La meilleure approche pour spécifier et dimensionner les rails linéaires consiste à définir d'abord les paramètres les plus critiques de l'application ; restreindre les choix en fonction de ces exigences ; puis appliquez des variables critiques pour effectuer la sélection finale du rail linéaire.

Tout d'abord les bases :Les rails de guidage linéaires, les guidages et les glissières sont des systèmes mécaniques composés de rails et de roulements qui supportent et déplacent des charges physiques le long d'une trajectoire linéaire avec un faible coefficient de frottement. Ils sont généralement classés en types d’éléments roulants ou de bagues planes. Étant donné que de nombreuses formes et tailles sont disponibles auprès de divers fabricants et conçues pour satisfaire des besoins d'ingénierie spécifiques, votre application unique détermine la liste des paramètres critiques que vous devez prendre en compte ainsi que leur ordre d'importance.

Les types de guidages et de roulements les plus courants comprennent les rails profilés (carrés) avec des blocs de roulement à recirculation de billes, les guidages pour roulements à rouleaux et les rails ronds avec des bagues à recirculation de billes ou des bagues planes. Les rails profilés conviennent aux applications qui nécessitent une rigidité et une précision exceptionnelles, comme dans les têtes de machines-outils et les mouvements de précision des circuits imprimés. Les systèmes de roulements à rouleaux sont destinés à une gamme plus large d'applications telles que le levage et le transfert de pièces, ou les applications de prélèvement et de placement.

Pour sélectionner lequel des rails fonctionne le mieux pour une application, commencez par analyser les besoins spécifiques du système. Ensuite, comprenez les exigences du client ou les directives du programme, qui incluent le nombre d'axes, la répétabilité, la tolérance et la précision requises pour atteindre le résultat final. Enfin, pensez à la contamination environnementale, telle que la poussière, l’eau, les fibres et d’autres substances.

Pour tout système, l'environnement d'exploitation détermine le type de roulements à sélectionner. Par exemple, des environnements sales peuvent contaminer l’ensemble et interférer avec le bon fonctionnement des chemins de recirculation des billes. La contamination est plus gérable dans les systèmes à rouleaux car les éléments roulants sont généralement plus grands. Les roulements plans conviennent aux applications où la lubrification par contact de surface n'est pas recommandée ou ne peut pas être exposée à l'environnement, comme dans certains laboratoires de recherche ou installations de fabrication de puces de silicium.

Après avoir sélectionné un système, assemblez les paramètres pour bien le dimensionner. Pour chaque mouvement dans un système de guidage linéaire, tenez compte des paramètres suivants : course, charge, vitesse, rapport cyclique, zone de montage et orientation de montage.

Dimensionner le système de guidage linéaire

La charge statique comprend le poids de la selle, du support de nidification, de la charge utile et des roulements. Si 40,0 lb sont centrés horizontalement d'avant en arrière et de gauche à droite dans un ensemble typique à double rail et quatre chariots, chacun des blocs de roulement serait chargé statiquement à 10,0 lb.

Les toboggans sont disponibles en deux types de base : à selle et en porte-à-faux. La glissière à selle standard à base horizontale utilise une selle ou un bloc qui se déplace entre deux blocs d'extrémité fixes. Avec la glissière en porte-à-faux, le corps principal et le cylindre restent statiques, tandis que la plaque à outils s'étend et se rétracte. Une deuxième application en porte-à-faux existe lors du déplacement de charges verticalement. Avec un rail et deux chariots, les deux chariots porteurs peuvent être chargés de la même manière dans une direction radiale. Pour dimensionner le roulement ou le chariot, la charge totale pour le curseur le plus sollicité statiquement est généralement définie comme le pire des cas.

Lors du dimensionnement des roulements, organisez le paramètre de charge et sa distance au centre de gravité (CG) ou centre de masse. La charge fait référence au poids ou à la force appliquée au système, qui inclut à la fois la charge statique et dynamique. La charge statique comprend le poids de la selle, du support de nidification, de la charge utile et des roulements. La charge dynamique (ou cinétique) doit tenir compte des charges appliquées lorsqu'elles interagissent avec la selle chargée de roulements. Normalement, cette charge imposerait une exigence de torsion aux roulements. Le CG de la selle fournit une valeur de charge unique à une certaine distance des centres des roulements.

Ces valeurs dynamiques ainsi que les valeurs de chargement statique peuvent ensuite être organisées en radial (Corad), axial (Coax), couple autour de l'axe « X » (Mx), couple autour de l'axe « Y » (My) et couple autour de « Z ». axe (Mz). Les variables peuvent ensuite être utilisées dans la plupart des applications de dimensionnement de roulements pour sélectionner la taille de chariot appropriée. Les valeurs de chargement sont normalement présentées en lb ou en Newtons (N) de manière statique et en po-lb ou en Newton mètres (Nm) pour le chargement dynamique.

Le centre des charges individuelles est à une distance relative du centre du système de guidage ou des centres des roulements, la masse totale a une distance CG par rapport aux rails de guidage de 1,5 po (60 po-lb/40 lb). Les roulements devraient gérer une charge de couple de 60 po-lb, d'autant plus que la selle accélère ou décélère rapidement.

Vitesse:La vitesse est un élément essentiel à prendre en compte, car les charges appliquées affectent le système différemment lors de l'accélération et de la décélération par rapport au mouvement à vitesse constante. La vitesse est généralement fournie en po/s ou en équivalent métrique en m/s. Des facteurs tels que le type de profil de déplacement déterminent l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse ou le temps de cycle souhaité. La charge accélère rapidement selon un profil de déplacement trapézoïdal, puis se déplace à vitesse constante avant de ralentir. Cependant, un profil de déplacement triangulaire accélère et décélère rapidement. De plus, lors du calcul de la vitesse de l'application, tenez compte de la vitesse de mouvement maximale, ainsi que de l'accélération et de la décélération nécessaires pour obtenir le timing global d'un mouvement.

Cycle de service :Le paramètre de cycle de service doit prendre en compte le mouvement complet de la selle tout au long d'un cycle complet, qui correspond le plus souvent à deux fois la course plus les opérations à vide dans une durée souhaitée. La course de l'application est la longueur d'un mouvement global complet dans une direction le long d'une trajectoire linéaire. Généralement, le paramètre de cycle de service est organisé en nombre de cycles requis par minute.

Zone de montage :La zone de montage du rail de guidage et des roulements de selle permet de déterminer la longueur totale (OAL) et la séparation des rails du système de guidage. Dans la plupart des applications, il est préférable d’envisager l’empreinte la plus large possible pour le fonctionnement des roulements. À moins que vous n'utilisiez des roulements linéaires télescopiques, qui agissent d'une manière similaire aux simples glissières de tiroir, l'OAL du rail de guidage doit inclure la course du mouvement linéaire ainsi que l'empreinte du roulement.

La zone de montage doit également prendre en compte le substrat ou le système de charpente pour maintenir le rail de guidage. L'empreinte du roulement est la distance entre l'avant d'un chariot et l'arrière du chariot le plus éloigné le long d'un guidage linéaire. De nombreux arbres profilés doivent être montés sur des surfaces entièrement usinées et rectifiées pour répondre correctement aux exigences de précision du programme. D’autres conceptions peuvent être appliquées directement à une charpente structurelle en aluminium ou tubulaire sans perdre en capacité ou en rigidité.

Orientation:L'orientation de montage des voies est essentielle pour configurer le paramètre de chargement car la selle peut se déplacer horizontalement, verticalement, le long d'un support mural ou même dans une position inversée. Pour de meilleures performances, gérez la charge de l'application avec la partie la plus solide du système de roulements. Par exemple, le curseur à roulement à billes radial doit être orienté pour supporter la charge radialement et non axialement.

Faites maintenant une sélection de guide linéaire

Il s'agit d'un exemple d'application contenant un environnement standard légèrement contaminé par de la poussière qui nécessite une répétabilité moyenne. En raison de ces deux facteurs, un système de roulements à rouleaux préchargés fonctionnant sur des chemins de roulement en acier trempé est sélectionné. La vitesse est rapide et une durée de vie plus longue peut être obtenue sans avoir à pousser les niveaux de capacité maximum.

Généralement, pour un 1-in. rail de guidage, les roulements plans ne doivent pas dépasser 20 pouces/s, les systèmes de recirculation de billes 80 pouces et les rouleaux environ 200 pouces/s. Pour atteindre la course complète de 118 pouces en 3 s, nous allons accélérer et décélérer de 6 pouces en 0,5 s chacun. Cela permettrait 106 pouces de course et 2 s pour atteindre le timing cible. Chacun des guides doit mesurer au moins 162 pouces de long, car la course est de 118 pouces et la longueur de la selle est de 44 pouces dans la dimension longeant le guide. Parfois, il est utile de prévoir un ou deux pouces supplémentaires à chaque extrémité de la course pour les fins de course, les amortisseurs ou les capteurs.

Chacun des roulements sera chargé de manière égale à 100 lb, car les roulements sont montés à chaque coin de la selle et le centre de gravité de la masse est centré d'avant en arrière et de gauche à droite. Chacun des chariots de roulements peut supporter une charge radiale maximale de 500 lb. Une durée de vie adéquate est donc calculée ici car les roulements sont chargés dans une plage de 20 à 50 % de leur capacité totale.