إن أفضل طريقة لتحديد وتحديد حجم القضبان الخطية هي تحديد أهم معايير التطبيق أولاً؛ وتضييق نطاق الخيارات بناءً على هذه المتطلبات؛ ثم تطبيق المتغيرات الحاسمة لإجراء الاختيار النهائي للقضبان الخطية.

أولاً، الأساسيات:تُعدّ قضبان التوجيه الخطية، والممرات، والمنزلقات أنظمة ميكانيكية تتألف من قضبان ومحامل تدعم وتحرك الأحمال الفيزيائية على طول مسار خطي بمعامل احتكاك منخفض. تُصنّف عادةً إلى نوعين: عناصر دوارة أو جلبات مستوية. ونظرًا لتوافر العديد من الأشكال والأحجام من مختلف الشركات المصنّعة، والمصممة لتلبية احتياجات هندسية محددة، فإنّ تطبيقك الخاص يُحدّد قائمة المعايير الأساسية التي يجب مراعاتها، بالإضافة إلى ترتيب أهميتها.

تشمل أكثر أنواع الموجهات والمحامل شيوعًا القضبان المربعة المزودة بكتل محامل كروية دوارة، وموجهات المحامل الأسطوانية، والقضبان الدائرية المزودة بجلبات كروية دوارة أو جلبات مستوية. تُناسب القضبان المربعة التطبيقات التي تتطلب صلابة ودقة استثنائيتين، كما هو الحال في رؤوس أدوات الآلات وحركات لوحات الدوائر الدقيقة. أما أنظمة المحامل الأسطوانية فهي مُصممة لمجموعة أوسع من التطبيقات، مثل رفع ونقل الأجزاء، أو تطبيقات الالتقاط والوضع.

لاختيار أنسب قضبان التوجيه لتطبيق معين، ابدأ بتحليل الاحتياجات الخاصة بالنظام. ثم، افهم متطلبات العميل أو إرشادات البرنامج، والتي تشمل عدد المحاور، وقابلية التكرار، والتفاوت المسموح به، والدقة المطلوبة لتحقيق النتيجة النهائية. وأخيرًا، ضع في اعتبارك التلوث البيئي، مثل الغبار والماء والألياف وغيرها من المواد.

في أي نظام، تحدد بيئة التشغيل نوع المحامل المطلوبة. على سبيل المثال، قد تتسبب البيئات الملوثة في تلوث المجموعة وإعاقة الأداء السليم لمسارات الكرات الدوارة. يكون التلوث أسهل في أنظمة البكرات لأن عناصر التدحرج تكون أكبر حجمًا بشكل عام. تُناسب المحامل المستوية التطبيقات التي لا يُنصح فيها باستخدام التشحيم السطحي أو التي لا يمكن تعريضها للبيئة، كما هو الحال في بعض مختبرات الأبحاث أو مصانع تصنيع رقائق السيليكون.

بعد اختيار النظام، قم بتجميع المعايير لتحديد حجمه المناسب. لكل حركة في نظام التوجيه الخطي، ضع في اعتبارك المعايير التالية: الشوط، والحمل، والسرعة، ودورة التشغيل، ومنطقة التركيب، واتجاه التركيب.

تحديد حجم نظام التوجيه الخطي

يتكون الحمل الساكن من وزن السرج، وتركيب العش، والحمولة، والمحامل. إذا تم وضع وزن 40.0 رطل في المنتصف أفقيًا للأمام/الخلف ومن اليسار إلى اليمين في مجموعة نموذجية ذات سكة مزدوجة وأربع عربات، فسيكون كل من كتل المحامل محملًا بشكل ساكن بمقدار 10.0 رطل.

تأتي المنزلقات بنوعين أساسيين: المنزلق السرج والمنزلق الكابولي. يستخدم المنزلق السرج القياسي، ذو القاعدة الأفقية، سرجًا أو كتلة تتحرك بين كتلتين طرفيتين ثابتتين. أما في المنزلق الكابولي، فيبقى الجسم الرئيسي والأسطوانة ثابتين، بينما تمتد لوحة الأدوات وتنكمش. يوجد تطبيق كابولي آخر عند نقل الأحمال رأسيًا. باستخدام سكة واحدة وعربتين، يمكن تحميل كلتا عربتي المحمل بالتساوي في الاتجاه القطري. لتحديد حجم المحمل أو العربة، يُحدد عادةً إجمالي الحمل للمنزلق الأكثر تعرضًا للإجهاد الساكن باعتباره أسوأ سيناريو.

عند تحديد أبعاد المحامل، يجب تنظيم معيار الحمل ومسافته إلى مركز الثقل أو مركز الكتلة. يشير الحمل إلى الوزن أو القوة المؤثرة على النظام، ويشمل كلاً من الحمل الساكن والحمل الديناميكي. يتكون الحمل الساكن من وزن السرج، وتركيبة التثبيت، والحمولة، والمحامل. أما الحمل الديناميكي (أو الحركي) فيجب أن يأخذ في الحسبان الأحمال المؤثرة عند تفاعلها مع السرج المحمل بالمحامل. عادةً ما يفرض هذا الحمل متطلبات التواء على المحامل. يوفر مركز ثقل السرج قيمة حمل واحدة عند مسافة معينة من مراكز المحامل.

يمكن تنظيم هذه القيم الديناميكية، بالإضافة إلى قيم الأحمال الساكنة، على النحو التالي: شعاعي (Corad)، محوري (Coax)، عزم الدوران حول المحور "X" (Mx)، عزم الدوران حول المحور "Y" (My)، وعزم الدوران حول المحور "Z" (Mz). ويمكن استخدام هذه المتغيرات في معظم تطبيقات تحديد أبعاد المحامل لاختيار الحجم المناسب للعربة. عادةً ما تُعرض قيم الأحمال الساكنة بوحدة رطل (lb) أو نيوتن (N)، بينما تُعرض قيم الأحمال الديناميكية بوحدة بوصة-رطل (in.-lb) أو نيوتن متر (Nm).

تقع مراكز الأحمال الفردية على مسافة نسبية من مركز نظام التوجيه أو مراكز المحامل، وتبلغ المسافة بين مركز الكتلة الكلية وقضبان التوجيه 1.5 بوصة (60 بوصة-رطل/40 رطل). يجب أن تتحمل المحامل عزم دوران مقداره 60 بوصة-رطل، خاصةً عند تسارع أو تباطؤ السرج بسرعة.

سرعة:تُعدّ السرعة عاملاً بالغ الأهمية، إذ تؤثر الأحمال المُطبقة على النظام بشكلٍ مختلف أثناء التسارع والتباطؤ مقارنةً بالحركة بسرعة ثابتة. تُقاس السرعة عادةً بالبوصة/ثانية أو ما يُعادلها بالمتر/ثانية. وتُحدد عوامل مثل نوع مسار الحركة التسارع اللازم للوصول إلى السرعة أو زمن الدورة المطلوب. يتسارع الحمل بسرعة في مسار حركة شبه منحرف، ثم يتحرك بسرعة ثابتة قبل أن يتباطأ. أما في مسار حركة مثلثي، فيتسارع الحمل ويتباطأ بسرعة. علاوةً على ذلك، عند حساب سرعة التطبيق، يجب مراعاة أعلى معدل للحركة، بالإضافة إلى التسارع والتباطؤ اللازمين لتحقيق التوقيت الكلي للحركة.

دورة التشغيل:يجب أن يأخذ معيار دورة التشغيل في الاعتبار الحركة الكاملة للسرج خلال دورة كاملة، والتي غالبًا ما تساوي ضعف شوط الحركة بالإضافة إلى فترات الخمول خلال فترة زمنية محددة. شوط الحركة في التطبيق هو طول الحركة الكلية الكاملة في اتجاه واحد على طول مسار خطي. عادةً ما يتم تنظيم معيار دورة التشغيل على أنه عدد الدورات المطلوبة في الدقيقة.

منطقة التركيب:تُساعد مساحة تثبيت سكة التوجيه ومحامل السرج في تحديد الطول الإجمالي (OAL) والمسافة بين سكك التوجيه. في معظم التطبيقات، يُفضّل مراعاة أوسع مساحة ممكنة لتشغيل المحامل. ما لم تستخدم محامل خطية تلسكوبية، والتي تعمل بطريقة مشابهة لمزالق الأدراج البسيطة، يجب أن يشمل الطول الإجمالي لسكة التوجيه شوط الحركة الخطية بالإضافة إلى مساحة المحمل.

يجب أن تراعي منطقة التركيب أيضًا الركيزة أو نظام الإطار الذي يحمل مسار التوجيه. وتُعرَّف مساحة ارتكاز المحمل بأنها المسافة من مقدمة إحدى العربات إلى مؤخرة أبعد عربة على طول مسار توجيه خطي واحد. يتطلب تركيب العديد من الأعمدة ذات المقطع الجانبي على أسطح مصقولة ومُشَحَّمة بالكامل لتلبية متطلبات البرنامج من حيث الدقة. بينما يمكن تطبيق تصاميم أخرى مباشرةً على هياكل الألمنيوم أو الإطارات الأنبوبية دون فقدان القدرة أو الصلابة.

توجيه:يُعدّ اتجاه تركيب المسارات بالغ الأهمية لضبط معلمات التحميل، إذ قد يتحرك السرج أفقيًا أو رأسيًا أو على طول حامل جداري أو حتى في وضع مقلوب. وللحصول على أفضل أداء، يجب إدارة تحميل التطبيق باستخدام أقوى جزء من نظام المحامل. على سبيل المثال، ينبغي توجيه منزلق المحمل الكروي الشعاعي بحيث يتحمل الحمل شعاعيًا، وليس محوريًا.

الآن قم بتحديد دليل خطي

هذا مثال على تطبيق يتضمن بيئة قياسية ملوثة بغبار خفيف، تتطلب دقة متوسطة. وبسبب هذين العاملين، تم اختيار نظام محامل أسطوانية محملة مسبقًا تعمل على مسارات فولاذية مقسّاة. يتميز هذا النظام بسرعة عالية، ويمكن تحقيق عمر أطول دون الحاجة إلى تجاوز أقصى قدرة تحمل.

بشكل عام، بالنسبة لموجهات بعرض بوصة واحدة، يجب ألا تتجاوز سرعة دوران المحامل المستوية 20 بوصة/ثانية، وأنظمة الكرات الدوارة 80 بوصة/ثانية، والبكرات حوالي 200 بوصة/ثانية. ولتحقيق شوط كامل يبلغ 118 بوصة في 3 ثوانٍ، سنقوم بتسريع وإبطاء الحركة بمقدار 6 بوصات في 0.5 ثانية لكل منهما. وهذا من شأنه أن يسمح بشوط يبلغ 106 بوصات، ويستغرق ثانيتين للوصول إلى التوقيت المستهدف. يجب ألا يقل طول كل موجه عن 162 بوصة، لأن الشوط يبلغ 118 بوصة، وطول السرج 44 بوصة في البعد الممتد على طول الموجه. في بعض الأحيان، يكون من المفيد ترك بوصة أو بوصتين إضافيتين عند كل طرف من أطراف الشوط لمفاتيح الحد، أو ممتصات الصدمات، أو أجهزة الاستشعار.

سيتم تحميل كل محمل بالتساوي بمقدار 100 رطل، لأن المحامل مثبتة في كل زاوية من زوايا السرج، ومركز ثقل الكتلة متمركز في الاتجاهين الأمامي والخلفي والجانبي. يمكن لكل حامل محمل تحمل 500 رطل كحد أقصى للحمل القطري، لذا يُحسب عمر افتراضي مناسب هنا لأن المحامل تُحمّل ضمن نطاق 20 إلى 50% من السعة الإجمالية.