Ridurre i tempi di progettazione per i sistemi di movimento lineare

3 assi Sistema di cavalli cartesiani

Il tempo di progettazione può essere ridotto garantendo durante la durata e le prestazioni elevate.

Acquisisci il maggior numero possibile di informazioni pertinenti dell'applicazione all'inizio per evitare di dover tornare indietro e ripetere porzioni, se non l'intero processo di progettazione. Diventa diffidente e preparato per il cambiamento di portata. Utilizzare calcoli teorici e analisi per determinare i migliori progetti iniziali, quindi confrontarli con le misurazioni del test degli attributi delle prestazioni chiave sulle apparecchiature effettive. Conferma i risultati dei test del banco eseguendo i test di ciclo in condizioni di campo effettive.

Identificare i requisiti

Il primo e molto critico passo di quasi ogni processo di ingegneria è identificare i requisiti dell'applicazione. Ogni prodotto può avere un set unico di criteri che influenzerà le sue prestazioni. L'uso di una lista di controllo contribuirà a garantire la considerazione dei parametri che potrebbero altrimenti essere trascurati.

I dati delle informazioni sull'applicazione chiave in una lista di controllo di esempio possono includere:

• Carico/velocità (dinamico e statico)
• Tensione: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Direzione del carico
• Lunghezza della corsa
• Ciclo di vita/duty
• Ambientale
• Protezione di fine colpo: frizione? Interruttori di limite?
• Come sarà controllato l'attuatore?
• Feedback
• UL, CSA, CE
• Altro: consultare l'ingegnere delle applicazioni attuator per ulteriori considerazioni di progettazione.

La selezione del gruppo a vite a sfera corretto per un'applicazione specifica può richiedere un processo iterativo per determinare l'inviluppo più piccolo e la soluzione più costoso. Il carico di progettazione, la velocità lineare e i requisiti di accuratezza della posizione vengono utilizzati per calcolare il diametro, il piombo e la capacità di carico del gruppo a vite a sfera adatto. I componenti a vite a sfera individuali possono quindi essere selezionati in base alla vita, ai vincoli dimensionali, alla configurazione di montaggio e alle condizioni ambientali.

Un buon punto di partenza è definire la direzione e la grandezza del carico. L'orientamento del sistema può essere molto importante. Con un orientamento orizzontale, il carico di azionamento è uguale al peso del payload, time il coefficiente di attrito. Con un orientamento verticale, il carico di azionamento è uguale al peso. I carichi che agiscono su cuscinetti e guide lineari possono essere carichi verticali, carichi orizzontali o carichi di tono, rotolo o di imbardata o qualsiasi loro combinazione. I carichi possono anche variare nella loro grandezza e direzione.

I vettori di carico risultanti a ciascun cuscinetto devono essere stabiliti dalla corretta combinazione dei vari vettori di carico a cui è sottoposto il sistema di cuscinetti lineari, poiché l'aspettativa di vita non può essere stimata in base solo ai vettori di carico complessivi del sistema. Il carico a cui è soggetto ogni cuscinetto lineare è chiamato carico equivalente per quel cuscinetto dato. Il sistema viene quindi dimensionato in base al dimensionamento del cuscinetto più carico. Per ulteriori informazioni sui metodi di calcolo per un carico equivalente, consultare i cataloghi dei fornitori di cuscinetti lineari e guida.

Un gruppo a vite a sfera, ad esempio, è destinato a trasportare carichi assiali, traducendo il movimento rotazionale in movimento assiale. La capacità della vite a sfera di resistere alla deformazione sotto carichi di compressione è chiamata resistenza alla colonna. La vite trasporta un carico assiale che è effettivamente uguale in magnitudo e opposto in direzione al carico impartito al dado a sfera - la sua parte complementare - ed è correlata dalle geometrie di progettazione alla coppia del motore di guida. In generale, la resistenza della colonna è il parametro di progettazione limitante perché per lunghezze più lunghe, può essere molto inferiore alla resistenza di compressione effettiva del materiale. Poiché il rapporto di lunghezza / diametro libero è intimamente correlato al bucking della colonna, ne consegue che per un determinato diametro, la capacità di carico assiale di una vite a sfera dipende dalla sua lunghezza libera.

La vita del sistema di movimento lineare può essere prevista in base al suo profilo operativo; Semplicemente, quante ore al giorno, giorni alla settimana e settimane all'anno verrà eseguita la vite a sfera. Per applicazioni più complesse o previsione della vita più raffinata, è necessario costruire un profilo di movimento dettagliato e completo che abbatte i movimenti a segmenti sostanzialmente dritti. Ogni segmento del profilo di movimento richiederebbe informazioni sulla velocità all'inizio e alla fine del segmento, la durata del tempo del segmento e la coppia durante il segmento.

Determina l'accuratezza posizionale e la ripetibilità richieste dalla tua applicazione. Ad esempio, le viti a sfera di pollici sono generalmente prodotte in due gradi: precisione e precisione Plus. Le viti a sfera di grado di precisione verrebbero utilizzate in applicazioni che richiedono un movimento relativamente grossolana o quelle che utilizzano un feedback lineare per la posizione posizionale. Le viti a sfera di precisione più grado verrebbero utilizzate quando il posizionamento ripetibile all'interno dei micron è fondamentale e non viene utilizzato alcun dispositivo di feedback lineare. Mentre le viti di grado di precisione hanno una maggiore variazione cumulativa sulla lunghezza utile della vite, le viti di precisione di precisione limitano l'accumulo di errore di piombo, fornendo un posizionamento più preciso sull'intera lunghezza utile della vite.

Dimensionamento e selezione

I grafici forniti dai fornitori di sistemi di movimento lineare possono essere un collegamento per risparmiare tempo per il dimensionamento e la selezione corretti di sistemi di movimento lineari. Useremo un'applicazione di cavalletto per saldatura a tre assi come esempio per dimostrare come selezionare e dimensionare le viti a sfera usando le formule di catalogo (Figura 2). La vite a sfera scorre l'intera lunghezza dell'asse X ed è supportata su entrambe le estremità dai supporti del cuscinetto. Per semplicità, definiremo il montaggio del dado come flangiato, il materiale come acciaio in lega, la direzione del filo come destra e la serie di prodotti come metrica. L'orientamento del sistema in questa applicazione è orizzontale, con un design a vite e la lunghezza dell'asse X è di 6 metri. Utilizzerà estremità fisse con un importo della flangia termicamente stabile.

Un carico di 2.668,9 newton (600 libbre) viene applicato da una trasporto in trasporto su binari del profilo. La lunghezza di viaggio è di 4,5 m (177.165 ″) e la lunghezza non supportata è di 5,818 metri (229,055 ″). La velocità richiesta è di 0,1 metri al secondo (3,927 in/sec) ed è necessaria un'accelerazione di ± 2,5 m/s2 (98,4 in/s2). Il ciclo di lavoro è di 8 ore al giorno, 5 giorni alla settimana e 50 settimane all'anno con una media di 10 cicli all'ora. Il requisito della vita è di 20 anni per la vite a sfera e 5 anni per i componenti. Un requisito aggiuntivo è che un motore passo -passo deve essere utilizzato a causa della preferenza del dipartimento di ingegneria elettrica.

Successivamente, selezioniamo i cuscinetti lineari per l'asse X. I requisiti primari di questa applicazione sono elevata capacità di carico e elevata rigidità. L'applicazione ha una lunghezza di viaggio relativamente lunga di 5,500 metri (18 piedi); Tuttavia, la disponibilità di viti a lunghezza di 6 metri elimina la necessità di unire il calcio. La bassa manutenzione è un requisito importante di questa applicazione. Il risultato è stata la selezione di guide lineari della ferrovia del profilo a sfera della serie 500.

Con questa selezione effettuata, è possibile calcolare il carico sulle viti a sfera. Sulla base di questo caricamento, il dado a sfera Neff KGF-D viene selezionato come punto di partenza. Questo dado a sfera ha una flangia integrale, un tergicristallo integrale e un montaggio DIN 69051. La vite a sfera ha una precisione di ± 50 μm/300 mm di precisione.

Successivamente, il requisito di aspettativa di vita viene controllato. La vita è in genere classificata a L10, che rappresenta il tempo dopo il quale il 90% delle viti a sfera si esibirà ancora. In questa applicazione, l'aspettativa di vita è di 1.035.752,6 anni. Il motivo per cui la vita è così alta è che abbiamo selezionato la vite a sfera in base alla velocità critica piuttosto che alla vita.

Testare il design proposto

Dopo aver selezionato il tuo design in base ai calcoli, devi testare per assicurarti che i tuoi locali siano corretti. Il test è progettato per convalidare che ciò che è stato proposto è stato effettivamente consegnato e, in caso contrario, per guidare qualsiasi azione correttiva che potrebbe essere richiesta. I test di convalida dovrebbero essere progettati per rispondere a domande come:

• Il prodotto finito soddisfa le specifiche di progettazione?
• Le prestazioni sono coerenti, all'interno dei limiti sperimentali, con i calcoli teorici e, in caso contrario, di quanto varia e perché?
• Il prodotto fornisce il livello di affidabilità richiesto?
• Quali sono le potenziali modalità e i punti di fallimento per il prodotto?
• In che modo la soluzione corrente si confronta con le alternative?

Per sistemi e macchine di grandi dimensioni, potresti voler iniziare con i test dei componenti prima di passare al test da banco di sottoassemblies e infine al test del gruppo completo. Ad ogni fase dei test, i risultati del test dovrebbero essere rivisti e confrontati con i calcoli teorici per assicurarsi che il design sia sulla buona strada o considerare ragionevoli opportunità di miglioramento. Il test ha lo scopo di rivelare ciò che potremmo aver perso nei nostri calcoli e modellazione.

Sistemi di movimento lineare configurati

È anche importante, per tutto il processo, valutare se potrebbe avere più senso acquistare un sistema di movimento lineare configurato piuttosto che progettare e assemblare il proprio. In questo caso, si fornirebbero i requisiti dell'applicazione a un integratore di movimento lineare come la configurazione di montaggio, i requisiti di posizionamento, le condizioni ambientali, le condizioni di carico, i requisiti di mossa e le considerazioni speciali. L'integratore in genere utilizzava un sistema di dimensionamento e selezione basato sul Web per progettare e configurare un sistema di movimento lineare personalizzato in base all'ingresso. L'integratore può spesso fornire un preventivo e un file CAD del progetto proposto entro 24 ore dalla tua richiesta. Il costo di tale sistema sarà inferiore al costo dei singoli componenti, nella maggior parte dei casi.

Questo approccio può in genere ridurre i tempi di ingegneria e il costo dell'assemblaggio del 90% o più e spesso può fornire un risparmio nel costo del materiale dal 20 al 30%. Soprattutto, riducendo il tempo trascorso alla progettazione di sistemi di movimento lineare, i tuoi ingegneri trascorreranno meno tempo a lavorare in un'area al di fuori delle loro competenze chiave e più tempo a concentrarsi su ciò che fanno meglio: l'integrazione generale del sistema.

In sintesi, approfitta di tutte le risorse utili per risparmiare tempo di progettazione. Non trascurare la capacità dei fornitori di movimento lineare di fornire assemblaggi di movimento lineare configurati che possono aiutarti a ridurre i costi di ingegneria e di montaggio. Valuta le alternative dei componenti di acquisto rispetto ai moduli, rispetto ai sistemi completi in termini di impatto sul tempo di progettazione e assemblaggio. Utilizzare, a tuo vantaggio, tutti gli strumenti di progettazione disponibili come grafici, formule, sistemi di selezione online e modelli 3D. Infine, coinvolgere il supporto tecnico per sfruttare le loro competenze di prodotto in soluzioni standard, standard modificate e speciali. Assicurati di confermare che il fornitore ha dati di verifica/test/analisi per le posizioni di progettazione e posizioni di progettazione. Questo approccio può ridurre al minimo i tempi di progettazione garantendo al contempo che i sistemi di movimento lineari soddisfino i requisiti di prestazione e durata.

Tempo post: mar-28-2022

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