Reduzindo o tempo de design para sistemas de movimento linear

3 Axis Sistema de pórtico cartesiano

O tempo de design pode ser reduzido, garantindo durabilidade e alto desempenho.

Capture o máximo possível das informações pertinentes do aplicativo no começo para evitar voltar e repetir porções, se não todo o processo de design. Seja cauteloso e preparado para a mudança de escopo. Use cálculos e análises teóricas para determinar os melhores projetos iniciais e compará -los com as medições de teste dos principais atributos de desempenho no equipamento real. Confirme os resultados dos testes de bancada realizando testes de ciclo em condições reais de campo.

Identificar os requisitos

A primeira e muito crítica etapa de quase todo processo de engenharia é identificar os requisitos de aplicativo. Cada produto pode ter um conjunto único de critérios que afetarão seu desempenho. O uso de uma lista de verificação ajudará a garantir a consideração de parâmetros que, de outra forma, poderiam ser negligenciados.

Os principais dados de informações do aplicativo em uma lista de verificação de amostra podem incluir:

• Carga/velocidade (dinâmica e estática)
• Tensão: 12, 24, 36, 48 VCC, 110, 220, VAC
• Direção de carga
• Comprimento do golpe
• Ciclo de vida/serviço
• Ambiental
• Proteção do fim do golpe: embreagem? Interruptores limitados?
• Como o atuador será controlado?
• Opinião
• Ul, CSA, CE
• Outros: consulte o engenheiro de aplicativos do atuador para obter considerações adicionais de projeto.

A seleção do conjunto de parafuso de bola correto para um aplicativo específico pode exigir um processo iterativo para determinar o menor envelope e a solução mais alta eficaz. A carga de projeto, a velocidade linear e os requisitos de precisão posicional são usados para calcular o diâmetro, o chumbo e a capacidade de carga do conjunto de parafuso de bola adequado. Os componentes individuais dos parafusos podem ser selecionados com base na vida, restrições dimensionais, configuração de montagem e condições ambientais.

Um bom lugar para começar é definir a direção e a magnitude da carga. A orientação do sistema pode ser muito importante. Com uma orientação horizontal, a carga de acionamento é igual ao peso da carga útil, vezes o coeficiente de atrito. Com uma orientação vertical, a carga de acionamento é igual ao peso. As cargas que atuam em rolamentos e guias lineares podem ser cargas verticais, cargas horizontais ou cargas de momento, rolagem ou guinada de guinada ou qualquer combinação da mesma. As cargas também podem variar em sua magnitude e direção.

Os vetores de carga resultante em cada rolamento devem ser estabelecidos a partir da combinação adequada dos vários vetores de carga aos quais o sistema de rolamentos linear está submetido, pois a expectativa de vida não pode ser estimada com base apenas nos vetores gerais de carga do sistema. A carga a que cada rolamento linear é submetido é chamado de carga equivalente para o rolamento fornecido. O sistema é então dimensionado com base no dimensionamento do rolamento mais carregado. Para obter mais informações sobre métodos de computação para uma carga equivalente, consulte os catálogos de rolamentos lineares e guia os fornecedores.

Um conjunto de parafuso de bola, por exemplo, destina -se a transportar cargas axiais, traduzindo o movimento de rotação em movimento axial. A capacidade do parafuso da bola de resistir à flambagem sob cargas compressivas é chamada de força da coluna. O parafuso carrega uma carga axial que é efetivamente igual em magnitude e oposta em direção à carga transmitida à porca da esfera - sua parte complementar - e é relacionada pelas geometrias do projeto ao torque do motor de acionamento. Em geral, a resistência da coluna é o parâmetro de design limitante, porque, para comprimentos mais longos, pode ser muito menor que a resistência à compressão real do material. Como a proporção de comprimento e diâmetro livre está intimamente relacionada à coluna, segue-se que, para um determinado diâmetro, a capacidade de carga axial de um parafuso de bola depende do seu comprimento livre.

A vida do sistema de movimento linear pode ser prevista com base em seu perfil operacional; Simplesmente, quantas horas por dia, dias por semana e semanas por ano o parafuso de bola será executado. Para aplicações mais complexas ou previsão de vida mais refinada, é preciso criar um perfil de movimento detalhado e abrangente, quebrando os movimentos para segmentos basicamente retos. Cada segmento do perfil de movimento exigiria informações sobre a velocidade no início e o final do segmento, a duração do segmento e o torque durante o segmento.

Determine a precisão e repetibilidade posicional que seu aplicativo exige. Por exemplo, os parafusos de bola de polegada são normalmente produzidos em dois graus - precisão e precisão Plus. Os parafusos de bola de grau de precisão seriam usados em aplicações que requerem movimento relativamente grosseiro ou aqueles que utilizam feedback linear para localização posicional. Os parafusos de bola de precisão mais grau seriam usados quando o posicionamento repetível no microns é crítico e nenhum dispositivo de feedback linear é usado. Embora os parafusos de grau de precisão tenham maior variação cumulativa sobre o comprimento útil do parafuso, os parafusos de precisão e os parafusos de grau limitam o acúmulo de erro de chumbo, fornecendo posicionamento mais preciso sobre todo o comprimento útil do parafuso.

Dimensionamento e seleção

Os gráficos fornecidos por fornecedores de sistemas de movimento linear podem ser um atalho de economia de tempo para o dimensionamento e a seleção adequados dos sistemas de movimento linear. Usaremos um aplicativo de pórtico de soldagem de três eixos como exemplo para demonstrar como selecionar e tamanho parafusos de bola usando fórmulas de catálogo (Figura 2). O parafuso da bola funciona com todo o comprimento do eixo x e é suportado em ambos os extremidades por suportes de rolamentos. Por simplicidade, definiremos a montagem da porca como flangeada, o material como aço da liga, a direção da linha como à direita e a série de produtos como métrica. A orientação do sistema nesta aplicação é horizontal, com um design acionado por parafuso e o comprimento do eixo x sendo 6 metros. Ele usará extremidades fixas com uma quantidade de flange termicamente estável.

Uma carga de 2.668,9 Newtons (600 libras) é aplicada por um carro de carro nos trilhos do perfil. O comprimento da viagem é de 4,5 m (177,165 ″) e o comprimento não suportado é de 5,818 metros (229,055 ″). A velocidade necessária é de 0,1 metros por segundo (3,927 pol/s) e é necessária uma aceleração de ± 2,5 m/s2 (98,4 pol/s2). O ciclo de serviço é de 8 horas por dia, 5 dias por semana e 50 semanas por ano, com uma média de 10 ciclos por hora. O requisito de vida é de 20 anos para o parafuso da bola e 5 anos para componentes. Um requisito adicional é que um motor de passo seja usado devido à preferência do departamento de engenharia elétrica.

Em seguida, selecionamos os rolamentos lineares para o eixo x. Os requisitos principais deste aplicativo são alta capacidade de carga e alta rigidez. O aplicativo tem um comprimento de viagem relativamente longo de 5,500 metros (18 pés); No entanto, a disponibilidade de parafusos de 6 metros de comprimento elimina a necessidade de união de bunda. A baixa manutenção é um requisito importante deste aplicativo. O resultado foi a seleção de guias lineares do perfil de bola 500 da série.

Com essa seleção feita, a carga nos parafusos da bola pode ser calculada. Com base nessa carga, a porca da bola Neff KGF-D é selecionada como o ponto de partida. Esta porca de bola tem um flange integral, limpador integral e uma montagem DIN 69051. O parafuso da bola tem precisão de ± 50 μm/300 mm de precisão.

Em seguida, o requisito de expectativa de vida é verificado. A vida é normalmente classificada em L10, o que representa o tempo, após o qual 90% dos parafusos de bola ainda funcionam. Nesta aplicação, a expectativa de vida é de 1.035.752,6 anos. A razão pela qual a vida é tão alta é que selecionamos o parafuso da bola com base na velocidade crítica e não na vida.

Testando o design proposto

Depois de selecionar seu design com base nos cálculos, você precisa testar para garantir que suas instalações estejam corretas. O teste foi projetado para validar que o que foi proposto foi realmente entregue e, se não fosse o caso, para orientar quaisquer ações corretivas que possam ser necessárias. O teste de validação deve ser projetado para responder a perguntas como:

• O produto acabado atende à especificação de design?
• O desempenho é consistente, dentro dos limites experimentais, com os cálculos teóricos, e se não, por quanto ele varia e por quê?
• O produto fornece o nível necessário de confiabilidade?
• Quais são os modos e pontos de falha potenciais para o produto?
• Como a solução atual se compara às alternativas?

Para grandes sistemas e máquinas, você pode começar com o teste de componentes antes de passar para o teste de referência de subconjuntos e, finalmente, para o teste da montagem completa. Em cada fase do teste, os resultados dos testes devem ser revisados e comparados aos cálculos teóricos para garantir que o design esteja no caminho certo ou considere oportunidades razoáveis de melhoria. O teste pretende revelar o que podemos ter perdido em nossos cálculos e modelagem.

Sistemas de movimento linear configurados

Também é importante, durante todo o processo, considerar se pode fazer mais sentido comprar um sistema de movimento linear configurado, em vez de projetar e montar o seu. Nesse caso, você forneceria os requisitos do aplicativo a um integrador de movimento linear, como configuração de montagem, requisitos de posicionamento, condições ambientais, condições de carregamento, requisitos de movimentação e quaisquer considerações especiais. O integrador normalmente utilizava um sistema de dimensionamento e seleção baseado na Web para projetar e configurar um sistema de movimento linear personalizado com base na sua entrada. O integrador geralmente pode fornecer um arquivo de cotação e CAD do design proposto dentro de 24 horas após a sua solicitação. O custo desse sistema será menor que o custo dos componentes individuais, na maioria dos casos.

Essa abordagem normalmente pode reduzir o custo e o custo da montagem de engenharia em 90% ou mais e geralmente pode fornecer uma economia no custo material de 20 a 30%. Mais importante, reduzindo o tempo gasto no design de sistemas de movimento linear, seus engenheiros passarão menos tempo trabalhando em uma área fora de suas competências essenciais e mais tempo se concentrando no que fazem melhor - a integração geral do sistema.

Em resumo, aproveite todos os recursos úteis para economizar tempo de design. Não negligencie a capacidade dos fornecedores de movimento linear de fornecer conjuntos de movimento linear configurados que podem ajudá -lo a reduzir os custos de engenharia e montagem. Avalie as alternativas dos componentes de compra versus módulos, versus sistemas completos em termos de impacto no tempo de design e montagem. Use, a sua vantagem, todas as ferramentas de design disponíveis, como gráficos, fórmulas, sistemas de seleção on -line e modelos 3D. Por fim, envolva o suporte técnico para alavancar sua experiência em produtos em soluções padrão, modificadas padrão e especializadas. Certifique -se de confirmar que o fornecedor possui dados de verificação/teste/análise de projeto para reivindicações de design e posições de design. Essa abordagem pode reduzir o tempo de design ao mínimo, garantindo que os sistemas de movimento linear atendam aos requisitos de desempenho e durabilidade.

Hora de postagem: mar-28-2022

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