Kako izračunati silu trenja linearne vodilice i silu pogonskog motora

Otpor vožnje linearne vodilice može se procijeniti iz primijenjenog opterećenja i koeficijenta trenja vodilice, ali trenje opterećenja je samo dio ukupnog otpora. Zaptivke, prednaprezanje, viskoznost maziva, greška u instalaciji i vanjske sile kabela također mogu utjecati na silu koju motor mora proizvesti.

Za preliminarni proračun, sila trenja linearne vodilice može se izraziti kao:

Ova jednadžba je korisna za početno dimenzioniranje motora i aktuatora. Konačni proračuni bi trebali koristiti podatke o otporu trenja ili pokretanja{1}}objavljene za odabrani model vodiča, posebno kada sistem koristi veliko prednaprezanje, ojačane zaptivke ili nisko{2}}mast.

Šta stvara otpor u linearnom vodiču?

Profilna linearna vodilica koristi kružne kuglice ili valjke između šine i nosača. Kotrljajući kontakt proizvodi mnogo manji otpor nego klizna vodilica, ali otpor nije nula.

Glavni izvori su:

• Trenje kotrljanja:otpor koji se stvara između kotrljajućih elemenata i trkaćih staza pod opterećenjem.
• Otpornost na zaptivanje:kontakt između krajnjeg{0}}usna zaptivke i vodilice.
• Otpor predopterećenja:unutrašnje opterećenje koje se koristi za uklanjanje zazora i povećanje krutosti.
• Otpornost na mazivo:Viskoznost masti, količina masti i radna temperatura utiču na otpor pri radu.
• Otpor na instalaciju:neusklađenost šine, deformacija osnove i neravnomjerna montaža blokova stvaraju unutrašnje sile.
• Vanjski otpor:nosači kablova, mehovi, creva i procesna oprema mogu odoleti pomeranju platforme.

Izračunata vrijednost stoga predstavlja procjenu pod ispravno instaliranim i podmazanim uvjetima. Velika razlika između izračunate i izmjerene sile obično ukazuje da je prisutan još jedan izvor otpora.

Korak 1: Odredite opterećenje koje nose vodiči

Za horizontalnu platformu sa centriranim opterećenjem, ukupno normalno opterećenje koje nosi sistem vodiča može se u početku procijeniti iz pokretne mase:

gdje:

• P=ukupno normalno opterećenje na sistemu vodilice (N)
• m=pokretna masa, uključujući sto, radni predmet i pokretni pribor (kg)
• g=gravitacijsko ubrzanje, približno 9,81 m/s²

Na primjer, pokretna platforma od 300 kg proizvodi ukupno vertikalno opterećenje od:

Podjela ove vrijednosti jednako na četiri bloka je prihvatljiva samo kada je konstrukcija kruta, simetrična i opterećenje djeluje blizu središta rasporeda vodilice. Ofsetno opterećenje ili procesna sila stvara momente prevrtanja, nagiba ili skretanja, uzrokujući da neki blokovi nose više opterećenja od drugih.

Kada su prisutni značajni momenti, izračunajte opterećenje na najopterećenijem bloku prije nego provjerite kapacitet vodilice i vijek trajanja. Pogledajte našeproračun linearnog vodećih momenta opterećenjaza dvostruku-šinu, četiri-blok aranžman.

Korak 2: Odaberite odgovarajući koeficijent trenja

Vrijednost oko 0,002–0,003 se obično koristi kao preliminarna referenca za mnoge linearne vodilice profila kugli-pod odgovarajućim podmazivanjem i normalnim radnim uvjetima. Valjkaste vodilice, minijaturne vodilice i vodilice sa posebnim unutrašnjim strukturama mogu zahtijevati različite vrijednosti.

Koeficijent trenja nije univerzalna konstanta. Korištenje 0,003 za svaku vodilicu, klasu predopterećenja, raspored zaptivki i radnu temperaturu može dati netačan rezultat. Koristite preliminarni koeficijent samo prije nego što se potvrdi tačna konfiguracija vodiča.

Korak 3: Izračunajte opterećenje{1}}zavisno od trenja kotrljanja

Osnovna sila trenja{0}}zavisna od opterećenja je:

Koristeći prethodnu platformu od 300 kg i pretpostavljeni koeficijent od 0,003:

Ovaj rezultat može izgledati iznenađujuće nizak. On predstavlja samo otpor kotrljanja-zavisan od opterećenja pravilno instaliranog sistema vodilica. Povlačenje brtve, mast, prednaprezanje i vanjski dodaci još nisu uključeni.

Korak 4: Dodajte otpor zaptivke za svaki blok

Otpor na zaptivanje se obično navodi po bloku. Ako su ugrađena četiri zatvorena bloka, mora se uključiti otpor sva četiri bloka:

Ako je pretpostavljeni otpor zaptivanja 3 N po bloku i platforma koristi četiri bloka:

Procijenjeni otpor vodiča postaje:

Vrijednost 3 N u ovom primjeru je pretpostavka koja se koristi za demonstraciju metode. To nije univerzalna vrijednost ili DLY izmjerena specifikacija. Stvarni otpor zaptivke mora se potvrditi za odabranu seriju vodilica, veličinu bloka, tip zaptivke i stanje podmazivanja.

Zašto je otpornost zaptivki važnija u sistemima laganih-opterećenja

Trenje koje zavisi od{0}}opterećenja se smanjuje kako primijenjeno opterećenje postaje manje, ali otpor zaptivke ne mora se nužno smanjiti u istom omjeru. Zbog toga jednostavno izračunavanje μP može značajno podcijeniti silu potrebnu za pomicanje lagano opterećene faze pozicioniranja.

Razmotrimo dva sistema koji koriste četiri bloka sa istim pretpostavljenim otporom zaptivanja:

U primjeru od 30 kg, procjena otpora samo iz μP bi izostavila većinu očekivanog otpora vodiča.

Korak 5: Izračunajte ukupnu silu potrebnu za pomicanje ose

Motor ne savladava samo linearni otpor vodilice. Tokom ubrzanja, on također mora ubrzati pokretnu masu i savladati procesne sile i vanjski otpor.

Za horizontalnu osu:

Pretpostavimo da platforma od 300 kg radi pod sljedećim uvjetima:

• Ubrzanje: 2 m/s²
• Procesna snaga: 150 N
• Izračunati otpor vodilice: 20,83 N
• Procijenjeni otpor nosača kablova: 25 N

Sila ubrzanja je:

Ukupna pogonska sila tokom ubrzanja je:

Za linearni motor sa direktnim{0}}pogonom, ova sila direktno doprinosi potrebnom potisku. Odabir motora i dalje mora provjeriti kontinuiranu silu, vršnu silu, radni ciklus, brzinu i termička ograničenja.

Pretvaranje pogonske sile u obrtni moment kugličnog vijka

Ako se platforma pokreće kugličnim vijkom, linearna sila se može pretvoriti u moment vijka:

Koristeći 10 mm olovni kuglični vijak i pretpostavljenu efikasnost pogona od 0,90:

Ovo je moment potreban za proizvodnju izračunate linearne sile. To još nije konačni obrtni moment motora. Inercija rotacije kugličnog vijka, inercija spojnice, otpor ležaja, vrijeme ubrzanja, prijenosni omjer i sigurnosni dodatak također se moraju provjeriti.

Za kompletan proračun pogona, pogledajteKako izračunati obrtni moment motora sa kugličnim vijkom: primjeri horizontalne i vertikalne ose.

Otpor pokretanja i otpor trčanja nisu uvijek jednaki

Linearne vodilice za kotrljanje obično imaju relativno malu razliku između statičkog i dinamičkog trenja. Međutim, kompletna os može i dalje zahtijevati više sile pri startovanju nakon dugog zaustavljanja.

Mogući razlozi uključuju:

• preraspodjela masti ili visok viskozitet masti;
• niska temperatura okoline;
• zaptivne usne koje malo prianjaju za površinu šine;
• prednapunjeni blokovi;
• otpornost na savijanje nosača kablova;
• kuglični vijak ili potporni{0}}početni moment ležaja;
• neusklađenost koja postaje očiglednija tokom preokreta.

Motor se mora provjeriti u odnosu na najveći zahtjev za pokretanje ili ubrzanje i zahtjev za kontinuirani rad. Odabir iz stalne-trenja vodiča samo po sebi nije dovoljan.

Kako izmjeriti stvarni otpor pri vožnji linearnog vodiča

Kada je moguće, izmjereni otpor pruža bolju osnovu za konačno puštanje u rad nego sam koeficijent trenja.

1. Isključite pogonski mehanizam ako se to može učiniti bezbedno, tako da kuglični vijak i otpor motora ne utiču na merenje vođice.
2. Neka normalna pokretna platforma i radno opterećenje budu instalirani.
3. Koristite kalibrirani mjerač sile usklađen sa smjerom vožnje.
4. Povucite platformu sporom, stabilnom brzinom umjesto da koristite iznenadnu silu.
5. Mjerite u oba smjera i na nekoliko pozicija duž hoda.
6. Zabilježite vršnu početnu silu i stabilnu pokretnu silu odvojeno.

Sila koja ostaje konstantno veća u jednom smjeru može ukazivati ​​na vanjski kabel ili efekat brtve. Lokalni vrh sile na jednoj poziciji češće ukazuje na kontaminaciju, deformaciju šine, grešku-površine montaže ili lošu paralelnost.

Šta ako je izmjereni otpor previsok?

Ako platforma postane zategnuta nakon što je druga šina ili pokretni stol potpuno zategnut, povećanje obrtnog momenta motora nije ispravan prvi odgovor. Instalacijom{1}}indukovano unutrašnje naprezanje može povećati toplinu i skratiti vijek trajanja vodilice čak i kada je motor dovoljno snažan da pomjeri osovinu.

VidiKako instalirati vodilice za linearno kretanjeza montažu-pripremu površine, referentno-poravnanje šina i procedure zatezanja.

Informacije potrebne za pouzdanu kalkulaciju

Prije odabira linearne vodilice ili pogonskog motora, potvrdite sljedeće:

• pokretna masa i nosivost;
• serija vodilica, veličina i količina blokova;
• Vodič tipa lopta-ili valjak{1}};
• klasa predopterećenja ili zazora;
• konfiguracija brtve i strugača;
• orijentacija šine i smjer opterećenja;
• maksimalna brzina i ubrzanje;
• radna ili procesna snaga;
• raspored kugličnih vijaka ili direktni{0}}pogon;
• otpornost nosača kablova, mehova i creva;
• radna temperatura i stanje podmazivanja.

Za odabir linearne vodilice DLY, model i raspored blokova treba potvrditi zajedno sa stvarnim opterećenjem, rasporedom montaže i radnim okruženjem. Otpor pri kretanju ne treba suditi samo na osnovu dinamičkog opterećenja, jer nosivost i otpor trenja opisuju različite aspekte performansi vodiča.

Zaključak

Za početnu procjenu, otpor linearne vodilice može se izračunati iz -zavisnog trenja kotrljanja plus brtve i dodatnog otpora:

Otpor vodilice se zatim dodaje sili ubrzanja, procesnoj sili i vanjskom otporu dodatnog pribora kako bi se odredila ukupna pogonska sila ose. Za sisteme sa kugličnim vijcima, ova sila se može pretvoriti u moment opterećenja, ali inercija vijka, potporni ležajevi, inercija spojnice i radni uvjeti motora moraju se i dalje procjenjivati ​​odvojeno.

Najvažnija praktična stvar je da preveliki otpor ne treba automatski rješavati odabirom većeg motora. Ako se izmjereni otpor naglo promijeni duž hoda ili se poveća nakon montaže, prvo provjerite poravnanje šina, montažne površine, podmazivanje, brtve i deformaciju platforme.

← Povratak na DLY blog