El mejor enfoque para especificar y dimensionar rieles lineales es definir primero los parámetros más críticos de la aplicación; limitar las opciones en función de estos requisitos; y luego aplicar variables críticas para hacer la selección final del riel lineal.

Primero lo básico:Los rieles guía lineales, guías y correderas son sistemas mecánicos compuestos por rieles y cojinetes que soportan y mueven cargas físicas a lo largo de una trayectoria lineal con un bajo coeficiente de fricción. Por lo general, se clasifican como elementos rodantes o bujes planos. Debido a que hay muchas formas y tamaños disponibles de varios fabricantes diseñados para satisfacer necesidades de ingeniería específicas, su aplicación única determina la lista de parámetros críticos que debe considerar, así como su orden de importancia.

Los tipos más comunes de guías y rodamientos incluyen rieles perfilados (cuadrados) con bloques de rodamientos de bolas de recirculación, guías para rodamientos de rodillos y rieles redondos con casquillos de bolas de recirculación o casquillos planos. Los rieles perfilados se adaptan a aplicaciones que requieren una rigidez y precisión excepcionales, como en cabezales de máquinas herramienta y movimientos de precisión de placas de circuitos. Los sistemas de rodamientos de rodillos están destinados a una gama más amplia de aplicaciones, como elevación y transferencia de piezas o aplicaciones de recogida y colocación.

Para seleccionar cuál de los rieles funciona mejor para una aplicación, primero analice las necesidades específicas del sistema. A continuación, comprenda los requisitos del cliente o las pautas del programa, que incluyen la cantidad de ejes, la repetibilidad, la tolerancia y la precisión necesarias para lograr el resultado final. Finalmente, considere la contaminación ambiental, como polvo, agua, fibras y otras sustancias.

Para cualquier sistema, el entorno operativo determina el tipo de rodamientos que deben seleccionarse. Por ejemplo, los entornos sucios pueden contaminar el conjunto e interferir con el funcionamiento adecuado de las trayectorias de recirculación de las bolas. La contaminación es más manejable en los sistemas de rodillos porque los elementos rodantes son generalmente más grandes. Los rodamientos planos son adecuados para aplicaciones en las que no se recomienda la lubricación por contacto superficial o no pueden exponerse al medio ambiente, como en ciertos laboratorios de investigación o instalaciones de fabricación de chips de silicio.

Después de seleccionar un sistema, reúna los parámetros para dimensionarlo adecuadamente. Para cada movimiento en un sistema de guía lineal, considere los siguientes parámetros: carrera, carga, velocidad, ciclo de trabajo, área de montaje y orientación de montaje.

Dimensionar el sistema de guía lineal.

La carga estática consiste en el peso del sillín, el soporte del nido, la carga útil y los cojinetes. Si 40,0 lb se centran horizontalmente hacia adelante/atrás y de izquierda a derecha en un juego típico de dos rieles y cuatro carros, cada uno de los bloques de rodamiento estaría cargado estáticamente a 10,0 lb.

Los toboganes vienen en dos tipos básicos: de silla y en voladizo. El deslizador de silla estándar de base horizontal utiliza una silla o bloque que se mueve entre dos bloques de extremos fijos. Con la corredera en voladizo, el cuerpo principal y el cilindro permanecen estáticos, mientras que la placa de herramientas se extiende y retrae. Existe una segunda aplicación en voladizo cuando se mueven cargas verticalmente. Con un carril y dos carros se pueden cargar ambos carros de rodamiento de la misma manera en dirección radial. Para dimensionar el rodamiento o el carro, la carga total para el deslizador con mayor tensión estática generalmente se establece como el peor de los casos.

Al dimensionar los rodamientos, organice el parámetro de carga y su distancia al centro de gravedad (CG) o centro de masa. La carga se refiere al peso o fuerza aplicada al sistema, que incluye tanto la carga estática como la dinámica. La carga estática comprende el peso del sillín, el soporte del nido, la carga útil y los cojinetes. La carga dinámica (o cinética) debe tener en cuenta las cargas aplicadas cuando interactúan con la silla cargada con el rodamiento. Normalmente, esta carga impondría un requisito de torsión en los rodamientos. El CG del sillín proporciona un valor de carga único a cierta distancia de los centros de los rodamientos.

Estos valores dinámicos, así como los valores de carga estática, se pueden organizar como radial (Corad), axial (Coax), torque alrededor del eje “X” (Mx), torque alrededor del eje “Y” (My) y torque alrededor del eje “Z”. eje (Mz). Luego, las variables se pueden utilizar en casi cualquier aplicación de dimensionamiento de rodamientos para seleccionar el tamaño de carro apropiado. Los valores de carga normalmente se presentan en lb o Newtons (N) estáticamente y en pulgadas-lb o Newton metros (Nm) para carga dinámica.

El centro de las cargas individuales está a una distancia relativa del centro del sistema de guías o centros de rodamientos, la masa total tiene una distancia CG a los rieles guía de 1,5 pulgadas (60 pulgadas-libras/40 libras). Los rodamientos tendrían que soportar una carga de torsión de 60 in-lb, especialmente cuando el sillín se acelera o desacelera rápidamente.

Velocidad:Es fundamental considerar la velocidad porque las cargas aplicadas afectan al sistema de manera diferente durante la aceleración y desaceleración versus el movimiento a una velocidad constante. La velocidad generalmente se proporciona en pulgadas/s o el equivalente métrico en m/s. Factores como el tipo de perfil de movimiento determinan la aceleración necesaria para alcanzar la velocidad o el tiempo de ciclo deseado. La carga acelera rápidamente en un perfil de movimiento trapezoidal y luego se mueve a una velocidad constante antes de disminuir la velocidad. Sin embargo, un perfil de movimiento triangular acelera y desacelera rápidamente. Es más, al calcular la velocidad de la aplicación, considere la velocidad máxima de movimiento, así como la aceleración y desaceleración necesarias para lograr el tiempo general de un movimiento.

Ciclo de trabajo:El parámetro del ciclo de trabajo debe considerar el movimiento total del sillín a lo largo de un ciclo completo, que suele ser dos veces la carrera más las operaciones inactivas en un período de tiempo deseado. La carrera de la aplicación es la longitud del movimiento total completo en una dirección a lo largo de una trayectoria lineal. Normalmente, el parámetro del ciclo de trabajo se organiza como el número de ciclos necesarios por minuto.

Área de montaje:El área de montaje del riel guía y los cojinetes del sillín ayuda a determinar la longitud total (OAL) y la separación de rieles del sistema de guía. En la mayoría de las aplicaciones, es mejor considerar la huella más amplia posible para que funcionen los rodamientos. A menos que utilice cojinetes lineales telescópicos, que actúan de manera similar a las guías simples de un cajón, el OAL del riel guía debe incluir la carrera del movimiento lineal así como la huella del cojinete.

El área de montaje también debe tener en cuenta el sustrato o el sistema de estructura para sujetar la guía. La huella de rodamiento es la distancia desde la parte delantera de un carro hasta la parte trasera del carro más alejado a lo largo de una guía lineal. Muchos ejes perfilados deben montarse en superficies completamente mecanizadas y rectificadas para cumplir adecuadamente con los requisitos de precisión del programa. Otros diseños se pueden aplicar directamente a marcos estructurales de aluminio o tubulares sin perder capacidad ni rigidez.

Orientación:La orientación de montaje de las vías es fundamental para configurar el parámetro de carga porque el sillín podría moverse horizontalmente, verticalmente, a lo largo de un soporte de pared o incluso en una posición invertida. Para obtener el mejor rendimiento, administre la carga de la aplicación con la parte más resistente del sistema de rodamientos. Por ejemplo, el deslizador con rodamiento de bolas radial debe orientarse para transportar la carga radialmente, no axialmente.

Ahora haga una selección de guía lineal.

Este es un ejemplo de una aplicación que contiene un entorno estándar ligeramente contaminado con polvo que requiere una repetibilidad media. Debido a estos dos factores, se selecciona un sistema de rodamientos de rodillos precargados que funcionan sobre pistas de acero endurecido. La velocidad es rápida y se puede lograr una vida útil más larga sin tener que forzar los niveles máximos de capacidad.

Generalmente, para 1 pulg. guía, los cojinetes planos no deben exceder las 20 pulgadas/s, los sistemas de bolas de recirculación 80 pulgadas y los rodillos alrededor de 200 pulgadas/s. Para lograr la carrera completa de 118 pulg. en 3 s, aceleraremos y desaceleraremos 6 pulg. en 0.5 s cada uno. Esto permitiría 106 pulgadas de carrera y 2 s para alcanzar el tiempo objetivo. Cada una de las guías debe tener al menos 162 pulgadas de largo, porque la carrera es de 118 pulgadas y la longitud del sillín es de 44 pulgadas en la dimensión que corre a lo largo de la guía. A veces es útil dejar una pulgada o dos adicionales en cada extremo de la carrera para interruptores de límite, amortiguadores o sensores.

Cada uno de los cojinetes estará cargado por igual a 100 lb, porque los cojinetes están montados en cada esquina del sillín y el centro de gravedad de la masa está centrado de adelante hacia atrás y de izquierda a derecha. Cada uno de los carros de rodamientos puede soportar 500 lb de carga radial máxima, por lo que aquí se calcula una vida útil adecuada porque los rodamientos se cargan dentro del rango del 20 al 50% de la capacidad total.