Doğrusal Hareket Sistemleri için Tasarım Süresinin Azaltılması

3 eksenli kartezyen gantry sistemi

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.

Tasarım sürecinin tamamını olmasa da bir kısmını tekrarlamak zorunda kalmamak için, ilgili uygulama bilgilerinin mümkün olduğunca çoğunu başlangıçta toplayın. Kapsam değişikliklerine karşı dikkatli ve hazırlıklı olun. En iyi ilk tasarımları belirlemek için teorik hesaplamaları ve analizleri kullanın ve ardından bunları gerçek ekipman üzerindeki temel performans özelliklerinin test ölçümleriyle karşılaştırın. Gerçek saha koşullarında çevrim testleri gerçekleştirerek tezgah testi sonuçlarını doğrulayın.

GEREKSİNİMLERİN BELİRLENMESİ

Hemen hemen her mühendislik sürecinin ilk ve en kritik adımı, uygulama gereksinimlerini belirlemektir. Her ürünün performansını etkileyecek kendine özgü bir kriter kümesi olabilir. Bir kontrol listesi kullanmak, aksi takdirde gözden kaçabilecek parametrelerin dikkate alınmasını sağlamaya yardımcı olacaktır.

Örnek bir kontrol listesindeki temel uygulama bilgi verileri şunları içerebilir:

• Yük/hız (dinamik ve statik)
• Voltaj: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Yük yönü
• Strok uzunluğu
• Yaşam/görev döngüsü
• Çevresel
• Strok sonu koruması: Debriyaj? Limit anahtarları?
• Aktüatör nasıl kontrol edilecek?
• Geri bildirim
• UL, CSA, CE
• Diğer: Ek tasarım hususları için aktüatör uygulama mühendisinize danışın.

Belirli bir uygulama için doğru bilyalı vida tertibatının seçimi, en küçük ve en uygun maliyetli çözümü belirlemek için yinelemeli bir süreç gerektirebilir. Tasarım yükü, doğrusal hız ve konumsal doğruluk gereksinimleri, uygun bilyalı vida tertibatının çapını, ilerlemesini ve yük kapasitesini hesaplamak için kullanılır. Daha sonra, kullanım ömrü, boyut kısıtlamaları, montaj konfigürasyonu ve çevre koşullarına göre ayrı ayrı bilyalı vida bileşenleri seçilebilir.

Başlamak için iyi bir nokta, yükün yönünü ve büyüklüğünü tanımlamaktır. Sistemin yönü çok önemli olabilir. Yatay bir yönelimde, tahrik yükü, yük ağırlığının sürtünme katsayısıyla çarpımına eşittir. Dikey bir yönelimde ise tahrik yükü ağırlığa eşittir. Doğrusal yataklara ve kılavuzlara etki eden yükler; dikey yükler, yatay yükler veya eğim, yuvarlanma veya sapma momenti yükleri veya bunların herhangi bir kombinasyonu olabilir. Yüklerin büyüklükleri ve yönleri de değişebilir.

Her bir yataktaki sonuç yük vektörleri, doğrusal yatak sisteminin maruz kaldığı çeşitli yük vektörlerinin uygun kombinasyonundan elde edilmelidir; çünkü ömür beklentisi yalnızca genel sistem yük vektörlerine dayanarak tahmin edilemez. Her bir doğrusal yatağın maruz kaldığı yüke, söz konusu yatak için eşdeğer yük denir. Sistem daha sonra en ağır yüklenen yatağın boyutuna göre boyutlandırılır. Eşdeğer yük hesaplama yöntemleri hakkında daha fazla bilgi için doğrusal yatak ve kılavuz tedarikçilerinin kataloglarına bakın.

Örneğin, bir bilyalı vida düzeneği, dönme hareketini eksenel harekete çevirerek eksenel yükleri taşımak üzere tasarlanmıştır. Bilyalı vidanın basınç yükleri altında burkulmaya direnme yeteneğine kolon dayanımı denir. Vida, bilyalı somuna (tamamlayıcı parçası) uygulanan yüke eşit büyüklükte ve zıt yönde bir eksenel yük taşır ve tasarım geometrileri ile tahrik motorunun torku arasında ilişki vardır. Genel olarak, kolon dayanımı sınırlayıcı tasarım parametresidir çünkü daha uzun uzunluklar için malzemenin gerçek basınç dayanımından çok daha düşük olabilir. Serbest uzunluk-çap oranı kolon burkulmasıyla yakından ilişkili olduğundan, belirli bir çap için bir bilyalı vidanın eksenel yük kapasitesinin serbest uzunluğuna bağlı olduğu sonucu çıkar.

Doğrusal hareket sisteminin ömrü, çalışma profiline göre tahmin edilebilir; basitçe, bilyalı vidanın günde kaç saat, haftada kaç gün ve yılda kaç hafta çalıştırılacağı. Daha karmaşık uygulamalar veya daha detaylı bir ömür tahmini için, hareketleri temelde düz segmentlere ayıran ayrıntılı ve kapsamlı bir hareket profili oluşturulması gerekir. Hareket profilinin her bir segmenti, segmentin başlangıcındaki ve sonundaki hız, segmentin süresi ve segment sırasındaki tork hakkında bilgi gerektirir.

Uygulamanızın gerektirdiği konumsal doğruluk ve tekrarlanabilirliği belirleyin. Örneğin, inçlik bilyalı vidalar genellikle iki kalitede üretilir: Precision ve Precision Plus. Hassas bilyalı vidalar, nispeten kaba hareket gerektiren veya konumsal konum belirleme için doğrusal geri besleme kullanan uygulamalarda kullanılır. Hassas Plus bilyalı vidalar, mikron mertebesinde tekrarlanabilir konumlandırmanın kritik olduğu ve doğrusal geri besleme cihazının kullanılmadığı durumlarda kullanılır. Hassas vidalar, vidanın faydalı uzunluğu boyunca daha fazla kümülatif değişime sahipken, Hassas Plus vidalar kılavuz hatası birikimini sınırlayarak vidanın tüm faydalı uzunluğu boyunca daha hassas konumlandırma sağlar.

BOYUTLANDIRMA VE SEÇİM

Doğrusal hareket sistemleri tedarikçileri tarafından sağlanan grafikler, doğrusal hareket sistemlerinin doğru boyutlandırılması ve seçimi için zaman kazandıran bir kısayol olabilir. Katalog formüllerini kullanarak bilyalı vidaların nasıl seçileceğini ve boyutlandırılacağını göstermek için üç eksenli bir kaynak köprüsü uygulamasını örnek olarak kullanacağız (Şekil 2). Bilyalı vida, x ekseni boyunca uzanır ve her iki ucundan yatak destekleriyle desteklenir. Basitlik açısından, somun montajını flanşlı, malzemeyi alaşımlı çelik, diş yönünü sağ yönlü ve ürün serisini metrik olarak tanımlayacağız. Bu uygulamadaki sistem yönü yataydır, vidalı bir tasarıma sahiptir ve x ekseni uzunluğu 6 metredir. Isıl olarak kararlı flanş miktarına sahip sabit uçlar kullanılacaktır.

Profil raylar üzerinde hareket eden bir arabaya 2.668,9 Newton (600 lbs.) yük uygulanmıştır. Seyahat uzunluğu 4,5 m (177,165") ve desteksiz uzunluk 5,818 metredir (229,055"). Gerekli hız saniyede 0,1 metredir (3,927 inç/sn) ve ±2,5 m/sn2 (98,4 inç/sn) ivmeye ihtiyaç vardır. Görev döngüsü günde 8 saat, haftada 5 gün ve yılda 50 haftadır; saatte ortalama 10 döngü vardır. Bilyalı vida için ömür gereksinimi 20 yıl ve bileşenler için 5 yıldır. Elektrik mühendisliği bölümünün tercihi nedeniyle ek bir gereksinim de bir adım motorunun kullanılmasıdır.

Ardından, x ekseni için lineer rulmanları seçiyoruz. Bu uygulamanın temel gereksinimleri yüksek yük kapasitesi ve yüksek sertliktir. Uygulama, 5.500 metre (18 fit) gibi nispeten uzun bir hareket mesafesine sahiptir; ancak 6 metre uzunluğundaki vidaların kullanılabilirliği, uç uca birleştirme ihtiyacını ortadan kaldırır. Düşük bakım, bu uygulamanın önemli bir gereksinimidir. Sonuç olarak, 500 serisi bilyalı profil raylı lineer kılavuzlar seçildi.

Bu seçim yapıldıktan sonra, bilyalı vidalara binen yük hesaplanabilir. Bu yüke dayanarak, başlangıç noktası olarak NEFF KGF-D bilyalı somun seçilir. Bu bilyalı somun, entegre flanşa, entegre sıyırıcıya ve DIN 69051 montaja sahiptir. Bilyalı vida, ±50 μm/300 mm hassasiyete sahiptir.

Ardından, kullanım ömrü beklentisi kontrol edilir. Kullanım ömrü genellikle L10 olarak derecelendirilir ve bu, bilyalı vidaların %90'ının çalışmaya devam edeceği süreyi temsil eder. Bu uygulamada kullanım ömrü beklentisi 1.035.752,6 yıldır. Kullanım ömrünün bu kadar yüksek olmasının nedeni, bilyalı vidayı kullanım ömrü yerine kritik hıza göre seçmiş olmamızdır.

ÖNERİLEN TASARIMIN TEST EDİLMESİ

Hesaplamalara dayanarak tasarımınızı seçtikten sonra, varsayımlarınızın doğru olduğundan emin olmak için testler yapmanız gerekir. Testler, önerilenin gerçekten yerine getirildiğini doğrulamak ve eğer getirilmemişse, gerekebilecek düzeltici eylemlere rehberlik etmek için tasarlanmıştır. Doğrulama testleri aşağıdaki gibi soruları yanıtlamak üzere tasarlanmalıdır:

• Bitmiş ürün tasarım spesifikasyonlarını karşılıyor mu?
• Performans, deneysel sınırlar içinde, teorik hesaplamalarla tutarlı mıdır? Eğer tutarlı değilse, ne kadar değişmektedir ve neden?
• Ürün gerekli güvenilirlik seviyesini sağlıyor mu?
• Ürün için potansiyel arıza modları ve noktaları nelerdir?
• Mevcut çözüm alternatiflerle karşılaştırıldığında nasıl?

Büyük sistemler ve makineler için, alt montajların tezgah testlerine geçmeden önce bileşen testleriyle başlamak ve ardından tüm montajın testine geçmek isteyebilirsiniz. Testin her aşamasında, tasarımın doğru yolda olduğundan emin olmak veya makul iyileştirme fırsatlarını değerlendirmek için test sonuçları incelenmeli ve teorik hesaplamalarla karşılaştırılmalıdır. Test, hesaplamalarımızda ve modellememizde gözden kaçırmış olabileceğimiz noktaları ortaya çıkarmayı amaçlamaktadır.

YAPILANDIRILMIŞ DOĞRUSAL HAREKET SİSTEMLERİ

Ayrıca, süreç boyunca, kendi sisteminizi tasarlayıp monte etmektense yapılandırılmış bir doğrusal hareket sistemi satın almanın daha mantıklı olup olmadığını değerlendirmek önemlidir. Bu durumda, montaj konfigürasyonu, konumlandırma gereksinimleri, çevre koşulları, yükleme koşulları, taşıma gereksinimleri ve diğer özel hususlar gibi uygulama gereksinimlerini bir doğrusal hareket entegratörüne iletirsiniz. Entegratör daha sonra, girdilerinize göre özel bir doğrusal hareket sistemi tasarlamak ve yapılandırmak için genellikle web tabanlı bir boyutlandırma ve seçim sistemi kullanır. Entegratör genellikle talebinizden sonraki 24 saat içinde teklif ve önerilen tasarımın CAD dosyasını sağlayabilir. Böyle bir sistemin maliyeti, çoğu durumda, tek tek bileşenlerin maliyetinden daha düşük olacaktır.

Bu yaklaşım, mühendislik süresini ve montaj maliyetini genellikle %90 veya daha fazla azaltabilir ve malzeme maliyetinde genellikle %20 ila %30 tasarruf sağlayabilir. En önemlisi, doğrusal hareket sistemleri tasarlamak için harcanan süreyi azaltarak, mühendisleriniz temel yetkinliklerinin dışındaki bir alanda daha az zaman harcayacak ve en iyi yaptıkları şeye, yani genel sistem entegrasyonuna daha fazla odaklanacaklardır.

Özetle, tasarım süresinden tasarruf etmek için tüm faydalı kaynaklardan yararlanın. Doğrusal hareket tedarikçilerinin, mühendislik ve montaj maliyetlerinizi azaltmanıza yardımcı olabilecek yapılandırılmış doğrusal hareket montajları sağlama becerisini göz ardı etmeyin. Tasarım ve montaj süresi üzerindeki etkileri açısından, bileşen, modül veya komple sistem satın alma alternatiflerini değerlendirin. Grafikler, formüller, çevrimiçi seçim sistemleri ve 3B modeller gibi mevcut tüm tasarım araçlarını kendi avantajınıza kullanın. Son olarak, standart, modifiye edilmiş standart ve özel çözümlerdeki ürün uzmanlıklarından yararlanmak için teknik destek ekibiyle iletişime geçin. Tedarikçinin, tasarım iddialarını ve tasarım pozisyonlarını destekleyecek tasarım doğrulama/test/analiz verilerine sahip olduğundan emin olun. Bu yaklaşım, doğrusal hareket sistemlerinin performans ve dayanıklılık gereksinimlerini karşılamasını sağlarken tasarım süresini en aza indirebilir.

Gönderi zamanı: 28 Mart 2022

Öncesi: Tork Dalgalanması Nedir ve Doğrusal Hareket Uygulamalarını Nasıl Etkiler?

Sonraki: Doğrusal Hareket Tasarım Mühendisliği Nedir?

Nasıl yardımcı olabiliriz?

E-posta adresi

Çevrimiçi CAD Kütüphanesi

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.