Doğrusal Hareket Sistemleri için Tasarım Süresinin Azaltılması

3 eksenli kartezyen portal sistemi

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.

Tasarım sürecinin tamamı olmasa da geri dönüp bazı kısımları tekrarlamak zorunda kalmamak için başlangıçta mümkün olduğu kadar ilgili uygulama bilgisini yakalayın. Kapsam değişikliğine karşı dikkatli olun ve hazırlıklı olun. En iyi başlangıç tasarımlarını belirlemek için teorik hesaplamaları ve analizleri kullanın ve ardından bunları, gerçek ekipman üzerindeki temel performans özelliklerinin test ölçümleriyle karşılaştırın. Gerçek saha koşullarında döngü testleri gerçekleştirerek tezgah testi sonuçlarını doğrulayın.

GEREKSİNİMLERİN BELİRLENMESİ

Neredeyse her mühendislik sürecinin ilk ve en kritik adımı uygulama gereksinimlerinin belirlenmesidir. Her ürünün performansını etkileyecek benzersiz bir dizi kriteri olabilir. Bir kontrol listesinin kullanılması, aksi takdirde gözden kaçabilecek parametrelerin dikkate alınmasını sağlamaya yardımcı olacaktır.

Örnek kontrol listesindeki önemli uygulama bilgileri verileri şunları içerebilir:

• Yük/hız (dinamik ve statik)
• Gerilim: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• Yük yönü
• Strok uzunluğu
• Yaşam/görev döngüsü
• Çevresel
• Strok sonu koruması: Debriyaj? Sınır anahtarları mı?
• 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 düzeneğinin seçimi, en küçük zarfı ve en uygun maliyetli çözümü belirlemek için yinelenen bir süreç gerektirebilir. Uygun bilyalı vida düzeneğinin çapını, ilerlemesini ve yük kapasitesini hesaplamak için tasarım yükü, doğrusal hız ve konum doğruluğu gereksinimleri kullanılır. Bireysel bilyalı vida bileşenleri daha sonra ömür, boyut kısıtlamaları, montaj konfigürasyonu ve çevre koşullarına göre seçilebilir.

Yükün yönünü ve büyüklüğünü tanımlamak iyi bir başlangıç noktasıdır. Sistem yönelimi çok önemli olabilir. Yatay yönlendirmede tahrik yükü, faydalı yük ağırlığı ile sürtünme katsayısının çarpımına eşittir. Dikey yönlendirmede tahrik yükü ağırlığa eşittir. Lineer yataklara ve kılavuzlara etki eden yükler, dikey yükler, yatay yükler veya eğim, yuvarlanma veya sapma momenti yükleri veya bunların herhangi bir kombinasyonu olabilir. Yükler büyüklük ve yön bakımından da farklılık gösterebilir.

Her bir rulmandaki sonuç yük vektörleri, lineer rulman sisteminin maruz kaldığı çeşitli yük vektörlerinin uygun kombinasyonundan oluşturulmalıdır, çünkü ömür beklentisi yalnızca genel sistem yük vektörlerine dayanarak tahmin edilememektedir. Her bir lineer rulmanın maruz kaldığı yüke o rulman için eşdeğer yük denir. Daha sonra sistem, en ağır yüklü rulmanın boyutuna göre boyutlandırılır. Eşdeğer yüke ilişkin hesaplama yöntemleri hakkında daha fazla bilgi için lineer rulman ve kılavuz tedarikçilerinin kataloglarına bakın.

Örneğin bir bilyalı vida düzeneğinin, dönme hareketini eksenel harekete dönüştürerek eksenel yükleri taşıması amaçlanır. Bilyalı vidanın basınç yükleri altında burkulmaya karşı koyma kabiliyetine kolon mukavemeti denir. Vida, bilyalı somuna (tamamlayıcı parçası) uygulanan yüke fiilen eşit büyüklükte ve zıt yönde bir eksenel yük taşır ve tasarım geometrileri ile tahrik motorunun torkuyla ilişkilidir. Genel olarak kolon mukavemeti sınırlayıcı tasarım parametresidir çünkü daha uzun uzunluklarda malzemenin gerçek basınç mukavemetinden çok daha düşük olabilir. Serbest uzunluk/çap oranı kolon bükülmesiyle yakından ilişkili olduğundan, belirli bir çap için 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 hassas yaşam tahmini için, hareketleri temelde düz bölümlere ayıran ayrıntılı, kapsamlı bir hareket profili oluşturmak gerekir. Hareket profilinin her bir bölümü, bölümün başlangıcındaki ve sonundaki hıza, bölümün zaman süresine ve bölüm sırasındaki torka ilişkin bilgileri gerektirecektir.

Uygulamanızın gerektirdiği konumsal doğruluğu ve tekrarlanabilirliği belirleyin. Örneğin, inç bilyalı vidalar genellikle iki sınıfta üretilir: Precision ve Precision Plus. Hassas dereceli bilyalı vidalar, nispeten kaba hareket gerektiren uygulamalarda veya konumsal konum için doğrusal geri bildirim kullanan uygulamalarda kullanılacaktır. Mikronlar dahilinde tekrarlanabilir konumlandırmanın kritik olduğu ve doğrusal geri besleme cihazının kullanılmadığı durumlarda Precision Plus sınıfı bilyalı vidalar kullanılacaktır. Precision dereceli vidalar, vidanın faydalı uzunluğu boyunca daha büyük kümülatif değişkenliğe sahipken, Precision Plus dereceli vidalar, vidanın tüm faydalı uzunluğu boyunca daha hassas konumlandırma sağlayarak kurşun hatası birikimini sınırlandırır.

ÖLÇÜLENDİRME VE SEÇİM

Doğrusal hareket sistemi tedarikçileri tarafından sağlanan çizelgeler, doğrusal hareket sistemlerinin doğru boyutlandırılması ve seçimi için zaman kazandıran bir kısayol olabilir. Bilyalı vidaların nasıl seçileceğini ve boyutlandırılacağını katalog formüllerini kullanarak göstermek için örnek olarak üç eksenli bir kaynak köprüsü uygulamasını kullanacağız (Şekil 2). Bilyalı vida, x ekseninin tüm uzunluğu boyunca uzanır ve her iki ucundan da yatak destekleriyle desteklenir. Basit olması açısından somun montajını flanşlı, malzemeyi alaşımlı çelik, diş yönünü sağ ve ürün serisini metrik olarak tanımlayacağız. Bu uygulamadaki sistem yönü yataydır, vidalı bir tasarıma sahiptir ve x ekseninin uzunluğu 6 metredir. Termal olarak stabil 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 (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 (98,4 inç/s2) hızlanma gereklidir. Görev döngüsü günde 8 saat, haftada 5 gün ve yılda 50 haftadır ve saatte ortalama 10 döngüdür. Ömür gereksinimi bilyalı vida için 20 yıl, bileşenler için ise 5 yıldır. Ek bir gereklilik ise elektrik mühendisliği bölümünün tercihi gereği step motor kullanılmasıdır.

Daha sonra x ekseni için doğrusal yatakları seçiyoruz. Bu uygulamanın temel gereksinimleri yüksek yük kapasitesi ve yüksek sertliktir. Uygulamanın 5.500 metrelik (18 feet) nispeten uzun bir hareket uzunluğu vardır; ancak 6 metre uzunluğunda vidaların bulunması, uç birleştirme ihtiyacını ortadan kaldırır. Az bakım bu uygulamanın önemli bir gerekliliğidir. Sonuç olarak 500 serisi bilyalı profil raylı lineer kılavuzların seçimi yapıldı.

Yapılan bu seçim ile vidalı millere gelen yük hesaplanabilmektedir. Bu yüklemeye dayanarak NEFF KGF-D bilyeli somun başlangıç noktası olarak seçilir. Bu bilyalı somunun entegre bir flanşı, entegre silicisi ve DIN 69051 montajı vardır. Bilyalı vidanın doğruluğu ±50 μm/300 mm'dir.

Daha sonra yaşam beklentisi gereksinimi kontrol edilir. Ömür genellikle L10 olarak derecelendirilir; bu, vidalı millerin %90'ının hala çalışmaya devam edeceği süreyi temsil eder. Bu uygulamada beklenen yaşam süresi 1.035.752,6 yıldır. Ömrün bu kadar yüksek olmasının nedeni bilyalı vidayı ömür yerine kritik hıza göre seçmemizdir.

ÖNERİLEN TASARIMIN TEST EDİLMESİ

Hesaplamalara göre tasarımınızı seçtikten sonra, tesislerinizin doğru olduğundan emin olmak için test yapmanız gerekir. Test, önerilenin gerçekten yerine getirildiğini doğrulamak ve eğer durum böyle değilse, gerekli olabilecek düzeltici eylemlere rehberlik etmek için tasarlanmıştır. Doğrulama testi aşağıdaki gibi soruları yanıtlayacak şekilde tasarlanmalıdır:

• Bitmiş ürün tasarım spesifikasyonlarını karşılıyor mu?
• Performans, deneysel sınırlar dahilinde, teorik hesaplamalarla tutarlı mı; değilse ne kadar değişiyor ve neden?
• Ürün gerekli düzeyde güvenilirlik sağlıyor mu?
• Ürünün potansiyel arıza modları ve noktaları nelerdir?
• Mevcut çözüm alternatiflerle karşılaştırıldığında nasıldır?

Büyük sistemler ve makineler için, alt montajların tezgah testine geçmeden önce bileşen testiyle başlamak ve ardından son olarak tüm montajın testine geçmek isteyebilirsiniz. Testin her aşamasında, tasarımın doğru yolda olduğundan emin olmak veya iyileştirme için makul fırsatları değerlendirmek için test sonuçları gözden geçirilmeli ve teorik hesaplamalarla karşılaştırılmalıdır. Testin amacı, hesaplamalarımızda ve modellememizde neyi gözden kaçırmış olabileceğimizi ortaya çıkarmaktır.

YAPILANDIRILMIŞ DOĞRUSAL HAREKET SİSTEMLERİ

Tüm süreç boyunca, kendi sisteminizi tasarlayıp monte etmek yerine yapılandırılmış bir doğrusal hareket sistemi satın almanın daha anlamlı olup olmayacağını düşünmek de önemlidir. Bu durumda, montaj konfigürasyonu, konumlandırma gereksinimleri, çevresel koşullar, yükleme koşulları, hareket gereksinimleri ve diğer özel hususlar gibi uygulamanın gereksinimlerini bir doğrusal hareket entegratörüne sağlarsınız. Entegratör daha sonra girdilerinize dayalı olarak 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 önerilen tasarımın fiyat teklifini ve CAD dosyasını sağlayabilir. Çoğu durumda böyle bir sistemin maliyeti, tek tek bileşenlerin maliyetinden daha az olacaktır.

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

Özetle, tasarım süresinden tasarruf etmek için tüm faydalı kaynaklardan yararlanın. Doğrusal hareket tedarikçilerinin mühendislik ve montaj maliyetlerini azaltmanıza yardımcı olabilecek yapılandırılmış doğrusal hareket düzenekleri sağlama yeteneklerini göz ardı etmeyin. Tasarım ve montaj süresi üzerindeki etkileri açısından bileşen satın alma, modül satın alma veya komple sistem satın alma alternatiflerini değerlendirin. Grafikler, formüller, çevrimiçi seçim sistemleri ve 3 boyutlu modeller gibi mevcut tüm tasarım araçlarını avantajınıza göre kullanın. Son olarak standart, değiştirilmiş standart ve özel çözümlerdeki ürün uzmanlığından yararlanmak için teknik destekten yararlanın. Satıcının, tasarım iddialarını ve tasarım konumlarını destekleyecek tasarım doğrulama/test/analiz verilerine sahip olduğunu doğruladığınızdan emin olun. Bu yaklaşım, doğrusal hareket sistemlerinin performans ve dayanıklılık gereksinimlerini karşılamasını sağlarken tasarım süresini de minimuma indirebilir.

Gönderim zamanı: Mart-28-2022

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

Sonraki: Doğrusal Hareket Tasarım Mühendisliği Nedir?

Nasıl yardımcı olabiliriz?

E-posta adresi

Telefon

Dayanıklılık ve yüksek performans sağlanırken tasarım süresi kısaltılabilir.