Réduire le temps de conception pour les systèmes de mouvement linéaire

Système de portique cartésien à 3 axes

Le temps de conception peut être réduit tout en garantissant la durabilité et les performances élevées.

Capturez autant de informations d'application pertinentes que possible au début pour éviter d'avoir à revenir en arrière et de répéter des parties, sinon l'ensemble du processus de conception. Soyez méfiant et préparé pour le changement de portée. Utilisez des calculs et des analyses théoriques pour déterminer les meilleures conceptions initiales, puis comparez-les avec les mesures de test des attributs de performance clés sur l'équipement réel. Confirmer les résultats des tests de banc en effectuant des tests de cycle dans des conditions de champ réelles.

Identifier les exigences

La première étape et très critique de presque tous les processus d'ingénierie consiste à identifier les exigences de l'application. Chaque produit peut avoir un ensemble unique de critères qui affecteront ses performances. L'utilisation d'une liste de contrôle aidera à garantir la prise en compte des paramètres qui pourraient autrement être négligés.

Les données d'informations d'application clés dans une liste de contrôle d'échantillon peuvent inclure:

• Charge / vitesse (dynamique et statique)
• Tension: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Direction de chargement
• Longueur de course
• Cycle de vie / service
• environnemental
• Protection de fin du temps: embrayage? Limiter les commutateurs?
• Comment l'actionneur sera-t-il contrôlé?
• Retour
• UL, CSA, CE
• Autre: consultez votre ingénieur d'application d'actionneur pour des considérations de conception supplémentaires.

La sélection de l'ensemble de vis à billes correct pour une application spécifique peut nécessiter un processus itératif pour déterminer la plus petite enveloppe et la solution la plus rentable. Les exigences de charge de conception, de vitesse linéaire et de précision de position sont utilisées pour calculer le diamètre, le plomb et la capacité de charge de l'ensemble de vis à billes approprié. Les composants de vis à billes individuels peuvent ensuite être sélectionnés en fonction de la durée de vie, des contraintes dimensionnelles, de la configuration de montage et des conditions environnementales.

Un bon point de départ est de définir la direction et l'ampleur de la charge. L'orientation du système peut être très importante. Avec une orientation horizontale, la charge d'entraînement est égale au poids de la charge utile, fois le coefficient de friction. Avec une orientation verticale, la charge d'entraînement est égale au poids. Les charges agissant sur des roulements et des guides linéaires peuvent être des charges verticales, des charges horizontales ou des charges de moment, rouleau, ou de lancement, ou toute combinaison de celle-ci. Les charges peuvent également varier dans leur ampleur et leur direction.

Les vecteurs de charge résultants à chaque roulement doivent être établis à partir de la combinaison appropriée des différents vecteurs de charge auxquels le système de roulement linéaire est soumis, car l'espérance de vie ne peut pas être estimée en fonction des vecteurs globaux de charge du système. La charge à laquelle chaque roulement linéaire est soumis est appelé la charge équivalente pour ce roulement donné. Le système est ensuite dimensionné en fonction du dimensionnement du roulement le plus chargé. Pour plus d'informations sur les méthodes de calcul pour une charge équivalente, reportez-vous aux catalogues de roulements linéaires et de guides.

Un ensemble de vis à billes, par exemple, est destiné à transporter des charges axiales, traduisant le mouvement de rotation en mouvement axial. La capacité de la vis à billes à résister au flambement sous des charges de compression est appelée sa résistance à la colonne. La vis transporte une charge axiale qui est effectivement égale en amplitude et opposée dans la direction à la charge transmise à l'écrou à billes - sa partie complémentaire - et est liée par les géométries de conception au couple du moteur de conduite. En général, la résistance à la colonne est le paramètre de conception limitant car pour des longueurs plus longues, elle peut être beaucoup plus faible que la résistance à la compression réelle du matériau. Étant donné que le rapport longueur / diamètre libre est intimement lié au tronçon de colonne, il s'ensuit que pour un diamètre donné, la capacité de charge axiale d'une vis à billes dépend de sa longueur libre.

La durée de vie du système de mouvement linéaire peut être prédite en fonction de son profil opérationnel; Simplement, combien d'heures par jour, des jours par semaine et des semaines par an, la vis à balle sera exécutée. Pour des applications plus complexes ou une prédiction de vie plus raffinée, il faut construire un profil de mouvement détaillé et complet en décomposant les mouvements de segments essentiellement droits. Chaque segment du profil de mouvement nécessiterait des informations quant à la vitesse au début et à la fin du segment, à la durée du segment et au couple pendant le segment.

Déterminez la précision de position et la répétabilité dont votre application a besoin. Par exemple, les vis à billes de pouce sont généralement produites en deux grades - précision et précision plus. Les vis de bille de qualité précis seraient utilisées dans les applications nécessitant un mouvement relativement grossier ou ceux utilisant un rétroaction linéaire pour l'emplacement de position. Les vis à billes de qualité plus de qualité seraient utilisées lorsque le positionnement reproductible dans les microns est critique et qu'aucun dispositif de rétroaction linéaire n'est utilisé. Alors que les vis de qualité de précision ont une plus grande variation cumulative sur la longueur utile de la vis, les vis de précision et les vis de qualité limitent l'accumulation d'erreur de plomb, offrant un positionnement plus précis sur toute la longueur utile de la vis.

Dimensionnement et sélection

Les graphiques fournis par les systèmes de mouvement linéaire peuvent être un raccourci de réduction du temps vers un dimensionnement et une sélection de systèmes de mouvement linéaires. Nous utiliserons une application de portique de soudage à trois axes à titre d'exemple pour montrer comment sélectionner et tailler les vis à billes à l'aide de formules de catalogue (figure 2). La vis à billes fonctionne sur toute la longueur de l'axe X et est prise en charge à chaque extrémité par des supports de port. Pour plus de simplicité, nous définirons le montage des écrous comme à bride, le matériau comme acier en alliage, la direction du fil comme main droite et la série de produits comme métrique. L'orientation du système dans cette application est horizontale, avec une conception à vis et la longueur de l'axe X étant de 6 mètres. Il utilisera les extrémités fixes avec une quantité de bride thermiquement stable.

Une charge de 2 668,9 newtons (600 lb) est appliquée par une conduite sur des rails de profil. La longueur de voyage est de 4,5 m (177,165 ″) et la longueur non soutenue est de 5,818 mètres (229.055 ″). La vitesse requise est de 0,1 mètre par seconde (3,927 po / sec), et une accélération de ± 2,5 m / s2 (98,4 po / s2) est nécessaire. Le cycle de service est de 8 heures par jour, 5 jours par semaine et 50 semaines par an avec une moyenne de 10 cycles par heure. La vie est de 20 ans pour la vis à billes et 5 ans pour les composants. Une exigence supplémentaire est qu'un moteur pas à pas soit utilisé en raison d'une préférence du service d'ingénierie électrique.

Ensuite, nous sélectionnons les roulements linéaires pour l'axe x. Les principales exigences de cette application sont une capacité de charge élevée et une rigidité élevée. L'application a une longueur de voyage relativement longue de 5,500 mètres (18 pieds); Cependant, la disponibilité des vis de 6 mètres de longueur élimine le besoin de jonction des fesses. La faible maintenance est une exigence importante de cette application. Le résultat a été la sélection de guides linéaires de rail de profil de balle 500 de la série 500.

Avec cette sélection faite, la charge sur les vis à billes peut être calculée. Sur la base de ce chargement, l'écrou à billes Neff KGF-D est sélectionné comme point de départ. Cet écrou à balle a une bride intégrale, un essuie-glace intégral et un montage DIN 69051. La vis à billes a une précision de ± 50 μm / 300 mm de précision.

Ensuite, l'exigence d'espérance de vie est vérifiée. La durée de vie est généralement évaluée à L10, ce qui représente le temps après quoi 90% des vis à billes se produiront toujours. Dans cette demande, l'espérance de vie est de 1 035 752,6 ans. La raison pour laquelle la vie est si élevée est que nous avons sélectionné la vis à billes en fonction de la vitesse critique plutôt que de la vie.

Tester la conception proposée

Une fois que vous avez sélectionné votre conception en fonction des calculs, vous devez tester pour vous assurer que vos locaux sont corrects. Les tests sont conçus pour valider que ce qui a été proposé a été réalisé et, si ce n'était pas le cas, pour guider les actions correctives qui peuvent être nécessaires. Les tests de validation doivent être conçus pour répondre à des questions telles que:

• Le produit fini répond-il à la spécification de conception?
• La performance est-elle cohérente, dans les limites expérimentales, avec les calculs théoriques, et sinon, par combien cela varie-t-il et pourquoi?
• Le produit fournit-il le niveau de fiabilité requis?
• Quels sont les modes potentiels et les points d'échec du produit?
• Comment la solution actuelle se compare-t-elle aux alternatives?

Pour les grands systèmes et les machines, vous souhaiterez peut-être commencer par des tests de composants avant de passer aux tests de banc des sous-assemblées, puis enfin à tester l'assemblage complet. À chaque phase des tests, les résultats des tests doivent être examinés et comparés aux calculs théoriques pour s'assurer que la conception est sur la bonne voie ou considérer des opportunités raisonnables d'amélioration. Les tests sont destinés à révéler ce que nous aurions pu manquer dans nos calculs et notre modélisation.

Systèmes de mouvement linéaire configurés

Il est également important, tout au long du processus, de déterminer s'il pourrait être plus logique d'acheter un système de mouvement linéaire configuré plutôt que de concevoir et d'assembler le vôtre. Dans ce cas, vous fournisseriez les exigences de l'application à un intégrateur de mouvement linéaire tel que la configuration de montage, les exigences de positionnement, les conditions environnementales, les conditions de chargement, les exigences de déplacement et toutes les considérations spéciales. L'intégrateur utiliserait ensuite généralement un système de dimensionnement et de sélection basé sur le Web pour concevoir et configurer un système de mouvement linéaire personnalisé en fonction de votre entrée. L'intégrateur peut souvent fournir un fichier de devis et de CAO de la conception proposée dans les 24 heures suivant votre demande. Le coût d'un tel système sera inférieur au coût des composants individuels, dans la plupart des cas.

Cette approche peut généralement réduire le temps d'ingénierie et le coût d'assemblage de 90% ou plus et peut souvent fournir une économie de coût de matériau de 20 à 30%. Plus important encore, en réduisant le temps consacré à la conception de systèmes de mouvement linéaire, vos ingénieurs passeront moins de temps à travailler dans une zone en dehors de leurs compétences de base et plus de temps à se concentrer sur ce qu'ils font le mieux - l'intégration globale du système.

En résumé, profitez de toutes les ressources utiles pour gagner du temps de conception. Ne négligez pas la capacité des fournisseurs de mouvement linéaire à fournir des assemblages de mouvement linéaire configurés qui peuvent vous aider à réduire les coûts d'ingénierie et d'assemblage. Évaluez les alternatives des composants d'achat par rapport aux modules, par rapport aux systèmes complets en termes d'impact sur la conception et le temps d'assemblage. Utilisez, à votre avantage, tous les outils de conception disponibles tels que les graphiques, les formules, les systèmes de sélection en ligne et les modèles 3D. Enfin, engagez le support technique pour tirer parti de leur expertise de produit dans les solutions standard, standard et spécialisée. Assurez-vous de confirmer que le fournisseur dispose de données de vérification / test / analyse / analyse pour soutenir les revendications de conception et les positions de conception. Cette approche peut réduire le temps de conception au minimum tout en garantissant que les systèmes de mouvement linéaire répondent aux exigences de performances et de durabilité.

Heure du poste: mars-28-2022

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