Сокращение времени проектирования систем линейного движения

3-х осевая декартова портальная система

Время проектирования может быть сокращено, при этом обеспечивается долговечность и высокая производительность.

Сокращение времени проектирования имеет решающее значение в проектировании, поскольку результатом являются более низкие затраты и более быстрое время выхода на рынок. Время проектирования часто включает ряд не добавляющих ценность действий, таких как повторное проектирование, избыточное проектирование или расширение области действия, которые можно минимизировать, тщательно понимая все критерии применения и проверяя расчеты и анализ с помощью параметрического тестирования компонентов, модулей и полных сборок с помощью оборудования для сбора данных, а также подтверждая прогнозируемые результаты производительности с помощью тестирования.

Соберите как можно больше соответствующей информации о приложении в начале, чтобы избежать необходимости возвращаться и повторять части, если не весь процесс проектирования. Будьте осторожны и готовы к изменению объема работ. Используйте теоретические расчеты и анализы для определения наилучших начальных проектов, а затем сравните их с тестовыми измерениями ключевых характеристик производительности на реальном оборудовании. Подтвердите результаты стендовых испытаний, выполнив циклические испытания в реальных полевых условиях.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ

Первый и очень важный шаг почти каждого процесса проектирования — определение требований к применению. Каждый продукт может иметь уникальный набор критериев, которые повлияют на его производительность. Использование контрольного списка поможет обеспечить рассмотрение параметров, которые в противном случае могли бы быть упущены из виду.

Ключевые данные по заявке в образце контрольного списка могут включать:

• Нагрузка/скорость (динамическая и статическая)
• Напряжение: 12, 24, 36, 48 В постоянного тока, 110, 220 В переменного тока
• Направление нагрузки
• Длина хода
• Срок службы/рабочий цикл
• Относящийся к окружающей среде
• Защита в конце хода: сцепление? Концевые выключатели?
• Как будет управляться привод?
• Обратная связь
• UL, CSA, CE
• Другое: проконсультируйтесь с инженером по применению привода для получения дополнительных рекомендаций по проектированию.

Выбор правильной сборки шарико-винтовой передачи для конкретного применения может потребовать итерационного процесса для определения наименьшего размера и наиболее экономически эффективного решения. Требования к проектной нагрузке, линейной скорости и точности позиционирования используются для расчета диаметра, шага и грузоподъемности подходящей сборки шарико-винтовой передачи. Затем отдельные компоненты шарико-винтовой передачи можно выбирать на основе срока службы, размерных ограничений, конфигурации монтажа и условий окружающей среды.

Хорошим местом для начала является определение направления и величины нагрузки. Ориентация системы может быть очень важна. При горизонтальной ориентации нагрузка привода равна весу полезной нагрузки, умноженному на коэффициент трения. При вертикальной ориентации нагрузка привода равна весу. Нагрузки, действующие на линейные подшипники и направляющие, могут быть вертикальными нагрузками, горизонтальными нагрузками или моментными нагрузками тангажа, крена или рыскания или любой их комбинацией. Нагрузки также могут различаться по величине и направлению.

Результирующие векторы нагрузки на каждом подшипнике должны быть установлены из правильного сочетания различных векторов нагрузки, которым подвергается система линейных подшипников, поскольку ожидаемый срок службы не может быть оценен на основе только векторов нагрузки всей системы. Нагрузка, которой подвергается каждый линейный подшипник, называется эквивалентной нагрузкой для данного подшипника. Затем система рассчитывается на основе размера наиболее нагруженного подшипника. Для получения дополнительной информации о методах расчета эквивалентной нагрузки обратитесь к каталогам поставщиков линейных подшипников и руководств.

Например, шарико-винтовая передача предназначена для восприятия осевых нагрузок, преобразуя вращательное движение в осевое движение. Способность шарико-винтовой передачи противостоять изгибу под действием сжимающих нагрузок называется прочностью колонны. Винт несет осевую нагрузку, которая фактически равна по величине и противоположна по направлению нагрузке, передаваемой шариковой гайке — ее дополнительной части — и связана геометрией конструкции с крутящим моментом приводного двигателя. В общем случае прочность колонны является ограничивающим параметром конструкции, поскольку для более длинных деталей она может быть намного ниже фактической прочности материала на сжатие. Поскольку отношение свободной длины к диаметру тесно связано с изгибом колонны, отсюда следует, что для заданного диаметра осевая грузоподъемность шарико-винтовой передачи зависит от ее свободной длины.

Срок службы линейной системы движения можно предсказать на основе ее эксплуатационного профиля; просто, сколько часов в день, дней в неделю и недель в году будет работать шариковый винт. Для более сложных приложений или более точного прогнозирования срока службы необходимо построить подробный, всеобъемлющий профиль движения, разбивая движения на в основном прямые сегменты. Каждый сегмент профиля движения потребует информации о скорости в начале и конце сегмента, продолжительности сегмента и крутящем моменте во время сегмента.

Определите точность позиционирования и повторяемость, требуемые для вашего приложения. Например, дюймовые шариковые винты обычно производятся в двух классах – Precision и Precision Plus. Шариковые винты класса Precision будут использоваться в приложениях, требующих относительно грубого перемещения или использующих линейную обратную связь для позиционирования. Шариковые винты класса Precision Plus будут использоваться, когда повторяемое позиционирование в пределах микрон имеет решающее значение и не используется устройство линейной обратной связи. В то время как винты класса Precision имеют большую кумулятивную вариацию по полезной длине винта, винты класса Precision Plus ограничивают накопление ошибки хода, обеспечивая более точное позиционирование по всей полезной длине винта.

РАЗМЕРЫ И ВЫБОР

Таблицы, предоставляемые поставщиками систем линейного перемещения, могут быть экономящим время кратчайшим путем к правильному определению размеров и выбору систем линейного перемещения. Мы будем использовать трехкоординатный сварочный портал в качестве примера, чтобы продемонстрировать, как выбирать и определять размер шариковых винтов с использованием формул каталога (рисунок 2). Шариковый винт проходит по всей длине оси x и поддерживается с обоих концов опорами подшипников. Для простоты мы определим крепление гайки как фланцевое, материал как легированную сталь, направление резьбы как правостороннее, а серию продукта как метрическую. Ориентация системы в этом приложении горизонтальная, с конструкцией с винтовым приводом и длиной оси x 6 метров. Он будет использовать фиксированные концы с термостабильным размером фланца.

Груз в 2668,9 Ньютонов (600 фунтов) прикладывается кареткой, движущейся по профильным рельсам. Длина перемещения составляет 4,5 м (177,165″), а неподдерживаемая длина — 5,818 метров (229,055″). Требуемая скорость составляет 0,1 метра в секунду (3,927 дюйма/сек), а ускорение — ±2,5 м/с2 (98,4 дюйма/сек2). Рабочий цикл составляет 8 часов в день, 5 дней в неделю и 50 недель в году со средним значением 10 циклов в час. Требуемый срок службы составляет 20 лет для шарико-винтовой передачи и 5 лет для компонентов. Дополнительным требованием является использование шагового двигателя из-за предпочтения электротехнического отдела.

Далее мы выбираем линейные подшипники для оси x. Основными требованиями этого приложения являются высокая грузоподъемность и высокая жесткость. Приложение имеет относительно большую длину хода 5500 метров (18 футов); однако наличие 6-метровых винтов устраняет необходимость в стыковом соединении. Низкие эксплуатационные расходы являются важным требованием этого приложения. Результатом стал выбор линейных направляющих с шариковым профилем серии 500.

Сделав этот выбор, можно рассчитать нагрузку на шариковые винты. На основе этой нагрузки шариковая гайка NEFF KGF-D выбирается в качестве отправной точки. Эта шариковая гайка имеет встроенный фланец, встроенный очиститель и крепление DIN 69051. Точность шарикового винта составляет ±50 мкм/300 мм.

Далее проверяется требование к ожидаемому сроку службы. Срок службы обычно оценивается на уровне L10, что представляет собой время, после которого 90% шариковых винтов все еще будут работать. В этом применении ожидаемый срок службы составляет 1 035 752,6 года. Причина, по которой срок службы такой высокий, заключается в том, что мы выбрали шариковый винт на основе критической скорости, а не срока службы.

ИСПЫТАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННОГО ПРОЕКТА

После того, как вы выбрали свой проект на основе расчетов, вам необходимо провести тестирование, чтобы убедиться, что ваши предпосылки верны. Тестирование предназначено для подтверждения того, что то, что было предложено, было фактически доставлено, и, если это не так, для руководства любыми корректирующими действиями, которые могут потребоваться. Тестирование валидации должно быть разработано для ответа на такие вопросы, как:

• Соответствует ли готовое изделие проектной спецификации?
• Соответствуют ли эксплуатационные характеристики, в пределах экспериментальных данных, теоретическим расчетам, и если нет, насколько они различаются и почему?
• Обеспечивает ли продукт требуемый уровень надежности?
• Каковы потенциальные режимы и точки отказа продукта?
• Как текущее решение соотносится с альтернативами?

Для больших систем и машин вы можете начать с тестирования компонентов, прежде чем перейти к стендовому тестированию подузлов, а затем, наконец, к тестированию всей сборки. На каждом этапе тестирования результаты тестирования следует пересматривать и сравнивать с теоретическими расчетами, чтобы убедиться, что проект находится на правильном пути, или рассмотреть разумные возможности для улучшения. Тестирование призвано выявить то, что мы могли упустить в наших расчетах и моделировании.

КОНФИГУРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ

Также важно на протяжении всего процесса учитывать, имеет ли смысл приобрести настроенную систему линейного движения, а не проектировать и собирать свою собственную. В этом случае вы предоставите требования приложения интегратору линейного движения, такие как конфигурация монтажа, требования к позиционированию, условия окружающей среды, условия нагрузки, требования к перемещению и любые особые соображения. Затем интегратор обычно использует веб-систему выбора и размеров для проектирования и настройки индивидуальной системы линейного движения на основе ваших данных. Интегратор часто может предоставить смету и файл CAD предлагаемой конструкции в течение 24 часов с момента вашего запроса. Стоимость такой системы будет меньше стоимости отдельных компонентов в большинстве случаев.

Такой подход обычно позволяет сократить время проектирования и стоимость сборки на 90% и более и часто может обеспечить экономию затрат на материалы от 20 до 30%. Самое главное, что за счет сокращения времени, затрачиваемого на проектирование систем линейного перемещения, ваши инженеры будут тратить меньше времени на работу в области, выходящей за рамки их основных компетенций, и больше времени на то, что они делают лучше всего — на общую системную интеграцию.

Подводя итог, воспользуйтесь всеми полезными ресурсами, чтобы сэкономить время проектирования. Не упускайте из виду способность поставщиков линейного перемещения предоставлять настроенные узлы линейного перемещения, которые могут помочь вам сократить расходы на проектирование и сборку. Оцените альтернативы покупки компонентов по сравнению с модулями и полными системами с точки зрения их влияния на время проектирования и сборки. Используйте в своих интересах все доступные инструменты проектирования, такие как диаграммы, формулы, системы онлайн-выбора и 3D-модели. Наконец, обратитесь в техническую поддержку, чтобы использовать их опыт в области стандартных, измененных стандартных и специальных решений. Обязательно подтвердите, что у поставщика есть данные проверки/тестирования/анализа проекта для поддержки проектных заявлений и проектных позиций. Такой подход может сократить время проектирования до минимума, гарантируя, что линейные системы перемещения соответствуют требованиям производительности и долговечности.

Время публикации: 28-03-2022

Предыдущий: Что такое пульсация крутящего момента и как она влияет на приложения линейного движения?

Следующий: Что такое проектирование линейных перемещений?

Чем мы можем помочь?

Адрес электронной почты

Телефон

Время проектирования может быть сокращено, при этом обеспечивается долговечность и высокая производительность.