运动基础:如何定义线性系统的横摇、俯仰和偏航

线性导轨和系统-包括笛卡尔机器人，龙门架系统，XY桌-通常受到由向下、向上和侧载荷引起的线性力和由悬挑载荷引起的旋转力。旋转力-也称为力矩-通常定义为滚转，俯仰和偏航，基于系统试图旋转的轴。

力矩是由施加在远处的力引起的。力矩力不会引起旋转，尽管它经常被混淆转矩，这是一种使物体绕轴旋转的力。

为了在线性系统中定义横摇、俯仰和偏航，我们首先需要建立三个主要轴:X、Y和Z。

水平面的两个轴通常定义为X和Y，其中X轴在运动方向上。Y轴与运动方向正交(垂直)，也在水平面上。Z轴与X轴和Y轴都正交，但它位于垂直平面上。(要找到Z轴的正方向，使用右手定则:食指指向正X方向，然后向正Y方向卷曲，拇指指向正z)

在多轴系统中，底轴的运动方向通常定义为X轴。如果它上面的下一个轴也是水平的，那么这个轴被定义为Y，而垂直轴(即使它是直接在X上面的第二个轴)被定义为Z轴。

滚转、俯仰和偏航是关于X、Y和Z轴的旋转力或力矩．就像纯线性力一样，在计算轴承寿命或确定线性系统是否适合承受静载荷时，需要考虑这些力矩。

卷:滚动力矩是一种试图使系统围绕X轴从一边到另一边旋转的力。滚动的一个很好的例子是飞机倾斜。

带有“背靠背”或“O”的再循环轴承，水沟的安排与“前对前”或“X”排列的轴承相比，具有更高的滚动力矩容量，这是由于滚珠和滚道之间的接触线形成了更大的力矩臂。

情节:俯仰力矩试图使系统围绕其Y轴旋转，从前到后。想象俯仰，想象飞机的机头朝下或朝上。

偏航:偏航发生在力试图使系统围绕Z轴旋转时。为了想象偏航，想象一架模型飞机悬挂在一根绳子上。如果风吹得正好，飞机的机翼和机头将保持水平(不滚动或俯仰)，但它将围绕悬挂它的绳子旋转。这是偏航。

俯仰和偏航力矩都对位于线性轴承两端的球施加额外的载荷，这种情况有时被称为边缘载荷。

直线导轨和系统对纯线性力的承受能力高于力矩，因此将力矩分解为线性力可以显著提高轴承寿命并减少挠度。对于滚动力矩，实现这一点的方法是平行使用两个线性导轨，每个导轨有一个或两个轴承。这将滚动力矩力转换为每个轴承上的纯向下和升空载荷。

同样，在一个导轨上使用两个轴承可以消除俯仰力矩，将它们转换为每个轴承上的纯向下和升空载荷。在一个导轨上使用两个轴承也可以抵消偏航力矩，但在这种情况下，所产生的力是每个轴承上的侧(侧向)力。

特征图片来源:纽波特

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