В этой статье будут объяснены основы проектирования линейной системы, включая систему структурной поддержки, технологию направляющих, технологию привода, а также уплотнения, смазку и принадлежности. Сначала будут рассмотрены плюсы и минусы различных технологий, таких как приводы с ходовым винтом, шарико-винтовые приводы, ременные приводы, шариковые направляющие, направляющие скольжения и колесные направляющие. Затем в статье будут рассмотрены преимущества и недостатки проектирования и построения собственной линейной системы по сравнению с конфигурированием системы из стандартных строительных блоков. Наконец, в статье будет описан пошаговый веб-процесс для определения размера и выбора линейной системы на основе экономичных стандартных компонентов.

Строительными блоками линейной системы являются структурная опорная система, приводная система, направляющая система, уплотнение, смазка и принадлежности. Основным компонентом структурной опорной системы обычно является алюминиевый профиль, который доступен длиной до 12 метров. Монтажная поверхность основания может быть обработана для приложений, требующих точного позиционирования. Базовые профили для приложений с меньшей точностью транспортного типа обычно не обрабатываются. Основания, используемые в транспортных приложениях, оптимизированы для сопротивления изгибу под нагрузкой и деформации во время процесса экструзии, что позволяет системе поддерживаться только на концах.

Основными типами направляющих являются шариковые направляющие, колесные направляющие и направляющие скольжения или призматические направляющие. Шариковые направляющие выдерживают высокие 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 конфигурациях с одним или двумя рельсами. К недостаткам шариковых направляющих относятся относительно высокая стоимость и высокий уровень шума. Ключевым преимуществом колесных направляющих является их способность работать на исключительно высоких скоростях, до 10 метров в секунду (м/с). Колесные направляющие также обеспечивают низкое трение и очень высокую жесткость. С другой стороны, колесные направляющие имеют относительно низкую устойчивость к ударным нагрузкам. Направляющие скольжения используют полимерные втулки в форме призмы, работающие непосредственно на поверхности профиля, что обеспечивает очень тихую работу и выдерживает высокие ударные нагрузки. Ключевым преимуществом направляющих скольжения является их способность работать в загрязненных средах. Направляющие скольжения имеют более низкую скорость и грузоподъемность, чем шариковые или колесные направляющие.

Наиболее популярными технологиями привода являются шарико-винтовые приводы, приводы ходового винта и ременные приводы. Шарико-винтовой привод состоит из шарико-винтовой передачи и шарико-гайки с рециркулирующими шарикоподшипниками. Шлифованные и предварительно нагруженные шарико-винтовые передачи обеспечивают исключительно высокую точность позиционирования. Нагрузка на шарико-винтовую передачу распределяется по большому количеству шарикоподшипников, так что каждый шарик подвергается относительно низкой нагрузке. Результатом является высокая абсолютная точность до 0,005 мм, высокая осевая способность до 40 кН и высокая жесткость. Абсолютная точность определяется как максимальная погрешность между ожидаемым и фактическим положением. Шарико-винтовые приводы обычно обеспечивают механический КПД 90%, поэтому их более высокая стоимость часто компенсируется сниженными требованиями к мощности. Критическая скорость шарико-винтового привода определяется диаметром основания винта, неподдерживаемой длиной и конфигурацией концевой опоры. Шарико-винтовые опоры позволяют использовать винтовые приводные блоки с ходом до 12 метров и входной скоростью 3000 об/мин. Приводы ходового винта не могут сравниться с абсолютной точностью позиционирования шарико-винтовых приводов, но они обеспечивают превосходную повторяемость 0,005 мм. Повторяемость определяется как способность системы позиционирования возвращаться в положение во время работы при приближении с того же направления с той же скоростью и замедлением. Приводы с ходовым винтом используются в приложениях позиционирования с низким и средним рабочим циклом и работают с низким уровнем шума. Ременные приводы используются в высокоскоростных, высокопроизводительных транспортных приложениях со скоростью до 10 м/с и ускорением до 40 м/с2. Как направляющая система, так и система привода обычно требуют смазки. Легкий доступ к смазочным фитингам упрощает профилактическое обслуживание. Одним из эффективных подходов является использование фитингов Zerk на каретке, которые питают сеть, через которую как шариковый винт, так и система линейных подшипников смазываются во время установки и через периодические интервалы обслуживания. Система призматических направляющих не требует обслуживания. В дополнение к присущей полимеру смазывающей способности имеются смазанные войлочные скребки, которые пополняют смазку при каждом ходе. Технология уплотнения важна во многих приложениях. Магнитное полосовое уплотнение состоит из магнитной ленты из нержавеющей стали, которая подпружинена для поддержания натяжения. Два конца крепятся к торцевым пластинам системы, а защитная лента или уплотнительная полоса пропускается через полость в каретке. Когда каретки проходят по всей длине системы, полоса поднимается с магнитов, чтобы позволить каретке пройти.

Альтернативная технология герметизации, пластиковые крышки используют резиновую полосу, которая сцепляется с базовым профилем, действуя во многом как пакет Ziploc. Сопрягающиеся профили «язычок и паз» создают лабиринтное уплотнение, которое чрезвычайно эффективно предотвращает попадание частиц. Гибкие крепления двигателя упрощают интеграцию линейных систем в автоматизированные сборки. Пользователи могут просто запросить стандартное крепление двигателя NEMA или предоставить информацию о монтаже, специфичную для их двигателя, или указать название производителя двигателя и номер детали. Корпус и муфта изготавливаются из обычных заготовок для сопряжения с ключевыми характеристиками двигателя заказчика: размер болта и диаметр окружности болта на фланце двигателя; диаметр направляющей двигателя; диаметр и длина вала двигателя. Это позволяет легко монтировать направляющие горизонтально, вертикально, наклонно или перевернуто практически на любой двигатель с гарантированным выравниванием.

Не каждая комбинация типа привода и типа направляющей имеет смысл. Семь технологических групп, которые используются в практических приложениях, включают привод ходового винта и шариковую направляющую, привод ходового винта и направляющую скольжения, привод шарикового винта и шариковую направляющую, привод шарикового винта и направляющую скольжения, ременной привод и шариковую направляющую, ременной привод и направляющую скольжения, а также ременной привод и направляющую колеса. Диаграммы паука отображают относительные сильные и слабые стороны каждой из этих технологий. Технология привода шарикового винта и шариковой направляющей обеспечивает высокую повторяемость, высокую жесткость и способность выдерживать высокие силы и моменты. Она используется в приложениях точного позиционирования с высокими нагрузками и высокими рабочими циклами, такими как линейная система, используемая для загрузки и выгрузки заготовок зубчатых колес на станке. Ременные приводные, шариковые направляющие блоки предназначены для приложений с высокой скоростью и ускорением с большой полезной нагрузкой и высокими моментными нагрузками. Эта технологическая группа подходит для приложений, которые охватывают зазор и поддерживаются либо на концах, либо прерывисто. Типичное применение включает паллетирование банок. Ременные приводные, направляемые линейные системы обеспечивают умеренную скорость и ускорение. Направляющие скольжения могут выдерживать ударные нагрузки, но несколько ограничены в своих линейных скоростях. 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, таких как применение распылительной обработки листового металла. Ременные приводные, колесные направляющие устройства обеспечивают высокую линейную скорость и ускорение наряду с умеренной стоимостью, низким уровнем шума и относительно низкими требованиями к обслуживанию. Типичным применением является упаковочная и фасовочная машина.

Изготовить или купить? При рассмотрении вопроса о том, изготовить или купить линейную систему, важно учитывать время проектирования и опыт, необходимые для проектирования линейной системы. Проектирование системы включает в себя инженерные расчеты, такие как срок службы линейных и радиальных подшипников, срок службы шарико-винтовой передачи, критическая скорость шарико-винтовой передачи, отклонение опорного профиля, выбор смазки, конструкция крышки и т. д. Подход к увеличению размера линейной системы для сокращения времени проектирования имеет тот недостаток, что стоимость и оболочка увеличиваются, а базовое проектирование по-прежнему требуется, чтобы убедиться, что ничего базового не было упущено. При покупке линейных систем будут моменты, когда стандартные каталожные продукты не будут соответствовать требованиям приложения. В этом случае существенные изменения стандартных продуктов или конструкций из белых листов являются жизнеспособными альтернативами. Партнер с широким ассортиментом продуктов и инженерными возможностями может работать с вами, чтобы решить вашу проблему, экономя время и деньги и ускоряя цикл разработки.