Nominell levetidsberegning for lineær føringsvei

Den nominelle levetiden til en lineær føringsvei er en viktig referanse når du velger en styreskinne og blokk for CNC-maskiner, automasjonsutstyr, målesystemer, pakkemaskineri og andre lineære bevegelsesapplikasjoner. Det hjelper ingeniører med å anslå hvor lenge en lineær føringsvei kan kjøre før tretthetsflaking vises på løpebanen eller rullende elementer.

Nominell levetid er imidlertid ikke det samme som garantert levetid. Selv føringsveier av samme modell kan vise forskjellige faktiske resultater avhengig av lastretning, installasjonsnøyaktighet, smøring, vibrasjon, temperatur, arbeidsmiljø og vedlikehold. Av denne grunn bør levetidsberegning brukes som en utvelgelsesreferanse, ikke som eneste vurderingsstandard.

Denne artikkelen forklarer den grunnleggende nominelle levetidsformelen forlineære føringsveier, inkludert kuletype og rulletype føringsveier, og viser hvordan hardhetsfaktor, temperaturfaktor, belastningsfaktor, dynamisk belastningsgrad og kjørehastighet påvirker det endelige levetidsestimatet.

Hva er livet til en lineær føringsvei?

Under drift utsettes løpebanen og rullende elementer i en lineær føringsvei gjentatte ganger for kontaktbelastning. Etter lang-drift kan det oppstå tretthet på metalloverflaten. Når små stykker materiale løsner fra løpebanen eller rullende elementer, kalles dette vanligvis tretthetsflaking.

Levetiden til en lineær føringsvei uttrykkes generelt som den totale reisedistansen før utmattelsesflassing oppstår. I praktiske maskiner kan den faktiske levetiden også påvirkes av forurensning, dårlig smøring, slagbelastning, feil installasjon, korrosjon eller for stor forspenning.

Derfor, når man diskuterer lineær føringsbaneliv, er det viktig å skille mellomberegnet nominell levetidogfaktisk levetid. Nominell levetid er en teoretisk referanse basert på belastningsgrad og driftsforhold, mens faktisk levetid avhenger av hvordan føringsveien er valgt, installert, smurt og brukt.

Hva er nominelt liv?

Nominell levetid brukes ofte som standardreferanse for å sammenligne og velge lineære føringsveier. Det betyr den totale reisedistansen som 90 % av en gruppe identiske lineære føringsveier kan nå uten at tretthetsflasking når de opereres under samme forhold.

For lineære føringsveier med kuler som rullende elementer er den grunnleggende dynamiske belastningen vanligvis basert på en nominell levetid på 50 km. For lineære føringsveier av rulletype er den grunnleggende dynamiske belastningen vanligvis basert på en nominell levetid på 100 km. Denne forskjellen bør tas i betraktning når man sammenligner kuletype og rulletype føringsveier.

Grunnleggende nominell levetidsformel for lineære føringsveier

Den virkende belastningen har sterk innflytelse på den nominelle levetiden til en lineær føringsvei. I grunnberegning estimeres levetiden ved å sammenligne den grunnleggende dynamiske belastningenCmed faktisk beregnet belastningP.

Fordi belastningsforholdet er hevet til tredje potens for kuletype føringsveier, kan selv en liten økning i faktisk belastning forårsake en stor reduksjon i beregnet levetid. Dette er grunnen til at maskindesignere ikke bør undervurdere akselerasjonskraft, overhengende last, slaglast eller ujevn lastfordeling mellom flere blokker.

Modifisert Nominell Livsformel

I virkelige applikasjoner brukes ikke alltid lineære føringsveier under ideelle forhold. Temperatur, løpebanehardhet, vibrasjon, støtbelastning, smøring, forurensning og installasjonsnøyaktighet kan alle endre den faktiske levetiden. Av denne grunn brukes ofte en modifisert nominell livsformel for mer realistisk valg.

I denne formelen,f_her hardhetsfaktoren,f_ter temperaturfaktoren,f_wer belastningsfaktoren, ogP_cer den beregnede belastningen. Noen katalogsystemer kan også vurdere en kontaktfaktor når flere blokker brukes i nærkontakt. Den spesifikke formelen skal følge den valgte produsentens tekniske data.

Hardhetsfaktor f_h

Raceway-hardhet påvirker direkte lastekapasiteten og utmattelseslevetiden til en lineær føringsvei. Generelt bør baneoverflaten i kontakt med rulleelementene nå en passende herdet dybde og hardhetsnivå. Hvis hardheten er lavere enn det nødvendige området, reduseres den tillatte belastningen og den beregnede nominelle levetiden blir kortere.

For standard lineære føringsveier levert av DLY regnes hardhetsfaktoren normalt som 1,0 under vanlige forhold. Hvis et spesielt materiale, overflatebehandling eller uvanlige arbeidsforhold er involvert, bør faktoren bekreftes separat.

Temperaturfaktor f_t

Høy temperatur kan redusere hardheten og dimensjonsstabiliteten til lineære styrebanekomponenter. Det kan også påvirke tetninger, endestykker, fett, plasttilbehør og smøreytelse. Av denne grunn anbefales det at arbeidsmiljøet til mange standard lineære føringsveier holder seg under 100 grader med mindre en høy-temperaturkonfigurasjon er bekreftet.

Når driftstemperaturen er høy, kan det være nødvendig å korrigere den grunnleggende dynamiske belastningen og den statiske belastningen med temperaturfaktoren. I bruksområder som ovner, sveiseutstyr, tørkesystemer eller produksjonslinjer med høye- temperaturer, bør vanlige føringsveier ikke velges kun etter størrelse. Materiale, tetninger, smøring og tilbehør bør også kontrolleres.

Belastningsfaktor f_w

Lasten som virker på en lineær føringsvei inkluderer ikke bare vekten av den bevegelige delen, men også treghetsbelastning under akselerasjon og retardasjon, momentbelastning forårsaket av overhengende strukturer, vibrasjoner og støt. Disse forholdene er vanskelige å beregne perfekt, så en belastningsfaktor brukes ofte for å gjøre levetidsberegningen mer konservativ.

En høyere belastningsfaktor reduserer den beregnede levetiden, men den kan bedre reflektere reelle arbeidsforhold. For utstyr med hyppige støt eller vibrasjoner kan bruk av en optimistisk lav belastningsfaktor føre til en føringsvei som ser akseptabel ut i beregningen, men som feiler for tidlig i faktisk bruk.

Dynamisk belastningsvurdering C

Den grunnleggende dynamiske belastningenCer en av de viktigste verdiene i valg av lineær føringsvei. Den representerer lastverdien som brukes for levetidsberegning under definerte test- og referanseforhold. I de fleste produktkataloger har hver skinnestørrelse og blokktype sin egen dynamiske lastvurdering.

For eksempel kan en tung-lastblokk og en super-tung-lastblokk bruke samme skinnestørrelse, men deres blokklengde, interne rulleelementarrangement, stivhet og dynamiske lastklassifisering kan være forskjellige. Dette er grunnen til at det ikke er nok å velge kun etter skinnebredde, for eksempel 15, 20, 25, 30 eller 35 mm.

Beregne levetid L_h

Nominelt liv uttrykkes som reiseavstand, vanligvis i kilometer. I mange prosjekter må ingeniører også beregne levetiden i timer. Hvis ekvivalent hastighet er kjent, kan nominell levetid konverteres til levetid.

Hvis maskinen bruker frem- og tilbakegående bevegelse med fast slag og fast syklus, kan levetiden også estimeres ved slaglengde og frem- og tilbakegående frekvens. For uregelmessig bevegelse, variabel hastighet eller flertrinns driftssykluser, bør beregningen justeres i henhold til den faktiske bevegelsesprofilen.

Enkelt regneeksempel

Følgende eksempel viser hvordan belastningsforholdet påvirker den nominelle levetiden til en lineær føringsvei av kuletype. Dette er en forenklet beregning for å forstå formelen. Faktisk valg bør også ta hensyn til momentbelastning, forspenning, smøring, vibrasjon, installasjonsnøyaktighet og sikkerhetsmargin.

Den nominelle levetiden er:

Hvis den beregnede lasten øker fra 5 kN til 10 kN, endres resultatet betydelig:

I dette forenklede eksemplet, når den beregnede lasten dobles, reduseres den nominelle levetiden fra 3200 km til 400 km. Dette viser hvorfor korrekt lastestimering og riktig valg av skinnestørrelse er avgjørende i design av lineær føringsvei.

Vanlige feil i beregning av levetid for lineær føringsvei

Formler for nominell levetid er nyttige, men feil inngangsverdier kan føre til misvisende resultater. Følgende feil er vanlige ved valg av lineær føringsvei:

Konklusjon

Beregning av nominell levetid for lineære føringsveier er hovedsakelig basert på forholdet mellom den grunnleggende dynamiske belastningen og den faktiske beregnede belastningen. For føringsveier av kuletype beregnes levetiden vanligvis med et kubikkforhold, mens føringsveier av rulletype bruker en annen eksponent og en referansebasis på 100 km.

I ekte maskiner bør hardhet, temperatur, vibrasjon, slag, installasjonsnøyaktighet, smøring, forspenning og arbeidsmiljø også vurderes. En korrekt beregning bidrar til å begrense utvalgsområdet, men endelig styrebanevalg bør likevel kontrolleres sammen med utstyrsstruktur og driftsforhold.