Hvordan beregne lineær guidefriksjonskraft og drivmotorkraft

Kjøremotstanden til en lineær føring kan estimeres fra den påførte lasten og styrefriksjonskoeffisienten, men lastfriksjonen er bare en del av den totale motstanden. Tetninger, forspenning, smøremiddelviskositet, installasjonsfeil og eksterne kabelkrefter kan også påvirke hvor mye kraft motoren må produsere.

For en foreløpig beregning kan den lineære styrefriksjonskraften uttrykkes som:

Denne ligningen er nyttig for innledende motor- og aktuatordimensjonering. Endelige beregninger bør bruke friksjons- eller kjøremotstandsdataene som er publisert for den valgte guidemodellen, spesielt når systemet bruker tung forhåndsbelastning, forsterkede tetninger eller fett med lav-temperatur.

Hva skaper motstand i en lineær guide?

En lineær profilføring bruker resirkulerende kuler eller ruller mellom skinnen og vognen. Rullekontakt gir mye mindre motstand enn en glideføring, men motstanden er ikke null.

Hovedkildene er:

• Rullefriksjon:motstand generert mellom rulleelementene og løpebaner under belastning.
• Tetningsmotstand:kontakt mellom ende-tetningsleppene og styreskinnen.
• Forspenningsmotstand:intern belastning brukes til å fjerne klaring og øke stivheten.
• Smøremiddelmotstand:fettviskositet, fettmengde og driftstemperatur påvirker kjøremotstanden.
• Installasjonsmotstand:skinneforskyvning, grunndeformasjon og ujevn blokkmontering skaper interne krefter.
• Ytre motstand:kabelbærere, belg, slanger og prosessutstyr kan motstå plattformbevegelser.

Den beregnede verdien representerer derfor et estimat under korrekt installerte og smurte forhold. En stor forskjell mellom beregningen og målt kraft indikerer vanligvis at en annen motstandskilde er tilstede.

Trinn 1: Bestem lasten som bæres av guidene

For en horisontal plattform med en sentrert last, kan den totale normale lasten som bæres av styresystemet i utgangspunktet estimeres fra den bevegelige massen:

Hvor:

• P=total normal belastning på styresystemet (N)
• m=bevegelig masse, inkludert bordet, arbeidsstykket og bevegelig tilbehør (kg)
• g=gravitasjonsakselerasjon, omtrent 9,81 m/s²

For eksempel produserer en bevegelig plattform på 300 kg en total vertikal last på:

Å dele denne verdien likt mellom fire blokker er bare akseptabelt når strukturen er stiv, symmetrisk og lasten virker nær midten av føringsarrangementet. En forskjøvet nyttelast eller prosesskraft skaper rulle-, stignings- eller girmomenter, noe som får noen blokker til å bære mer last enn andre.

Når vesentlige momenter er tilstede, beregner belastningen på den mest belastede blokken før du sjekker føringskapasitet og levetid. Se vårlineær ledemomentlastberegningfor en dobbel-skinne, fire-blokkarrangement.

Trinn 2: Velg en passende friksjonskoeffisient

En verdi rundt 0,002–0,003 brukes ofte som en foreløpig referanse for mange lineære føringer av kuleprofiler under egnet smøring og normale driftsforhold. Rulleføringer, miniatyrføringer og føringer med spesielle innvendige strukturer kan kreve ulike verdier.

Friksjonskoeffisienten er ikke en universell konstant. Bruk av 0,003 for hver føring, forspenningsklasse, tetningsarrangement og driftstemperatur kan gi et unøyaktig resultat. Bruk kun en foreløpig koeffisient før den nøyaktige guidekonfigurasjonen er bekreftet.

Trinn 3: Beregn belastning-avhengig rullefriksjon

Den grunnleggende belastningsavhengige-friksjonskraften er:

Ved å bruke den forrige 300 kg-plattformen og en antatt koeffisient på 0,003:

Dette resultatet kan virke overraskende lavt. Den representerer bare den lastavhengige-rullemotstanden til et riktig installert styresystem. Tetningsmotstand, fett, forspenning og eksternt tilbehør er ennå ikke inkludert.

Trinn 4: Legg til tetningsmotstand for hver blokk

Tetningsmotstand er normalt spesifisert per blokk. Hvis fire forseglede blokker er installert, må motstanden til alle fire blokker inkluderes:

Hvis den antatte tetningsmotstanden er 3 N per blokk og plattformen bruker fire blokker:

Den estimerte ledemotstanden blir:

3 N-verdien i dette eksemplet er en antagelse som brukes for å demonstrere metoden. Det er ikke en universell verdi eller en DLY-målt spesifikasjon. Den faktiske tetningsmotstanden må bekreftes for den valgte føringsserien, blokkstørrelse, tetningstype og smøretilstand.

Hvorfor tetningsmotstand er viktigere i lette-belastningssystemer

Last-avhengig friksjon avtar når den påførte belastningen blir mindre, men tetningsmotstanden reduseres ikke nødvendigvis i samme proporsjon. Dette er grunnen til at bare å beregne μP kan betydelig undervurdere kraften som trengs for å flytte et lett belastet posisjoneringstrinn.

Tenk på to systemer som bruker fire blokker med samme antatte tetningsmotstand:

I eksemplet på 30 kg vil estimering av motstand fra μP alene utelate det meste av den forventede guidemotstanden.

Trinn 5: Beregn den totale kraften som kreves for å flytte aksen

Motoren overvinner ikke bare lineær styremotstand. Under akselerasjon må den også akselerere den bevegelige massen og overvinne prosesskrefter og ytre motstand.

For en horisontal akse:

Anta at 300 kg-plattformen fungerer under følgende forhold:

• Akselerasjon: 2 m/s²
• Prosesskraft: 150 N
• Beregnet ledemotstand: 20,83 N
• Estimert kabelbærermotstand: 25 N

Akselerasjonskraften er:

Den totale drivkraften under akselerasjon er:

For en direkte-drevet lineærmotor bidrar denne kraften direkte til den nødvendige skyvekraften. Motorvalg må fortsatt kontrollere kontinuerlig kraft, toppkraft, driftssyklus, hastighet og termiske grenser.

Konvertering av drivkraft til kuleskruemoment

Hvis plattformen drives av en kuleskrue, kan den lineære kraften konverteres til skruemoment:

Ved å bruke en 10 mm blykuleskrue og en antatt driveffektivitet på 0,90:

Dette er dreiemomentet som kreves for å produsere den beregnede lineære kraften. Det er ennå ikke det endelige motormomentet. Kuleskruens rotasjonstreghet, koblingstreghet, lagermotstand, akselerasjonstid, utvekslingsforhold og sikkerhetstillegg skal også kontrolleres.

For en fullstendig kjøreberegning, seHvordan beregne kuleskruemotorens dreiemoment: eksempler på horisontal og vertikal akse.

Startmotstand og løpemotstand er ikke alltid like

Rullende lineære føringer har normalt en relativt liten forskjell mellom statisk og dynamisk friksjon. Imidlertid kan hele aksen fortsatt kreve mer kraft ved start etter et langt stopp.

Mulige årsaker inkluderer:

• omfordeling av fett eller høy fettviskositet;
• lav omgivelsestemperatur;
• tette lepper som fester seg litt til skinneoverflaten;
• forhåndslastede blokker;
• kabelbærer bøyemotstand;
• kuleskrue eller støtte-bearing startmoment;
• feilstilling som blir mer tydelig under reversering.

En motor må kontrolleres mot både det høyeste start- eller akselerasjonskravet og det kontinuerlige kjørekravet. Å velge den fra jevn-hastighetsguidefriksjon alene er ikke tilstrekkelig.

Hvordan måle faktisk lineær føringsmotstand

Når det er mulig gir målt motstand et bedre grunnlag for endelig igangkjøring enn en friksjonskoeffisient alene.

1. Koble fra drivmekanismen hvis dette kan gjøres trygt, slik at kuleskruen og motormotstanden ikke påvirker styremålet.
2. Hold den normale bevegelige plattformen og driftslasten installert.
3. Bruk en kalibrert kraftmåler på linje med kjøreretningen.
4. Trekk plattformen med langsom, stabil hastighet i stedet for å bruke en plutselig kraft.
5. Mål i begge retninger og i flere posisjoner langs slaget.
6. Registrer topp startkraft og stabil bevegelseskraft separat.

En kraft som forblir konstant høyere i én retning kan indikere en ekstern kabel- eller tetningseffekt. En lokal krafttopp i én posisjon antyder oftere forurensning, skinnedeformasjon, monterings-overflatefeil eller dårlig parallellitet.

Hva hvis den målte motstanden er for høy?

Hvis plattformen blir stram etter at den andre skinnen eller det bevegelige bordet er helt strammet, er ikke økende motormoment den riktige første reaksjonen. Installasjons-indusert indre stress kan øke varmen og forkorte levetiden selv når motoren er kraftig nok til å bevege aksen.

SeHvordan installere lineære bevegelsesguiderfor montering-overflateforberedelse, referanse-skinneinnretting og strammingsprosedyrer.

Informasjon som trengs for en pålitelig beregning

Før du velger en lineær guide eller drivmotor, bekreft følgende:

• bevegelig masse og nyttelast;
• guide serie, størrelse og blokkkvantitet;
• ball-type eller rulle-typeguide;
• forhåndsbelastning eller klaringsklasse;
• forsegling og skrapekonfigurasjon;
• skinneorientering og lastretning;
• maksimal hastighet og akselerasjon;
• arbeids- eller prosessstyrke;
• kuleskrue eller direkte-drivanordning;
• kabelholder, belg og slangemotstand;
• driftstemperatur og smøretilstand.

For valg av DLY lineær føring bør modell og blokkarrangement bekreftes sammen med faktisk belastning, monteringsoppsett og arbeidsmiljø. Kjøremotstand bør ikke bare bedømmes ut fra den dynamiske belastningsgraden, fordi belastningskapasitet og friksjonsmotstand beskriver ulike aspekter ved styreytelsen.

Konklusjon

For et første estimat kan lineær styremotstand beregnes fra den lastavhengige rullefriksjonen- pluss tetning og tilleggsmotstand:

Styremotstanden legges så til akselerasjonskraft, prosesskraft og ekstern tilbehørsmotstand for å bestemme den totale aksedrivkraften. For kuleskruesystemer kan denne kraften omdannes til lastmoment, men skrutreghet, støttelagre, koplingstreghet og motordriftsforhold må fortsatt vurderes separat.

Det viktigste praktiske poenget er at for høy motstand ikke automatisk skal løses ved å velge en større motor. Hvis målt motstand endres kraftig langs slaget eller øker etter montering, inspiser først skinneinnretting, monteringsflater, smøring, tetninger og plattformdeformasjon.

← Tilbake til DLY Blog