צמצום זמן התכנון הוא קריטי בהנדסה משום שהתוצאה היא עלויות נמוכות יותר וזמן יציאה מהיר יותר לשוק. זמן התכנון כולל לעתים קרובות מספר פעילויות שאינן בעלות ערך מוסף כגון תכנון מחדש, תכנון יתר או זחילת היקף, אותן ניתן למזער על ידי הבנה מעמיקה של כל קריטריוני היישום ואימות חישובים וניתוחים באמצעות בדיקות פרמטריות של רכיבים, מודולים ומכלולים מלאים עם ציוד איסוף נתונים, והוכחת תוצאות ביצועים צפויות באמצעות בדיקות.

אסוף כמה שיותר מידע רלוונטי על היישום בהתחלה כדי להימנע מלחזור על חלקים, אם לא על כל תהליך התכנון. היה זהיר והיה מוכן לשינוי היקף. השתמש בחישובים וניתוחים תיאורטיים כדי לקבוע את התכנון הראשוני הטוב ביותר, ולאחר מכן השווה אותם למדידות בדיקה של תכונות הביצועים המרכזיות בציוד בפועל. אשר את תוצאות בדיקות המעבדה על ידי ביצוע בדיקות מחזוריות בתנאי שטח בפועל.

זיהוי הדרישות

השלב הראשון והקריטי ביותר כמעט בכל תהליך הנדסי הוא זיהוי דרישות היישום. לכל מוצר עשויה להיות מערכת קריטריונים ייחודית שישפיעו על ביצועיו. שימוש ברשימת תיוג יסייע להבטיח התחשבות בפרמטרים שאחרת עלולים להתעלם מהם.

נתוני מידע מרכזיים על יישום ברשימת בדיקה לדוגמה עשויים לכלול:

• עומס/מהירות (דינמי וסטטי)
• מתח: 12, 24, 36, 48 וולט AC, 110, 220 וולט AC
• כיוון העומס
• אורך משיכה
• מחזור חיים/חובה
• סביבתי
• הגנה בסוף מהלך: מצמד? מתגי גבול?
• כיצד יבוצע שליטה על המפעיל?
• משוב
• אישור CE

בחירת מכלול בורג הכדורים הנכון עבור יישום ספציפי עשויה לדרוש תהליך איטרטיבי כדי לקבוע את המעטפת הקטנה ביותר והפתרון החסכוני ביותר. דרישות העומס המתוכנן, המהירות הליניארית ודיוק המיקום משמשות לחישוב הקוטר, העומס וקיבולת העומס של מכלול בורג הכדורים המתאים. לאחר מכן ניתן לבחור רכיבים בודדים של בורג הכדורים על סמך אורך חיים, אילוצי ממדים, תצורת הרכבה ותנאי סביבה.

מקום טוב להתחיל בו הוא על ידי הגדרת כיוון וגודל העומס. כיוון המערכת יכול להיות חשוב מאוד. עם כיוון אופקי, עומס ההנעה שווה למשקל המטען כפול מקדם החיכוך. עם כיוון אנכי, עומס ההנעה שווה למשקל. עומסים הפועלים על מיסבים ליניאריים ומוליכים יכולים להיות עומסים אנכיים, עומסים אופקיים, או עומסי מומנט גובה, גלגול או סטייה, או כל שילוב שלהם. עומסים עשויים גם להשתנות בגודלם ובכיוון שלהם.

יש לקבוע את וקטורי העומס המתקבלים בכל מיסב מהשילוב הנכון של וקטורי העומס השונים שאליהם נתונה מערכת המיסבים הליניאריים, מכיוון שלא ניתן להעריך את תוחלת החיים על סמך וקטורי העומס הכוללים של המערכת בלבד. העומס שכל מיסב ליניארי נתון לו נקרא העומס השקול עבור אותו מיסב נתון. לאחר מכן, גודל המערכת נקבע על סמך גודל המיסב העמוס ביותר. למידע נוסף על שיטות חישוב לעומס שווה ערך, עיינו בקטלוגים של ספקי המיסבים הליניאריים ובמדריכים.

מכלול בורג כדורי, לדוגמה, נועד לשאת עומסים ציריים, תוך תרגום תנועה סיבובית לתנועה צירית. יכולתו של בורג הכדורי להתנגד לכיפוף תחת עומסי דחיסה נקראת חוזק העמוד שלו. הבורג נושא עומס צירי השווה למעשה בגודלו ובכיוון ההפוך לעומס המופעל על אום הכדור - החלק המשלים שלו - והוא קשור על ידי גיאומטריות התכנון למומנט המנוע המניע. באופן כללי, חוזק העמוד הוא פרמטר התכנון המגביל מכיוון שעבור אורכים ארוכים יותר, הוא יכול להיות נמוך בהרבה מחוזק הדחיסה בפועל של החומר. מכיוון שיחס האורך-קוטר החופשי קשור באופן הדוק לכיפוף העמוד, מכאן נובע שעבור קוטר נתון, קיבולת העומס הצירי של בורג כדורי תלויה באורכו החופשי.

ניתן לחזות את אורך חיי מערכת התנועה הליניארית על סמך פרופיל התפעול שלה; פשוט, כמה שעות ביום, ימים בשבוע ושבועות בשנה יופעל בורג הכדור. עבור יישומים מורכבים יותר או חיזוי אורך חיים מעודכן יותר, יש לבנות פרופיל תנועה מפורט ומקיף המפרק את התנועות למקטעים ישרים בעצם. כל מקטע של פרופיל התנועה ידרוש מידע לגבי המהירות בתחילת וסוף המקטע, משך הזמן של המקטע והמומנט במהלך המקטע.

קבעו את דיוק המיקום וחזרתיות הנדרשים ליישום שלכם. לדוגמה, ברגי כדורים בגודל אינץ' מיוצרים בדרך כלל בשתי דרגות - Precision ו-Precision Plus. ברגי כדורים בדרגה Precision ישמשו ביישומים הדורשים תנועה גסה יחסית או כאלה המשתמשים במשוב ליניארי לאיתור מיקום. ברגי כדורים בדרגה Precision Plus ישמשו כאשר מיקום חוזר בתוך מיקרון הוא קריטי ואין שימוש בהתקן משוב ליניארי. בעוד שלברגים בדרגה Precision יש שונות מצטברת גדולה יותר לאורך השימושי של הבורג, ברגים בדרגה Precision Plus מגבילים את הצטברות שגיאת העופרת, ומספקים מיקום מדויק יותר לאורך כל השימושי של הבורג.

גודל ובחירה

טבלאות המסופקות על ידי ספקי מערכות תנועה ליניארית יכולות להיות קיצור דרך חוסך זמן לקביעת גודל ובחירה נכונים של מערכות תנועה ליניארית. נשתמש ביישום גנטרי לריתוך תלת-צירי כדוגמה כדי להדגים כיצד לבחור ולקבוע את גודל הברגים הכדוריים באמצעות נוסחאות קטלוג. הברגים הכדוריים עוברים לכל אורך ציר ה-x ונתמכים משני קצותיהם על ידי תומכי מיסבים. לשם הפשטות, נגדיר את הרכבת האום כאוגן, את החומר כסגסוגת פלדה, את כיוון ההברגה כימין ואת סדרת המוצרים כמטרית. כיוון המערכת ביישום זה הוא אופקי, עם עיצוב מונע בורג ואורך ציר ה-x הוא 6 מטרים. היא תשתמש בקצוות קבועים עם כמות אוגן יציבה תרמית.

עומס של 2,668.9 ניוטון מופעל על ידי גררה הרוכבת על מסילות פרופיל. אורך התנועה הוא 4.5 מטר והאורך הלא נתמך הוא 5.818 מטרים. המהירות הנדרשת היא 0.1 מטר לשנייה ונדרשת תאוצה של ±2.5 מטר/שנייה רבוע. מחזור העבודה הוא 8 שעות ביום, 5 ימים בשבוע ו-50 שבועות בשנה עם ממוצע של 10 מחזורים לשעה. דרישת החיים היא 20 שנים עבור בורג הכדורים ו-5 שנים עבור רכיבים. דרישה נוספת היא שימוש במנוע צעד עקב העדפת מחלקת הנדסת החשמל.

לאחר מכן, אנו בוחרים את המיסבים הליניאריים עבור ציר ה-x. הדרישות העיקריות של יישום זה הן קיבולת עומס גבוהה וקשיחות גבוהה. ליישום אורך מהלך ארוך יחסית של 5,500 מטרים; עם זאת, הזמינות של ברגים באורך 6 מטר מבטלת את הצורך בחיבור קדמי. תחזוקה נמוכה היא דרישה חשובה של יישום זה. התוצאה הייתה בחירת מובילי מסילות ליניאריים בעלי פרופיל כדורי מסדרה 500.

לאחר בחירה זו, ניתן לחשב את העומס על בורגי הכדור. בהתבסס על עומס זה, נבחר אום הכדור 1610 כנקודת ההתחלה. לאום הכדור יש אוגן מובנה, מגב מובנה ותושבת M4. לבורג הכדור דיוק של ±50 מיקרון / 300 מ"מ.

לאחר מכן, נבדקת דרישת תוחלת החיים. תוחלת החיים מדורג בדרך כלל כ-L10, המייצג את הזמן שאחריו 90% מבורגי הכדור עדיין יפעלו. ביישום זה, תוחלת החיים היא 10 ק"מ. הסיבה לכך שתוחלת החיים כה גבוהה היא שבחרנו את בורג הכדור על סמך מהירות קריטית ולא על סמך אורך חיים.

בדיקת התכנון המוצע

לאחר שבחרתם את העיצוב שלכם על סמך החישובים, עליכם לבדוק ולוודא שההנחות שלכם נכונות. הבדיקה נועדה לאמת שההצעה אכן סופקה, ואם זה לא היה המקרה, להנחות כל פעולה מתקנת שעשויות להידרש. בדיקות אימות צריכות להיות מתוכננות כך שיענו על שאלות כגון:

• האם המוצר המוגמר עומד במפרט התכנון?
• האם הביצועים עקביים, בגבולות הניסויים, עם החישובים התאורטיים, ואם לא, בכמה הם משתנים ומדוע?
• האם המוצר מספק את רמת האמינות הנדרשת?
• מהם מצבי הכשל ונקודות הכשל הפוטנציאליות של המוצר?
• כיצד הפתרון הנוכחי משתווה לחלופות?

עבור מערכות ומכונות גדולות, ייתכן שתרצו להתחיל בבדיקת רכיבים לפני שתעברו לבדיקות מעבדה של תת-הרכבות, ולבסוף לבדיקת המכלול המלא. בכל שלב של הבדיקה, יש לסקור את תוצאות הבדיקה ולהשוות אותן לחישובים התאורטיים כדי לוודא שהתכנון נמצא במסלול הנכון, או לשקול הזדמנויות סבירות לשיפור. בדיקות נועדו לחשוף מה ייתכן שפספסנו בחישובים ובמידול שלנו.

מערכות תנועה לינארית מוגדרות

חשוב גם, לאורך כל התהליך, לשקול האם הגיוני יותר לרכוש מערכת תנועה ליניארית מוגדרת במקום לתכנן ולהרכיב בעצמך. במקרה זה, תספקו את דרישות היישום לאינטגרטור תנועה ליניארית, כגון תצורת ההרכבה, דרישות המיקום, תנאי הסביבה, תנאי העמסה, דרישות התנועה וכל שיקול מיוחד. האינטגרטור ישתמש בדרך כלל במערכת גודל ובחירה מבוססת אינטרנט כדי לתכנן ולקבוע תצורה של מערכת תנועה ליניארית מותאמת אישית בהתבסס על הקלט שלכם. האינטגרטור יכול לעתים קרובות לספק הצעת מחיר וקובץ CAD של העיצוב המוצע תוך 24 שעות מבקשתכם. עלות מערכת כזו תהיה נמוכה מעלות הרכיבים הבודדים, ברוב המקרים.

גישה זו יכולה בדרך כלל להפחית את זמן ההנדסה ואת עלויות ההרכבה ב-90% או יותר, ולעתים קרובות יכולה לספק חיסכון בעלות החומרים של 20 עד 30%. וחשוב מכל, על ידי צמצום הזמן המושקע בתכנון מערכות תנועה ליניארית, המהנדסים שלכם יבזבזו פחות זמן בעבודה בתחום מחוץ לתחומי הליבה שלהם, ויותר זמן להתמקדות במה שהם עושים הכי טוב - שילוב מערכת כולל.

לסיכום, נצלו את כל המשאבים השימושיים כדי לחסוך בזמן תכנון. אל תתעלמו מיכולתם של ספקי תנועה ליניארית לספק מכלולי תנועה ליניארית מוגדרים שיכולים לעזור לכם להפחית את עלויות ההנדסה וההרכבה. העריכו את האלטרנטיבות של רכישת רכיבים לעומת מודולים, לעומת מערכות שלמות מבחינת השפעתן על זמן התכנון וההרכבה. השתמשו, לטובתכם, בכל כלי התכנון הזמינים כגון תרשימים, נוסחאות, מערכות בחירה מקוונות ומודלים תלת-ממדיים. לבסוף, גייסו תמיכה טכנית כדי למנף את המומחיות שלהם במוצרים בפתרונות סטנדרטיים, סטנדרטיים שעברו שינוי ופתרונות מיוחדים. ודאו שאתם מאשרים שלספק יש נתוני אימות/בדיקה/ניתוח תכנון כדי לתמוך בטענות התכנון ועמדות התכנון. גישה זו יכולה לצמצם את זמן התכנון למינימום תוך הבטחה שמערכות תנועה ליניארית יעמדו בדרישות הביצועים והעמידות.