Kako odrediti maksimalno ubrzanje linearnog klizača

Linearni klizač nema jedno univerzalno maksimalno ubrzanje. Dozvoljeno ubrzanje zavisi od toga na šta se termin "linearni klizač" odnosi i kako je projektovan kompletan sistem kretanja.

Vodeći blok ili kućište linearnog ležaja samo vodi pokretno opterećenje. Ne stvara ubrzanje sam po sebi. U kompletnoj linearnoj osi, ubrzanje je ograničeno dostupnom pogonskom silom, ukupnom pokretnom masom, opterećenjem i momentom vodilice, pogonskom strukturom, hodom, smjerom ugradnje, podmazivanjem i radnim ciklusom.

Prvo odredite vrstu linearnog klizača

"Linearni klizač" se koristi za nekoliko različitih proizvoda na tržištu. Prije diskusije o ubrzanju, identificirajte stvarnu strukturu.

Zbog toga se goli blok vodilice ne bi trebao opisati kao da ima isto maksimalno ubrzanje kao motorizirani linearni modul. Kompletan sklop se mora procijeniti.

Osnovni proračun ubrzanja

Početni odnos dolazi od raspoložive neto sile i ukupne pokretne mase:

Korisniji inženjerski oblik je:

gdje:

• aje dostupno linearno ubrzanje;
• F_vozitije upotrebljivi potisak motora i mjenjača;
• F_trenjeuključuje vođicu, brtvu, vijak, otpornost na ležaj i podmazivanje;
• F_vanjskiuključuje mašinsku obradu, prešanje, kablove i procesne sile;
• F_gravitacijeodnosi se na vertikalne ili nagnute ose;
• m_ukupnouključuje nosivost i svaku pokretnu komponentu mašine.

Ovaj proračun daje samo početnu vrijednost. Rezultat se zatim mora provjeriti u odnosu na mehanička ograničenja sistema vodilice i pogona.

Koristite ukupnu pokretnu masu, a ne samo nosivost

Ubrzana masa nije ograničena na radni komad kupca. U zavisnosti od dizajna, ukupna pokretna masa može uključivati:

• Korisni teret;
• Ploča za prevoz;
• Blokovi vodilice ili kućišta ležajeva;
• Kuglasta matica ili stezaljka za remen;
• Učvršćenja, senzori i nosači kabela;
• Pokretni motor ili mjenjač u nekim strukturama;
• Dio kabelskog lanca i spojena crijeva;
• Alati, hvataljke ili procesne glave.

Upotreba samo mase radnog komada može značajno precijeniti dostupno ubrzanje, posebno na kompaktnim osovinama gdje su nosač i alat teži od korisnog tereta.

Sama snaga motora ne definira ubrzanje

Snaga motora nije dovoljna za određivanje maksimalnog ubrzanja. Proračun zahtijeva korisnu silu ili moment pri stvarnoj radnoj brzini.

Za sistem na motorni pogon, potvrdite:

• Kontinuirani obrtni moment motora;
• Vršni obrtni moment i dozvoljeno vršno trajanje;
• Dostupan obrtni moment pri potrebnom broju obrtaja;
• Omjer mjenjača i efikasnost, ako se koristi;
• Prečnik kugličnog vijka ili remenice;
• Spojnica i nosivost;
• Odnos inercije motora i opterećenja;
• Ograničenja struje i napona pogona.

Motor može pružiti veliki obrtni moment pri maloj brzini, ali mnogo manji obrtni moment nakon što se osovina ubrza. Cijeli profil ubrzanja stoga treba provjeriti u odnosu na krivulju okretnog momenta i brzine, a ne samo s nazivnom snagom motora.

Kako kuglični vijak utiče na ubrzanje

U linearnom modulu sa kugličnim vijkom, obrtni moment motora se pretvara u aksijalni potisak kroz navojni vod. Manji vod općenito proizvodi više potiska iz istog momenta motora, dok veći vod zahtijeva manju brzinu rotacije za istu linearnu brzinu.

Na ubrzanje utiče:

• Prečnik kugličnog vijka i olovo;
• Efikasnost vijaka i matica;
• Predopterećenje matice i obrtni moment;
• Rotacijska inercija vijka;
• Predopterećenje nosivih ležajeva;
• kritična brzina;
• Brzina cirkulacije lopte;
• Kapacitet spojke;
• Podmazivanje i radna temperatura.

Mali olovni vijak može pružiti dovoljan potisak, ali zahtijeva preveliki broj okretaja u minuti da bi se postigla potrebna brzina. Veliki olovni vijak može smanjiti broj okretaja, ali zahtijeva veći obrtni moment motora tokom ubrzanja. Stoga se prečnik, vod, brzina i opterećenje moraju odabrati zajedno.

Kako remenski pogon utiče na ubrzanje

Linearni modul na remenski pogon može biti prikladan za brzo kretanje jer izbjegava rotaciju dugačke osovine zavrtnja. Međutim, maksimalno ubrzanje je i dalje ograničeno:

• Vlačna čvrstoća pojasa;
• Dozvoljeno opterećenje zuba;
• Prečnik remenice i zahvatanje zubaca;
• Zatezanje pojasa;
• Moment motora pri brzini;
• Inercija remenice i osovine motora;
• Krutost nosača i okvira;
• Zahtjevi za pozicioniranje i rješavanje.

Povećanje napetosti remena ne daje neograničeno ubrzanje. Prekomjerna napetost može povećati opterećenje ležaja, trenje i otklon osovine.

Vodič mora nositi dinamička opterećenja i trenutke

Ubrzanje proizvodi inercijsku silu u težištu tereta. Ako je taj centar iznad, pored ili ispred blokova vodilica, inercijska sila također proizvodi moment.

Sistem vodiča se stoga mora provjeriti na:

• Vertikalno opterećenje;
• Bočno opterećenje;
• Pitching moment;
• Yawing moment;
• Rolling moment;
• Kombinovano ekvivalentno dinamičko opterećenje;
• Raspodjela opterećenja između više blokova.

Dva vagona s istom ukupnom masom mogu zahtijevati različite rasporede vodiča ako jedan ima mnogo veći razmak između centra tereta i šine.

Uobičajena inženjerska greška je provjeravanje samo statičke težine. Prilikom brzog ubrzanja ili zaustavljanja u nuždi, inercijska sila i rezultirajući moment mogu postati zahtjevniji slučaj opterećenja.

Podržani klizači sa okruglim vratilom

Podržane okrugle šine smanjuju otklon osovine kontinuirano podupirući osovinu duž aluminijske baze. Obično se koriste s otvorenim linearnim ležajnim blokovima u opremi za automatizaciju i rukovanje.

Dozvoljeno ubrzanje ove konstrukcije zavisi od nosivosti bloka, broja i razmaka blokova, krutosti baze, tačnosti montažne površine i pogonske sile.

Korištenje dva široko razmaknuta bloka općenito pruža bolju otpornost na momente nego koncentriranje istog opterećenja na jedan kratki blok. Međutim, dodatni blokovi povećavaju osjetljivost poravnanja i ne kompenziraju neravnu montažnu površinu.

Nepodržani klizači sa okruglim vratilom

Okrugla osovina sa zatvorenim kućištem linearnog ležaja može osigurati jednostavno i glatko linearno kretanje, ali se ugib vratila mora provjeriti kada se raspon ili opterećenje povećaju.

Tokom ubrzanja, savijanje osovine može promijeniti kontakt ležaja i položaj nosača. Rezultat zavisi od:

• Promjer osovine;
• Udaljenost između nosača;
• Load position;
• Broj paralelnih osovina;
• Razmak ležajeva;
• Smjer ubrzanja;
• Krutost baze mašine.

Lagana nosivost ne čini automatski prihvatljivo veliko ubrzanje ako je osovina dugačka i vitka.

Klizači za linearni vodič profila

Profilne linearne vodilice općenito pružaju veću krutost i kapacitet momentalnog opterećenja unutar kompaktne instalacijske ovojnice. To ih može učiniti pogodnijim za sisteme brzog pozicioniranja, ali odabrani blok i šina i dalje zahtijevaju dinamičko opterećenje i provjeru vijeka trajanja.

Važni faktori odabira uključuju:

• Veličina šine i tip bloka;
• Kuglični ili valjak kotrljajući element;
• Standardni ili dugi blok;
• Broj i razmak blokova;
• Nivo predopterećenja;
• Ocena tačnosti;
• Smjer opterećenja i primijenjeni momenti;
• Interval podmazivanja;
• Preciznost montaže na šinu.

Valjkasti vodič može pružiti veću krutost i nosivost, ali to ga automatski ne čini najboljim izborom za laganu osovinu velikog ciklusa. Također treba uzeti u obzir masu bloka, otpor zaptivke, predopterećenje i potrebno vrijeme slijeganja.

Vertikalne ose zahtijevaju provjeru gravitacije

Na okomitoj osi, pogon mora savladati gravitaciju prije nego što se proizvede bilo kakvo uzlazno ubrzanje.

Za kretanje prema gore, dostupna sila ubrzanja se smanjuje za težinu sklopa koji se kreće. Tokom ubrzanja naniže ili zaustavljanja u nuždi, gravitacija mijenja smjer opterećenja i zahtjeve kočnice.

Vertikalni sistem bi trebao provjeriti:

• Sila motora ili moment potreban za držanje tereta;
• sila ubrzanja prema gore;
• sila usporavanja prema dolje;
• Kapacitet držanja kočnica;
• Rizik povratne vožnje;
• Ponašanje u slučaju nužde;
• Izvijanje kugličnog vijka gdje je osovina komprimirana;
• Protuteža ili pomoć s plinskom oprugom gdje se koristi.

Vrijednost ubrzanja odobrena za horizontalnu os ne treba se kopirati direktno na isti mehanizam koji je postavljen okomito.

Dužina hoda mijenja dostupno ubrzanje

Kratak hod možda neće pružiti dovoljno razmaka za postizanje zadane brzine prije nego što usporavanje počne.

Za konstantno ubrzanje iz mirovanja, približna udaljenost potrebna da se postigne ciljna brzina je:

Isti princip vrijedi i za dio usporavanja. Upotrebljivi potez mora uključivati:

• Udaljenost ubrzanja;
• Udaljenost s konstantnom brzinom, ako postoji;
• Udaljenost usporavanja;
• Određivanje udaljenosti ili vremena;
• Mehanički sigurnosni razmak;
• Senzor i krajnja margina.

Vrlo visoka postavka ubrzanja može pružiti malu korist od vremena ciklusa ako je osovina ograničena vibracijama, vremenom smirivanja ili kratkim kretanjem.

Vrhunsko ubrzanje i kontinuirani rad se razlikuju

Sistem može tolerisati veliko ubrzanje za mali broj hitnih ili povremenih pokreta, ali ne i tokom neprekidnog ponavljanja biciklizma.

Radni ciklus utiče na:

• Temperatura motora;
• Pogonska struja i regenerativno opterećenje;
• Kuglični vijak i toplina ležaja;
• Potreba za podmazivanjem vodiča;
• Temperatura pojasa i umor;
• Rizik otpuštanja zatvarača;
• Strukturne vibracije;
• Vijek trajanja komponente.

Kada specificirate maksimalno ubrzanje, navedite je li to kratka vršna vrijednost ili kontinuirano ponavljana proizvodna vrijednost.

Trzaj takođe utiče na mehaničko naprezanje

Ubrzanje opisuje koliko se brzo mijenja brzina. Trzaj opisuje kako se brzo mijenja samo ubrzanje.

Osa kojoj je naređeno od nule direktno do maksimalnog ubrzanja primjenjuje oštriju promjenu opterećenja nego profil S-krive koji progresivno povećava ubrzanje.

Ograničavanje trzaja može pomoći u smanjenju:

• Vibracije okvira;
• Kretanje korisnog tereta;
• Udar zubaca remena;
• Coupling shock;
• Vodeći momenti;
• Vrijeme poravnanja nakon pozicioniranja;
• Buka tokom ponovljenih preokreta.

Za preciznu opremu za podizanje i postavljanje ili inspekciju, najbrže teoretsko ubrzanje možda neće proizvesti najkraći praktični ciklus ako nakon toga vagon zahtijeva dug period smirivanja.

Hitno usporavanje može biti kritičan slučaj

Normalna komanda za ubrzanje nije uvijek najveće mehaničko opterećenje. Zaustavljanje u nuždi može stvoriti veću silu usporavanja, posebno kada:

• Os se kreće maksimalnom brzinom;
• Zaustavni put je kratak;
• Mehanička kočnica se aktivira iznenada;
• Centar korisnog tereta je daleko od vodiča;
• Mašina koristi čvrste krajnje graničnike;
• Kontroler gubi normalno profiliranje pokreta.

Vodeći blokovi, kuglični vijci, kaiševi, spojnice, pričvršćivači i noseće ploče treba provjeriti u odnosu na najgore vjerodostojne slučajeve zaustavljanja - ne samo normalno ubrzanje proizvodnje.

Primjer praktičnog izračuna

Pretpostavimo da horizontalna linearna os ima:

• Ukupna pokretna masa: 25 kg;
• Upotrebljiva pogonska sila pri potrebnoj brzini: 500 N;
• Procijenjeni otpor vođenja i prijenosa: 50 N;
• Eksterna procesna sila tokom ubrzanja: 75 N.

Procijenjena neto sila ubrzanja je:

Početno teorijsko ubrzanje je:

Ovo još nije odobrena postavka mašine. Inženjer ipak mora provjeriti:

• Da li je 500 N dostupno u cijelom rasponu brzina ubrzanja;
• Ekvivalentno opterećenje i momente vodilice-bloka;
• Kuglični vijak, kaiš ili granice prijenosa;
• Trajanje vršnog momenta motora;
• Hitno usporavanje;
• Otklon i vibracije okvira;
• Potreban vijek trajanja;
• Odgovarajuća inženjerska sigurnosna granica.

Radno ubrzanje će se stoga možda morati postaviti ispod jednostavnog teoretskog rezultata.

Zašto ne postoji univerzalna tablica ubrzanja

Vrijednost ubrzanja ne može se pouzdano odabrati samo iz naziva klizača. Dva sistema koji koriste isti blok vodilice mogu imati potpuno različita ograničenja jer su njihova nosivost, razmak blokova, pogon, hod i struktura mašine različiti.

Preporučeni proces odabira i verifikacije

1. Identifikujte strukturu klizača.Potvrdite da li se radi o vodilici profila, jedinici sa okruglim vratilom, potpornoj šini ili kompletnom modulu.
2. Izračunajte ukupnu pokretnu masu.Uključuje nosač, alate, nosivost i pokretne dodatke.
3. Definirajte profil kretanja.Navedite brzinu, ubrzanje, usporavanje, trzaj, hod i vrijeme ciklusa.
4. Izračunajte potrebnu neto silu.Uključuje trenje, gravitaciju i vanjska opterećenja procesa.
5. Provjerite motor i prijenos.Koristite stvarni obrtni moment ili silu koji su dostupni u rasponu brzina.
6. Provjerite opterećenja vodiča i momente.Uključite inercijalno opterećenje u stvarnom centru gravitacije.
7. Provjerite ograničenja pogona.Pregledajte kritičnu brzinu zavrtnja, brzinu matice, opterećenje remena, spojnicu i ležajeve.
8. Provjerite zaustavljanje u nuždi.Koristite najgore očekivano usporavanje i najkraći dozvoljeni zaustavni put.
9. Provjerite radni ciklus i toplinu.Vršna sposobnost i sposobnost kontinuirane proizvodnje su različite.
10. Testirajte u fazama.Započnite s manjim ubrzanjem i pratite vibracije, struju motora, temperaturu i vrijeme smirivanja.

Uobičajene greške pri odabiru ubrzanja

• Zahtjev za ubrzanje samo od modela vodećih blokova:Potrebna je kompletna osna struktura.
• Korištenje samo mase tereta:Nosač i alat također ubrzavaju.
• Korištenje snage motora umjesto dostupnog potiska:Obrtni moment se mijenja sa brzinom motora.
• Zanemarivanje pomaka centra opterećenja:Ubrzanje može stvoriti snažan trenutak čak i uz malu nosivost.
• Provjera normalnog ubrzanja, ali ne i zaustavljanja u nuždi:Zaustavljanje može stvoriti najveće opterećenje.
• Pretpostavka većeg predopterećenja uvijek pomaže:Takođe povećava otpornost i toplotu.
• Zanemarivanje ograničenja kratkog hoda:Osa možda nema dovoljno udaljenosti da postigne ciljnu brzinu.
• Korištenje lubrikanta za ispravljanje vezivanja:Greške u poravnanju moraju se mehanički ispraviti.
• Objavljivanje jedne maksimalne vrijednosti bez uslova:Ubrzanje mora biti povezano s opterećenjem, hodom, pogonom i radnim ciklusom.

Koje informacije treba poslati DLY-u?

Da biste procijenili linearni klizač ili modul za ubrzanje, navedite:

• Tip klizača: profilna šina, okrugla osovina, noseća šina ili kompletan modul;
• Šina, osovina, blok ili postojeći broj modela;
• Ukupna pokretna masa i masa korisnog tereta;
• Položaj centra tereta u odnosu na vodilicu;
• Horizontalna, vertikalna ili nagnuta instalacija;
• Required stroke;
• Maksimalna linearna brzina;
• Potrebno ubrzanje i usporavanje;
• Vrijeme ciklusa i radna frekvencija;
• Eksterna obrada, pritisak ili sila kabla;
• Kuglični vijak, remen ili druga pogonska struktura;
• Informacije o motoru i mjenjaču;
• Potrebna tačnost pozicioniranja i vrijeme fiksiranja;
• Mašinski crtež i raspoloživi prostor za ugradnju.

Da biste identificirali ispravnu strukturu proizvoda, pregledajte DLYstranica za odabir linearnog klizača.

Za sisteme profilnih šina veće krutosti, pogledajte DLYraspon linearne vodilice. Za kompletnu pogonsku osovinu, pregledajte dostupnelinearne modularne strukture.

Konačan odgovor

Linearni klizač nema univerzalno maksimalno ubrzanje. Goli blok vodilice ili kućište linearnog ležaja samo vodi teret; njegovo dozvoljeno ubrzanje zavisi od kompletnog pogona, kolica, nosivosti i montažne strukture.

Početno ubrzanje se može procijeniti iz neto sile podijeljene s ukupnom pokretnom masom, ali rezultat također mora zadovoljiti ograničenja opterećenja i momenta, kapacitet pogonskog sistema, usporavanje u slučaju nužde, krutost, podmazivanje, temperaturu i zahtjeve vijeka trajanja.

Za DLY tehničku potvrdu, pošaljite strukturu klizača, ukupnu pokretnu masu, položaj centra opterećenja, hod, brzinu, ubrzanje, radni ciklus, tip pogona i crtež mašine. Bez ovih uslova, jedna vrijednost ubrzanja bila bi nepotpuna i potencijalno obmanjujuća.

← Povratak na DLY blog