線形モーションシステムの設計時間の短縮

3軸デカルトガントリーシステム

耐久性と高性能を確保しながら、設計時間を短縮できます。

設計プロセス全体ではないにしても、戻って繰り返されないようにするために、最初に可能な限り多くの適切なアプリケーション情報をキャプチャします。警戒し、範囲の変更に備えてください。理論的な計算と分析を使用して、最適な初期設計を決定し、実際の機器の主要なパフォーマンス属性のテスト測定値と比較します。実際のフィールド条件下でサイクルテストを実行することにより、ベンチテストの結果を確認します。

要件を特定します

ほぼすべてのエンジニアリングプロセスの最初で非常に重要なステップは、アプリケーション要件を特定することです。各製品には、パフォーマンスに影響を与える一意の基準セットがあります。チェックリストを使用すると、見落とされがちなパラメーターの考慮を確保するのに役立ちます。

サンプルチェックリストの主要なアプリケーション情報データには、以下が含まれます。

•ロード/速度（動的および静的）
•電圧：12、24、36、48 VDC、110、220、VAC
•負荷の方向
•ストローク長
•ライフ/デューティサイクル
• 環境
•ストロークの終了保護：クラッチ？制限スイッチ？
•アクチュエータはどのように制御されますか？
• フィードバック
•UL、CSA、CE
•その他：追加の設計上の考慮事項については、アクチュエータアプリケーションエンジニアに相談してください。

特定のアプリケーション用の正しいボールスクリューアセンブリを選択するには、最小のエンベロープと最も費用対効果の高いソリューションを決定するために反復プロセスが必要です。設計荷重、線形速度、および位置精度要件を使用して、適切なボールスクリューアセンブリの直径、鉛、および負荷容量を計算します。その後、個々のボールスクリューコンポーネントは、寿命、寸法制約、取り付け構成、環境条件に基づいて選択できます。

開始するのに適した場所は、負荷の方向と大きさを定義することです。システムの向きは非常に重要です。水平方向の場合、ドライブ荷重はペイロード重量に等しく、摩擦係数は倍になります。垂直方向の場合、ドライブ荷重は重量に等しくなります。線形ベアリングとガイドに作用する荷重は、垂直荷重、水平荷重、ピッチ、ロール、またはヨーモーメントの負荷、またはその任意の組み合わせにすることができます。負荷の大きさと方向も異なる場合があります。

各ベアリングで得られる負荷ベクトルは、システム全体の負荷ベクトルのみに基づいて寿命を推定できないため、線形ベアリングシステムが被るさまざまな荷重ベクトルの適切な組み合わせから確立する必要があります。各線形ベアリングが受ける負荷は、与えられたベアリングの等価荷重と呼ばれます。システムは、最も重い負荷ベアリングのサイジングに基づいてサイズがあります。同等の負荷の計算方法の詳細については、線形ベアリングを参照し、サプライヤーのカタログをガイドしてください。

たとえば、ボールスクリューアセンブリは、軸方向の荷重を運ぶことを目的としており、回転運動を軸方向の動きに変換します。圧縮荷重下で座屈に抵抗するボールスクリューの能力は、そのカラム強度と呼ばれます。ネジは、ボールナットに与えられた荷重の方向（その補完的な部分）と反対の大きさが効果的に等しい軸荷重を持ち、設計ジオメトリによって駆動モーターのトルクに関連しています。一般に、列の強度は制限設計パラメーターです。これは、長さが長くなると、材料の実際の圧縮強度よりもはるかに低くなる可能性があるためです。自由な長さと直径の比率は列のバッキングに密接に関連しているため、特定の直径について、ボールスクリューの軸荷重容量はその自由長に依存します。

線形モーションシステムの寿命は、その動作プロファイルに基づいて予測できます。単純に、1日あたり数時間、週あたりの日、および年間の週ごとのボールネジが実行されます。より複雑なアプリケーションまたはより洗練された人生の予測のために、基本的にまっすぐなセグメントへの動きを分解する詳細で包括的なモーションプロファイルを構築する必要があります。モーションプロファイルの各セグメントでは、セグメントの開始時と終了時の速度、セグメントの期間、およびセグメント中のトルクに関する情報が必要です。

アプリケーションが必要とする位置の精度と再現性を決定します。たとえば、インチボールネジは通常、2つのグレードで生成されます。精度と精度プラスです。精密グレードのボールネジは、比較的粗い動きを必要とするアプリケーションまたは位置の位置に線形フィードバックを使用するアプリケーションで使用されます。 Microns内の再現可能な位置決めが重要であり、線形フィードバックデバイスが使用されない場合、精密プラスグレードのボールネジが使用されます。精密グレードのネジは、ネジの有用な長さにわたって累積的な変動を大きくしますが、精密プラスグレードのネジはリードエラーの蓄積を制限し、ネジの全体的な長さにわたってより正確な位置を提供します。

サイジングと選択

リニアモーションシステムのサプライヤーが提供するチャートは、適切なサイジングと線形モーションシステムの選択に対する時間を節約するショートカットになる可能性があります。例として、3軸溶接ガントリーアプリケーションを使用して、カタログ式を使用してボールネジを選択およびサイズする方法を示します（図2）。ボールスクリューは、X軸の全長を実行し、支持サポートによって両端でサポートされます。簡単にするために、ナットマウントをフランジング、合金鋼として、糸の方向を右側に、製品シリーズをメトリックとして定義します。このアプリケーションのシステム方向は水平であり、ネジ駆動型の設計とX軸の長さは6メートルです。熱安定フランジ量で固定端を使用します。

2,668.9のニュートン（600ポンド）の負荷は、プロファイルレールに乗っているキャリッジによって適用されます。移動長は4.5 m（177.165インチ）で、サポートされていない長さは5.818メートル（229.055インチ）です。必要な速度は毎秒0.1メートル（3.927インチ/秒）であり、±2.5 m/s2（98.4インチ/s2）の加速が必要です。デューティサイクルは、1日8時間、週5日、年間50週間で、平均10サイクルです。寿命の要件は、ボールスクリューで20年、コンポーネントで5年です。追加の要件は、電気工学部門の好みのためにステッパーモーターを使用することです。

次に、X軸の線形ベアリングを選択します。このアプリケーションの主な要件は、高い負荷容量と高い剛性です。アプリケーションの移動長は5.500メートル（18フィート）です。ただし、6メートルの長さのネジが可用性により、バット接合の必要性がなくなります。メンテナンスが低いことは、このアプリケーションの重要な要件です。その結果、500シリーズボールプロファイルレールリニアガイドの選択が行われました。

この選択を行うと、ボールネジの負荷を計算できます。この負荷に基づいて、ネフKGF-Dボールナットが出発点として選択されます。このボールナットには、積分フランジ、積分ワイパー、およびDIN 69051の取り付けがあります。ボールネジの精度は±50μm/300 mmの精度です。

次に、平均余命の要件がチェックされます。寿命は通常、L10で評価されます。これは、ボールネジの90％がまだ実行される時間を表しています。このアプリケーションでは、平均寿命は1,035,752.6年です。人生が非常に高い理由は、人生ではなく臨界速度に基づいてボールスクリューを選択したからです。

提案された設計のテスト

計算に基づいて設計を選択したら、施設が正しいことを確認するためにテストする必要があります。このテストは、提案されたものが実際に配信されたことを検証するように設計されており、そうでない場合は、必要な是正措置を導くためです。検証テストは、次のような質問に答えるように設計する必要があります。

•完成品は設計仕様を満たしていますか？
•パフォーマンスは、実験制限内で、理論的な計算で一貫性があり、そうでない場合は、どれだけ変化しますか？
•製品は、必要なレベルの信頼性を提供していますか？
•製品の潜在的なモードと故障ポイントは何ですか？
•現在のソリューションは、代替とどのように比較されますか？

大規模なシステムとマシンの場合、サブアセンブリのベンチテストを進めてから、最後に完全なアセンブリのテストに移行する前に、コンポーネントテストから始めたい場合があります。テストの各段階で、テスト結果をレビューし、理論計算と比較して、設計が正しい軌道に乗っていることを確認するか、改善の合理的な機会を考慮する必要があります。テストは、計算とモデリングで見逃したかもしれないものを明らかにすることを目的としています。

構成された線形モーションシステム

また、プロセスを通じて、自分のものを設計して組み立てるのではなく、構成された線形モーションシステムを購入する方が理にかなっているかどうかを検討することも重要です。この場合、取り付け構成、位置決め要件、環境条件、荷重条件、移動要件、特別な考慮事項など、アプリケーションの要件を線形モーションインテグレーターに提供します。インテグレーターは通常、Webベースのサイジングと選択システムを利用して、入力に基づいてカスタム線形モーションシステムを設計および構成します。インテグレーターは、多くの場合、リクエストから24時間以内に提案された設計の見積とCADファイルを提供できます。このようなシステムのコストは、ほとんどの場合、個々のコンポーネントのコストよりも低くなります。

このアプローチは通常、エンジニアリング時間とアセンブリコストを90％以上削減し、多くの場合、20〜30％の材料コストを節約できます。最も重要なことは、線形モーションシステムの設計に費やす時間を短縮することで、エンジニアはコアコンピテンシー以外のエリアでの仕事に費やす時間を減らし、最善の時間に焦点を当てた時間を増やします。システム全体統合です。

要約すると、すべての有用なリソースを利用して、設計時間を節約します。エンジニアリングとアセンブリのコストを削減するのに役立つ構成された線形モーションアセンブリを提供する線形モーションベンダーの能力を見落とさないでください。設計時間とアセンブリ時間への影響の観点から、購入コンポーネントとモジュールとモジュールの代替案を評価します。あなたの利益のために、チャート、フォーミュラ、オンライン選択システム、3Dモデルなどのすべての利用可能な設計ツールを使用します。最後に、技術サポートをエンゲージメントして、製品の専門知識を標準、修正された標準、および専門ソリューションに活用します。ベンダーが設計検証/テスト/分析データを持っていることを確認して、デザインのクレームと設計ポジションを背負ってください。このアプローチは、線形モーションシステムがパフォーマンスと耐久性の要件を満たすことを保証しながら、設計時間を最小限に抑えることができます。

投稿時間：Mar-28-2022

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