Der beste Ansatz zur Spezifikation und Dimensionierung von Linearschienen besteht darin, zunächst die kritischsten Parameter der Anwendung zu definieren; Schränken Sie die Auswahl anhand dieser Anforderungen ein. Anschließend wenden Sie kritische Variablen an, um die endgültige Auswahl der linearen Schiene zu treffen.

Zunächst die Grundlagen:Linearführungsschienen, Führungsbahnen und Schlitten sind mechanische Systeme, die aus Schienen und Lagern bestehen und physische Lasten entlang einer linearen Bahn mit niedrigem Reibungskoeffizienten tragen und bewegen. Sie werden üblicherweise als Wälzkörper- oder Planbuchsentypen klassifiziert. Da viele Formen und Größen von verschiedenen Herstellern erhältlich sind, die auf spezifische technische Anforderungen zugeschnitten sind, bestimmt Ihre individuelle Anwendung die Liste der kritischen Parameter, die Sie berücksichtigen sollten, sowie deren Wichtigkeitsreihenfolge.

Zu den gängigsten Führungs- und Lagerarten gehören Profilschienen (Quadratschienen) mit Kugelumlauflagerblöcken, Führungsschienen für Rollenlager sowie Rundschienen mit Kugelumlaufbuchsen oder Planbuchsen. Profilschienen eignen sich für Anwendungen, die eine außergewöhnliche Steifigkeit und Präzision erfordern, beispielsweise in Werkzeugmaschinenköpfen und bei Präzisionsbewegungen von Leiterplatten. Rollenlagersysteme sind für ein breiteres Anwendungsspektrum gedacht, beispielsweise zum Heben und Übertragen von Teilen oder für Pick-and-Place-Anwendungen.

Um auszuwählen, welche der Schienen für eine Anwendung am besten geeignet ist, analysieren Sie zunächst die spezifischen Anforderungen des Systems. Verstehen Sie als Nächstes die Anforderungen oder Programmrichtlinien des Kunden, einschließlich der Anzahl der Achsen, der Wiederholgenauigkeit, der Toleranz und der Genauigkeit, die zum Erreichen des Endergebnisses erforderlich sind. Berücksichtigen Sie abschließend Umweltverschmutzung wie Staub, Wasser, Fasern und andere Substanzen.

Für jedes System bestimmt die Betriebsumgebung die Art der Lager, die ausgewählt werden müssen. Beispielsweise können schmutzige Umgebungen die Baugruppe verunreinigen und die ordnungsgemäße Funktion der Kugelumlaufbahnen beeinträchtigen. Bei Rollensystemen ist die Verschmutzung besser beherrschbar, da die Wälzkörper in der Regel größer sind. Flugzeuglager eignen sich für Anwendungen, bei denen eine Schmierung mit Oberflächenkontakt nicht empfohlen wird oder nicht der Umwelt ausgesetzt werden kann, wie beispielsweise in bestimmten Forschungslabors oder Einrichtungen zur Herstellung von Siliziumchips.

Nachdem Sie ein System ausgewählt haben, stellen Sie die Parameter zusammen, um es richtig dimensionieren zu können. Berücksichtigen Sie für jede Bewegung in einem Linearführungssystem die folgenden Parameter: Hub, Last, Geschwindigkeit, Arbeitszyklus, Montagebereich und Montageausrichtung.

Dimensionieren Sie das Linearführungssystem

Die statische Belastung besteht aus dem Gewicht des Sattels, der Nesthalterung, der Nutzlast und der Lager. Wenn 40,0 lb in einem typischen Satz mit zwei Schienen und vier Schlitten horizontal vorn/hinten und von links nach rechts zentriert sind, würde jeder der Lagerblöcke statisch mit 10,0 lb belastet werden.

Schlitten gibt es in zwei Grundtypen: Sattelschlitten und Auslegerschlitten. Der standardmäßige Sattelschlitten mit horizontaler Basis verwendet einen Sattel oder Block, der sich zwischen zwei festen Endblöcken bewegt. Beim freitragenden Schlitten bleiben Hauptkörper und Zylinder statisch, während die Werkzeugplatte aus- und eingefahren wird. Eine zweite freitragende Anwendung besteht beim vertikalen Bewegen von Lasten. Mit einer Schiene und zwei Laufwagen können beide Lagerwagen in radialer Richtung gleichmäßig belastet werden. Für die Dimensionierung des Lagers bzw. Schlittens wird typischerweise die Gesamtlast für den statisch am stärksten beanspruchten Läufer als Worst-Case-Szenario angesetzt.

Berücksichtigen Sie bei der Dimensionierung der Lager den Lastparameter und seinen Abstand zum Schwerpunkt (CG) oder Masseschwerpunkt. Unter Last versteht man das auf das System ausgeübte Gewicht oder die Kraft, die sowohl die statische als auch die dynamische Belastung umfasst. Die statische Belastung umfasst das Gewicht von Sattel, Nesthalterung, Nutzlast und Lagern. Die dynamische (oder kinetische) Belastung muss die aufgebrachten Lasten berücksichtigen, wenn sie mit dem lagerbelasteten Sattel interagieren. Normalerweise würde diese Belastung eine Torsionsanforderung an die Lager stellen. Der Schwerpunkt des Sattels liefert einen einzelnen Belastungswert in einiger Entfernung von den Lagerzentren.

Diese dynamischen Werte sowie statischen Belastungswerte können dann als radial (Corad), axial (Coax), Drehmoment um die „X“-Achse (Mx), Drehmoment um die „Y“-Achse (My) und Drehmoment um „Z“ organisiert werden. Achse (Mz). Die Variablen können dann in fast jeder Lagerdimensionierungsanwendung verwendet werden, um die geeignete Größe des Schlittens auszuwählen. Belastungswerte werden normalerweise in lb oder Newton (N) statisch und in.-lb oder Newtonmeter (Nm) für dynamische Belastung angegeben.

Der Mittelpunkt der einzelnen Lasten liegt in einem relativen Abstand zum Mittelpunkt des Führungsschienensystems bzw. der Lagerzentren, die Gesamtmasse hat einen Schwerpunktabstand zu den Führungsschienen von 1,5 Zoll (60 Zoll-lb/40 lb). Die Lager müssten einer Drehmomentbelastung von 60 Nm standhalten, insbesondere wenn der Sattel schnell beschleunigt oder abgebremst wird.

Geschwindigkeit:Die Geschwindigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da aufgebrachte Lasten das System bei Beschleunigung und Verzögerung anders beeinflussen als bei einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit wird normalerweise in Zoll/s oder dem metrischen Äquivalent in m/s angegeben. Faktoren wie die Art des Bewegungsprofils bestimmen die Beschleunigung, die zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit oder Zykluszeit erforderlich ist. Die Last beschleunigt schnell in einem trapezförmigen Bewegungsprofil und bewegt sich dann mit konstanter Geschwindigkeit, bevor sie langsamer wird. Ein dreieckiges Bewegungsprofil hingegen beschleunigt und bremst schnell. Berücksichtigen Sie bei der Berechnung der Geschwindigkeit der Anwendung außerdem die maximale Bewegungsgeschwindigkeit sowie die Beschleunigung und Verzögerung, die erforderlich sind, um das Gesamttiming für eine Bewegung zu erreichen.

Arbeitszyklus:Der Arbeitszyklusparameter muss die volle Bewegung des Sattels über einen vollständigen Zyklus hinweg berücksichtigen, was in den meisten Fällen dem Doppelten des Hubs plus Leerlaufvorgängen in einer gewünschten Zeitspanne entspricht. Der Hub der Anwendung ist die Länge der vollständigen Gesamtbewegung in eine Richtung entlang einer linearen Bahn. Typischerweise ist der Arbeitszyklusparameter als die Anzahl der pro Minute erforderlichen Zyklen organisiert.

Montagebereich:Der Montagebereich für Führungsschiene und Sattellager hilft bei der Bestimmung der Gesamtlänge (OAL) und des Schienenabstands des Führungssystems. In den meisten Anwendungen ist es am besten, eine möglichst große Stellfläche für den Betrieb der Lager in Betracht zu ziehen. Sofern Sie keine Teleskop-Linearlager verwenden, die ähnlich wie einfache Schubladenführungen funktionieren, muss die OAL der Führungsschiene sowohl den Hub der Linearbewegung als auch die Lagerfläche umfassen.

Der Montagebereich muss auch den Untergrund oder das Rahmensystem zur Halterung der Führungsschiene berücksichtigen. Die Lagerfläche ist der Abstand von der Vorderseite eines Schlittens bis zur Rückseite des am weitesten entfernten Schlittens entlang einer Linearführung. Viele Profilwellen müssen auf vollständig bearbeiteten und geschliffenen Oberflächen montiert werden, um den Programmanforderungen an Präzision gerecht zu werden. Andere Designs können direkt auf strukturelle Aluminium- oder Rohrrahmen angewendet werden, ohne an Kapazität oder Steifigkeit zu verlieren.

Orientierung:Die Montageausrichtung der Schienen ist für die Einstellung der Belastungsparameter von entscheidender Bedeutung, da sich der Sattel horizontal, vertikal, entlang einer Wandhalterung oder sogar in einer umgekehrten Position bewegen kann. Um eine optimale Leistung zu erzielen, verwalten Sie die Belastung der Anwendung mit dem stärksten Teil des Lagersystems. Beispielsweise sollte der radial kugelgelagerte Läufer so ausgerichtet sein, dass er die Last radial und nicht axial trägt.

Treffen Sie nun eine Auswahl der Linearführung

Dies ist ein Beispiel für eine Anwendung mit einer normalen, leicht staubbelasteten Umgebung, die eine mittlere Wiederholgenauigkeit erfordert. Aufgrund dieser beiden Faktoren wird ein vorgespanntes Rollenlagersystem ausgewählt, das auf Laufbahnen aus gehärtetem Stahl läuft. Die Geschwindigkeit ist hoch und eine längere Lebensdauer kann erreicht werden, ohne dass die maximale Kapazität ausgeschöpft werden muss.

Im Allgemeinen für ein 1-Zoll. Führungsbahn, Gleitlager sollten 20 Zoll/s nicht überschreiten, Kugelumlaufsysteme 80 Zoll/s und Rollen etwa 200 Zoll/s. Um den vollen Hub von 118 Zoll in 3 s zu erreichen, beschleunigen und verlangsamen wir jeweils 6 Zoll in 0,5 s. Dies würde einen Hub von 106 Zoll und 2 Sekunden ermöglichen, um den Zielzeitpunkt zu erreichen. Jede der Führungsbahnen muss mindestens 162 Zoll lang sein, da der Hub 118 Zoll und die Sattellänge in der entlang der Führungsbahn verlaufenden Abmessung 44 Zoll beträgt. Manchmal ist es sinnvoll, an jedem Ende des Hubs ein oder zwei Zoll mehr Platz für Endschalter, Stoßdämpfer oder Sensoren zu lassen.

Jedes der Lager wird gleichermaßen mit 100 Pfund belastet, da die Lager an jeder Ecke des Sattels montiert sind und der Schwerpunkt der Masse von vorne nach hinten und von links nach rechts zentriert ist. Jeder der Lagerschlitten kann einer maximalen radialen Belastung von 500 Pfund standhalten, sodass hier eine angemessene Lebensdauer berechnet wird, da die Lager im Bereich von 20 bis 50 % der Gesamtkapazität belastet werden.