Doğrusal Hareket Sistemleri için Tasarım Süresini Azaltma

3 eksenli kartezyen gantry sistemi

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.

Tüm tasarım sürecini değilse bile, geri dönüp bölümleri tekrarlamak zorunda kalmamak için mümkün olduğunca ilgili uygulama bilgilerinin çoğunu başlangıçta yakalayın. Kapsam değişikliğine karşı dikkatli ve hazırlıklı olun. En iyi ilk tasarımları belirlemek için teorik hesaplamaları ve analizleri kullanın ve ardından bunları gerçek ekipmandaki temel performans özelliklerinin test ölçümleriyle karşılaştırın. Gerçek saha koşulları altında döngü testleri gerçekleştirerek tezgah testi sonuçlarını doğrulayın.

GEREKLİLİKLERİN BELİRLENMESİ

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

Örnek kontrol listesindeki temel uygulama bilgi verileri şunları içerebilir:

• Yük/hız (dinamik ve statik)
• Voltaj: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Yük yönü
• Vuruş uzunluğu
• Yaşam/görev döngüsü
• Çevresel
• Darbe 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 takımının seçimi, en küçük zarfı ve en uygun maliyetli çözümü belirlemek için yinelemeli bir süreç gerektirebilir. Tasarım yükü, doğrusal hız ve konumsal doğruluk gereksinimleri, uygun bilyalı vida takımının çapını, kurşununu ve yük kapasitesini hesaplamak için kullanılır. Daha sonra bireysel bilyalı vida bileşenleri, ömür, boyut kısıtlamaları, montaj yapılandırması ve çevre koşullarına göre seçilebilir.

Başlamak için iyi bir yer, yükün yönünü ve büyüklüğünü tanımlamaktır. Sistemin yönelimi çok önemli olabilir. Yatay yönelimde, tahrik yükü, yük ağırlığına eşittir, sürtünme katsayısı ile çarpılır. Dikey yönelimde, tahrik yükü ağırlığa eşittir. Doğrusal yataklar ve kılavuzlar üzerinde etkili olan yükler, dikey yükler, yatay yükler veya eğim, yuvarlanma veya sapma momenti yükleri veya bunların herhangi bir kombinasyonu olabilir. Yükler ayrıca büyüklük ve yön bakımından da değişebilir.

Her bir yataktaki sonuç yük vektörleri, doğrusal yatak sisteminin maruz kaldığı çeşitli yük vektörlerinin uygun kombinasyonundan oluşturulmalıdır, 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. Daha sonra sistem, en ağır yüklenen yatağın boyutlandırılmasına göre boyutlandırılır. Eşdeğer yük için hesaplama yöntemleri hakkında daha fazla bilgi için doğrusal yatak ve kılavuz tedarikçilerinin kataloglarına bakın.

Örneğin, bir bilyalı vida düzeneği, eksenel yükleri taşımak ve dönme hareketini eksenel harekete çevirmek üzere tasarlanmıştır. Bilyalı vidanın basınç yükleri altında burkulmaya direnme yeteneğine kolon mukavemeti denir. Vida, bilyalı somuna (tamamlayıcı parçası) uygulanan yüke eşit büyüklükte ve zıt yönde eksenel yük taşır ve tasarım geometrileri tarafından tahrik motorunun torkuyla ilişkilidir. Genel olarak, kolon mukavemeti sınırlayıcı tasarım parametresidir çünkü daha uzun uzunluklar için malzemenin gerçek basınç mukavemetinden 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, operasyonel profiline göre tahmin edilebilir; basitçe, bilyalı vidanın günde kaç saat, haftada kaç gün ve yılda kaç hafta çalıştırılacağı. Daha karmaşık uygulamalar veya daha rafine ömür tahmini için, hareketleri temelde düz segmentlere ayıran ayrıntılı, kapsamlı bir hareket profili oluşturulması gerekir. Hareket profilinin her bir segmenti, segmentin başında ve sonunda hız, segmentin zaman süresi ve segment sırasında tork hakkında bilgi gerektirir.

Uygulamanızın gerektirdiği konumsal doğruluğu ve tekrarlanabilirliği belirleyin. Örneğin, inç bilyalı vidalar genellikle iki sınıfta üretilir - Precision ve Precision Plus. Hassas sınıf bilyalı vidalar, nispeten kaba hareket gerektiren veya konumsal konum için doğrusal geri bildirim kullanan uygulamalarda kullanılır. Hassas Plus sınıf bilyalı vidalar, mikronlar içinde tekrarlanabilir konumlandırmanın kritik olduğu ve doğrusal geri bildirim cihazının kullanılmadığı durumlarda kullanılır. Hassas sınıf vidalar, vidanın faydalı uzunluğu boyunca daha fazla kümülatif değişime sahipken, Hassas Plus sınıf vidalar kılavuz hatasının birikmesini sınırlar ve vidanın tüm faydalı uzunluğu boyunca daha hassas konumlandırma sağlar.

BOYUTLANDIRMA VE SEÇİM

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

Profil raylar üzerinde hareket eden bir araba tarafından 2.668,9 Newton'luk (600 lbs.) bir yük uygulanır. Seyahat uzunluğu 4,5 m'dir (177,165") ve desteksiz uzunluk 5,818 metredir (229,055"). Gerekli hız saniyede 0,1 metredir (3,927 inç/sn) ve ±2,5 m/s2'lik (98,4 inç/sn) bir 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.

Sonra, x ekseni için doğrusal yatakları seçiyoruz. Bu uygulamanın birincil gereksinimleri yüksek yük kapasitesi ve yüksek sertliktir. Uygulamanın nispeten uzun bir seyahat uzunluğu vardır (18 fit); ancak 6 metre uzunluğunda vidaların bulunması, uç uca birleştirme ihtiyacını ortadan kaldırır. Düşük bakım, bu uygulamanın önemli bir gereksinimidir. Sonuç, 500 serisi bilyalı profil ray doğrusal kılavuzlarının seçilmesiydi.

Bu seçim yapıldığında, bilyalı vidalardaki yük hesaplanabilir. Bu yüklemeye dayanarak, NEFF KGF-D bilyalı somun başlangıç noktası olarak seçilir. Bu bilyalı somunun entegre bir flanşı, entegre bir sileceği ve bir DIN 69051 montajı vardır. Bilyalı vidanın doğruluğu ±50 μm/300 mm'dir.

Daha sonra, ömür beklentisi gereksinimi kontrol edilir. Ömür genellikle L10 olarak derecelendirilir, bu da bilyalı vidaların %90'ının hala performans göstereceği zamanı temsil eder. Bu uygulamada, ömür beklentisi 1.035.752,6 yıldır. Ömrün bu kadar yüksek olmasının nedeni, bilyalı vidayı ömür yerine kritik hıza göre seçmiş olmamızdır.

ÖNERİLEN TASARIMIN TEST EDİLMESİ

Hesaplamalara göre tasarımınızı seçtikten sonra, öncüllerinizin doğru olduğundan emin olmak için test yapmanız gerekir. Test, önerilen şeyin gerçekten teslim edildiğini doğrulamak ve durum böyle değilse, gerekebilecek herhangi bir düzeltici eyleme rehberlik etmek için tasarlanmıştır. Doğrulama testi, şu gibi soruları yanıtlamak için tasarlanmalıdır:

• Bitmiş ürün tasarım şartnamesine uyuyor mu?
• Performans teorik hesaplamalarla deneysel sınırlar içinde mi tutarlı mı, tutarlı değilse ne kadar değişiyor ve neden?
• Ürün gerekli güvenilirlik düzeyini sağlıyor mu?
• Ürün için potansiyel arıza modları ve noktaları nelerdir?
• Mevcut çözüm alternatiflerle karşılaştırıldığında nasıl görünüyor?

Büyük sistemler ve makineler için, alt montajların tezgah testine geçmeden önce bileşen testleriyle başlamak ve ardından son olarak komple montajın testine geçmek isteyebilirsiniz. Testin her aşamasında, test sonuçları gözden geçirilmeli ve tasarımın doğru yolda olduğundan emin olmak için teorik hesaplamalarla karşılaştırılmalı veya iyileştirme için makul fırsatlar değerlendirilmelidir. Test, hesaplamalarımızda ve modellememizde gözden kaçırmış olabileceğimiz şeyleri ortaya çıkarmayı amaçlamaktadır.

YAPILANDIRILMIŞ DOĞRUSAL HAREKET SİSTEMLERİ

Ayrıca, tüm süreç boyunca, kendi sisteminizi tasarlamak ve birleştirmek yerine yapılandırılmış bir doğrusal hareket sistemi satın almanın daha mantıklı olup olmadığını düşünmek önemlidir. Bu durumda, montaj yapılandırması, konumlandırma gereksinimleri, çevre koşulları, yükleme koşulları, hareket gereksinimleri ve herhangi bir özel husus gibi uygulamanın gereksinimlerini bir doğrusal hareket entegratörüne sağlarsınız. Entegratör daha sonra genellikle girdinize göre özel bir doğrusal hareket sistemi tasarlamak ve yapılandırmak için Web tabanlı bir boyutlandırma ve seçim sistemi kullanır. Entegratör genellikle talebinizden itibaren 24 saat içinde önerilen tasarımın bir teklifini ve CAD dosyasını sağlayabilir. Böyle bir sistemin maliyeti çoğu durumda bireysel bileşenlerin maliyetinden daha az olacaktır.

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

Özetle, tasarım süresinden tasarruf etmek için tüm yararlı kaynaklardan yararlanın. Doğrusal hareket tedarikçilerinin, mühendislik ve montaj maliyetlerinizi azaltmanıza yardımcı olabilecek yapılandırılmış doğrusal hareket montajları sağlama yeteneğini göz ardı etmeyin. Tasarım ve montaj süresi üzerindeki etkileri açısından bileşenleri, modülleri veya komple sistemleri satın alma alternatiflerini değerlendirin. Grafikler, formüller, çevrimiçi seçim sistemleri ve 3B modeller gibi tüm mevcut tasarım araçlarını kendi avantajınıza kullanın. Son olarak, standart, değiştirilmiş standart ve özel çözümlerdeki ürün uzmanlıklarından yararlanmak için teknik destek alın. Tedarikçinin tasarım iddialarını ve tasarım pozisyonlarını desteklemek için 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-Mar-2022

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

Sonraki: Doğrusal Hareket Tasarım Mühendisliği Nedir?

Size nasıl yardımcı olabiliriz?

E-posta adresi

Telefon

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.