縮短設(shè)計時間在工程設(shè)計中至關(guān)重要，因為其結(jié)果是降低成本并加快上市時間。設(shè)計時間通常包括許多非增值活動，例如重新設(shè)計、過度設(shè)計或范圍蔓延，通過徹底了解所有應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)并通過使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對組件、模塊和完整組件進行參數(shù)測試來驗證計算和分析，并通過測試證明預(yù)計的性能結(jié)果，可以最大限度地減少這些活動。

在開始時盡可能多地捕獲相關(guān)的應(yīng)用程序信息，以避免返回并重復(fù)部分（如果不是整個設(shè)計過程）。保持警惕并為范圍變化做好準(zhǔn)備。使用理論計算和分析來確定最佳的初始設(shè)計，然后將其與實際設(shè)備上關(guān)鍵性能屬性的測試測量值進行比較。通過在實際現(xiàn)場條件下進行循環(huán)測試來確認臺架測試結(jié)果。

確定需求

幾乎每個工程過程的第一步也是非常關(guān)鍵的一步是確定應(yīng)用需求。每種產(chǎn)品可能都有一套獨特的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)會影響其性能。使用清單將有助于確保考慮可能被忽略的參數(shù)。

示例清單中的關(guān)鍵應(yīng)用信息數(shù)據(jù)可能包括：

? 負載/速度（動態(tài)和靜態(tài)）

? 電壓： 12， 24， 36， 48 VDC， 110， 220， VAC

? 負載

方向 ? 行程長度

? 壽命/工作周期

? 環(huán)境

? 行程末端保護：離合器？限位開關(guān)？

? 如何控制執(zhí)行器？

? 反饋

? UL、CSA、CE

? 其他：有關(guān)其他設(shè)計注意事項，請咨詢您的執(zhí)行器應(yīng)用工程師。

為特定應(yīng)用選擇正確的滾珠絲杠組件可能需要一個迭代過程來確定最小的包絡(luò)和最具成本效益的解決方案。設(shè)計載荷、線速度和定位精度要求用于計算合適的滾珠絲杠組件的直徑、導(dǎo)程和負載能力。然后可以根據(jù)壽命、尺寸限制、安裝配置和環(huán)境條件選擇單個滾珠絲杠組件。

一個好的起點是定義負載的方向和大小。系統(tǒng)方向可能非常重要。在水平方向上，驅(qū)動載荷等于有效載荷重量乘以摩擦系數(shù)。在垂直方向上，驅(qū)動載荷等于重量。作用在直線軸承和導(dǎo)軌上的載荷可以是垂直載荷、水平載荷或俯仰、滾動或偏航力矩載荷，或其任意組合。載荷的大小和方向也可能不同。

每個軸承的合成載荷矢量必須根據(jù)線性軸承系統(tǒng)所承受的各種載荷矢量的正確組合來確定，因為不能僅根據(jù)整體系統(tǒng)載荷矢量來估計預(yù)期壽命。每個直線軸承承受的載荷稱為給定軸承的等效載荷。然后根據(jù)最重載荷軸承的尺寸確定系統(tǒng)尺寸。有關(guān)等效載荷計算方法的更多信息，請參閱直線軸承和導(dǎo)軌供應(yīng)商的目錄。

例如，滾珠絲杠組件旨在承受軸向載荷，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為軸向運動。滾珠絲杠在壓縮載荷下抵抗屈曲的能力稱為其立柱強度。螺桿承受的軸向載荷在大小上實際上相等，并且在方向上與施加給滾珠螺母（其互補部分）的載荷相反，并且通過設(shè)計幾何形狀與驅(qū)動電機的扭矩相關(guān)。通常，柱強度是限制設(shè)計參數(shù)，因為對于較長的長度，它可能遠低于材料的實際抗壓強度。由于自由長徑比與柱屈曲密切相關(guān)，因此對于給定直徑，滾珠絲杠的軸向載荷能力取決于其自由長度。

線性運動系統(tǒng)的壽命可以根據(jù)其運行情況進行預(yù)測;簡單地說，滾珠絲杠每天運行多少小時、每周幾天和每年運行多少周。對于更復(fù)雜的應(yīng)用或更精細的壽命預(yù)測，需要構(gòu)建一個詳細、全面的運動曲線，將運動分解為基本上筆直的段。運動曲線的每個段都需要有關(guān)段開始和結(jié)束時的速度、段的持續(xù)時間以及段期間的扭矩的信息。

確定應(yīng)用所需的位置精度和可重復(fù)性。例如，英制滾珠絲杠通常生產(chǎn)兩個等級——精密和精密升級。精密級滾珠絲杠將用于需要相對粗糙運動的應(yīng)用或利用線性反饋進行定位的應(yīng)用。當(dāng)微米內(nèi)的可重復(fù)定位至關(guān)重要且不使用線性反饋裝置時，將使用 Precision Plus 級滾珠絲杠。雖然精密級螺釘在螺釘?shù)挠杏瞄L度上具有更大的累積變化，但 Precision Plus 級螺釘限制了導(dǎo)程誤差的累積，從而在螺釘?shù)恼麄€使用壽命內(nèi)提供更精確的定位。

尺寸和選擇

線性運動系統(tǒng)供應(yīng)商提供的圖表可以成為正確確定線性運動系統(tǒng)尺寸和選擇的節(jié)省時間的捷徑。我們將以三軸焊接龍門架應(yīng)用為例，演示如何使用目錄公式選擇滾珠絲杠并調(diào)整其尺寸（圖 2）。滾珠絲杠貫穿 x 軸的整個長度，兩端由軸承支架支撐。為簡單起見，我們將螺母安裝定義為法蘭，材料定義為合金鋼，螺紋方向定義為右旋，產(chǎn)品系列定義為公制。此應(yīng)用中的系統(tǒng)方向是水平的，采用螺桿驅(qū)動設(shè)計，x 軸的長度為 6 米。它將使用具有熱穩(wěn)定法蘭量的固定端。

騎在型材軌道上的托架施加 2，668.9 牛頓（600 磅）的負載。行程長度為4.5米（177.165英寸），架空長度為5.818米（229.055英寸）。所需速度為每秒 0.1 米（3.927 英寸/秒），需要 ±2.5 米/秒2（98.4 英寸/秒2）的加速度。工作周期為每天 8 小時、每周 5 天和每年 50 周，平均每小時 10 個周期。滾珠絲杠的使用壽命要求為20年，部件的使用壽命要求為5年。另一個要求是，由于電氣工程部門的偏好，必須使用步進電機。

接下來，我們?yōu)?x 軸選擇直線軸承。該應(yīng)用的主要要求是高負載能力和高剛度。該應(yīng)用程序的行程長度相對較長，為 5.500 米（18 英尺）;但是，6 米長的螺釘?shù)目捎眯韵藢舆B接的需求。低維護是此應(yīng)用的重要要求。結(jié)果是選擇了 500 系列滾珠型導(dǎo)軌直線導(dǎo)軌。

通過這種選擇，可以計算滾珠絲杠上的負載。基于這種載荷，選擇NEFF KGF-D滾珠螺母作為起點。該滾珠螺母具有一體式法蘭、一體式修水器和 DIN 69051 安裝座。滾珠絲杠的精度為 ±50 μm/300 mm。

接下來，檢查預(yù)期壽命要求。壽命通常為 L10，表示 90% 的滾珠絲杠仍能正常工作的時間。在此應(yīng)用中，預(yù)期壽命為1，035，752.6歲。壽命如此之高的原因是，我們根據(jù)臨界速度而不是壽命來選擇滾珠絲杠。

測試建議的設(shè)計

根據(jù)計算選擇設(shè)計后，您需要進行測試以確保您的前提正確。測試旨在驗證所提議的內(nèi)容是否實際交付，如果不是這種情況，則指導(dǎo)可能需要的任何糾正措施。驗證測試應(yīng)設(shè)計為回答以下問題：

? 成品是否符合設(shè)計規(guī)范？

? 在實驗范圍內(nèi)，性能是否與理論計算一致，如果不一致，差異有多大，為什么？

? 產(chǎn)品是否提供所需的可靠性水平？

? 產(chǎn)品的潛在模式和故障點是什么？

? 當(dāng)前解決方案與替代方案相比如何？

對于大型桁架機械手系統(tǒng)和機器，您可能希望從組件測試開始，然后再進行子組件的臺架測試，最后進行整個組件的測試。在測試的每個階段，應(yīng)審查測試結(jié)果并將其與理論計算進行比較，以確保設(shè)計在正確的軌道上，或考慮合理的改進機會。測試旨在揭示我們在計算和建模中可能遺漏的內(nèi)容。

配置的直線運動系統(tǒng)

在整個過程中，考慮購買配置的線性運動系統(tǒng)是否比設(shè)計和組裝自己的線性運動系統(tǒng)更有意義也很重要。在這種情況下，您將向線性運動積分商提供應(yīng)用的要求，例如安裝配置、定位要求、環(huán)境條件、加載條件、移動要求以及任何特殊注意事項。然后，集成商通常會利用基于 Web 的尺寸和選擇系統(tǒng)來根據(jù)您的輸入設(shè)計和配置自定義線性運動系統(tǒng)。集成商通常可以在您提出請求后的 24 小時內(nèi)提供建議設(shè)計的報價和 CAD 文件。在大多數(shù)情況下，這種系統(tǒng)的成本將低于單個組件的成本。

這種方法通常可以將工程時間和裝配成本減少 90% 或更多，并且通常可以節(jié)省 20% 到 30% 的材料成本。最重要的是，通過減少設(shè)計線性運動系統(tǒng)所花費的時間，您的工程師將花更少的時間在其核心競爭力之外的領(lǐng)域工作，而將更多的時間集中在他們最擅長的事情上 - 整體系統(tǒng)集成。

總之，利用所有有用的資源來節(jié)省設(shè)計時間。不要忽視線性運動供應(yīng)商提供配置的線性運動組件的能力，這些組件可以幫助您降低工程和裝配成本。評估購買組件與模塊的替代方案，以及完整系統(tǒng)對設(shè)計和裝配時間的影響。使用所有可用的設(shè)計工具，如圖表、公式、在線選擇系統(tǒng)和 3D 模型。最后，與技術(shù)支持接洽，以利用他們在標(biāo)準(zhǔn)、修改后的標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)解決方案方面的產(chǎn)品專業(yè)知識。請務(wù)必確認供應(yīng)商具有設(shè)計驗證/測試/分析數(shù)據(jù)來支持設(shè)計聲明和設(shè)計立場。這種方法可以將設(shè)計時間降至最低，同時確保線性運動系統(tǒng)滿足性能和耐用性要求。

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