Reduzierung der Entwurfszeit für lineare Bewegungssysteme

3 Achsen -kartesische Gantry -System

Die Entwurfszeit kann reduziert werden und gleichzeitig die Haltbarkeit und die hohe Leistung sicherstellen.

Erfassen Sie so viel von den relevanten Anwendungsinformationen wie möglich am Anfang, um nicht zurückzukehren und Teile wiederzuholen, wenn nicht den gesamten Entwurfsprozess. Seien Sie vorsichtig und für den Umfang der Umfangsänderung vorbereitet. Verwenden Sie theoretische Berechnungen und Analysen, um die besten anfänglichen Konstruktionen zu bestimmen, und vergleichen Sie sie dann mit Testmessungen der wichtigsten Leistungsattribute für tatsächliche Geräte. Bestätigen Sie den Testergebnissen, indem Sie Zyklustests unter tatsächlichen Feldbedingungen durchführen.

Identifizierung der Anforderungen

Der erste und sehr kritische Schritt nahezu jeder technische Prozess ist die Ermittlung der Anwendungsanforderungen. Jedes Produkt kann eine einzigartige Reihe von Kriterien haben, die sich auf seine Leistung auswirken. Die Verwendung einer Checkliste hilft dabei, die Berücksichtigung von Parametern sicherzustellen, die ansonsten übersehen werden können.

Die wichtigsten Anwendungsinformationsdaten in einer Beispiel -Checkliste können enthalten:

• Last/Geschwindigkeit (dynamisch und statisch)
• Spannung: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Lastrichtung
• Hublänge
• Lebens-/Dienstzyklus
• Umwelt
• Schutz des Schlags: Kupplung? Limitschalter?
• Wie wird der Aktuator kontrolliert?
• Rückmeldung
• UL, CSA, CE
• Andere: Wenden Sie sich an Ihren Aktuatorantragsingenieur, um zusätzliche Konstruktionsüberlegungen zu erhalten.

Die Auswahl der korrekten Kugelschraubenbaugruppe für eine bestimmte Anwendung kann einen iterativen Verfahren erfordern, um die kleinste Hülle und die kostengünstigste Lösung zu bestimmen. Die Anforderungen an die Konstruktionslast, die lineare Geschwindigkeit und die Positionsgenauigkeit werden verwendet, um den Durchmesser-, Blei- und Ladungskapazität der geeigneten Kugelschraubenbaugruppe zu berechnen. Einzelne Kugelschraubenkomponenten können dann basierend auf Leben, dimensionalen Einschränkungen, Montagekonfiguration und Umgebungsbedingungen ausgewählt werden.

Ein guter Startplatz ist die Definition der Richtung und Größe der Last. Die Systemorientierung kann sehr wichtig sein. Bei einer horizontalen Ausrichtung entspricht die Antriebslast dem Nutzlastgewicht und dem Zeitpunkt des Reibungskoeffizienten. Bei einer vertikalen Ausrichtung entspricht die Antriebslast dem Gewicht. Ladungen, die auf linearen Lager und Leitfäden wirken, können vertikale Lasten, horizontale Lasten oder Pitch-, Roll- oder Giermomentlasten oder eine beliebige Kombination davon sein. Belastungen können auch in ihrer Größe und Richtung variieren.

Die resultierenden Lastvektoren bei jedem Lager müssen aus der ordnungsgemäßen Kombination der verschiedenen Triebvektoren festgelegt werden, denen das lineare Lagersystem ausgesetzt ist, da die Lebenserwartung nicht nur auf den Gesamtlastlastvektoren geschätzt werden kann. Die Last, der jedes lineare Lager ausgesetzt ist, wird als äquivalente Belastung für das gegebene Lager bezeichnet. Das System wird dann basierend auf der Größe des am stärksten beladenen Lagers dimensioniert. Weitere Informationen zu Berechnungsmethoden für eine äquivalente Belastung finden Sie in den Katalogen der linearen Lager- und Leitfadenlieferanten.

Beispielsweise soll eine Kugelschraubenbaugruppe axiale Lasten tragen und die Rotationsbewegung in axiale Bewegung übertragen. Die Fähigkeit der Kugelschraube, sich unter Drucklasten zu besiegen, wird als Säulenfestigkeit bezeichnet. Die Schraube trägt eine axiale Belastung, die in der Größe und der entgegengesetzten Last der Kugelmutter - seinem komplementären Teil - in Richtung der Last entspricht, und hängt mit den Entwurfsgeometrien mit dem Drehmoment des Antriebsmotors zusammen. Im Allgemeinen ist die Säulenstärke der Grenzkonstruktionsparameter, da sie für längere Längen viel niedriger sein kann als die tatsächliche Druckfestigkeit des Materials. Da das Verhältnis freier Länge zu Durchmesser eng mit dem Säulenbecher zusammenhängt, ist folgt, dass für einen bestimmten Durchmesser die axiale Belastungskapazität einer Kugelschraube von ihrer freien Länge abhängt.

Die Lebensdauer des linearen Bewegungssystems kann basierend auf seinem operativen Profil vorhergesagt werden. Einfach wie viele Stunden pro Tag, Tage pro Woche und Wochen pro Jahr wird die Ballschraube ausgeführt. Für komplexere Anwendungen oder mehr raffinierte Lebensvorhersage muss ein detailliertes, umfassendes Bewegungsprofil erstellt werden, das die Bewegungen auf grundsätzliche Segmente abbricht. Für jedes Segment des Bewegungsprofils würde Informationen über die Geschwindigkeit zu Beginn und am Ende des Segments, der Zeitdauer des Segments und des Drehmoments während des Segments erfordern.

Bestimmen Sie die Positionsgenauigkeit und Wiederholbarkeit Ihrer Anwendung. Zum Beispiel werden Inch -Kugelschrauben normalerweise in zwei Klassen erzeugt - Präzision und Präzision plus. Präzisionsklasse -Kugelschrauben würden in Anwendungen verwendet, die relativ grobbewegt oder solche, die lineares Feedback für die Position des Positionsortes verwenden. Präzisions plus Kugelschrauben werden verwendet, wenn eine wiederholbare Positionierung innerhalb von Mikrometern kritisch ist und kein lineares Feedback -Gerät verwendet wird. Während Präzisionsschrauben über die nützliche Länge der Schraube eine größere kumulative Variation aufweisen, begrenzt die Präzisionsklassenschrauben die Akkumulation des Bleifehlers und sorgt für eine genauere Positionierung über die gesamte nützliche Länge der Schraube.

Größen- und Auswahl

Diagramme, die von linearen Bewegungssystemen geliefert werden, können eine zeitsparende Abkürzung für die richtige Größen- und Auswahl der linearen Bewegungssysteme sein. Wir werden eine Drei-A-Achsen-Schweißanwendung als Beispiel verwenden, um zu demonstrieren, wie Kugelschrauben mit Katalogformeln ausgewählt und größen (Abbildung 2). Die Kugelschraube läuft die gesamte Länge der X-Achse und wird an beiden Enden durch Tragstützen getragen. Der Einfachheit halber definieren wir die Nussmontage als flanscht, das Material als Legierungsstahl, die Gewinderichtung als rechte und die Produktserie als Metrik. Die Systemorientierung in dieser Anwendung ist horizontal, wobei ein schrittgetriebenes Design und die Länge der X-Achse 6 Meter beträgt. Es wird feste Enden mit einer thermisch stabilen Flanschmenge verwendet.

Eine Ladung von 2.668,9 Newtons (600 lbs.) Wird von einem Wagen auf Profilschienen aufgetragen. Die Reiselänge beträgt 4,5 m (177,165 Zoll) und die nicht unterstützte Länge 5,818 Meter (229,055 Zoll). Die erforderliche Geschwindigkeit beträgt 0,1 Meter pro Sekunde (3,927 in/s), und eine Beschleunigung von ± 2,5 m/s2 (98,4 in/s2) ist erforderlich. Der Arbeitszyklus beträgt 8 Stunden pro Tag, 5 Tage pro Woche und 50 Wochen pro Jahr mit durchschnittlich 10 Zyklen pro Stunde. Die Lebensbedarf beträgt 20 Jahre für die Kugelschraube und 5 Jahre für Komponenten. Eine zusätzliche Anforderung ist, dass ein Schrittmotor aufgrund einer Präferenz der Abteilung für die Elektrotechnik verwendet wird.

Als nächstes wählen wir die linearen Lager für die X-Achse aus. Die Hauptanforderungen dieser Anwendung sind hohe Lastkapazität und hohe Steifheit. Die Anwendung hat eine relativ lange Reiselänge von 18 Fuß (18 Fuß); Die Verfügbarkeit von Schrauben mit 6-Meter-Längen beseitigt jedoch die Notwendigkeit eines Hinterns. Niedrige Wartung ist eine wichtige Anforderung für diese Anwendung. Das Ergebnis war die Auswahl der linearen Guides der Ballprofil -Schiene von 500 Serien.

Bei dieser Auswahl kann die Last an den Kugelschrauben berechnet werden. Basierend auf dieser Belastung wird die NEFF KGF-D-Kugelmutter als Ausgangspunkt ausgewählt. Diese Kugelmutter verfügt über einen integralen Flansch, einen integrierten Wischer und eine DIN 69051 -Montage. Die Kugelschraube hat eine Genauigkeit von ± 50 μm/300 mm Genauigkeit.

Als nächstes wird die Lebenserwartungsanforderung überprüft. Das Leben wird in der Regel bei L10 bewertet, was die Zeit darstellt, nach der 90% der Kugelschrauben noch durchgeführt werden. In dieser Anwendung beträgt die Lebenserwartung 1.035.752,6 Jahre. Der Grund, warum das Leben so hoch ist, ist, dass wir die Kugelschraube eher auf kritischer Geschwindigkeit als auf dem Leben ausgewählt haben.

Testen des vorgeschlagenen Designs

Sobald Sie Ihr Design basierend auf den Berechnungen ausgewählt haben, müssen Sie testen, um sicherzustellen, dass Ihre Räumlichkeiten korrekt sind. Die Tests sollen bestätigen, dass das, was vorgeschlagen wurde, tatsächlich geliefert wurde, und wenn dies nicht der Fall war, um alle erforderlichen Korrekturmaßnahmen zu steuern. Validierungstests sollten so konzipiert werden, dass Fragen wie:

• Erfüllt das fertige Produkt die Konstruktionsspezifikation?
• Ist die Leistung konsistent innerhalb experimenteller Grenzen mit den theoretischen Berechnungen und wenn nicht, wie sehr variiert sie und warum?
• Bietet das Produkt das erforderliche Zuverlässigkeitsniveau?
• Was sind die potenziellen Modi und Ausfallpunkte für das Produkt?
• Wie ist die aktuelle Lösung zu Alternativen verglichen?

Für große Systeme und Maschinen möchten Sie möglicherweise mit Komponententests beginnen, bevor Sie mit den Bench -Tests von Subassemblys und schließlich zum Testen der vollständigen Baugruppe übergehen. In jeder Testphase sollten die Testergebnisse überprüft und mit den theoretischen Berechnungen verglichen werden, um sicherzustellen, dass sich das Design auf dem richtigen Weg befindet, oder angemessene Verbesserungsmöglichkeiten zu berücksichtigen. Das Testen soll zeigen, was wir in unseren Berechnungen und Modellierung übersehen haben könnten.

Konfigurierte lineare Bewegungssysteme

Während des gesamten Prozesses ist es auch wichtig zu überlegen, ob es sinnvoller ist, ein konfiguriertes lineares Bewegungssystem zu kaufen, anstatt Ihre eigenen zu entwerfen und zusammenzubauen. In diesem Fall würden Sie die Anforderungen der Anwendung an einen linearen Bewegungsintegrator wie die Montagekonfiguration, die Positionierungsanforderungen, die Umgebungsbedingungen, die Belastungsbedingungen, die Umzugsanforderungen und alle besonderen Überlegungen vorlegen. Der Integrator nutzt dann normalerweise ein webbasiertes Größen- und Auswahlsystem, um ein benutzerdefiniertes lineares Bewegungssystem basierend auf Ihrer Eingabe zu entwerfen und zu konfigurieren. Der Integrator kann häufig ein Angebot und eine CAD -Datei des vorgeschlagenen Designs innerhalb von 24 Stunden nach Ihrer Anfrage bereitstellen. Die Kosten eines solchen Systems sind in den meisten Fällen geringer als die Kosten der einzelnen Komponenten.

Dieser Ansatz kann die technischen Zeit- und Montagekosten in der Regel um 90% oder mehr senken und häufig Einsparungen der Materialkosten von 20 bis 30% erzielen. Am wichtigsten ist, dass Ihre Ingenieure durch die Reduzierung der Zeit, die für die Gestaltung linearer Bewegungssysteme aufgewendet wird, weniger Zeit in einem Gebiet außerhalb ihrer Kernkompetenzen verbringen, und mehr Zeit, um sich auf das zu konzentrieren, was sie am besten können - Gesamtsystemintegration.

Zusammenfassend nutzen Sie alle nützlichen Ressourcen, um die Designzeit zu sparen. Übersehen Sie nicht die Fähigkeit von linearen Bewegungsanbietern, konfigurierte lineare Bewegungsbaugruppen bereitzustellen, mit denen Sie die Kosten für die Technik und die Montagekosten senken können. Bewerten Sie die Alternativen von Kaufkomponenten gegenüber Modulen gegenüber vollständigen Systemen in Bezug auf ihre Auswirkungen auf die Entwurfs- und Montagezeit. Verwenden Sie zu Ihrem Vorteil alle verfügbaren Design -Tools wie Diagramme, Formeln, Online -Auswahlsysteme und 3D -Modelle. Engagieren Sie schließlich den technischen Support, um ihre Produktkompetenz in Standard-, modifizierten Standard- und Speziallösungen zu nutzen. Stellen Sie sicher, dass der Anbieter über Konstruktionsüberprüfungs-/Test-/Analysedaten verfügt, um Ansprüche und Entwurfspositionen zu unterstützen. Dieser Ansatz kann die Entwurfszeit auf ein Minimum verkürzen und gleichzeitig sicherstellen, dass lineare Bewegungssysteme die Leistungs- und Haltbarkeitsanforderungen entsprechen.

Postzeit: März-28-2022

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