Sådan beregnes lineær guidefriktionskraft og drivmotorkraft

Køremodstanden for en lineær føring kan estimeres ud fra den påførte belastning og styrefriktionskoefficienten, men belastningsfriktion er kun en del af den samlede modstand. Tætninger, forspænding, smøremiddelviskositet, installationsfejl og eksterne kabelkræfter kan også påvirke, hvor meget kraft motoren skal producere.

Til en foreløbig beregning kan den lineære styrefriktionskraft udtrykkes som:

Denne ligning er nyttig til indledende motor- og aktuatorstørrelser. De endelige beregninger bør bruge de friktions- eller køremodstandsdata, der er offentliggjort for den valgte guidemodel, især når systemet bruger kraftig forspænding, forstærkede tætninger eller lav-temperaturfedt.

Hvad skaber modstand i en lineær guide?

En lineær profilføring bruger recirkulerende kugler eller ruller mellem skinnen og vognen. Rullende kontakt giver meget mindre modstand end en glidende guide, men modstanden er ikke nul.

De vigtigste kilder er:

• Rullende friktion:modstand genereret mellem de rullende elementer og løbebaner under belastning.
• Tætningsmodstand:kontakt mellem ende-tætningslæber og styreskinne.
• Forspændingsmodstand:intern belastning bruges til at fjerne spillerum og øge stivheden.
• Smøremiddelmodstand:fedtets viskositet, fedtmængde og driftstemperatur påvirker køremodstanden.
• Installationsmodstand:skinneforskydning, bunddeformation og ujævn blokmontering skaber interne kræfter.
• Ekstern modstand:kabelholdere, bælge, slanger og procesudstyr kan modstå platformbevægelser.

Den beregnede værdi repræsenterer derfor et skøn under korrekt installerede og smurte forhold. En stor forskel mellem beregningen og den målte kraft indikerer normalt, at der er en anden modstandskilde til stede.

Trin 1: Bestem den belastning, som guiderne bærer

For en vandret platform med en centreret last kan den samlede normale last, der bæres af styresystemet, initialt estimeres ud fra den bevægelige masse:

Hvor:

• P=total normal belastning på styresystemet (N)
• m=bevægelig masse, inklusive bordet, emnet og bevægeligt tilbehør (kg)
• g=gravitationsacceleration, ca. 9,81 m/s²

For eksempel producerer en 300 kg bevægelig platform en samlet lodret belastning på:

At dele denne værdi ligeligt mellem fire blokke er kun acceptabelt, når strukturen er stiv, symmetrisk, og belastningen virker nær midten af ​​styrearrangementet. En forskudt nyttelast eller proceskraft skaber rulnings-, stignings- eller krøjningsmomenter, hvilket får nogle blokke til at bære mere belastning end andre.

Når der er væsentlige momenter, beregnes belastningen på den hårdest belastede blok, før du kontrollerer styrekapaciteten og levetiden. Se voreslineær vejledende momentbelastningsberegningfor en dobbelt-skinne, fire-blokarrangement.

Trin 2: Vælg en passende friktionskoefficient

En værdi omkring 0,002-0,003 bruges almindeligvis som en foreløbig reference for mange lineære føringer af kugletype-profiler under passende smøring og normale driftsforhold. Rulleføringer, miniaturestyr og føringer med specielle indvendige strukturer kan kræve forskellige værdier.

Friktionskoefficienten er ikke en universel konstant. Brug af 0,003 for hver guide, forspændingsklasse, tætningsarrangement og driftstemperatur kan give et unøjagtigt resultat. Brug kun en foreløbig koefficient, før den nøjagtige guidekonfiguration er blevet bekræftet.

Trin 3: Beregn belastning-afhængig rullefriktion

Den grundlæggende belastnings-afhængige friktionskraft er:

Ved at bruge den tidligere 300 kg platform og en antaget koefficient på 0,003:

Dette resultat kan forekomme overraskende lavt. Det repræsenterer kun den belastnings-afhængige rullemodstand for et korrekt installeret styresystem. Tætningsmodstand, fedt, forspænding og eksternt tilbehør er endnu ikke inkluderet.

Trin 4: Tilføj tætningsmodstand for hver blok

Tætningsmodstand er normalt angivet pr. blok. Hvis fire forseglede blokke er installeret, skal modstanden af ​​alle fire blokke inkluderes:

Hvis den formodede tætningsmodstand er 3 N pr. blok, og platformen bruger fire blokke:

Den estimerede styremodstand bliver:

3 N-værdien i dette eksempel er en antagelse, der bruges til at demonstrere metoden. Det er ikke en universel værdi eller en DLY-målt specifikation. Den faktiske tætningsmodstand skal bekræftes for den valgte styreserie, blokstørrelse, tætningstype og smøretilstand.

Hvorfor tætningsmodstand betyder mere i lys-belastningssystemer

Belastnings-afhængig friktion falder, når den påførte belastning bliver mindre, men tætningsmodstanden falder ikke nødvendigvis i samme forhold. Dette er grunden til, at blot beregning af μP kan undervurdere den kraft, der er nødvendig for at flytte et let belastet positioneringstrin.

Overvej to systemer, der bruger fire blokke med den samme formodede tætningsmodstand:

I eksemplet på 30 kg ville estimering af modstand fra μP alene udelade det meste af den forventede guidemodstand.

Trin 5: Beregn den samlede kraft, der kræves for at flytte aksen

Motoren overvinder ikke kun lineær styremodstand. Under acceleration skal den også accelerere den bevægelige masse og overvinde proceskræfter og ekstern modstand.

For en vandret akse:

Antag, at 300 kg platformen fungerer under følgende forhold:

• Acceleration: 2 m/s²
• Proceskraft: 150 N
• Beregnet styremodstand: 20,83 N
• Estimeret kabelholdermodstand: 25 N

Accelerationskraften er:

Den samlede drivkraft under acceleration er:

For en direkte-drevet lineær motor bidrager denne kraft direkte til det nødvendige tryk. Motorvalg skal stadig kontrollere kontinuerlig kraft, spidskraft, driftscyklus, hastighed og termiske grænser.

Konvertering af drivkraft til kugleskruemoment

Hvis platformen drives af en kugleskrue, kan den lineære kraft omdannes til skruemoment:

Ved brug af en 10 mm blykugleskrue og en antaget driveffektivitet på 0,90:

Dette er det moment, der kræves for at producere den beregnede lineære kraft. Det er endnu ikke det endelige motormoment. Kugleskruens rotationsinerti, koblingsinerti, lejemodstand, accelerationstid, transmissionsforhold og sikkerhedstillæg skal også kontrolleres.

For en komplet drevberegning, seSådan beregnes kugleskruemotorens drejningsmoment: eksempler på vandret og lodret akse.

Startmodstand og løbemodstand er ikke altid ens

Rullende lineære styr har normalt en relativt lille forskel mellem statisk og dynamisk friktion. Den komplette akse kan dog stadig kræve mere kraft ved start efter et langt stop.

Mulige årsager omfatter:

• fedtomfordeling eller høj fedtviskositet;
• lav omgivende temperatur;
• tætningslæber klæber lidt til skinneoverfladen;
• forudindlæste blokke;
• kabelholder bøjningsmodstand;
• kugleskrue eller støtteleje-startmoment;
• fejlstilling, der bliver mere tydelig under vending.

En motor skal kontrolleres mod både det højeste start- eller accelerationskrav og det kontinuerlige driftskrav. At vælge det fra konstant-hastighedsguidefriktion alene er ikke tilstrækkeligt.

Sådan måler du den faktiske lineære vejledende løbemodstand

Når det er muligt, giver målt modstand et bedre grundlag for den endelige idriftsættelse end en friktionskoefficient alene.

1. Frakobl drivmekanismen, hvis dette kan gøres sikkert, så kugleskrue og motormodstand ikke påvirker styremålet.
2. Hold den normale bevægelige platform og driftslast installeret.
3. Brug en kalibreret kraftmåler, der er justeret efter kørselsretningen.
4. Træk platformen med en langsom, stabil hastighed i stedet for at bruge en pludselig kraft.
5. Mål i begge retninger og i flere positioner langs slaget.
6. Registrer den maksimale startkraft og den stabile bevægelseskraft separat.

En kraft, der forbliver konstant højere i én retning, kan indikere en ekstern kabel- eller tætningseffekt. En lokal krafttop i én position tyder oftere på forurening, skinnedeformation, monterings-overfladefejl eller dårlig parallelitet.

Hvad hvis den målte modstand er for høj?

Hvis platformen bliver stram, efter at den anden skinne eller det bevægelige bord er strammet helt, er øget motormoment ikke den korrekte første reaktion. Installations-induceret intern stress kan øge varmen og forkorte guidens levetid, selv når motoren er kraftig nok til at flytte aksen.

SeSådan installeres lineære bevægelsesguidertil montering af-overfladeforberedelse, reference-skinnejustering og tilspændingsprocedurer.

Oplysninger, der er nødvendige for en pålidelig beregning

Før du vælger en lineær styre- eller drivmotor, skal du bekræfte følgende:

• bevægende masse og nyttelast;
• guide serier, størrelse og blokmængde;
• bold-type eller rulle-type guide;
• forspænding eller frigangsklasse;
• tætnings- og skraberkonfiguration;
• skinneorientering og belastningsretning;
• maksimal hastighed og acceleration;
• arbejds- eller processtyrke;
• kugleskrue eller direkte-drev arrangement;
• kabelholder, bælg og slangemodstand;
• driftstemperatur og smøretilstand.

Ved valg af DLY lineær guide skal model- og blokarrangementet bekræftes sammen med den faktiske belastning, monteringslayout og arbejdsmiljø. Køremodstand bør ikke kun bedømmes ud fra den dynamiske belastningsværdi, fordi belastningskapacitet og friktionsmodstand beskriver forskellige aspekter af styreydelsen.

Konklusion

For et indledende estimat kan lineær styremodstand beregnes ud fra den belastnings-afhængige rullefriktion plus tætning og yderligere modstand:

Styremodstanden tilføjes derefter til accelerationskraft, proceskraft og ekstern tilbehørsmodstand for at bestemme den samlede aksedrivkraft. For kugleskruesystemer kan denne kraft omdannes til belastningsmoment, men skrueinerti, støttelejer, koblingsinerti og motordriftsforhold skal stadig vurderes separat.

Den vigtigste praktiske pointe er, at for høj modstand ikke automatisk skal løses ved at vælge en større motor. Hvis den målte modstand ændrer sig kraftigt langs slaget eller stiger efter montering, skal du først inspicere skinnejustering, monteringsoverflader, smøring, tætninger og platformsdeformation.

← Tilbage til DLY Blog