В этой статье будут рассмотрены основы проектирования линейной системы, включая систему структурной поддержки, технологию направляющих, приводную технологию, а также герметизацию, смазку и принадлежности. Сначала будут обсуждены преимущества и недостатки различных технологий, таких как винтовые приводы, шариковинтовые приводы, ременные приводы, шариковые направляющие, направляющие скольжения и колесные направляющие. Затем будут рассмотрены преимущества и недостатки проектирования и создания собственной линейной системы по сравнению с конфигурированием системы из стандартных компонентов. Наконец, в статье будет описан пошаговый веб-процесс расчета и выбора линейной системы на основе экономичных стандартных компонентов.

В основе линейной системы лежат несущая конструкция, привод, направляющие, уплотнения, смазка и принадлежности. Основным компонентом несущей конструкции обычно является алюминиевый профиль, доступный в длинах до 12 метров. Монтажная поверхность основания может быть обработана для применений, требующих точного позиционирования. Основания, используемые в транспортных системах с меньшей точностью, обычно не подвергаются механической обработке. Основания, используемые в транспортных системах, оптимизированы для сопротивления изгибу под нагрузкой и деформации в процессе экструзии, что позволяет поддерживать систему только с концов.

Основные типы направляющих — это шариковые направляющие, колесные направляющие и направляющие скольжения или призматические направляющие. Шариковые направляющие выдерживают большие нагрузки до 38 000 Ньютонов (Н) и большие моментные нагрузки до 27,60 Ньютон-метров (Нм). Другие преимущества шариковых направляющих включают низкое трение и высокую жесткость. Шариковые направляющие доступны в одно- или двухрельсовой конфигурации. Недостатки шариковых направляющих включают относительно высокую стоимость и высокий уровень шума. Ключевым преимуществом колесных направляющих является их способность работать на исключительно высоких скоростях, до 10 метров в секунду (м/с). Колесные направляющие также обладают низким трением и очень высокой жесткостью. С другой стороны, колесные направляющие имеют относительно низкую устойчивость к ударным нагрузкам. В направляющих скольжения используются призматические полимерные втулки, движущиеся непосредственно по поверхности профиля, что обеспечивает очень тихую работу и способность выдерживать высокие ударные нагрузки. Ключевым преимуществом направляющих скольжения является их способность работать в загрязненных средах. Направляющие скольжения имеют меньшую скорость и грузоподъемность, чем шариковые или колесные направляющие.

Наиболее популярными технологиями привода являются шариковинтовые приводы, ходовые винтовые приводы и ременные приводы. Шариковинтовой привод состоит из шариковинтовой передачи и шариковой гайки с шариковыми подшипниками скольжения. Шлифованные и предварительно нагруженные шариковинтовые передачи обеспечивают исключительно высокую точность позиционирования. Нагрузка на шариковинтовую передачу распределяется на большое количество шариковых подшипников, так что каждый шарик подвергается относительно небольшой нагрузке. В результате достигается высокая абсолютная точность до 0,005 мм, высокая осевая нагрузка до 40 кН и высокая жесткость. Абсолютная точность определяется как максимальная погрешность между ожидаемым и фактическим положением. Шариковинтовые приводы обычно обеспечивают механический КПД 90%, поэтому их более высокая стоимость часто компенсируется снижением энергопотребления. Критическая скорость шариковинтовой передачи определяется диаметром основания винта, длиной без опоры и конфигурацией концевой опоры. Опоры шариковинтовой передачи позволяют использовать винтовые приводы с ходом до 12 метров и входной скоростью 3000 об/мин. Ходовые винтовые приводы не могут сравниться с абсолютной точностью позиционирования шариковинтовых приводов, но обеспечивают превосходную повторяемость в 0,005 мм. Повторяемость определяется как способность системы позиционирования возвращаться в заданное положение во время работы при приближении с одного и того же направления с одинаковой скоростью и скоростью замедления. Винтовые приводы используются в системах позиционирования с низким и средним рабочим циклом и работают с низким уровнем шума. Ременные приводы используются в высокоскоростных и высокопроизводительных транспортных системах со скоростью до 10 м/с и ускорением до 40 м/с². Как направляющая, так и приводная система обычно требуют смазки. Легкий доступ к смазочным фитингам упрощает профилактическое техническое обслуживание. Одним из эффективных подходов является использование пресс-масленок на каретке, которые подают смазку через сеть, через которую смазываются как шариковый винт, так и линейный подшипник во время установки и в периоды периодического технического обслуживания. Система призматических направляющих не требует технического обслуживания. В дополнение к присущим полимеру смазывающим свойствам, используются смазанные войлочные щетки, которые пополняют смазку при каждом ходе. Технология уплотнения важна во многих областях применения. Магнитное ленточное уплотнение состоит из магнитной ленты из нержавеющей стали, которая подпружинена для поддержания натяжения. Два конца крепятся к торцевым пластинам системы, а уплотнительная лента или герметизирующая полоса пропускается через полость в каретке. По мере перемещения кареток вдоль системы полоса поднимается над магнитами, позволяя каретке пройти дальше.

В качестве альтернативной технологии герметизации используются пластиковые уплотнительные ленты, в которых эластичная резиновая полоска соединяется с базовым профилем, действуя подобно пакету Ziploc. Соединяющиеся профили типа «шип-паз» создают лабиринтное уплотнение, чрезвычайно эффективно предотвращающее попадание частиц. Гибкие крепления для двигателей упрощают интеграцию линейных систем в автоматизированные узлы. Пользователи могут просто запросить стандартное крепление для двигателя NEMA, предоставить информацию о монтаже, специфичную для их двигателя, или указать название и номер детали производителя двигателя. Корпус и муфта изготавливаются из стандартных заготовок для сопряжения с ключевыми характеристиками двигателя заказчика: размер болтов и диаметр окружности расположения болтов на фланце двигателя; диаметр направляющей двигателя; и диаметр и длина вала двигателя. Это позволяет легко устанавливать направляющие горизонтально, вертикально, наклонно или перевернуто практически на любой двигатель с гарантированным выравниванием.

Не каждая комбинация типа привода и направляющей имеет смысл. Семь технологических групп, используемых в практических приложениях, включают в себя: винтовой привод и шариковую направляющую, винтовой привод и направляющую скольжения, винтовой привод и шариковую направляющую, винтовой привод и направляющую скольжения, ременный привод и шариковую направляющую, ременный привод и направляющую скольжения, а также ременный привод и колесную направляющую. Диаграммы-пауки отображают относительные сильные и слабые стороны каждой из этих технологий. Технология винтового привода и шариковой направляющей обеспечивает высокую повторяемость, высокую жесткость и способность выдерживать большие усилия и моменты. Она используется в приложениях точного позиционирования с высокими нагрузками и высокими рабочими циклами, таких как линейная система, используемая для загрузки и разгрузки заготовок шестерен на станке. Ременные приводы с шариковыми направляющими предназначены для высокоскоростных и ускоряющих приложений с большими полезными нагрузками и высокими моментными нагрузками. Эта технологическая группа подходит для приложений, которые перекрывают зазор и поддерживаются либо на концах, либо с перерывами. Типичным примером является паллетирование банок. Ременные линейные системы с направляющими скольжения обеспечивают умеренную скорость и ускорение. Направляющие скольжения способны выдерживать ударные нагрузки, но несколько ограничены в своих линейных скоростях. Такое сочетание обеспечивает экономичное, малошумное решение, требующее минимального технического обслуживания. Добавление магнитной ленты делает это решение идеальным для сред с высоким содержанием частиц и требованиями к промывке, например, при обработке листового металла распылением. Устройства с ременным приводом и колесными направляющими обеспечивают высокую линейную скорость и ускорение, а также умеренную стоимость, низкий уровень шума и относительно низкие требования к техническому обслуживанию. Типичным примером применения являются упаковочные и разливочные машины.

Самостоятельное изготовление или покупка? Принимая решение о том, производить или покупать линейную систему, важно учитывать время и квалификацию инженеров, необходимые для ее проектирования. Проектирование системы включает в себя инженерные расчеты, такие как срок службы линейных и радиальных подшипников, срок службы шариковинтовой передачи, критическая скорость шариковинтовой передачи, прогиб опорного профиля, выбор смазки, конструкция кожуха и т. д. Подход к увеличению размеров линейной системы для сокращения времени проектирования имеет тот недостаток, что увеличивается стоимость и габариты, а также по-прежнему требуется базовое инженерное проектирование, чтобы убедиться, что ничего важного не было упущено. При покупке линейных систем иногда стандартные каталожные изделия не соответствуют требованиям применения. В этом случае существенные модификации стандартных изделий или разработка «с нуля» являются жизнеспособной альтернативой. Партнер с широким ассортиментом продукции и инженерными возможностями может сотрудничать с вами для решения вашей проблемы, экономя время и деньги и ускоряя цикл разработки.