Jak obliczyć siłę tarcia prowadnicy liniowej i siłę silnika napędowego

Opór jazdy prowadnicy liniowej można oszacować na podstawie przyłożonego obciążenia i współczynnika tarcia prowadnicy, ale tarcie pod obciążeniem stanowi tylko część całkowitego oporu. Uszczelnienia, napięcie wstępne, lepkość smaru, błąd montażu i zewnętrzne siły na kablu mogą również wpływać na siłę, jaką musi wytworzyć silnik.

Do wstępnych obliczeń siłę tarcia prowadnicy liniowej można wyrazić jako:

Równanie to jest przydatne przy wstępnym doborze silnika i siłownika. W ostatecznych obliczeniach należy wykorzystać dane dotyczące tarcia lub{{1}oporu pracy opublikowane dla wybranego modelu prowadnicy, zwłaszcza gdy w systemie stosuje się duże napięcie wstępne, wzmocnione uszczelnienia lub smar-o niskiej temperaturze.

Co tworzy opór w prowadnicy liniowej?

Prowadnica liniowa profilowana wykorzystuje kulki lub rolki obiegowe pomiędzy szyną a wózkiem. Styk toczny wytwarza znacznie mniejszy opór niż prowadnica ślizgowa, ale opór nie jest zerowy.

Główne źródła to:

• Tarcie toczne:opór generowany pomiędzy elementami tocznymi a bieżniami pod obciążeniem.
• Odporność uszczelnienia:styk pomiędzy końcowymi-wargami uszczelniającymi a szyną prowadzącą.
• Opór obciążenia wstępnego:obciążenie wewnętrzne stosowane w celu usunięcia luzu i zwiększenia sztywności.
• Odporność na smar:lepkość smaru, ilość smaru i temperatura robocza wpływają na opór pracy.
• Rezystancja instalacji:niewspółosiowość szyn, deformacja podstawy i nierówne mocowanie klocków powodują powstawanie sił wewnętrznych.
• Opór zewnętrzny:prowadniki kabli, mieszki, węże i sprzęt procesowy mogą stawiać opór ruchom platformy.

Obliczona wartość stanowi zatem wartość szacunkową w warunkach prawidłowego montażu i smarowania. Duża różnica między siłą obliczoną a zmierzoną zwykle wskazuje, że występuje inne źródło oporu.

Krok 1: Określ obciążenie przenoszone przez prowadnice

W przypadku platformy poziomej z ładunkiem wyśrodkowanym całkowite obciążenie normalne przenoszone przez system prowadnic można początkowo oszacować na podstawie poruszającej się masy:

Gdzie:

• P=całkowite normalne obciążenie systemu prowadzącego (N)
• m=ruchoma masa, łącznie ze stołem, obrabianym przedmiotem i ruchomymi akcesoriami (kg)
• g=przyspieszenie grawitacyjne, około 9,81 m/s²

Na przykład platforma ruchoma o masie 300 kg wytwarza całkowite obciążenie pionowe wynoszące:

Podział tej wartości równo pomiędzy cztery bloki jest dopuszczalny tylko wtedy, gdy konstrukcja jest sztywna, symetryczna, a obciążenie działa w pobliżu środka układu prowadnic. Przesunięty ładunek lub siła procesowa wytwarza momenty przechyłu, pochylenia lub odchylenia, powodując, że niektóre bloki przenoszą większe obciążenie niż inne.

W przypadku wystąpienia znaczących momentów należy obliczyć obciążenie najbardziej obciążonego bloku przed sprawdzeniem nośności prowadnicy i żywotności. Zobacz naszeObliczanie obciążenia momentem prowadnicy liniowejdla układu z dwiema-szynami i czterema-blokami.

Krok 2: Wybierz odpowiedni współczynnik tarcia

Wartość około 0,002–0,003 jest powszechnie stosowana jako wstępne odniesienie dla wielu prowadnic liniowych o profilu kulkowym-przy odpowiednim smarowaniu i normalnych warunkach pracy. Prowadnice rolkowe, prowadnice miniaturowe i prowadnice o specjalnej konstrukcji wewnętrznej mogą wymagać innych wartości.

Współczynnik tarcia nie jest stałą uniwersalną. Użycie wartości 0,003 dla każdej prowadnicy, klasy napięcia wstępnego, układu uszczelnienia i temperatury roboczej może spowodować niedokładny wynik. Wstępnego współczynnika należy używać tylko przed potwierdzeniem dokładnej konfiguracji prowadnicy.

Krok 3: Oblicz obciążenie-Zależne tarcie toczne

Podstawowa siła tarcia-zależna od obciążenia wynosi:

Korzystając z poprzedniej platformy o masie 300 kg i przyjętego współczynnika 0,003:

Wynik ten może wydawać się zaskakująco niski. Reprezentuje on jedynie zależny od obciążenia-opór toczenia prawidłowo zainstalowanego systemu prowadnic. Uszczelka, smar, napięcie wstępne i akcesoria zewnętrzne nie zostały jeszcze uwzględnione.

Krok 4: Dodaj opór uszczelnienia dla każdego bloku

Rezystancja uszczelnienia jest zwykle określana dla każdego bloku. Jeżeli zamontowane są cztery uszczelnione bloki, należy uwzględnić rezystancję wszystkich czterech bloków:

Jeżeli założony opór uszczelnienia wynosi 3 N na blok, a na platformie zastosowano cztery bloki:

Szacowany opór przewodnika wynosi:

Wartość 3 N w tym przykładzie jest założeniem zastosowanym do zademonstrowania metody. Nie jest to wartość uniwersalna ani specyfikacja pomiaru DLY. Rzeczywistą rezystancję uszczelnienia należy potwierdzić dla wybranej serii prowadnic, wielkości bloku, typu uszczelnienia i stanu smarowania.

Dlaczego rezystancja uszczelnienia ma większe znaczenie w-systemach z lekkim obciążeniem

Tarcie zależne-od obciążenia zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem się przyłożonego obciążenia, ale opór uszczelnienia niekoniecznie zmniejsza się w tej samej proporcji. Dlatego samo obliczenie μP może znacznie zaniżyć siłę potrzebną do przemieszczenia lekko obciążonego stopnia pozycjonowania.

Rozważmy dwa systemy wykorzystujące cztery bloki o tej samej założonej rezystancji uszczelnienia:

W przykładzie 30 kg oszacowanie oporu na podstawie samego μP spowodowałoby pominięcie większości oczekiwanego oporu przewodnika.

Krok 5: Oblicz całkowitą siłę potrzebną do przemieszczenia osi

Silnik nie pokonuje jedynie oporu prowadnicy liniowej. Podczas przyspieszania musi także przyspieszyć poruszającą się masę oraz pokonać siły procesowe i opór zewnętrzny.

Dla osi poziomej:

Załóżmy, że platforma o masie 300 kg działa w następujących warunkach:

• Przyspieszenie: 2 m/s²
• Siła procesowa: 150 N
• Obliczony opór prowadnicy: 20,83 N
• Szacunkowa rezystancja prowadnicy kabla: 25 N

Siła przyspieszenia wynosi:

Całkowita siła napędowa podczas przyspieszania wynosi:

W przypadku silnika liniowego z napędem-bezpośrednim siła ta ma bezpośredni udział w wymaganym ciągu. Dobór silnika musi nadal uwzględniać siłę ciągłą, siłę szczytową, cykl pracy, prędkość i ograniczenia termiczne.

Zamiana siły napędowej na moment obrotowy śruby kulowej

Jeżeli platforma napędzana jest śrubą kulową, siłę liniową można przeliczyć na moment obrotowy śruby:

Przy zastosowaniu śruby kulowej pociągowej 10 mm i przyjętej sprawności napędu 0,90:

Jest to moment obrotowy wymagany do wytworzenia obliczonej siły liniowej. Nie jest to jeszcze końcowy moment obrotowy silnika. Należy również sprawdzić bezwładność obrotową śruby kulowej, bezwładność sprzęgła, opór łożyska, czas przyspieszania, przełożenie przekładni i tolerancję bezpieczeństwa.

Aby uzyskać pełne obliczenia napędu, zobaczJak obliczyć moment obrotowy silnika śruby kulowej: przykłady osi poziomej i pionowej.

Opór początkowy i opór biegowy nie zawsze są równe

Rolkowe prowadnice liniowe zwykle charakteryzują się stosunkowo małą różnicą pomiędzy tarciem statycznym i dynamicznym. Jednakże cała oś może nadal wymagać większej siły podczas uruchamiania po długim zatrzymaniu.

Możliwe przyczyny to:

• redystrybucja smaru lub wysoka lepkość smaru;
• niska temperatura otoczenia;
• wargi uszczelniające lekko przylegające do powierzchni szyny;
• wstępnie załadowane bloki;
• odporność na zginanie prowadnicy kabla;
• moment rozruchowy śruby kulowej lub podpory-łożyska;
• niewspółosiowość, która staje się bardziej widoczna podczas cofania.

Silnik należy sprawdzić zarówno pod kątem najwyższego zapotrzebowania na rozruch lub przyspieszenie, jak i na zapotrzebowanie pracy ciągłej. Wybranie go spośród samego tarcia przy stałej-prędkości nie jest wystarczające.

Jak zmierzyć rzeczywisty opór prowadnicy liniowej

Jeśli to możliwe, zmierzony opór stanowi lepszą podstawę do końcowego uruchomienia niż sam współczynnik tarcia.

1. Odłącz mechanizm napędowy, jeśli można to zrobić bezpiecznie, aby śruba kulowa i rezystancja silnika nie miały wpływu na pomiar prowadnicy.
2. Pozostaw zainstalowaną normalną ruchomą platformę i obciążenie robocze.
3. Użyj skalibrowanego miernika siły ustawionego w kierunku jazdy.
4. Zamiast używać nagłej siły, ciągnij platformę z małą, stabilną prędkością.
5. Pomiar w obu kierunkach i w kilku miejscach wzdłuż skoku.
6. Zapisz oddzielnie szczytową siłę początkową i stabilną siłę ruchu.

Siła, która pozostaje stale wyższa w jednym kierunku, może wskazywać na działanie zewnętrznego kabla lub uszczelnienia. Lokalny szczyt siły w jednym miejscu częściej sugeruje zanieczyszczenie, deformację szyny, błąd-powierzchni montażowej lub słabą równoległość.

Co się stanie, jeśli zmierzona rezystancja jest zbyt wysoka?

Jeżeli po całkowitym dokręceniu drugiej szyny lub ruchomego stołu platforma stanie się ciasna, zwiększenie momentu obrotowego silnika nie będzie właściwą pierwszą reakcją. Naprężenia wewnętrzne wywołane instalacją-mogą zwiększyć ciepło i skrócić żywotność prowadnicy, nawet jeśli silnik jest wystarczająco mocny, aby poruszyć osią.

WidziećJak zainstalować prowadnice ruchu liniowegodotyczące montażu-przygotowania powierzchni, odniesienia-do procedur ustawiania szyn i dokręcania.

Informacje potrzebne do wiarygodnych obliczeń

Przed wyborem prowadnicy liniowej lub silnika napędowego należy sprawdzić, co następuje:

• ruchoma masa i ładunek;
• seria prowadnic, wielkość i ilość bloków;
• prowadnica kulkowa-lub-rolkowa;
• klasa napięcia wstępnego lub luzu;
• konfiguracja uszczelnienia i zgarniaka;
• orientacja szyny i kierunek obciążenia;
• maksymalna prędkość i przyspieszenie;
• siła robocza lub procesowa;
• śruba kulowa lub napęd bezpośredni-;
• prowadnik kabla, mieszek i oporność węża;
• temperatura pracy i stan smarowania.

W przypadku doboru prowadnicy liniowej DLY należy potwierdzić model i układ bloków wraz z rzeczywistym obciążeniem, układem montażu i środowiskiem pracy. Oporu jazdy nie należy oceniać wyłącznie na podstawie nośności dynamicznej, ponieważ nośność i opór tarcia opisują różne aspekty działania prowadnicy.

Wniosek

W celu wstępnego oszacowania opór prowadnicy liniowej można obliczyć na podstawie-zależnego od obciążenia tarcia tocznego, uszczelnienia i dodatkowego oporu:

Następnie opór prowadnicy dodaje się do siły przyspieszenia, siły procesowej i oporu akcesoriów zewnętrznych, aby określić całkowitą siłę napędową osi. W przypadku układów śrubowo-tocznych siłę tę można przekształcić w moment obciążenia, ale bezwładność śruby, łożyska oporowe, bezwładność sprzęgła i warunki pracy silnika należy nadal oceniać osobno.

Najważniejszą praktyczną kwestią jest to, że nadmierny opór nie powinien być automatycznie rozwiązywany przez wybór większego silnika. Jeśli zmierzony opór zmienia się gwałtownie wzdłuż skoku lub wzrasta po montażu, najpierw sprawdź ustawienie szyn, powierzchnie montażowe, smarowanie, uszczelki i odkształcenie platformy.

← Powrót do bloga DLY