تقليل وقت التصميم لأنظمة الحركة الخطية

نظام جسري ديكارتي ثلاثي المحاور

يمكن تقليل وقت التصميم مع ضمان المتانة والأداء العالي.

يُعدّ تقليل وقت التصميم أمرًا بالغ الأهمية في الهندسة، إذ يُؤدي إلى انخفاض التكاليف وتسريع طرح المنتج في السوق. غالبًا ما يتضمن وقت التصميم عددًا من الأنشطة غير المُضافة للقيمة، مثل إعادة التصميم، أو التصميم المُفرط، أو التوسع في نطاق التطبيق، والتي يُمكن تقليلها من خلال الفهم الشامل لجميع معايير التطبيق، والتحقق من الحسابات والتحليلات من خلال الاختبار البارامتري للمكونات والوحدات والتجمعات الكاملة باستخدام معدات جمع البيانات، وإثبات نتائج الأداء المتوقعة من خلال الاختبار.

اجمع أكبر قدر ممكن من معلومات التطبيق ذات الصلة في البداية لتجنب تكرار أجزاء من العمل، إن لم يكن عملية التصميم بأكملها. كن حذرًا ومستعدًا لتغيير النطاق. استخدم الحسابات والتحليلات النظرية لتحديد أفضل التصاميم الأولية، ثم قارنها بقياسات اختبار خصائص الأداء الرئيسية على المعدات الفعلية. تأكد من نتائج اختبارات المختبر بإجراء اختبارات دورية في ظل ظروف ميدانية فعلية.

تحديد المتطلبات

الخطوة الأولى والأهم في كل عملية هندسية تقريبًا هي تحديد متطلبات التطبيق. قد يكون لكل منتج مجموعة فريدة من المعايير التي تؤثر على أدائه. سيساعد استخدام قائمة مرجعية على ضمان مراعاة المعايير التي قد تُغفل لولا ذلك.

قد تتضمن بيانات معلومات التطبيق الرئيسية في قائمة التحقق النموذجية ما يلي:

• الحمل/السرعة (ديناميكية وثابتة)
• الجهد: 12، 24، 36، 48 فولت تيار مستمر، 110، 220 فولت تيار متردد
• اتجاه الحمل
• طول الضربة
• دورة الحياة/العمل
• البيئة
• حماية نهاية الشوط: القابض؟ مفاتيح الحد؟
• كيف سيتم التحكم بالمشغل؟
• تعليق
• UL، CSA، CE
• أخرى: استشر مهندس تطبيق المحرك الخاص بك للحصول على اعتبارات تصميمية إضافية.

قد يتطلب اختيار مجموعة لولب الكرة المناسبة لتطبيق معين عملية تكرارية لتحديد أصغر حجم ممكن وأكثر الحلول فعالية من حيث التكلفة. تُستخدم متطلبات الحمل التصميمي والسرعة الخطية ودقة الموضع لحساب قطر مجموعة لولب الكرة المناسبة وطولها وقدرتها على التحميل. بعد ذلك، يمكن اختيار مكونات لولب الكرة بناءً على العمر الافتراضي، والقيود البعدية، وتكوين التركيب، والظروف البيئية.

من الجيد البدء بتحديد اتجاه الحمل ومقداره. يُعدّ اتجاه النظام بالغ الأهمية. في الاتجاه الأفقي، يكون حمل الدفع مساويًا لوزن الحمولة، مضروبًا في معامل الاحتكاك. أما في الاتجاه الرأسي، فيكون حمل الدفع مساويًا للوزن. يمكن أن تكون الأحمال المؤثرة على المحامل والأدلة الخطية أحمالًا رأسية، أو أحمالًا أفقية، أو أحمال ميل، أو تدحرج، أو عزم انحراف، أو أي مزيج منها. كما قد تختلف الأحمال في مقدارها واتجاهها.

يجب تحديد متجهات الحمل الناتجة عند كل محمل من خلال التركيبة الصحيحة لمتجهات الحمل المختلفة التي يتعرض لها نظام المحامل الخطية، إذ لا يمكن تقدير العمر الافتراضي بناءً على متجهات الحمل الكلية للنظام فقط. يُسمى الحمل الذي يتعرض له كل محمل خطي "الحمل المكافئ" لذلك المحمل. ثم يُحدد حجم النظام بناءً على حجم المحمل الأكثر حمولة. لمزيد من المعلومات حول طرق حساب الحمل المكافئ، يُرجى مراجعة كتالوجات موردي المحامل الخطية والأدلة.

على سبيل المثال، صُممت مجموعة لولب الكرة لتحمل الأحمال المحورية، محولةً الحركة الدورانية إلى حركة محورية. تُسمى قدرة لولب الكرة على مقاومة الانبعاج تحت الأحمال الانضغاطية "قوة عموده". يحمل اللولب حملاً محورياً مساوياً في المقدار ومعاكساً في الاتجاه للحمل المطبق على صمولة الكرة - الجزء المكمل لها - ويرتبط، وفقاً لهندسة التصميم، بعزم دوران محرك الدفع. بشكل عام، تُعد قوة العمود معامل التصميم المحدد، لأنه في الأطوال الأطول، يمكن أن تكون أقل بكثير من قوة الضغط الفعلية للمادة. ونظرًا لأن نسبة الطول الحر إلى القطر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بانبعاج العمود، فمن الطبيعي أن تعتمد سعة الحمل المحوري للولب الكروي، عند قطر معين، على طوله الحر.

يمكن التنبؤ بعمر نظام الحركة الخطية بناءً على ملف تعريفه التشغيلي؛ أي عدد الساعات يوميًا، والأيام أسبوعيًا، والأسابيع سنويًا التي سيعمل فيها المسمار الكروي. أما في التطبيقات الأكثر تعقيدًا أو التنبؤ بعمره بدقة أكبر، فيلزم بناء ملف تعريف حركة مفصل وشامل يُقسّم الحركات إلى مقاطع مستقيمة. يتطلب كل مقطع من ملف تعريف الحركة معلومات حول السرعة في بداية المقطع ونهايته، ومدة المقطع، وعزم الدوران خلاله.

حدد دقة الموضع وقابلية التكرار التي يتطلبها تطبيقك. على سبيل المثال، تُنتج براغي الكرات البوصة عادةً بدرجتين: الدقة والدقة الفائقة. تُستخدم براغي الكرات الدقيقة في التطبيقات التي تتطلب حركة خشنة نسبيًا أو تلك التي تستخدم التغذية الراجعة الخطية لتحديد الموضع. تُستخدم براغي الكرات الدقيقة عند الحاجة إلى تحديد موضع متكرر ضمن نطاق الميكرونات، وعدم استخدام جهاز تغذية راجعة خطية. بينما تتميز براغي الدقة بتباين تراكمي أكبر على طولها، فإن براغي الدقة الفائقة تحد من تراكم خطأ التوصيل، مما يوفر دقة أكبر في تحديد الموضع على طولها الكامل.

المقاسات والاختيار

يمكن أن تُوفر المخططات التي يُقدمها مُورِّدو أنظمة الحركة الخطية اختصارًا مُختصرًا لتوفير الوقت في تحديد أحجام أنظمة الحركة الخطية واختيارها بشكل صحيح. سنستخدم تطبيقًا لمنصة لحام ثلاثية المحاور كمثال لتوضيح كيفية اختيار براغي الكرة وتحديد أحجامها باستخدام صيغ الكتالوج (الشكل 2). يمتد برغي الكرة على طول المحور السيني بالكامل، ويُدعم من كلا طرفيه بدعامات محمل. للتبسيط، سنُعرّف تركيب الصواميل بأنه مُشَفّى، والمادة بأنها فولاذ سبائكي، واتجاه الخيط بأنه يمين، وسلسلة المنتج بالنظام المتري. اتجاه النظام في هذا التطبيق أفقي، بتصميم مُدار ببرغي، ويبلغ طول المحور السيني 6 أمتار. سيستخدم أطرافًا ثابتة بكمية شفة مستقرة حراريًا.

يتم تطبيق حمل قدره 2,668.9 نيوتن (600 رطل) بواسطة عربة تسير على قضبان جانبية. يبلغ طول الحركة 4.5 متر (177.165 بوصة) والطول غير المدعوم 5.818 متر (229.055 بوصة). السرعة المطلوبة هي 0.1 متر في الثانية (3.927 بوصة/ثانية)، ويلزم تسارع قدره ±2.5 متر/ثانية مربعة (98.4 بوصة/ثانية مربعة). دورة العمل 8 ساعات يوميًا، 5 أيام في الأسبوع، و50 أسبوعًا في السنة، بمتوسط 10 دورات في الساعة. العمر الافتراضي المطلوب هو 20 عامًا للكرة اللولبية و5 سنوات للمكونات. هناك متطلب إضافي وهو استخدام محرك متدرج، بناءً على طلب قسم الهندسة الكهربائية.

بعد ذلك، نختار المحامل الخطية للمحور X. المتطلبات الأساسية لهذا التطبيق هي قدرة تحمل عالية وصلابة عالية. يتميز التطبيق بطول انتقال طويل نسبيًا يبلغ 5500 متر (18 قدمًا)؛ ومع ذلك، فإن توفر براغي بطول 6 أمتار يُغني عن الوصلات الطرفية. تُعد الصيانة المنخفضة متطلبًا مهمًا لهذا التطبيق. وكانت النتيجة اختيار أدلة خطية للسكك الحديدية ذات شكل كروي من سلسلة 500.

بعد هذا التحديد، يُمكن حساب الحمل على براغي الكرة. بناءً على هذا الحمل، يتم اختيار صامولة الكرة NEFF KGF-D كنقطة بداية. تتميز هذه الصامولة بشفة مدمجة، ومساحة مدمجة، وقاعدة تثبيت DIN 69051. تبلغ دقة برغي الكرة ±50 ميكرومتر/300 مم.

بعد ذلك، يتم التحقق من متطلبات العمر الافتراضي. عادةً ما يُقدر العمر الافتراضي عند L10، وهو الوقت الذي يستمر بعده 90% من براغي الكرة في العمل. في هذا التطبيق، يبلغ العمر الافتراضي 1,035,752.6 سنة. يعود سبب ارتفاع العمر الافتراضي إلى أننا اخترنا براغي الكرة بناءً على السرعة الحرجة وليس العمر الافتراضي.

اختبار التصميم المقترح

بعد اختيار تصميمك بناءً على الحسابات، عليك إجراء اختبار للتأكد من صحة افتراضاتك. صُمم هذا الاختبار للتحقق من تنفيذ ما تم اقتراحه، وفي حال عدم تنفيذه، لتوجيه أي إجراءات تصحيحية قد تكون مطلوبة. يجب تصميم اختبار التحقق للإجابة على أسئلة مثل:

• هل المنتج النهائي يطابق مواصفات التصميم؟
• هل الأداء متسق، ضمن الحدود التجريبية، مع الحسابات النظرية، وإذا لم يكن كذلك، فإلى أي مدى يختلف ولماذا؟
• هل يوفر المنتج المستوى المطلوب من الموثوقية؟
• ما هي الأوضاع ونقاط الفشل المحتملة للمنتج؟
• كيف تتم مقارنة الحل الحالي مع البدائل؟

بالنسبة للأنظمة والآلات الكبيرة، قد ترغب في البدء باختبار المكونات قبل الانتقال إلى اختبار التجميعات الفرعية على أرض الواقع، ثم اختبار التجميع الكامل. في كل مرحلة من مراحل الاختبار، يجب مراجعة نتائج الاختبار ومقارنتها بالحسابات النظرية للتأكد من أن التصميم يسير على الطريق الصحيح، أو لدراسة فرص التحسين الممكنة. يهدف الاختبار إلى الكشف عن الجوانب التي ربما أغفلناها في حساباتنا ونمذجتنا.

أنظمة الحركة الخطية المُهيأة

من المهم أيضًا، طوال العملية، مراعاة ما إذا كان شراء نظام حركة خطية مُجهّز مسبقًا أكثر جدوى من تصميم وتجميع نظامك الخاص. في هذه الحالة، ستُقدّم متطلبات التطبيق إلى مُدمج حركة خطية، مثل تكوين التركيب، ومتطلبات الوضع، والظروف البيئية، وظروف التحميل، ومتطلبات النقل، وأي اعتبارات خاصة. بعد ذلك، يستخدم المُدمج عادةً نظامًا إلكترونيًا لتحديد المقاسات والاختيار لتصميم وتكوين نظام حركة خطية مُخصّص بناءً على مُدخلاتك. غالبًا ما يُمكن للمُدمج تقديم عرض سعر وملف CAD للتصميم المُقترح خلال 24 ساعة من طلبك. ستكون تكلفة هذا النظام أقل من تكلفة مُكوّناته الفردية في معظم الحالات.

يمكن لهذا النهج عادةً أن يُخفّض وقت الهندسة وتكلفة التجميع بنسبة 90% أو أكثر، ويمكنه في كثير من الأحيان توفير تكلفة المواد بنسبة تتراوح بين 20% و30%. والأهم من ذلك، بتقليل الوقت المُستغرق في تصميم أنظمة الحركة الخطية، سيقضي مهندسوك وقتًا أقل في العمل في مجال خارج نطاق كفاءاتهم الأساسية، وسيُركزون وقتًا أطول على ما يُجيدونه - وهو التكامل الشامل للنظام.

باختصار، استفد من جميع الموارد المفيدة لتوفير وقت التصميم. لا تغفل عن قدرة موردي أنظمة الحركة الخطية على توفير مجموعات حركة خطية مُعدّلة تُساعدك على خفض تكاليف الهندسة والتجميع. قيّم بدائل شراء المكونات، بدلاً من الوحدات، أو الأنظمة الكاملة، من حيث تأثيرها على وقت التصميم والتجميع. استخدم، لمصلحتك، جميع أدوات التصميم المتاحة، مثل المخططات البيانية، والصيغ، وأنظمة الاختيار عبر الإنترنت، والنماذج ثلاثية الأبعاد. وأخيرًا، استعن بالدعم الفني للاستفادة من خبرتهم في المنتجات في الحلول القياسية والمعدلة والتخصصية. تأكد من امتلاك المورد لبيانات التحقق من التصميم/الاختبار/التحليل لدعم ادعاءات التصميم ومواقفه. يمكن أن يُقلل هذا النهج وقت التصميم إلى أدنى حد مع ضمان تلبية أنظمة الحركة الخطية لمتطلبات الأداء والمتانة.

وقت النشر: ٢٨ مارس ٢٠٢٢

سابق: ما هي تموجات عزم الدوران وكيف تؤثر على تطبيقات الحركة الخطية؟

التالي: ما هي هندسة تصميم الحركة الخطية؟

كيف يمكننا المساعدة؟

عنوان البريد الإلكتروني

يمكن تقليل وقت التصميم مع ضمان المتانة والأداء العالي.