تقليل زمن التصميم لأنظمة الحركة الخطية

نظام جسري ديكارتي ذو 3 محاور

يمكن تقليل وقت التصميم مع ضمان المتانة والأداء العالي.

يعد تقليل وقت التصميم أمرًا بالغ الأهمية في الهندسة لأن النتيجة هي تكاليف أقل ووقت أسرع للتسويق. يتضمن وقت التصميم غالبًا عددًا من الأنشطة التي لا تضيف قيمة مثل إعادة التصميم أو الإفراط في التصميم أو زحف النطاق والتي يمكن تقليلها من خلال الفهم الشامل لجميع معايير التطبيق والتحقق من الحسابات والتحليل من خلال الاختبار البارامتري للمكونات والوحدات النمطية. ، والتجمعات الكاملة مع معدات الحصول على البيانات، وإثبات نتائج الأداء المتوقعة من خلال الاختبار.

قم بالتقاط أكبر قدر ممكن من معلومات التطبيق ذات الصلة في البداية لتجنب الاضطرار إلى العودة وتكرار الأجزاء، إن لم يكن عملية التصميم بأكملها. كن حذرًا ومستعدًا لتغيير النطاق. استخدم الحسابات والتحليلات النظرية لتحديد أفضل التصاميم الأولية، ثم قارنها مع قياسات الاختبار لسمات الأداء الرئيسية على المعدات الفعلية. تأكيد نتائج اختبار مقاعد البدلاء عن طريق إجراء اختبارات الدورة في ظل الظروف الميدانية الفعلية.

تحديد المتطلبات

الخطوة الأولى والحاسمة للغاية في كل عملية هندسية تقريبًا هي تحديد متطلبات التطبيق. قد يكون لكل منتج مجموعة فريدة من المعايير التي ستؤثر على أدائه. سيساعد استخدام قائمة المراجعة على ضمان مراعاة المعلمات التي قد يتم تجاهلها.

قد تتضمن بيانات معلومات التطبيق الرئيسية في نموذج قائمة التحقق ما يلي:

• التحميل/السرعة (ديناميكية وثابتة)
• الجهد: 12، 24، 36، 48 فولت تيار مستمر، 110، 220، فولت تيار متردد
• اتجاه الحمل
• طول السكتة الدماغية
• دورة الحياة/الواجب
• البيئية
• حماية نهاية الشوط: القابض؟ مفاتيح الحد؟
• كيف سيتم التحكم في المحرك؟
• تعليق
• ماي، وكالة الفضاء الكندية، CE
• أخرى: استشر مهندس تطبيق المشغل الخاص بك للحصول على اعتبارات تصميمية إضافية.

يمكن أن يتطلب اختيار مجموعة اللولب الكروي الصحيحة لتطبيق معين عملية تكرارية لتحديد أصغر مظروف والحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة. يتم استخدام متطلبات الحمل التصميمي والسرعة الخطية والدقة الموضعية لحساب القطر والرصاص وقدرة الحمولة لمجموعة اللولب الكروي المناسبة. يمكن بعد ذلك اختيار المكونات اللولبية الكروية الفردية بناءً على العمر الافتراضي وقيود الأبعاد وتكوين التركيب والظروف البيئية.

المكان الجيد للبدء هو تحديد اتجاه وحجم الحمل. يمكن أن يكون توجيه النظام مهمًا جدًا. في الاتجاه الأفقي، يكون حمل المحرك مساويًا لوزن الحمولة مضروبًا في معامل الاحتكاك. مع الاتجاه الرأسي، فإن حمل محرك الأقراص يساوي الوزن. الأحمال المؤثرة على المحامل والأدلة الخطية يمكن أن تكون أحمالًا رأسية، أو أحمالًا أفقية، أو أحمال عزم الدوران، أو التدحرج، أو الانعراج، أو أي مجموعة منها. قد تختلف الأحمال أيضًا في حجمها واتجاهها.

يجب إنشاء متجهات الحمل الناتجة عند كل محمل من التركيبة المناسبة لمتجهات الحمل المختلفة التي يتعرض لها نظام المحمل الخطي، حيث لا يمكن تقدير العمر المتوقع بناءً على متجهات حمل النظام الشاملة فقط. يسمى الحمل الذي يتعرض له كل محمل خطي بالحمل المكافئ لذلك المحمل المحدد. يتم بعد ذلك تحديد حجم النظام بناءً على حجم المحمل الأكثر ثقلاً. لمزيد من المعلومات حول طرق حساب الحمل المكافئ، راجع كتالوجات المحامل الخطية ودليل الموردين.

مجموعة اللولب الكروي، على سبيل المثال، مصممة لحمل الأحمال المحورية، وترجمة الحركة الدورانية إلى حركة محورية. إن قدرة اللولب الكروي على مقاومة الالتواء تحت أحمال الضغط تسمى قوة العمود. يحمل المسمار حملاً محوريًا يساوي فعليًا في الحجم ومعاكسًا في الاتجاه للحمل المنقول إلى الصامولة الكروية - الجزء المكمل لها - ويرتبط من خلال التصميم الهندسي بعزم دوران محرك القيادة. بشكل عام، قوة العمود هي معلمة التصميم المحددة لأنه بالنسبة للأطوال الأطول، يمكن أن تكون أقل بكثير من قوة الضغط الفعلية للمادة. نظرًا لأن نسبة الطول إلى القطر الحر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بانحناء العمود، فإنه يتبع ذلك بالنسبة لقطر معين، فإن سعة الحمولة المحورية للمسمار الكروي تعتمد على طوله الحر.

يمكن التنبؤ بعمر نظام الحركة الخطية بناءً على ملف التشغيل الخاص به؛ ببساطة، كم ساعة في اليوم، وأيام في الأسبوع، وأسابيع في السنة سيتم تشغيل الكرة اللولبية. بالنسبة للتطبيقات الأكثر تعقيدًا أو التنبؤ بالحياة الأكثر دقة، يحتاج المرء إلى إنشاء ملف تعريف مفصل وشامل للحركة يقسم الحركات إلى مقاطع مستقيمة بشكل أساسي. سيتطلب كل مقطع من ملف تعريف الحركة معلومات حول السرعة في بداية المقطع ونهايته، والمدة الزمنية للمقطع، وعزم الدوران أثناء المقطع.

حدد الدقة الموضعية والتكرار التي يتطلبها تطبيقك. على سبيل المثال، يتم عادةً إنتاج البراغي الكروية مقاس بوصة في درجتين – Precision وPrecision Plus. سيتم استخدام البراغي الكروية الدقيقة في التطبيقات التي تتطلب حركة خشنة نسبيًا أو تلك التي تستخدم التغذية المرتدة الخطية للموقع الموضعي. سيتم استخدام البراغي الكروية من فئة Precision Plus عندما يكون تحديد الموضع القابل للتكرار داخل الميكرونات أمرًا بالغ الأهمية ولا يتم استخدام أي جهاز تغذية مرتدة خطية. في حين أن البراغي من فئة Precision لها تباين تراكمي أكبر على الطول المفيد للمسمار، فإن البراغي من الدرجة Precision Plus تحد من تراكم خطأ الرصاص، مما يوفر تحديد موضع أكثر دقة على طول المسمار المفيد بالكامل.

الحجم والاختيار

يمكن أن تكون المخططات المقدمة من موردي أنظمة الحركة الخطية بمثابة اختصار لتوفير الوقت لتحديد الحجم المناسب واختيار أنظمة الحركة الخطية. سنستخدم تطبيق جسر اللحام ثلاثي المحاور كمثال لتوضيح كيفية اختيار البراغي الكروية وحجمها باستخدام صيغ الكتالوج (الشكل 2). يمتد اللولب الكروي على طول المحور السيني بالكامل ويتم دعمه على كلا الطرفين بواسطة دعامات المحمل. من أجل البساطة، سوف نحدد تركيب الصمولة على أنه ذو حواف، والمواد على أنها سبائك فولاذية، واتجاه الخيط على أنه يمين، وسلسلة المنتجات على أنها مترية. اتجاه النظام في هذا التطبيق أفقي، مع تصميم لولبي وطول المحور السيني يبلغ 6 أمتار. وسوف تستخدم نهايات ثابتة بكمية شفة مستقرة حرارياً.

يتم تطبيق حمولة قدرها 2668.9 نيوتن (600 رطل) بواسطة عربة تركب على قضبان جانبية. يبلغ طول السفر 4.5 م (177.165 بوصة) والطول غير المدعوم 5.818 مترًا (229.055 بوصة). السرعة المطلوبة هي 0.1 متر في الثانية (3.927 بوصة/ثانية)، ويلزم تسارع قدره ±2.5 م/ث2 (98.4 بوصة/ث2). دورة العمل هي 8 ساعات في اليوم، 5 أيام في الأسبوع، و 50 أسبوعًا في السنة بمتوسط 10 دورات في الساعة. متطلبات الحياة هي 20 عامًا للبرغي الكروي و5 سنوات للمكونات. هناك شرط إضافي يتمثل في استخدام محرك متدرج حسب تفضيل قسم الهندسة الكهربائية.

بعد ذلك، نختار المحامل الخطية للمحور السيني. المتطلبات الأساسية لهذا التطبيق هي سعة التحميل العالية والصلابة العالية. يتمتع التطبيق بطول سفر طويل نسبيًا يبلغ 5.500 متر (18 قدمًا)؛ ومع ذلك، فإن توفر براغي بطول 6 أمتار يلغي الحاجة إلى وصل المؤخرة. تعتبر الصيانة المنخفضة متطلبًا مهمًا لهذا التطبيق. وكانت النتيجة اختيار 500 سلسلة من الأدلة الخطية للسكك الحديدية ذات الشكل الكروي.

مع هذا الاختيار، يمكن حساب الحمل على البراغي الكروية. وبناءً على هذا التحميل، يتم تحديد الصامولة الكروية NEFF KGF-D كنقطة بداية. تحتوي هذه الصامولة الكروية على شفة متكاملة وممسحة متكاملة وتركيب DIN 69051. تبلغ دقة اللولب الكروي ±50 ميكرومتر/300 مم.

بعد ذلك، يتم التحقق من متطلبات العمر المتوقع. عادةً ما يتم تصنيف العمر الافتراضي عند L10، وهو ما يمثل الوقت الذي ستستمر بعده 90% من اللوالب الكروية في العمل. في هذا التطبيق، متوسط العمر المتوقع هو 1,035,752.6 سنة. السبب وراء ارتفاع عمر الخدمة هو أننا اخترنا الكرة اللولبية بناءً على السرعة الحرجة بدلاً من الحياة.

اختبار التصميم المقترح

بمجرد اختيار التصميم الخاص بك بناءً على الحسابات، ستحتاج إلى إجراء اختبار للتأكد من صحة المبنى الخاص بك. تم تصميم الاختبار للتحقق من أن ما تم اقتراحه قد تم تسليمه بالفعل، وإذا لم يكن الأمر كذلك، لتوجيه أي إجراءات تصحيحية قد تكون مطلوبة. يجب تصميم اختبار التحقق للإجابة على أسئلة مثل:

• هل المنتج النهائي يلبي مواصفات التصميم؟
• هل يتسق الأداء، ضمن الحدود التجريبية، مع الحسابات النظرية، وإذا لم يكن كذلك، فما مدى اختلافه ولماذا؟
• هل يوفر المنتج المستوى المطلوب من الموثوقية؟
• ما هي الأوضاع ونقاط الفشل المحتملة للمنتج؟
• كيف يمكن مقارنة الحل الحالي بالبدائل؟

بالنسبة للأنظمة والآلات الكبيرة، قد ترغب في البدء باختبار المكونات قبل الانتقال إلى اختبار التجميعات الفرعية، ثم أخيرًا اختبار التجميع الكامل. في كل مرحلة من مراحل الاختبار، يجب مراجعة نتائج الاختبار ومقارنتها بالحسابات النظرية للتأكد من أن التصميم يسير على المسار الصحيح، أو النظر في فرص معقولة للتحسين. يهدف الاختبار إلى الكشف عما قد فاتنا في حساباتنا ونماذجنا.

أنظمة الحركة الخطية التي تم تكوينها

من المهم أيضًا، طوال العملية، التفكير فيما إذا كان من المنطقي شراء نظام حركة خطية مُهيأ بدلاً من تصميم وتجميع النظام الخاص بك. في هذه الحالة، يجب عليك توفير متطلبات التطبيق إلى مُتكامل الحركة الخطية مثل تكوين التركيب، ومتطلبات تحديد الموقع، والظروف البيئية، وظروف التحميل، ومتطلبات النقل، وأي اعتبارات خاصة. عادةً ما يستخدم المُدمِج نظام تحديد الحجم والاختيار المستند إلى الويب لتصميم وتكوين نظام حركة خطية مخصص بناءً على مدخلاتك. يمكن للمتكامل غالبًا تقديم عرض أسعار وملف CAD للتصميم المقترح خلال 24 ساعة من طلبك. ستكون تكلفة مثل هذا النظام أقل من تكلفة المكونات الفردية في معظم الحالات.

يمكن لهذا النهج عادةً أن يقلل من وقت الهندسة وتكلفة التجميع بنسبة 90% أو أكثر ويمكن أن يوفر في كثير من الأحيان وفورات في تكلفة المواد بنسبة 20 إلى 30%. والأهم من ذلك، من خلال تقليل الوقت المستغرق في تصميم أنظمة الحركة الخطية، سيقضي مهندسوك وقتًا أقل في العمل في منطقة خارج نطاق كفاءاتهم الأساسية، والمزيد من الوقت في التركيز على ما يفعلونه بشكل أفضل - تكامل النظام بشكل عام.

باختصار، استفد من جميع الموارد المفيدة لتوفير وقت التصميم. لا تتجاهل قدرة موردي الحركة الخطية على توفير تجميعات الحركة الخطية التي يمكن أن تساعدك في تقليل تكاليف الهندسة والتجميع. تقييم بدائل شراء المكونات مقابل الوحدات، مقابل الأنظمة الكاملة من حيث تأثيرها على التصميم ووقت التجميع. استخدم، لصالحك، جميع أدوات التصميم المتاحة مثل المخططات والصيغ وأنظمة الاختيار عبر الإنترنت والنماذج ثلاثية الأبعاد. أخيرًا، قم بإشراك الدعم الفني للاستفادة من خبرتهم في المنتجات في الحلول القياسية والمعدلة والتخصصية. تأكد من التأكد من أن البائع لديه بيانات التحقق/الاختبار/التحليل للتصميم لدعم مطالبات التصميم ومواقع التصميم. يمكن لهذا النهج تقليل وقت التصميم إلى الحد الأدنى مع ضمان تلبية أنظمة الحركة الخطية لمتطلبات الأداء والمتانة.

وقت النشر: 28 مارس 2022

سابق: ما هو تموج عزم الدوران وكيف يؤثر على تطبيقات الحركة الخطية؟

التالي: ما هي هندسة تصميم الحركة الخطية؟

كيف يمكننا المساعدة؟

عنوان البريد الإلكتروني

هاتف

يمكن تقليل وقت التصميم مع ضمان المتانة والأداء العالي.