В этой статье будут объяснены основы проектирования линейной системы, включая систему несущей конструкции, технологию наведения, технологию привода, а также уплотнения, смазку и аксессуары. Сначала будут обсуждаться плюсы и минусы различных технологий, таких как приводы ходового винта, шариковинтовые передачи, ременные передачи, шариковые направляющие, направляющие скольжения и направляющие колеса. Затем в статье будут рассмотрены преимущества и недостатки проектирования и построения собственной линейной системы по сравнению с конфигурацией системы из стандартных строительных блоков. Наконец, в статье будет описан пошаговый веб-процесс определения размеров и выбора линейной системы на основе экономичных стандартных компонентов.

Строительными блоками линейной системы являются система несущей конструкции, система привода, система направляющих, уплотнения, смазка и аксессуары. Основным компонентом системы структурной поддержки обычно является алюминиевый профиль длиной до 12 метров. Монтажная поверхность основания может быть обработана для применений, требующих точного позиционирования. Базовые профили для транспортных средств с меньшей точностью обычно не обрабатываются. Основания, используемые в транспортных приложениях, оптимизированы для устойчивости к изгибу под нагрузкой и деформации в процессе экструзии, что позволяет поддерживать систему только на концах.

Основными типами направляющих являются шариковые направляющие, колесные направляющие и направляющие скольжения или призмы. Шариковые направляющие выдерживают высокие полезные нагрузки до 38 000 Ньютонов (Н) и высокие моментные нагрузки до 27,60 Ньютон-метров (Нм). Другие преимущества шариковых направляющих включают низкое трение и высокую жесткость. Шариковые направляющие доступны в конфигурации с одной или двумя направляющими. К недостаткам шариковых направляющих можно отнести относительно высокую стоимость и высокий уровень шума. Ключевым преимуществом колесных направляющих является их способность работать на исключительно высоких скоростях, до 10 метров в секунду (м/с). Направляющие колес также обеспечивают низкое трение и очень высокую жесткость. С другой стороны, направляющие колес имеют относительно низкую устойчивость к ударным нагрузкам. В направляющих скольжения используются полимерные втулки призматической формы, движущиеся непосредственно по поверхности профиля, что обеспечивает очень тихую работу и выдерживает высокие ударные нагрузки. Ключевым преимуществом направляющих является их способность работать в загрязненных средах. Направляющие скольжения имеют меньшую скорость и грузоподъемность, чем шариковые или колесные направляющие.

Наиболее популярными технологиями привода являются шарико-винтовые передачи, ходовые винты и ременные передачи. ШВП состоит из шарикового винта и шариковой гайки с шарикоподшипниками с рециркуляцией. Отшлифованные и предварительно нагруженные ШВП обеспечивают исключительно высокую точность позиционирования. Нагрузка на ШВП распределяется по большому количеству шарикоподшипников, так что каждый шарик подвергается относительно небольшой нагрузке. Результатом является высокая абсолютная точность до 0,005 мм, высокая осевая нагрузка до 40 кН и высокая жесткость. Абсолютная точность определяется как максимальная ошибка между ожидаемым и фактическим положением. Шарико-винтовые передачи обычно обеспечивают механический КПД 90%, поэтому их более высокая стоимость часто компенсируется снижением потребляемой мощности. Критическая скорость ШВП определяется диаметром хвостовика винта, длиной без опоры и конфигурацией концевой опоры. Опоры шариковых винтов позволяют использовать агрегаты с винтовым приводом с ходом до 12 метров и входной скоростью 3000 об/мин. Приводы с ходовым винтом не могут сравниться по абсолютной точности позиционирования с приводами с шариковыми винтами, но они обеспечивают превосходную повторяемость 0,005 мм. Повторяемость определяется как способность системы позиционирования возвращаться в местоположение во время работы при приближении с того же направления с той же скоростью и темпом замедления. Приводы с ходовым винтом используются в приложениях позиционирования с низким и средним рабочим циклом и работают с низким уровнем шума. Ременные передачи используются в высокоскоростных транспортных средствах с высокой пропускной способностью со скоростями до 10 м/с и ускорением до 40 м/с2. Как направляющая, так и приводная система обычно требуют смазки. Легкий доступ к смазочным штуцерам упрощает профилактическое обслуживание. Одним из эффективных подходов является использование фитингов Zerk на каретке, питающей сеть, через которую смазываются как шариковый винт, так и система линейных подшипников во время установки и при периодическом техническом обслуживании. Система направляющих призм не требует обслуживания. В дополнение к присущей полимеру смазывающей способности существуют смазываемые войлочные дворники, которые пополняют смазку при каждом движении. Технология уплотнения важна во многих случаях. Уплотнение с магнитной лентой состоит из магнитной ленты из нержавеющей стали, подпружиненной для поддержания натяжения. Два конца крепятся к торцевым пластинам системы, а защитная лента или уплотнительная лента пропускается через полость каретки. Когда каретки пересекают систему, полоса поднимается над магнитами, позволяя каретке пройти.

Альтернативная технология запечатывания: в пластиковых защитных лентах используется эластичная резиновая полоска, которая соединяется с основным выступом, действуя во многом как пакет Ziploc. Сопрягающиеся профили «гребень-паз» создают лабиринтное уплотнение, которое чрезвычайно эффективно предотвращает попадание твердых частиц. Гибкие крепления двигателя упрощают интеграцию линейных систем в автоматизированные сборки. Пользователи могут просто запросить стандартное крепление двигателя NEMA или предоставить информацию по монтажу, специфичную для их двигателя, или указать название производителя двигателя и номер детали. Корпус и муфта изготавливаются из обычных заготовок, чтобы соответствовать основным характеристикам двигателя заказчика: размер болта и диаметр окружности болта на фланце двигателя; диаметр пилота двигателя; диаметр и длина вала двигателя. Это позволяет легко монтировать направляющие горизонтально, вертикально, наклонно или перевернуто практически к любому двигателю с гарантированным выравниванием.

Не каждая комбинация типа привода и типа направляющей имеет смысл. Семь технологических групп, которые используются в практическом применении, включают ходовой винтовой привод и шариковую направляющую, ходовой винтовой привод и направляющую, шариковый винтовой привод и шариковую направляющую, шариковый винтовой привод и направляющую, ременный привод и шариковую направляющую, ременный привод и направляющую. , а также ременный привод и направляющая колеса. Спайдер-диаграммы отображают относительные сильные и слабые стороны каждой из этих технологий. Технология шарико-винтовой передачи и шариковой направляющей обеспечивает высокую повторяемость, высокую жесткость и способность выдерживать высокие силы и моменты. Он используется в приложениях точного позиционирования с высокими нагрузками и высокими рабочими циклами, таких как линейная система, используемая для загрузки и разгрузки заготовок шестерен на станке. Агрегаты с ременным приводом и шариковыми направляющими предназначены для работы на высоких скоростях и ускорениях с большой полезной нагрузкой и высокими моментными нагрузками. Эта группа технологий подходит для приложений, которые охватывают пробелы и поддерживаются либо на концах, либо периодически. Типичное применение предполагает укладку банок на поддоны. Линейные системы с ременным приводом и направляющими обеспечивают умеренную скорость и ускорение. Направляющие скольжения могут выдерживать ударные нагрузки, но их линейная скорость несколько ограничена. Эта комбинация обеспечивает экономичное, малошумное решение, требующее минимального обслуживания. Добавление магнитной защитной ленты делает это решение идеальным для сред с высоким содержанием твердых частиц и требованиями к промывке, например, при обработке распылением листового металла. Агрегаты с ременным приводом и колесными направляющими обеспечивают высокую линейную скорость и ускорение, а также умеренную стоимость, низкий уровень шума и относительно низкие требования к техническому обслуживанию. Типичное применение — упаковочно-фасовочная машина.

Сделать или купить? При рассмотрении вопроса о том, производить или покупать линейную систему, важно учитывать время разработки и опыт, необходимые для проектирования линейной системы. Проектирование системы включает в себя инженерные расчеты, такие как срок службы линейных и радиальных подшипников, срок службы ШВП, критическая скорость ШВП, отклонение опорного профиля, выбор смазки, конструкция крышки и т. д. Подход увеличения размеров линейной системы для снижения Время проектирования имеет тот недостаток, что стоимость и объем увеличиваются, а базовое проектирование по-прежнему требуется, чтобы гарантировать, что ничего базового не было упущено. При покупке линейных систем могут возникнуть случаи, когда стандартная каталожная продукция не соответствует требованиям применения. В этом случае жизнеспособной альтернативой являются значительные модификации стандартных продуктов или дизайн белых листов. Партнер, обладающий широким спектром продуктов и инженерными возможностями, может работать вместе с вами над решением вашей проблемы, экономя при этом время и деньги, а также ускоряя цикл разработки.