Сокращение времени проектирования систем линейного движения

3-осевая декартова портальная система

Время проектирования может быть сокращено, обеспечивая при этом долговечность и высокую производительность.

Сокращение времени проектирования имеет решающее значение в проектировании, поскольку в результате снижаются затраты и ускоряется вывод продукта на рынок. Время проектирования часто включает в себя ряд действий, не добавляющих ценности, таких как перепроектирование, перепроектирование или расширение объема работ, которые можно свести к минимуму за счет тщательного понимания всех критериев приложения и проверки расчетов и анализа посредством параметрического тестирования компонентов и модулей. и полные сборки с оборудованием для сбора данных, а также подтверждение прогнозируемых результатов производительности с помощью испытаний.

Вначале соберите как можно больше соответствующей информации о приложении, чтобы избежать необходимости возвращаться и повторять отдельные части, а то и весь процесс проектирования. Будьте осторожны и готовы к изменению масштаба. Используйте теоретические расчеты и анализ, чтобы определить лучшие первоначальные конструкции, 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

Первым и очень важным шагом почти каждого процесса проектирования является определение требований приложения. Каждый продукт может иметь уникальный набор критериев, которые будут влиять на его производительность. Использование контрольного списка поможет обеспечить учет параметров, которые в противном случае можно было бы упустить из виду.

Ключевые данные приложения 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 вашим инженером по применению привода для получения дополнительной информации о конструкции.

Выбор правильного узла ШВП для конкретного применения может потребовать итеративного процесса для определения наименьшего размера и наиболее экономически эффективного решения. Требования к расчетной нагрузке, линейной скорости и точности позиционирования используются для расчета диаметра, шага и грузоподъемности подходящего узла ШВП. Отдельные компоненты ШВП могут быть выбраны с учетом срока службы, ограничений по размерам, конфигурации монтажа и условий окружающей среды.

Лучше всего начать с определения направления и величины нагрузки. Ориентация системы может иметь очень важное значение. При горизонтальной ориентации нагрузка на привод равна весу полезной нагрузки, умноженному на коэффициент трения. При вертикальной ориентации нагрузка на привод равна весу. Нагрузками, действующими на линейные подшипники и направляющие, могут быть вертикальные нагрузки, горизонтальные нагрузки или моментные нагрузки по тангажу, крену или рысканью, или любая их комбинация. Нагрузки также могут различаться по величине и направлению.

Результирующие векторы нагрузки на каждом подшипнике должны быть определены на основе надлежащего сочетания различных векторов нагрузки, которым подвергается система линейных подшипников, поскольку ожидаемый срок службы невозможно оценить на основе только общих векторов нагрузки системы. Нагрузка, которой подвергается каждый линейный подшипник, называется эквивалентной нагрузкой для данного подшипника. Затем система подбирается на основе размеров наиболее нагруженного подшипника. Дополнительную информацию о методах расчета эквивалентной нагрузки можно найти в каталогах поставщиков линейных подшипников и направляющих.

Например, шарико-винтовая передача предназначена для восприятия осевых нагрузок, преобразуя вращательное движение в осевое движение. Способность ШВП сопротивляться короблению 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 дополняющей части - и связана конструктивной геометрией с крутящим моментом приводного двигателя. В общем, прочность колонны является ограничивающим параметром проектирования, поскольку при большей длине она может быть намного ниже фактической прочности материала на сжатие. Поскольку соотношение свободной длины к диаметру тесно связано с расшатыванием колонны, отсюда следует, что для данного диаметра допустимая осевая нагрузка ШВП зависит от ее свободной длины.

Срок службы системы линейного перемещения можно спрогнозировать на основе ее рабочего профиля; просто, сколько часов в день, дней в неделю и недель в году будет работать ШВП. Для более сложных приложений или более точного прогнозирования продолжительности жизни необходимо построить подробный и всеобъемлющий профиль движения, разбивая движения на практически прямые сегменты. Для каждого сегмента профиля движения потребуется информация о скорости в начале и конце сегмента, продолжительности сегмента и крутящем моменте во время сегмента.

Определите точность позиционирования и повторяемость, необходимые для вашего приложения. Например, дюймовые ШВП обычно производятся в двух классах — Precision и Precision Plus. Прецизионные шарико-винтовые пары будут использоваться в приложениях, требующих относительно грубого перемещения или где используется линейная обратная связь для позиционирования. ШВП класса Precision Plus следует использовать, когда повторяемость позиционирования с точностью до микрона имеет решающее значение и устройство линейной обратной связи не используется. В то время как винты класса Precision имеют больший совокупный разброс по полезной длине винта, винты класса Precision Plus ограничивают накопление погрешности шага, обеспечивая более точное позиционирование по всей полезной длине винта.

РАЗМЕР И ВЫБОР

Диаграммы, предоставляемые поставщиками систем линейного перемещения, могут помочь сэкономить время при правильном определении размеров и выборе систем линейного перемещения. В качестве примера мы будем использовать трехосный сварочный портал, чтобы продемонстрировать, как выбирать и определять размер ШВП с помощью каталожных формул (рис. 2). Шарико-винтовая передача проходит по всей длине оси X и поддерживается с обоих концов опорами подшипников. Для простоты определим крепление гайки как фланцевое, материал как легированную сталь, направление резьбы как правое, а серию продукта как метрическую. Ориентация системы в этом приложении горизонтальная, с винтовым приводом и длиной оси X, составляющей 6 метров. В нем будут использоваться фиксированные концы с термически стабильным количеством фланцев.

Нагрузка в 2668,9 ньютонов (600 фунтов) прикладывается к каретке, движущейся по профильным рельсам. Длина хода составляет 4,5 м (177,165 дюйма), а длина без опоры — 5,818 метра (229,055 дюйма). Требуемая скорость составляет 0,1 метра в секунду (3,927 дюйма/с), а ускорение составляет ±2,5 м/с2 (98,4 дюйма/с2). Рабочий цикл составляет 8 часов в день, 5 дней в неделю и 50 недель в году, в среднем 10 циклов в час. Требуемый срок службы составляет 20 лет для ШВП и 5 лет для компонентов. Дополнительным требованием является использование шагового двигателя по желанию электротехнического отдела.

Далее мы выбираем линейные подшипники для оси X. Основными требованиями для этого применения являются высокая нагрузочная способность и высокая жесткость. Приложение имеет относительно большую длину перемещения — 5500 метров (18 футов); однако наличие шурупов длиной 6 метров исключает необходимость стыкового соединения. Низкие эксплуатационные расходы являются важным требованием этого приложения. Результатом стал выбор линейных направляющих шарикового профиля серии 500.

Сделав этот выбор, можно рассчитать нагрузку на ШВП. Исходя из этой нагрузки, в качестве отправной точки выбирается шариковая гайка NEFF KGF-D. Эта шариковая гайка имеет встроенный фланец, встроенный грязесъемник и крепление по стандарту DIN 69051. ШВП имеет точность ±50 мкм/300 мм.

Далее проверяется требование к ожидаемой продолжительности жизни. Срок службы обычно оценивается на уровне L10, который представляет собой время, по истечении которого 90% ШВП будут продолжать работать. В этом приложении ожидаемая продолжительность жизни составляет 1 035 752,6 года. Причина, по которой срок службы такой высокий, заключается в том, что мы выбрали ШВП, основываясь на критической скорости, а не на сроке службы.

ТЕСТИРОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ

После того, как вы выбрали проект на основе расчетов, вам необходимо провести тестирование, чтобы убедиться в правильности вашего помещения. Тестирование предназначено для подтверждения того, что предложенное было действительно выполнено, а если это не так, для руководства любыми корректирующими действиями, которые могут потребоваться. Валидационное тестирование должно быть разработано так, чтобы ответить на такие вопросы, как:

• Соответствует ли готовая продукция проектным спецификациям?
• Соответствуют ли рабочие характеристики в экспериментальных пределах теоретическим расчетам, а если нет, то насколько они различаются и почему?
• Обеспечивает ли продукт необходимый уровень надежности?
• Каковы потенциальные режимы и точки отказа продукта?
• Чем нынешнее решение отличается от альтернатив?

Для больших систем и машин вы можете начать с тестирования компонентов, затем перейти к стендовым испытаниям узлов и, наконец, к тестированию всей сборки. На каждом этапе тестирования результаты испытаний следует анализировать 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 сконфигурированную систему линейного перемещения, а не разрабатывать и собирать свою собственную. В этом случае вы должны предоставить интегратору линейного движения требования приложения, такие как конфигурация монтажа, требования к расположению, условия окружающей среды, условия нагрузки, требования к перемещению и любые особые соображения. Затем интегратор обычно использует веб-систему определения размеров и выбора для проектирования и настройки пользовательской системы линейного перемещения на основе ваших данных. Интегратор часто может предоставить ценовое предложение и файл САПР предлагаемого проекта в течение 24 часов после вашего запроса. Стоимость такой системы в большинстве случаев будет меньше стоимости отдельных компонентов.

Этот подход обычно позволяет сократить время проектирования и стоимость сборки на 90% и более, а также часто обеспечивает экономию затрат на материалы от 20 до 30%. Самое главное: сокращая время, затрачиваемое на проектирование систем линейного перемещения, ваши инженеры будут тратить меньше времени на работу в области, выходящей за рамки их основной компетенции, и больше времени сосредоточатся на том, что они делают лучше всего — общей интеграции системы.

Таким образом, воспользуйтесь всеми полезными ресурсами, чтобы сэкономить время проектирования. Не упускайте из виду способность поставщиков линейного перемещения предоставлять настроенные сборки линейного перемещения, которые помогут вам снизить затраты на проектирование и сборку. Оцените альтернативы покупки компонентов, модулей или полных систем с точки зрения их влияния на время проектирования и сборки. Используйте в своих интересах все доступные инструменты проектирования, такие как диаграммы, формулы, онлайн-системы выбора и 3D-модели. Наконец, привлеките техническую поддержку, чтобы использовать их опыт в разработке стандартных, модифицированных стандартных и специализированных решений. Обязательно подтвердите, что у поставщика есть данные проверки/тестирования/анализа конструкции, подтверждающие заявления о конструкции и позиции конструкции. Такой подход может сократить время проектирования до минимума, обеспечивая при этом соответствие систем линейного перемещения требованиям к производительности и долговечности.

Время публикации: 28 марта 2022 г.

Предыдущий: Что такое пульсация крутящего момента и как она влияет на приложения с линейным движением?

Следующий: Что такое проектирование линейного движения?

Как мы можем помочь?

Адрес электронной почты

Телефон

Время проектирования может быть сокращено, обеспечивая при этом долговечность и высокую производительность.