Beregning af nominel levetid for lineær føringsvej

Den nominelle levetid for en lineær føringsvej er en vigtig reference, når man vælger en styreskinne og blok til CNC-maskiner, automationsudstyr, målesystemer, pakkemaskiner og andre lineære bevægelsesapplikationer. Det hjælper ingeniører med at vurdere, hvor lang tid en lineær føringsvej kan køre, før der opstår træthedsafskalninger på løbebanen eller rullende elementer.

Nominel levetid er dog ikke det samme som garanteret levetid. Selv føringsveje af samme model kan vise forskellige faktiske resultater afhængigt af belastningsretning, installationsnøjagtighed, smøring, vibrationer, temperatur, arbejdsmiljø og vedligeholdelse. Af denne grund bør levetidsberegning bruges som en udvælgelsesreference, ikke som den eneste bedømmelsesstandard.

Denne artikel forklarer den grundlæggende nominelle levetidsformel forlineære føringsveje, herunder føringer af kugletype og rulletype, og viser, hvordan hårdhedsfaktor, temperaturfaktor, belastningsfaktor, dynamisk belastningsværdi og kørehastighed påvirker den endelige levetidsestimat.

Hvad er livet for en lineær føringsvej?

Under drift udsættes løbebanen og rulleelementerne i en lineær føringsbane gentagne gange for kontaktbelastning. Efter lang-drift kan der forekomme træthed på metaloverfladen. Når små stykker materiale skaller af fra løbebanen eller rullende elementer, kaldes dette normalt træthedsafskalning.

Levetiden for en lineær føringsvej udtrykkes generelt som den samlede kørselsafstand, før udmattelsesafskalning opstår. I praktiske maskiner kan den faktiske levetid også være påvirket af forurening, dårlig smøring, slagbelastning, forkert installation, korrosion eller for stor forspænding.

Når man diskuterer lineær føringsbaneliv, er det derfor vigtigt at skelne mellemberegnet nominel levetidogfaktiske levetid. Nominel levetid er en teoretisk reference baseret på belastningsværdi og driftsforhold, mens den faktiske levetid afhænger af, hvordan føringen er valgt, installeret, smurt og brugt.

Hvad er nominelt liv?

Nominel levetid bruges almindeligvis som en standardreference til sammenligning og valg af lineære føringsveje. Det betyder den samlede rejseafstand, som 90 % af en gruppe af identiske lineære føringsveje kan nå uden at træthedsflager, når de betjenes under de samme forhold.

For lineære føringsveje med kugler som rullende elementer er den grundlæggende dynamiske belastningsværdi normalt baseret på en nominel levetid på 50 km. For lineære føringsveje af rulletypen er den grundlæggende dynamiske belastningsværdi almindeligvis baseret på en nominel levetid på 100 km. Denne forskel bør tages i betragtning, når man sammenligner styrebaner af kugletype og rulletype.

Grundlæggende nominel levetidsformel for lineære føringsveje

Den virkende belastning har en stærk indflydelse på den nominelle levetid af en lineær føringsvej. Ved basisberegning estimeres levetiden ved at sammenligne den grundlæggende dynamiske belastningsværdiCmed den faktisk beregnede belastningP.

Fordi belastningsforholdet er hævet til tredje potens for kugletype føringsveje, kan selv en lille stigning i den faktiske belastning forårsage en stor reduktion i den beregnede levetid. Dette er grunden til, at maskindesignere ikke bør undervurdere accelerationskraft, overhængende belastning, stødbelastning eller ujævn belastningsfordeling mellem flere blokke.

Ændret Nominel Livsformel

I virkelige applikationer bruges lineære føringsveje ikke altid under ideelle forhold. Temperatur, løbebanehårdhed, vibrationer, stødbelastning, smøring, forurening og installationsnøjagtighed kan alle ændre den faktiske levetid. Af denne grund bruges en modificeret nominel levetid ofte til mere realistisk udvælgelse.

I denne formel,f_her hårdhedsfaktoren,f_ter temperaturfaktoren,f_wer belastningsfaktoren, ogP_cer den beregnede belastning. Nogle katalogsystemer kan også overveje en kontaktfaktor, når flere blokke bruges i tæt kontakt. Den specifikke formel skal følge den valgte producents tekniske data.

Hårdhedsfaktor f_h

Raceway-hårdhed påvirker direkte belastningskapaciteten og udmattelseslevetiden for en lineær føringsvej. Generelt bør løbebanens overflade i kontakt med rulleelementerne nå en passende hærdet dybde og hårdhedsniveau. Hvis hårdheden er lavere end det krævede område, falder den tilladte belastning, og den beregnede nominelle levetid bliver kortere.

For standard lineære føringsveje leveret af DLY betragtes hårdhedsfaktoren normalt som 1,0 under normale forhold. Hvis et særligt materiale, overfladebehandling eller usædvanlige arbejdsforhold er involveret, skal faktoren bekræftes separat.

Temperaturfaktor f_t

Høj temperatur kan reducere hårdheden og dimensionsstabiliteten af ​​lineære styrebanekomponenter. Det kan også påvirke tætninger, endehætter, fedt, plastiktilbehør og smøreydelse. Af denne grund anbefales det, at arbejdsmiljøet for mange standard lineære føringsveje forbliver under 100 grader, medmindre en høj-temperaturkonfiguration er bekræftet.

Når driftstemperaturen er høj, skal den grundlæggende dynamiske belastningsværdi og den statiske belastningsværdi muligvis korrigeres af temperaturfaktoren. I applikationer som f.eks. ovne, svejseudstyr, tørresystemer eller høje-temperaturproduktionslinjer bør almindelige føringsveje ikke kun vælges efter størrelse. Materiale, tætninger, smøring og tilbehør bør også kontrolleres.

Belastningsfaktor f_w

Belastningen, der virker på en lineær føringsvej, inkluderer ikke kun vægten af ​​den bevægelige del, men også inertibelastning under acceleration og deceleration, momentbelastning forårsaget af overhængende strukturer, vibrationer og stød. Disse forhold er svære at beregne perfekt, så en belastningsfaktor bruges ofte til at gøre levetidsberegningen mere konservativ.

En højere belastningsfaktor reducerer den beregnede levetid, men den afspejler måske bedre reelle arbejdsforhold. For udstyr med hyppige stød eller vibrationer kan brug af en optimistisk lav belastningsfaktor føre til en føringsvej, der ser acceptabel ud i beregningen, men som fejler for tidligt i den faktiske brug.

Dynamisk belastningsvurdering C

Den grundlæggende dynamiske belastningsgradCer en af ​​de vigtigste værdier i valg af lineær føringsvej. Den repræsenterer den belastningsværdi, der bruges til levetidsberegning under definerede test- og referencebetingelser. I de fleste produktkataloger har hver skinnestørrelse og bloktype sin egen dynamiske belastningsgrad.

For eksempel kan en tung-belastningsblok og en super-tung-lastblok bruge den samme skinnestørrelse, men deres bloklængde, indvendige rulleelementarrangement, stivhed og dynamiske belastningsklassificering kan være forskellige. Derfor er det ikke nok at vælge kun efter skinnebredde, såsom 15, 20, 25, 30 eller 35 mm.

Beregning af levetid L_h

Nominel levetid udtrykkes som rejseafstand, normalt i kilometer. I mange projekter skal ingeniører også estimere levetiden i timer. Hvis den ækvivalente hastighed er kendt, kan den nominelle levetid konverteres til levetid.

Hvis maskinen bruger frem- og tilbagegående bevægelse med et fast slag og fast cyklus, kan levetiden også estimeres ved slaglængde og frem- og tilbagegående frekvens. For uregelmæssig bevægelse, variabel hastighed eller fler-driftscyklusser skal beregningen justeres i henhold til den faktiske bevægelsesprofil.

Simpelt regneeksempel

Det følgende eksempel viser, hvordan belastningsforholdet påvirker den nominelle levetid for en lineær føring af kugletypen. Dette er en forenklet beregning for at forstå formlen. Faktisk valg bør også tage højde for momentbelastning, forspænding, smøring, vibrationer, installationsnøjagtighed og sikkerhedsmargin.

Den nominelle levetid er:

Hvis den beregnede belastning stiger fra 5 kN til 10 kN, ændres resultatet væsentligt:

I dette forenklede eksempel, når den beregnede belastning fordobles, falder den nominelle levetid fra 3200 km til 400 km. Dette viser, hvorfor korrekt belastningsvurdering og korrekt valg af skinnestørrelse er kritiske i design af lineær føringsvej.

Almindelige fejl i beregning af lineær ledebanelevetid

Formler for nominel levetid er nyttige, men forkerte inputværdier kan føre til vildledende resultater. Følgende fejl er almindelige under valg af lineær føringsvej:

Konklusion

Beregning af nominel levetid for lineære føringsveje er hovedsageligt baseret på forholdet mellem den grundlæggende dynamiske belastning og den faktisk beregnede belastning. For føringsveje af kugletype beregnes levetiden almindeligvis med et kubisk forhold, mens føringsveje af rulletype bruger en anden eksponent og et referencegrundlag på 100 km.

I rigtige maskiner bør hårdhed, temperatur, vibrationer, stød, installationsnøjagtighed, smøring, forspænding og arbejdsmiljø også tages i betragtning. En korrekt beregning hjælper med at indsnævre udvalgsområdet, men det endelige valg af føringsvej bør stadig kontrolleres sammen med udstyrets struktur og driftsforhold.