इंजीनियरिंग में डिज़ाइन समय को कम करना बेहद ज़रूरी है क्योंकि इससे लागत कम होती है और बाज़ार में तेज़ी से पहुँच होती है। डिज़ाइन समय में अक्सर कई गैर-मूल्यवर्धित गतिविधियाँ शामिल होती हैं, जैसे कि पुनः डिज़ाइन, अति-डिज़ाइन, या स्कोप क्रिप, जिन्हें सभी अनुप्रयोग मानदंडों को अच्छी तरह समझकर और डेटा अधिग्रहण उपकरणों के साथ घटकों, मॉड्यूल और पूर्ण असेंबली के पैरामीट्रिक परीक्षण के माध्यम से गणनाओं और विश्लेषणों की पुष्टि करके, और परीक्षण के साथ अनुमानित प्रदर्शन परिणामों को साबित करके कम किया जा सकता है।

शुरुआत में ही ज़्यादा से ज़्यादा प्रासंगिक अनुप्रयोग जानकारी एकत्र कर लें ताकि आपको पीछे जाकर, या पूरी डिज़ाइन प्रक्रिया को ही न दोहराना पड़े। कार्यक्षेत्र में बदलाव के लिए सतर्क और तैयार रहें। सर्वोत्तम प्रारंभिक डिज़ाइन निर्धारित करने के लिए सैद्धांतिक गणनाओं और विश्लेषणों का उपयोग करें, और फिर वास्तविक उपकरणों पर प्रमुख प्रदर्शन विशेषताओं के परीक्षण मापों से उनकी तुलना करें। वास्तविक क्षेत्र स्थितियों में चक्र परीक्षण करके बेंच परीक्षण परिणामों की पुष्टि करें।

आवश्यकताओं की पहचान करना

लगभग हर इंजीनियरिंग प्रक्रिया का पहला और बेहद महत्वपूर्ण चरण अनुप्रयोग आवश्यकताओं की पहचान करना होता है। प्रत्येक उत्पाद के लिए कुछ विशिष्ट मानदंड हो सकते हैं जो उसके प्रदर्शन को प्रभावित करेंगे। एक चेकलिस्ट का उपयोग उन मापदंडों पर विचार सुनिश्चित करने में मदद करेगा जिन्हें अन्यथा अनदेखा किया जा सकता है।

नमूना चेकलिस्ट में मुख्य अनुप्रयोग सूचना डेटा में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:

• भार/गति (गतिशील और स्थिर)
• वोल्टेज: 12, 24, 36, 48 VDC, 110, 220, VAC
• भार की दिशा
• स्ट्रोक की लंबाई
• जीवन/कर्तव्य चक्र
• पर्यावरणीय
• स्ट्रोक समाप्ति सुरक्षा: क्लच? लिमिट स्विच?
• एक्चुएटर को कैसे नियंत्रित किया जाएगा?
• प्रतिक्रिया
• सीई प्रमाणीकरण

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सही बॉल स्क्रू असेंबली के चयन के लिए सबसे छोटे आवरण और सबसे किफ़ायती समाधान का निर्धारण करने हेतु एक पुनरावृत्तीय प्रक्रिया की आवश्यकता हो सकती है। उपयुक्त बॉल स्क्रू असेंबली के व्यास, लीड और भार क्षमता की गणना के लिए डिज़ाइन लोड, रैखिक वेग और स्थितिगत सटीकता आवश्यकताओं का उपयोग किया जाता है। फिर, जीवन काल, आयामी बाधाओं, माउंटिंग विन्यास और पर्यावरणीय परिस्थितियों के आधार पर अलग-अलग बॉल स्क्रू घटकों का चयन किया जा सकता है।

भार की दिशा और परिमाण निर्धारित करके शुरुआत करना एक अच्छा विकल्प है। सिस्टम का अभिविन्यास बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है। क्षैतिज अभिविन्यास में, ड्राइव लोड, पेलोड के भार के बराबर होता है, जो घर्षण गुणांक का गुणनफल होता है। ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास में, ड्राइव लोड, भार के बराबर होता है। रैखिक बेयरिंग और गाइड पर लगने वाले भार ऊर्ध्वाधर भार, क्षैतिज भार, या पिच, रोल, या यॉ मोमेंट भार, या इनका कोई भी संयोजन हो सकते हैं। भार के परिमाण और दिशा में भी भिन्नता हो सकती है।

प्रत्येक बियरिंग पर परिणामी भार सदिशों को रैखिक बियरिंग प्रणाली पर लागू विभिन्न भार सदिशों के उचित संयोजन से स्थापित किया जाना चाहिए, क्योंकि जीवन प्रत्याशा का अनुमान केवल समग्र प्रणाली भार सदिशों के आधार पर नहीं लगाया जा सकता। प्रत्येक रैखिक बियरिंग पर लागू भार को उस दिए गए बियरिंग के लिए समतुल्य भार कहा जाता है। फिर प्रणाली का आकार सबसे अधिक भार वाले बियरिंग के आकार के आधार पर निर्धारित किया जाता है। समतुल्य भार की गणना विधियों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, रैखिक बियरिंग और गाइड आपूर्तिकर्ताओं के कैटलॉग देखें।

उदाहरण के लिए, एक बॉल स्क्रू असेंबली, अक्षीय भार वहन करने के लिए अभिप्रेत है, जो घूर्णी गति को अक्षीय गति में परिवर्तित करती है। संपीड़न भार के तहत बॉल स्क्रू की बकलिंग का प्रतिरोध करने की क्षमता को उसकी स्तंभ शक्ति कहते हैं। स्क्रू एक अक्षीय भार वहन करता है जो प्रभावी रूप से परिमाण में बराबर और दिशा में बॉल नट - उसके पूरक भाग - पर लगाए गए भार के विपरीत होता है और डिज़ाइन ज्यामिति द्वारा चालक मोटर के टॉर्क से संबंधित होता है। सामान्यतः, स्तंभ शक्ति एक सीमित डिज़ाइन पैरामीटर है क्योंकि लंबी लंबाई के लिए, यह सामग्री की वास्तविक संपीड़न शक्ति से बहुत कम हो सकती है। चूँकि मुक्त लंबाई-से-व्यास अनुपात स्तंभ बकलिंग से घनिष्ठ रूप से संबंधित है, इसलिए यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी दिए गए व्यास के लिए, बॉल स्क्रू की अक्षीय भार क्षमता उसकी मुक्त लंबाई पर निर्भर करती है।

रैखिक गति प्रणाली के जीवनकाल का अनुमान उसकी परिचालन प्रोफ़ाइल के आधार पर लगाया जा सकता है; सीधे शब्दों में कहें तो, बॉल स्क्रू को प्रतिदिन कितने घंटे, प्रति सप्ताह कितने दिन और प्रति वर्ष कितने सप्ताह चलाया जाएगा। अधिक जटिल अनुप्रयोगों या अधिक परिष्कृत जीवनकाल पूर्वानुमान के लिए, गति को मूल रूप से सीधे खंडों में विभाजित करते हुए एक विस्तृत, व्यापक गति प्रोफ़ाइल बनाने की आवश्यकता होती है। गति प्रोफ़ाइल के प्रत्येक खंड के लिए खंड के आरंभ और अंत में गति, खंड की समयावधि और खंड के दौरान टॉर्क की जानकारी की आवश्यकता होगी।

अपने अनुप्रयोग के लिए आवश्यक स्थितिगत सटीकता और दोहराव का निर्धारण करें। उदाहरण के लिए, इंच बॉल स्क्रू आमतौर पर दो ग्रेड में निर्मित होते हैं - प्रेसिजन और प्रेसिजन प्लस। प्रेसिजन ग्रेड बॉल स्क्रू का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाएगा जिनमें अपेक्षाकृत मोटे मूवमेंट की आवश्यकता होती है या जो स्थितिगत स्थान के लिए रैखिक फीडबैक का उपयोग करते हैं। प्रेसिजन प्लस ग्रेड बॉल स्क्रू का उपयोग तब किया जाएगा जब माइक्रोन के भीतर दोहराव योग्य स्थिति महत्वपूर्ण हो और किसी रैखिक फीडबैक उपकरण का उपयोग न किया गया हो। जबकि प्रेसिजन ग्रेड स्क्रू में स्क्रू की उपयोगी लंबाई पर अधिक संचयी भिन्नता होती है, प्रेसिजन प्लस ग्रेड स्क्रू लीड त्रुटि के संचय को सीमित करते हैं, जिससे स्क्रू की पूरी उपयोगी लंबाई पर अधिक सटीक स्थिति मिलती है।

आकार और चयन

रैखिक गति प्रणालियों के आपूर्तिकर्ताओं द्वारा प्रदान किए गए चार्ट, रैखिक गति प्रणालियों के उचित आकार और चयन के लिए समय बचाने वाला एक शॉर्टकट हो सकते हैं। हम कैटलॉग फ़ार्मुलों का उपयोग करके बॉल स्क्रू का चयन और आकार निर्धारित करने का तरीका प्रदर्शित करने के लिए एक उदाहरण के रूप में त्रि-अक्ष वेल्डिंग गैन्ट्री अनुप्रयोग का उपयोग करेंगे। बॉल स्क्रू x-अक्ष की पूरी लंबाई तक चलता है और दोनों सिरों पर बेयरिंग सपोर्ट द्वारा समर्थित होता है। सरलता के लिए, हम नट माउंटिंग को फ्लैंज्ड, सामग्री को मिश्र धातु इस्पात, थ्रेड दिशा को दाएँ हाथ और उत्पाद श्रृंखला को मीट्रिक के रूप में परिभाषित करेंगे। इस अनुप्रयोग में सिस्टम अभिविन्यास क्षैतिज है, जिसमें स्क्रू-चालित डिज़ाइन है और x-अक्ष की लंबाई 6 मीटर है। यह तापीय रूप से स्थिर फ्लैंज मात्रा के साथ स्थिर सिरों का उपयोग करेगा।

प्रोफ़ाइल रेल पर चल रही एक गाड़ी द्वारा 2,668.9 न्यूटन का भार डाला जाता है। यात्रा की लंबाई 4.5 मीटर और बिना सहारे की लंबाई 5.818 मीटर है। आवश्यक गति 0.1 मीटर प्रति सेकंड है और ±2.5 मीटर/सेकंड2 का त्वरण आवश्यक है। कार्य चक्र प्रतिदिन 8 घंटे, सप्ताह में 5 दिन और वर्ष में 50 सप्ताह है, जिसका औसत 10 चक्र प्रति घंटा है। बॉल स्क्रू के लिए जीवन अवधि 20 वर्ष और घटकों के लिए 5 वर्ष है। विद्युत अभियांत्रिकी विभाग की प्राथमिकता के कारण एक अतिरिक्त आवश्यकता यह है कि स्टेपर मोटर का उपयोग किया जाए।

इसके बाद, हम x-अक्ष के लिए रैखिक बेयरिंग का चयन करते हैं। इस अनुप्रयोग की प्राथमिक आवश्यकताएँ उच्च भार क्षमता और उच्च कठोरता हैं। इस अनुप्रयोग की यात्रा लंबाई अपेक्षाकृत 5,500 मीटर है; हालाँकि, 6 मीटर लंबे स्क्रू की उपलब्धता बट जॉइनिंग की आवश्यकता को समाप्त कर देती है। कम रखरखाव इस अनुप्रयोग की एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है। परिणामस्वरूप 500 श्रृंखला बॉल प्रोफ़ाइल रेल रैखिक गाइड का चयन किया गया।

इस चयन के बाद, बॉल स्क्रू पर भार की गणना की जा सकती है। इस भार के आधार पर, 1610 बॉल नट को शुरुआती बिंदु के रूप में चुना जाता है। इस बॉल नट में एक इंटीग्रल फ्लैंज, इंटीग्रल वाइपर और एक M4 माउंटिंग होती है। बॉल स्क्रू की सटीकता ±50 μm/300 मिमी है।

इसके बाद, जीवन प्रत्याशा की जाँच की जाती है। जीवन प्रत्याशा को आमतौर पर L10 पर आंका जाता है, जो उस समय को दर्शाता है जिसके बाद 90% बॉल स्क्रू काम करना जारी रखेंगे। इस अनुप्रयोग में, जीवन प्रत्याशा 10 किमी है। जीवन प्रत्याशा इतनी अधिक होने का कारण यह है कि हमने बॉल स्क्रू का चयन जीवन प्रत्याशा के बजाय महत्वपूर्ण गति के आधार पर किया है।

प्रस्तावित डिज़ाइन का परीक्षण

गणनाओं के आधार पर अपना डिज़ाइन चुनने के बाद, आपको यह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण करना होगा कि आपके आधार सही हैं। परीक्षण का उद्देश्य यह सत्यापित करना है कि जो प्रस्तावित किया गया था, वह वास्तव में पूरा हुआ है और यदि ऐसा नहीं है, तो आवश्यक सुधारात्मक कार्रवाई का मार्गदर्शन करना है। सत्यापन परीक्षण को निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर देने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए:

• क्या तैयार उत्पाद डिज़ाइन विनिर्देश के अनुरूप है?
• क्या प्रायोगिक सीमाओं के भीतर प्रदर्शन सैद्धांतिक गणनाओं के अनुरूप है, और यदि नहीं, तो इसमें कितना अंतर है और क्यों?
• क्या उत्पाद आवश्यक स्तर की विश्वसनीयता प्रदान करता है?
• उत्पाद की विफलता के संभावित तरीके और बिंदु क्या हैं?
• वर्तमान समाधान की तुलना अन्य विकल्पों से कैसे की जाती है?

बड़े सिस्टम और मशीनों के लिए, आप उप-असेंबली के बेंच परीक्षण और फिर अंततः संपूर्ण असेंबली के परीक्षण से पहले घटक परीक्षण से शुरुआत कर सकते हैं। परीक्षण के प्रत्येक चरण में, परीक्षण परिणामों की समीक्षा की जानी चाहिए और सैद्धांतिक गणनाओं से उनकी तुलना की जानी चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि डिज़ाइन सही दिशा में है, या सुधार के उचित अवसरों पर विचार किया जा सके। परीक्षण का उद्देश्य यह पता लगाना है कि हमारी गणनाओं और मॉडलिंग में क्या छूट गया है।

कॉन्फ़िगर की गई रैखिक गति प्रणालियाँ

पूरी प्रक्रिया के दौरान, यह विचार करना भी ज़रूरी है कि क्या स्वयं डिज़ाइन और संयोजन करने के बजाय एक कॉन्फ़िगर किया गया लीनियर मोशन सिस्टम खरीदना ज़्यादा उचित होगा। इस स्थिति में, आपको लीनियर मोशन इंटीग्रेटर को एप्लिकेशन की ज़रूरतें बतानी होंगी, जैसे माउंटिंग कॉन्फ़िगरेशन, पोज़िशनिंग की ज़रूरतें, पर्यावरणीय परिस्थितियाँ, लोडिंग की स्थितियाँ, मूव की ज़रूरतें, और कोई भी विशेष विचार। इसके बाद इंटीग्रेटर आमतौर पर आपके इनपुट के आधार पर एक कस्टम लीनियर मोशन सिस्टम डिज़ाइन और कॉन्फ़िगर करने के लिए एक वेब-आधारित साइज़िंग और चयन प्रणाली का उपयोग करेगा। इंटीग्रेटर अक्सर आपके अनुरोध के 24 घंटों के भीतर प्रस्तावित डिज़ाइन का एक कोटेशन और CAD फ़ाइल प्रदान कर सकता है। ज़्यादातर मामलों में, ऐसी प्रणाली की लागत अलग-अलग घटकों की लागत से कम होगी।

यह दृष्टिकोण आमतौर पर इंजीनियरिंग समय और असेंबली लागत को 90% या उससे अधिक तक कम कर सकता है और अक्सर सामग्री लागत में 20 से 30% की बचत प्रदान कर सकता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि रैखिक गति प्रणालियों को डिज़ाइन करने में लगने वाले समय को कम करके, आपके इंजीनियर अपनी मुख्य दक्षताओं से बाहर के क्षेत्र में काम करने में कम समय व्यतीत करेंगे, और उस क्षेत्र पर अधिक ध्यान केंद्रित करेंगे जिसमें वे सबसे अच्छे हैं - समग्र सिस्टम एकीकरण।

संक्षेप में, डिज़ाइन समय बचाने के लिए सभी उपयोगी संसाधनों का लाभ उठाएँ। लीनियर मोशन विक्रेताओं की कॉन्फ़िगर की गई लीनियर मोशन असेंबली प्रदान करने की क्षमता को नज़रअंदाज़ न करें, जो इंजीनियरिंग और असेंबली लागत को कम करने में आपकी मदद कर सकती है। डिज़ाइन और असेंबली समय पर उनके प्रभाव के संदर्भ में घटकों बनाम मॉड्यूल, बनाम संपूर्ण सिस्टम खरीदने के विकल्पों का मूल्यांकन करें। चार्ट, सूत्र, ऑनलाइन चयन प्रणाली और 3D मॉडल जैसे सभी उपलब्ध डिज़ाइन टूल का अपने लाभ के लिए उपयोग करें। अंत में, मानक, संशोधित मानक और विशिष्ट समाधानों में उनकी उत्पाद विशेषज्ञता का लाभ उठाने के लिए तकनीकी सहायता का उपयोग करें। यह सुनिश्चित करना सुनिश्चित करें कि विक्रेता के पास डिज़ाइन के दावों और डिज़ाइन की स्थिति का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन सत्यापन/परीक्षण/विश्लेषण डेटा है। यह दृष्टिकोण डिज़ाइन समय को न्यूनतम तक कम कर सकता है और यह सुनिश्चित करता है कि लीनियर मोशन सिस्टम प्रदर्शन और स्थायित्व आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।