縮短設(shè)計(jì)時(shí)間在工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，因?yàn)槠浣Y(jié)果是降低成本并加快上市時(shí)間。設(shè)計(jì)時(shí)間通常包括許多非增值活動(dòng)，例如重新設(shè)計(jì)、過度設(shè)計(jì)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(duì)組件、模塊和完整組件進(jìn)行參數(shù)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證計(jì)算和分析，并通過測(cè)試證明預(yù)計(jì)的性能結(jié)果，可以最大限度地減少這些活動(dòng)。

在開始時(shí)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(gè)設(shè)計(jì)過程）。保持警惕并為范圍變化做好準(zhǔn)備。使用理論計(jì)算和分析來(lái)確定最佳的初始設(shè)計(jì)，然后將其與實(shí)際設(shè)備上關(guān)鍵性能屬性的測(cè)試測(cè)量值進(jìn)行比較。通過在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試來(lái)確認(rèn)臺(tái)架測(cè)試結(jié)果。

確定需求

幾乎每個(gè)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(dú)特的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)會(huì)影響其性能。使用清單將有助于確?？紤]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(fù)載/速度（動(dòng)態(tài)和靜態(tài)）

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

? 負(fù)載

方向 ? 行程長(zhǎng)度

? 壽命/工作周期

? 環(huán)境

? 行程末端保護(hù)：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(jì)注意事項(xiàng)，請(qǐng)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(gè)迭代過程來(lái)確定最小的包絡(luò)和最具成本效益的解決方案。設(shè)計(jì)載荷、線速度和定位精度要求用于計(jì)算合適的滾珠絲杠組件的直徑、導(dǎo)程和負(fù)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(gè)滾珠絲杠組件。

一個(gè)好的起點(diǎn)是定義負(fù)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(lái)確定，因?yàn)椴荒軆H根據(jù)整體系統(tǒng)載荷矢量來(lái)估計(jì)預(yù)期壽命。每個(gè)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(jì)算方法的更多信息，請(qǐng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為軸向運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠在壓縮載荷下抵抗屈曲的能力稱為其立柱強(qiáng)度。螺桿承受的軸向載荷在大小上實(shí)際上相等，并且在方向上與施加給滾珠螺母（其互補(bǔ)部分）的載荷相反，并且通過設(shè)計(jì)幾何形狀與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩相關(guān)。通常，柱強(qiáng)度是限制設(shè)計(jì)參數(shù)，因?yàn)閷?duì)于較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，它可能遠(yuǎn)低于材料的實(shí)際抗壓強(qiáng)度。由于自由長(zhǎng)徑比與柱屈曲密切相關(guān)，因此對(duì)于給定直徑，滾珠絲杠的軸向載荷能力取決于其自由長(zhǎng)度。

線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的壽命可以根據(jù)其運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)測(cè);簡(jiǎn)單地說(shuō)，滾珠絲杠每天運(yùn)行多少小時(shí)、每周幾天和每年運(yùn)行多少周。對(duì)于更復(fù)雜的應(yīng)用或更精細(xì)的壽命預(yù)測(cè)，需要構(gòu)建一個(gè)詳細(xì)、全面的運(yùn)動(dòng)曲線，將運(yùn)動(dòng)分解為基本上筆直的段。運(yùn)動(dòng)曲線的每個(gè)段都需要有關(guān)段開始和結(jié)束時(shí)的速度、段的持續(xù)時(shí)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(gè)等級(jí)——精密和精密升級(jí)。精密級(jí)滾珠絲杠將用于需要相對(duì)粗糙運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用或利用線性反饋進(jìn)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(shí)，將使用 Precision Plus 級(jí)滾珠絲杠。雖然精密級(jí)螺釘在螺釘?shù)挠杏瞄L(zhǎng)度上具有更大的累積變化，但 Precision Plus 級(jí)螺釘限制了導(dǎo)程誤差的累積，從而在螺釘?shù)恼麄€(gè)使用壽命內(nèi)提供更精確的定位。

尺寸和選擇

線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商提供的圖表可以成為正確確定線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)尺寸和選擇的節(jié)省時(shí)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(gè)長(zhǎng)度，兩端由軸承支架支撐。為簡(jiǎn)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(dòng)設(shè)計(jì)，x 軸的長(zhǎng)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(fù)載。行程長(zhǎng)度為4.5米（177.165英寸），架空長(zhǎng)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(shí)、每周 5 天和每年 50 周，平均每小時(shí) 10 個(gè)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(gè)要求是，由于電氣工程部門的偏好，必須使用步進(jìn)電機(jī)。

接下來(lái)，我們?yōu)?x 軸選擇直線軸承。該應(yīng)用的主要要求是高負(fù)載能力和高剛度。該應(yīng)用程序的行程長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，為 5.500 米（18 英尺）;但是，6 米長(zhǎng)的螺釘?shù)目捎眯韵藢?duì)接連接的需求。低維護(hù)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(jì)算滾珠絲杠上的負(fù)載?；谶@種載荷，選擇NEFF KGF-D滾珠螺母作為起點(diǎn)。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(lái)，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(shí)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(lái)選擇滾珠絲杠。

測(cè)試建議的設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算選擇設(shè)計(jì)后，您需要進(jìn)行測(cè)試以確保您的前提正確。測(cè)試旨在驗(yàn)證所提議的內(nèi)容是否實(shí)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(yàn)證測(cè)試應(yīng)設(shè)計(jì)為回答以下問題：

? 成品是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范？

? 在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，性能是否與理論計(jì)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(diǎn)是什么？

? 當(dāng)前解決方案與替代方案相比如何？

對(duì)于大型桁架機(jī)械手系統(tǒng)和機(jī)器，您可能希望從組件測(cè)試開始，然后再進(jìn)行子組件的臺(tái)架測(cè)試，最后進(jìn)行整個(gè)組件的測(cè)試。在測(cè)試的每個(gè)階段，應(yīng)審查測(cè)試結(jié)果并將其與理論計(jì)算進(jìn)行比較，以確保設(shè)計(jì)在正確的軌道上，或考慮合理的改進(jìn)機(jī)會(huì)。測(cè)試旨在揭示我們?cè)谟?jì)算和建模中可能遺漏的內(nèi)容。

配置的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

在整個(gè)過程中，考慮購(gòu)買配置的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是否比設(shè)計(jì)和組裝自己的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)更有意義也很重要。在這種情況下，您將向線性運(yùn)動(dòng)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(dòng)要求以及任何特殊注意事項(xiàng)。然后，集成商通常會(huì)利用基于 Web 的尺寸和選擇系統(tǒng)來(lái)根據(jù)您的輸入設(shè)計(jì)和配置自定義線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。集成商通常可以在您提出請(qǐng)求后的 24 小時(shí)內(nèi)提供建議設(shè)計(jì)的報(bào)價(jià)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(gè)組件的成本。

這種方法通常可以將工程時(shí)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(jì)線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，您的工程師將花更少的時(shí)間在其核心競(jìng)爭(zhēng)力之外的領(lǐng)域工作，而將更多的時(shí)間集中在他們最擅長(zhǎng)的事情上 - 整體系統(tǒng)集成。

總之，利用所有有用的資源來(lái)節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。不要忽視線性運(yùn)動(dòng)供應(yīng)商提供配置的線性運(yùn)動(dòng)組件的能力，這些組件可以幫助您降低工程和裝配成本。評(píng)估購(gòu)買組件與模塊的替代方案，以及完整系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)和裝配時(shí)間的影響。使用所有可用的設(shè)計(jì)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?cè)跇?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(shí)。請(qǐng)務(wù)必確認(rèn)供應(yīng)商具有設(shè)計(jì)驗(yàn)證/測(cè)試/分析數(shù)據(jù)來(lái)支持設(shè)計(jì)聲明和設(shè)計(jì)立場(chǎng)。這種方法可以將設(shè)計(jì)時(shí)間降至最低，同時(shí)確保線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)滿足性能和耐用性要求。

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