Cum se determină accelerația maximă a unui glisor liniar

Un glisor liniar nu are o accelerație maximă universală. Accelerația permisă depinde de la ce se referă termenul „glisor liniar” și de modul în care este proiectat sistemul complet de mișcare.

Un bloc de ghidare sau o carcasă de rulment liniar ghidează doar sarcina în mișcare. Nu generează accelerație de la sine. Într-o axă liniară completă, accelerația este limitată de forța de antrenare disponibilă, masa totală în mișcare, sarcina și momentul ghidajului, structura de antrenare, cursa, direcția de instalare, lubrifierea și ciclul de funcționare.

Mai întâi, identificați tipul de glisor liniar

„Slider liniar” este utilizat pentru mai multe produse diferite de pe piață. Înainte de a discuta despre accelerare, identificați structura reală.

Prin urmare, un bloc de ghidare gol nu ar trebui descris ca având aceeași accelerație maximă ca un modul liniar motorizat. Trebuie evaluat ansamblul complet.

Calculul de bază al accelerației

Relația de pornire provine din forța netă disponibilă și masa totală în mișcare:

O formă de inginerie mai utilă este:

Unde:

• oeste accelerația liniară disponibilă;
• F_conduceeste forța utilizabilă de la motor și transmisie;
• F_frecareinclude ghidaj, etanșare, șurub, rulment și rezistență la lubrifiere;
• F_externinclude forțele de prelucrare, presare, cablu și proces;
• F_gravitaţiese aplică axelor verticale sau înclinate;
• m_totalinclude sarcina utilă și fiecare componentă a mașinii în mișcare.

Acest calcul oferă doar o valoare inițială. Rezultatul trebuie apoi verificat în raport cu limitele mecanice ale sistemului de ghidare și antrenare.

Utilizați masa totală în mișcare, nu numai sarcina utilă

Masa accelerată nu se limitează la piesa de prelucrat a clientului. În funcție de proiectare, masa totală în mișcare poate include:

• Sarcina utilă;
• Placa de transport;
• Blocuri de ghidare sau carcase de rulmenți;
• Piulița cu bilă sau clema de curea;
• Corpuri, senzori și suporturi pentru cabluri;
• Mișcarea motorului sau cutiei de viteze în unele structuri;
• O parte din lanțul de cabluri și furtunurile conectate;
• Scule, cleme sau capete de proces.

Folosirea numai a masei piesei de prelucrat poate supraestima substanțial accelerația disponibilă, în special pe axele compacte, unde căruciorul și sculele cântăresc mai mult decât sarcina utilă.

Numai puterea motorului nu definește accelerația

Puterea motorului nu este suficientă pentru a determina accelerația maximă. Calculul necesită forța sau cuplul utilizabil la viteza de funcționare reală.

Pentru un sistem acţionat cu motor, confirmaţi:

• Cuplu motor continuu;
• Cuplul maxim și durata maximă permisă;
• Cuplul disponibil la turația necesară;
• Raportul și randamentul cutiei de viteze, dacă este utilizat;
• Diametrul șurubului cu bile sau al scripetei;
• Capacitate de cuplare si suport-portant;
• Raportul de inerție al motorului și al sarcinii;
• Limitele de curent și tensiune de acţionare.

Un motor poate furniza un cuplu mare la viteză mică, dar un cuplu mult mai mic după ce axa accelerează. Prin urmare, întregul profil de accelerație trebuie verificat în raport cu curba cuplu-viteză și nu numai cu puterea nominală a motorului.

Cum afectează acționarea șurubului cu bile accelerația

Într-un modul liniar cu șurub cu bile, cuplul motorului este transformat în forță axială prin cablul șurubului. Un cablu mai mic produce, în general, mai multă forță de la același cuplu motor, în timp ce un cablu mai mare necesită o viteză de rotație mai mică pentru aceeași viteză liniară.

Accelerația este afectată de:

• Diametru șurub cu bile și plumb;
• Eficiență șurub și piuliță;
• Preîncărcarea piuliței și cuplul de rulare;
• Inerția de rotație a șurubului;
• Preîncărcare suport-lagăr;
• Viteza critică;
• Viteza de circulație a mingii;
• Capacitate de cuplare;
• Temperatura de lubrifiere și funcționare.

Un șurub cu plumb mic poate oferi o forță suficientă, dar necesită o turație excesivă pentru a atinge viteza necesară. Un șurub cu pas mare poate reduce turația, dar necesită mai mult cuplu motor în timpul accelerației. Prin urmare, diametrul, plumbul, viteza și sarcina trebuie selectate împreună.

Cum influențează transmisia prin curele de accelerație

Un modul liniar acţionat de curea poate fi potrivit pentru o mişcare rapidă, deoarece evită rotirea unui arbore şurub lung. Cu toate acestea, accelerația maximă este încă limitată de:

• Rezistența la tracțiune a curelei;
• sarcina dentara admisa;
• Diametrul scripetei și cuplarea dinților;
• Pretensionarea curelei;
• Cuplul motorului la turație;
• Inerția scripetelor și arborelui motor;
• Rigiditatea transportului și cadrului;
• Cerințe de poziționare și decontare.

Creșterea tensiunii curelei nu asigură o accelerație nelimitată. Tensiunea excesivă poate crește sarcina lagărului, frecarea și deformarea arborelui.

Ghidul trebuie să poarte sarcini și momente dinamice

Accelerația produce o forță inerțială la centrul de greutate al sarcinii. Dacă acel centru este deasupra, lângă sau în fața blocurilor de ghidare, forța de inerție produce și un moment.

Prin urmare, sistemul de ghidare trebuie verificat pentru:

• Sarcina verticală;
• sarcina laterala;
• Momentul de lansare;
• Moment de rotire;
• Momentul de rulare;
• Sarcină dinamică echivalentă combinată;
• Distribuția încărcăturii între mai multe blocuri.

Două cărucioare cu aceeași masă totală pot necesita aranjamente diferite de ghidare dacă unul are o distanță mult mai mare între centrul de sarcină și șină.

O greșeală obișnuită de inginerie este să verificați numai greutatea statică. În timpul accelerației rapide sau opririi de urgență, forța de inerție și momentul rezultat pot deveni cazul de sarcină mai solicitant.

Glisoare cu ax rotund acceptate

Șinele rotunde susținute reduc deformarea arborelui prin sprijinirea continuă a arborelui de-a lungul unei baze de aluminiu. Ele sunt utilizate în mod obișnuit cu blocuri de rulmenți liniare deschise în echipamentele de automatizare și manipulare.

Accelerația permisă a acestei structuri depinde de clasificarea lagărelor, numărul și distanța dintre blocuri, rigiditatea bazei de sprijin, precizia suprafeței de montare și forța de antrenare.

Utilizarea a două blocuri distanțate larg oferă, în general, o rezistență la moment mai bună decât concentrarea aceleiași sarcini pe un bloc scurt. Cu toate acestea, blocurile suplimentare măresc sensibilitatea de aliniere și nu compensează o suprafață de montare neuniformă.

Glisoare cu ax rotund neacceptate

Un arbore rotund cu o carcasă a rulmentului liniar închis poate oferi o mișcare liniară simplă și lină, dar deformarea arborelui trebuie verificată atunci când deschiderea sau sarcina crește.

În timpul accelerării, îndoirea arborelui poate schimba contactul lagărului și poziția căruciorului. Rezultatul depinde de:

• Diametrul arborelui;
• Distanța dintre suporturi;
• Poziția de încărcare;
• Număr de arbori paraleli;
• Distanța dintre rulmenți;
• Direcția de accelerație;
• Rigiditatea bazei mașinii.

O sarcină utilă ușoară nu face automat acceptabilă accelerația mare dacă arborele este lung și subțire.

Glisoare de ghidaj liniar profil

Ghidajele liniare profilate oferă, în general, o rigiditate mai mare și o capacitate de încărcare momentană într-un anvelopă de instalare compactă. Acest lucru le poate face mai potrivite pentru sistemele de poziționare rapidă, dar blocul și șina selectate necesită încă o verificare dinamică a sarcinii și a duratei de viață.

Factorii importanți de selecție includ:

• Dimensiunea șinei și tipul blocului;
• Element de rulare cu bile sau role;
• Bloc standard sau lung;
• Numărul și distanța dintre blocuri;
• Nivel de preîncărcare;
• Gradul de precizie;
• Direcția sarcinii și momentele aplicate;
• Interval de lubrifiere;
• Precizia montajului pe șină.

Un ghidaj cu role poate oferi o rigiditate mai mare și o capacitate de încărcare mai mare, dar asta nu îl face automat cea mai bună alegere pentru o axă ușoară, cu ciclu mare. De asemenea, trebuie luate în considerare masa blocului, rezistența etanșării, preîncărcarea și timpul necesar de tasare.

Axele verticale necesită o verificare a gravitației

Pe o axă verticală, unitatea trebuie să învingă gravitația înainte de a se produce orice accelerație ascendentă.

Pentru mișcarea în sus, forța de accelerație disponibilă este redusă cu greutatea ansamblului în mișcare. În timpul accelerației în jos sau opririi de urgență, gravitația modifică direcția sarcinii și cerințele de frânare.

Un sistem vertical ar trebui să verifice:

• Forța sau cuplul motor necesar pentru a menține sarcina;
• Forța de accelerare în sus;
• Forța de decelerare în jos;
• Capacitate de reținere a frânei;
• Risc de conducere înapoi;
• Comportament de oprire de urgență;
• Flambajul șurubului cu bile unde arborele este comprimat;
• Contrabalansare sau asistență cu arc pe gaz, acolo unde este utilizat.

Valoarea accelerației aprobată pentru o axă orizontală nu trebuie copiată direct pe același mecanism instalat vertical.

Lungimea cursei modifică accelerația disponibilă

Este posibil ca o cursă scurtă să nu ofere suficientă distanță pentru a atinge viteza comandată înainte ca decelerația să înceapă.

Pentru o accelerație constantă din repaus, distanța aproximativă necesară pentru a atinge o viteză țintă este:

Același principiu se aplică secțiunii de decelerare. Cursa utilizabilă trebuie să includă:

• Distanța de accelerație;
• Distanța cu viteză constantă, dacă există;
• Distanța de decelerare;
• Distanța sau timpul de stabilire;
• Distanță mecanică de siguranță;
• Senzor și margine de oprire.

O setare de accelerație foarte mare poate oferi un beneficiu mic în timpul ciclului dacă axa este limitată de vibrații, timp de așezare sau deplasare scurtă.

Accelerația de vârf și funcționarea continuă sunt diferite

Un sistem poate tolera o accelerație mare pentru un număr mic de mișcări de urgență sau intermitente, dar nu în timpul ciclistului repetat continuu.

Ciclul de funcționare afectează:

• Temperatura motorului;
• Curent de antrenare și sarcină regenerativă;
• Șurub cu bile și căldură lagăr;
• Cererea de lubrifiere a ghidajului;
• Temperatura curelei și oboseala;
• Risc de slăbire a elementelor de fixare;
• Vibrații structurale;
• Durata de viață a componentei.

Când specificați accelerația maximă, precizați dacă este o valoare de vârf scurtă sau o valoare de producție repetată continuu.

Jerk afectează și stresul mecanic

Accelerația descrie cât de repede se schimbă viteza. Jerk descrie cât de repede se schimbă accelerația în sine.

O axă comandată de la zero direct la accelerația maximă aplică o schimbare mai accentuată a sarcinii decât un profil de curbă în S care crește accelerația progresiv.

Limitarea smucitura poate ajuta la reducerea:

• Vibrația cadrului;
• Mișcarea sarcinii utile;
• Impactul dinților curelei;
• Soc de cuplare;
• vârfuri de moment ghid;
• Timp de așezare după poziționare;
• Zgomot în timpul inversărilor repetate.

Pentru echipamentele de prelevare și plasare de precizie sau de inspecție, cea mai rapidă accelerație teoretică poate să nu producă cel mai scurt ciclu practic dacă transportul necesită o perioadă lungă de așezare după aceea.

Decelerația de urgență poate fi cazul critic

Comanda normală de accelerare nu este întotdeauna cea mai mare sarcină mecanică. Oprirea de urgență poate crea o forță de decelerare mai mare, mai ales atunci când:

• Axa se deplasează cu viteza maximă;
• Distanța de oprire este scurtă;
• Se acționează brusc o frână mecanică;
• Centrul de încărcare utilă este departe de ghid;
• Mașina folosește opritoare dure;
• Controlerul pierde profilarea normală a mișcării.

Blocurile de ghidare, șuruburile cu bile, curelele, cuplajele, elementele de fixare și plăcile de transport ar trebui verificate în raport cu cel mai rău caz de oprire credibil - nu numai cu accelerația normală a producției.

Un exemplu practic de calcul

Să presupunem că o axă liniară orizontală are:

• Masa totala in miscare: 25 kg;
• Forța de antrenare utilizabilă la viteza necesară: 500 N;
• Rezistenta de ghidare si transmisie estimata: 50 N;
• Forța externă a procesului în timpul accelerației: 75 N.

Forța netă de accelerație estimată este:

Accelerația teoretică inițială este:

Aceasta nu este încă o setare aprobată pentru mașină. Inginerul trebuie să verifice în continuare:

• Dacă 500 N este disponibil în toată gama de viteze de accelerație;
• Sarcină și momente echivalente pentru bloc de ghidare;
• Limite cu șurub cu bile, curea sau transmisie;
• Durata maximă a cuplului motorului;
• Decelerație de urgență;
• Deformarea cadrului și vibrații;
• Durata de viață necesară;
• Marja de siguranță tehnică adecvată.

Prin urmare, accelerația de funcționare poate fi necesară setată sub rezultatul teoretic simplu.

De ce nu există o masă universală de accelerație

O valoare de accelerație nu poate fi selectată în mod fiabil numai din numele cursorului. Două sisteme care utilizează același bloc de ghidare pot avea limite complet diferite, deoarece sarcina utilă, distanța dintre blocuri, antrenarea, cursa și structura mașinii sunt diferite.

Proces de selecție și verificare recomandat

1. Identificați structura glisorului.Confirmați dacă este un ghidaj de profil, o unitate cu ax rotund, șină susținută sau un modul complet.
2. Calculați masa totală în mișcare.Includeți căruciorul, sculele, sarcina utilă și accesoriile de mișcare.
3. Definiți profilul de mișcare.Stați viteza, accelerația, decelerația, smucitura, cursa și timpul de ciclu.
4. Calculați forța netă necesară.Includeți frecarea, gravitația și sarcinile externe ale procesului.
5. Verificați motorul și transmisia.Utilizați cuplul real sau forța disponibilă în intervalul de viteză.
6. Verificați încărcările și momentele de ghidare.Includeți sarcina inerțială la centrul de greutate real.
7. Verificați limitele unității.Verificați viteza critică a șurubului, viteza piuliței, sarcina curelei, cuplajul și rulmenții.
8. Verificați oprirea de urgență.Utilizați cea mai proastă decelerare așteptată și cea mai scurtă distanță de oprire permisă.
9. Verificați ciclul de funcționare și căldura.Capacitatea de vârf și capacitatea de producție continuă sunt diferite.
10. Testare în etape.Începeți cu o accelerație mai mică și monitorizați vibrația, curentul motorului, temperatura și timpul de așezare.

Greșeli frecvente de selecție a accelerației

• Solicitarea accelerației numai de la modelul blocului de ghidare:Este necesară structura completă a axului.
• Folosind numai masa sarcinii utile:Căruciorul și sculele accelerează și ele.
• Folosind puterea motorului în loc de forța disponibilă:Cuplul se modifică în funcție de turația motorului.
• Ignorarea decalajului centrului de sarcină:Accelerația poate crea un moment înalt chiar și cu o sarcină utilă ușoară.
• Verificarea accelerației normale, dar nu a opririi de urgență:Oprirea poate crea cea mai mare sarcină.
• Presupunând că mai multe preîncărcări ajută întotdeauna:De asemenea, crește rezistența și căldura.
• Ignorarea limitărilor cursei scurte:Este posibil ca axa să nu aibă suficientă distanță pentru a atinge viteza țintă.
• Utilizarea lubrifiantului pentru a corecta legarea:Erorile de aliniere trebuie corectate mecanic.
• Publicarea unei valori maxime fără condiții:Accelerația trebuie să fie legată de sarcină, cursă, antrenare și ciclu de funcționare.

Ce informații ar trebui trimise la DLY?

Pentru a evalua un glisor liniar sau un modul pentru accelerare, furnizați:

• Tip glisor: șină profilată, arbore rotund, șină susținută sau modul complet;
• șină, arbore, bloc sau număr de model existent;
• Masa totală în mișcare și masa sarcinii utile;
• Poziția centrului de sarcină față de ghidaj;
• Instalare orizontală, verticală sau înclinată;
• Accident vascular cerebral obligatoriu;
• Viteza liniară maximă;
• Accelerația și decelerația necesare;
• Durata ciclului și frecvența de funcționare;
• Prelucrare externă, presare sau forță de cablu;
• Plumb șurub cu bile, tip curea sau altă structură de antrenare;
• Informații despre motor și cutie de viteze;
• Precizia de poziționare și timpul de așezare necesare;
• Desenul mașinii și spațiul de instalare disponibil.

Pentru a identifica structura corectă a produsului, examinați DLYpagina de selecție a cursorului liniar.

Pentru sisteme de șine cu profil de rigiditate mai mare, consultați DLYinterval de ghidaj liniar. Pentru o axă antrenată completă, consultați cele disponibilestructuri de module liniare.

Răspunsul final

Un glisor liniar nu are o accelerație maximă universală. Un bloc de ghidare gol sau o carcasă de rulment liniar ghidează doar sarcina; Accelerația sa permisă depinde de sistemul complet de antrenare, cărucior, sarcină utilă și structura de montare.

Accelerația inițială poate fi estimată din forța netă împărțită la masa totală în mișcare, dar rezultatul trebuie să satisfacă, de asemenea, sarcinile de ghidare și limitele de moment, capacitatea sistemului de antrenare, decelerația de urgență, rigiditatea, lubrifierea, temperatură și cerințele de viață.

Pentru confirmarea tehnică DLY, trimiteți structura glisorului, masa totală în mișcare, poziția centrului de sarcină, cursa, viteza, accelerația, ciclul de funcționare, tipul de acționare și desenul mașinii. Fără aceste condiții, o valoare de accelerație ar fi incompletă și ar putea induce în eroare.

← Înapoi la DLY Blog