أفضل نهج لتحديد وقياس القضبان الخطية هو تحديد المعلمات الأكثر أهمية للتطبيق أولاً؛ وتضييق الخيارات بناءً على هذه المتطلبات؛ ثم تطبيق المتغيرات الحرجة لإجراء الاختيار النهائي للقضبان الخطية.

أولاً الأساسيات:قضبان التوجيه الخطية، والمسارات التوجيهية، والشرائح، هي أنظمة ميكانيكية مكونة من قضبان ومحامل تدعم وتحرك الأحمال المادية على طول مسار خطي ذي معامل احتكاك منخفض. تُصنف عادةً كعناصر دوارة أو بطانات مستوية. ونظرًا لتوفر العديد من الأشكال والأحجام من مختلف الشركات المصنعة، والمصممة لتلبية احتياجات هندسية محددة، فإن تطبيقك الفريد يحدد قائمة المعايير المهمة التي يجب مراعاتها، بالإضافة إلى ترتيب أهميتها.

تشمل أكثر أنواع المحامل والمجاري التوجيهيّة شيوعًا القضبان المُشكّلة (المربعة) المزودة بكتل محامل كروية مُعاد تدويرها، والمحامل التوجيهيّة للمحامل الأسطوانية، والقضبان المستديرة المزودة ببطانات كروية مُعاد تدويرها أو بطانات مستوية. تُناسب القضبان المُشكّلة التطبيقات التي تتطلب صلابة ودقة استثنائيتين، مثل رؤوس الأدوات الآلية وحركات لوحات الدوائر الدقيقة. أما أنظمة المحامل الأسطوانية، فهي مُصممة لمجموعة واسعة من التطبيقات، مثل رفع ونقل القطع، أو تطبيقات الالتقاط والوضع.

لاختيار القضبان الأنسب لتطبيق معين، عليك أولاً تحليل احتياجات النظام المحددة. ثم فهم متطلبات العميل أو إرشادات البرنامج، والتي تشمل عدد المحاور، وقابلية التكرار، والتفاوت، والدقة المطلوبة لتحقيق النتيجة النهائية. وأخيراً، عليك مراعاة التلوث البيئي، مثل الغبار والماء والألياف وغيرها من المواد.

في أي نظام، تُحدد بيئة التشغيل نوع المحامل التي يجب اختيارها. على سبيل المثال، قد تُلوث البيئات المتسخة التجميع وتؤثر على الأداء السليم لمسارات إعادة تدوير الكرات. يكون التلوث أسهل في أنظمة الأسطوانات لأن عناصر التدحرج تكون أكبر حجمًا بشكل عام. تُناسب المحامل المستوية التطبيقات التي لا يُنصح فيها بتزييت التلامس السطحي أو التي لا يُمكن تعريضها للبيئة، كما هو الحال في بعض مختبرات الأبحاث أو منشآت تصنيع رقائق السيليكون.

بعد اختيار النظام، اجمع المعلمات لتحديد حجمه بشكل صحيح. لكل حركة في نظام التوجيه الخطي، ضع في اعتبارك المعلمات التالية: الشوط، الحمل، السرعة، دورة العمل، مساحة التركيب، واتجاه التركيب.

تحديد حجم نظام التوجيه الخطي

يتكون الحمل الساكن من وزن السرج، ووحدة التثبيت، والحمولة، والمحامل. إذا وُضع وزن 40.0 رطل في المنتصف أفقيًا للأمام/الخلف، ومن اليسار إلى اليمين، في مجموعة نموذجية ذات سكة مزدوجة وأربع عربات، فسيتم تحميل كل كتلة من كتل المحامل بشكل ساكن بوزن 10.0 رطل.

تتوفر المنزلقات بنوعين أساسيين: السرج والرافعة. يستخدم المنزلق السرجي القياسي ذو القاعدة الأفقية سرجًا أو كتلة تتحرك بين كتلتين ثابتتين في النهاية. في المنزلق الرافعي، يبقى الجسم الرئيسي والأسطوانة ثابتين، بينما تمتد لوحة الأدوات وتنكمش. يوجد تطبيق آخر للرافعة عند نقل الأحمال رأسيًا. باستخدام سكة واحدة وعربتين، يمكن تحميل عربتي المحمل بالتساوي في اتجاه شعاعي. لتحديد حجم المحمل أو العربة، عادةً ما يُحدد الحمل الإجمالي للمنزلق الأكثر إجهادًا ثابتًا على أنه أسوأ سيناريو.

عند تحديد أحجام المحامل، نظّم معامل الحمل ومسافته عن مركز الثقل (CG). يشير الحمل إلى الوزن أو القوة المطبقة على النظام، والذي يشمل كلاً من الحمل الساكن والديناميكي. يتكون الحمل الساكن من وزن السرج، وقاعدة التثبيت، والحمولة، والمحامل. يجب أن يأخذ الحمل الديناميكي (أو الحركي) في الاعتبار الأحمال المطبقة عند تفاعلها مع السرج المحمّل بالمحمل. عادةً ما يُفرض هذا الحمل متطلبات التوائية على المحامل. يُوفر مركز الثقل للسرج قيمة حمل واحدة على مسافة ما من مراكز المحامل.

يمكن بعد ذلك تنظيم هذه القيم الديناميكية، بالإضافة إلى قيم التحميل الساكنة، على النحو التالي: شعاعي (Corad)، ومحوري (Coax)، وعزم دوران حول المحور X (Mx)، وعزم دوران حول المحور Y (My)، وعزم دوران حول المحور Z (Mz). ويمكن بعد ذلك استخدام هذه المتغيرات في معظم تطبيقات تحديد أحجام المحامل لاختيار الحجم المناسب للعربة. تُقدَّم قيم التحميل عادةً بالرطل (نيوتن) بشكل ثابت، وبالبوصة-رطل (نيوتن متر) للحمل الديناميكي.

مركز الأحمال الفردية هو مسافة نسبية من مركز نظام التوجيه أو مراكز المحامل، وتبلغ المسافة بين الكتلة الكلية وقضبان التوجيه 1.5 بوصة (60 بوصة-رطل/40 رطل). يجب أن تتحمل المحامل عزم دوران قدره 60 بوصة-رطل، خاصةً مع تسارع أو تباطؤ السرج بسرعة.

سرعة:السرعة عاملٌ بالغ الأهمية، إذ تختلف تأثيرات الأحمال المطبقة على النظام أثناء التسارع والتباطؤ مقارنةً بالحركة بمعدل ثابت. تُقاس السرعة عادةً بوحدة بوصة/ثانية أو ما يعادلها بالمتر/ثانية. تُحدد عوامل مثل نوع نمط الحركة التسارع اللازم للوصول إلى السرعة أو زمن الدورة المطلوب. يتسارع الحمل بسرعة في نمط حركة شبه منحرف، ثم يتحرك بسرعة ثابتة قبل أن يتباطأ. أما النمط المثلثي، فيتسارع ويتباطأ بسرعة. علاوةً على ذلك، عند حساب سرعة التطبيق، يجب مراعاة أقصى معدل حركة، بالإضافة إلى التسارع والتباطؤ اللازمين لتحقيق التوقيت الكلي للحركة.

دورة العمل:يجب أن يأخذ مُعامل دورة العمل في الاعتبار الحركة الكاملة للسرج خلال دورة كاملة، والتي غالبًا ما تكون ضعف الشوط بالإضافة إلى عمليات الخمول في المدة الزمنية المطلوبة. شوط التطبيق هو طول الحركة الكلية الكاملة في اتجاه واحد على طول مسار خطي. عادةً ما يُنظّم مُعامل دورة العمل على أنه عدد الدورات المطلوبة في الدقيقة.

منطقة التركيب:تساعد منطقة تركيب سكة التوجيه ومحامل السرج في تحديد الطول الكلي (OAL) ومساحة فاصلة سكة التوجيه لنظام التوجيه. في معظم التطبيقات، يُفضّل مراعاة أوسع مساحة ممكنة لتشغيل المحامل. ما لم تستخدم محامل خطية تلسكوبية، تعمل بطريقة مشابهة لمنزلقات الأدراج البسيطة، يجب أن تتضمن المساحة الكلية لسكة التوجيه شوط الحركة الخطية بالإضافة إلى مساحة المحمل.

يجب أيضًا مراعاة نظام الركيزة أو الإطار لتثبيت مسار التوجيه عند تحديد منطقة التركيب. مساحة التحميل هي المسافة من مقدمة إحدى العربات إلى مؤخرة أبعد عربة على طول مسار توجيه خطي واحد. يجب تركيب العديد من الأعمدة المُصممة على أسطح مُجهزة ومُؤرضة بالكامل لتلبية متطلبات البرنامج من حيث الدقة. يمكن تطبيق تصاميم أخرى مباشرةً على الهياكل المصنوعة من الألومنيوم أو الإطارات الأنبوبية دون فقدان السعة أو الصلابة.

توجيه:يُعدّ اتجاه تركيب المسارات أمرًا بالغ الأهمية لتحديد مُعامل التحميل، إذ يُمكن تحريك السرج أفقيًا أو رأسيًا أو على طول حامل جداري أو حتى في وضع مقلوب. لتحقيق أفضل أداء، يُنصح بإدارة تحميل التطبيق باستخدام أقوى جزء من نظام المحامل. على سبيل المثال، يجب توجيه منزلق محمل الكرات الشعاعي لحمل الحمل شعاعيًا، وليس محوريًا.

الآن قم بإجراء اختيار دليل خطي

هذا مثال على تطبيق في بيئة قياسية ملوثة بغبار خفيف وتتطلب تكرارًا متوسطًا. بناءً على هذين العاملين، تم اختيار نظام محمل أسطواني مُحمّل مسبقًا يعمل على مسارات فولاذية مُقوّاة. يتميز النظام بسرعة عالية وعمر افتراضي أطول دون الحاجة إلى تجاوز الحد الأقصى للسعة.

بشكل عام، بالنسبة لمسار توجيه بقطر بوصة واحدة، يجب ألا يتجاوز معدل دوران محامل المستوى 20 بوصة/ثانية، وأنظمة الكرات المعاد تدويرها 80 بوصة، والبكرات حوالي 200 بوصة/ثانية. لتحقيق الشوط الكامل 118 بوصة في 3 ثوانٍ، سنتسارع ونبطئ بمقدار 6 بوصات في 0.5 ثانية لكل منهما. هذا يسمح بـ 106 بوصات من الشوط و2 ثانية للوصول إلى التوقيت المستهدف. يجب ألا يقل طول كل مسار توجيه عن 162 بوصة، لأن الشوط 118 بوصة وطول السرج 44 بوصة في البعد الممتد على طول المسار التوجيهي. من المفيد أحيانًا إضافة بوصة أو بوصتين إضافيتين في كل طرف من طرفي الشوط لمفاتيح الحد، أو ممتصات الصدمات، أو المستشعرات.

سيتم تحميل كل محمل بالتساوي بمقدار ١٠٠ رطل، لأن المحامل مُركّبة في كل زاوية من السرج، ومركز ثقل الكتلة مُتمركز من الأمام إلى الخلف ومن اليسار إلى اليمين. تستطيع كل عربة محمل تحمل ٥٠٠ رطل من أقصى حمل شعاعي، لذا يُحسب عمر افتراضي مناسب هنا لأن المحامل مُحمّلة بنسبة تتراوح بين ٢٠٪ و٥٠٪ من السعة الإجمالية.