3 or R4), it allows to correct the aforementioned errors of parallelism. 2 - Linear bearing according to claim 1, characterized by the fact that the internal construction of the roller R2 is of a particular type since the raceway of the balls of the internal ring is suitably shaped with a flat part (P1), delimited by two radius surfaces (M1, M2) having a radius greater than the radius of the balls (M) of the bearing itself, with the function of delimiting the axial displacement of the inner ring. 3 - Linear bearing according to claim 1, characterized in that the internal construction of the roller R3 is of a particular type since the raceway of the balls of the outer ring is suitably shaped with a flat part (P2), bounded by two radius surfaces (M5, M6) having a radius greater than the radius of the balls (M) of the bearing itself, with the function of delimiting the axial displacement of the outer ring.