Соблюдение нескольких простых рекомендаций по проектированию систем линейного перемещения может улучшить производительность системы и срок службы привода.

Многие автоматизированные машины используют линейные направляющие, такие как профильные рельсы, круглые рельсы или другие конструкции с подшипниками качения или скольжения, для направления и поддержки подвижных элементов оборудования. Кроме того, зачастую эти подвижные элементы приводятся в движение линейными приводами.

Одной из наиболее распространённых проблем в линейных системах любого типа является несоосность. Несоосность может привести к множеству проблем, таких как нестабильность линейного перемещения, сокращение срока службы системы линейных подшипников, преждевременный износ или выход из строя приводной системы, а также неравномерное движение, такое как колебания скорости или биение.

Однако существуют некоторые общие способы повышения общей производительности системы путем оптимизации выравнивания линейной направляющей и привода.

Приводы и направляющие
Хотя существует множество способов придания движения направляемым элементам машины, наиболее распространённые из них можно разделить на две категории. Первая — это приводы стержневого типа. Приводы стержневого типа могут быть как гидравлическими, например, гидравлическими или пневматическими, так и электрическими, например, с помощью ходовых винтов или шарико-винтовых передач.

Второй тип — бесштоковые приводы. Они также могут быть гидравлическими или электрическими, приводимыми в движение ходовым винтом, шарико-винтовой парой, ремнём или линейным двигателем. Оба типа приводов находят применение в системах с направляющими. Однако каждый из них имеет небольшие различия в том, как наилучшим образом использовать их для максимального увеличения производительности и срока службы системы.

Сами направляющие элементы, будь то профильные рельсы, круглые рельсы или другие системы качения или скольжения, должны быть правильно подобраны и рассчитаны на этапе проектирования, а их установка должна осуществляться в соответствии с рекомендациями производителя, уделяя особое внимание процессу выравнивания. Это гарантирует максимальную эффективность выбранной системы направляющих в конкретной области применения.

Важность соблюдения требований членами
Стержневые приводы, характеризующиеся выдвижением и втягиванием штока поршня или приводного штока с каждым циклом, обычно предлагают несколько вариантов монтажа. Большинство поставщиков стержневых приводов обычно предлагают такие варианты монтажа, как просверленные и нарезанные резьбой отверстия в устройстве, монтажные опоры, сферические штоковые соединения, центрирующие муфты, скобы или цапфы. При использовании с направляющим механизмом убедитесь, что каждая подсистема, привод и направляющий узел способны к беспрепятственному и плавному движению. Системы, в которых пытаются жестко соединить ведущий элемент с ведомым, могут демонстрировать нестабильную работу, поскольку эти два элемента пытаются двигаться в разных плоскостях, при этом одна или обе подсистемы нагружены сверх своих возможностей.

В такой системе привод стержневого типа лучше всего использовать с элементом податливости между ведущим элементом (приводом) и ведомым элементом (направляющей системой). Например, сферический конец стержня, установленный на штоке привода, позволяет точке крепления поворачиваться вокруг сферического шарнира. Такой тип соединения на направляющей лучше всего использовать в сочетании с цапфой или серьгой на противоположном конце привода, где он крепится к элементу рамы машины. Такая схема крепления обеспечивает податливость соединения без создания чрезмерной нагрузки ни на привод (привод), ни на ведомый элемент (направляющую систему).

Бесштоковые приводы, характеризующиеся тем, что их ход не выходит за пределы общей длины, также могут содержать встроенную направляющую систему. Бесштоковые приводы, используемые совместно с отдельной направляющей системой, также должны включать в себя податливый элемент в соединении между ведущим и ведомым элементами. Большинство поставщиков приводов предлагают различные варианты креплений для такого типа установки, например, плавающие кронштейны.

Бесштоковые приводы с системой направляющих могут выполнять функцию направления и поддержки оборудования, заменяя отдельную систему направляющих. Эта функция может быть особенно полезна и многократно экономит время и деньги машиностроителя. Бесштоковые приводы со встроенными направляющими могут быть встроены в оборудование в различных комбинациях для удовлетворения самых разных потребностей в перемещении. Многокоординатные конфигурации, такие как xy или xyz, а также портальные конфигурации возможны при правильном подборе размеров. При установке бесштоковых приводов со встроенными направляющими не менее важно выравнивание.

Параллельность и перпендикулярность соединяемых элементов
Бесштоковый привод со встроенной направляющей, используемый в одноосевой конфигурации, должен соответствовать требованиям только к позиционированию. Процесс выравнивания прост, поскольку привод работает автономно, перемещая груз в нужное положение без внешнего управления. Примерами такого типа выравнивания являются выравнивание по принципу «рабочая точка-рабочая точка» или по креплению на оборудовании.

Выравнивание бесштоковых приводов в многоосевых конфигурациях становится более сложной задачей, поскольку несколько приводов должны работать одновременно. Поэтому при монтаже таких приводов необходимо учитывать параллельность и перпендикулярность всех соединённых устройств для оптимальной производительности и максимального срока службы.

Параллельность соединенных элементов
Существует три фактора, которые могут влиять на параллельность при монтаже линейных приводов. Ответы на эти вопросы позволят максимально повысить параллельность и производительность системы.

1. Установлены ли приводы с каретками на одинаковой высоте? Несоосность в этой плоскости создаст неблагоприятный изгибающий момент по оси Mx на подшипниковую систему одного или обоих агрегатов.

2. Установлены ли приводы на одинаковом расстоянии друг от друга от одного конца до другого? Несоосность в этой плоскости создаст неблагоприятную боковую нагрузку по оси Fy на подшипниковую систему, а при значительном перекосе может привести к заклиниванию узлов.

3. Установлены ли приводы на одном уровне друг с другом? Угловое смещение создаст неблагоприятный изгибающий момент по оси My на подшипниковую систему обоих агрегатов.

Перпендикулярность соединяемых элементов
На перпендикулярность при монтаже линейных приводов влияют две переменные.

1. В системе XYZ установлена ли ось Z перпендикулярно оси Y? Несоосность в этой плоскости создаст неблагоприятный изгибающий момент на подшипниковой системе привода оси Y по любой или всем возможным осям.

2. В портальной системе, где два привода должны одновременно перемещаться по осям X или Y, движутся ли они одновременно? Несоосность или недостаточная производительность сервопривода приведут к возникновению нежелательного изгибающего момента по оси Mz в системе подшипников.

Фактические допуски, связанные с рекомендациями по выравниванию и монтажу, зависят от производителя привода, а также от типа подшипника. Однако общее правило заключается в том, чтобы учитывать тип подшипниковой системы. Высокопроизводительные подшипники, такие как системы с профильными рельсами, как правило, довольно жёсткие, и выравнивание более критично. Системы средней производительности, использующие ролики или колёса, часто имеют зазоры, которые обеспечивают некоторую компенсацию несоосности. Системы с подшипниками скольжения или скольжения часто имеют больший зазор и могут быть ещё более щадящими.

При установке систем крепления линейных актуаторов существует ряд измерительных инструментов, которые помогут обеспечить правильное выравнивание: от датчиков до лазерных систем. Независимо от используемых инструментов, всегда создавайте одну ось в качестве опорной для плоскостей XY и Z и монтируйте остальные устройства относительно этой оси. Это поможет добиться максимальной производительности и максимального срока службы вашей актуаторной системы.