У цій статті буде пояснено основи проектування лінійної системи, включаючи систему опорних конструкцій, технологію направляючих, технологію приводу та ущільнення, змащення та аксесуари. Спочатку будуть розглянуті переваги та недоліки різних технологій, таких як ходові гвинтові приводи, кулькові гвинтові приводи, ремінні приводи, кулькові напрямні, напрямні ковзання та напрямні коліс. Потім у статті буде розглянуто переваги та недоліки проектування та побудови власної лінійної системи порівняно з налаштуванням системи зі стандартних будівельних блоків. Нарешті, у статті буде описано покроковий веб-процес визначення розміру та вибору лінійної системи на основі економічних стандартних компонентів.

Будівельними блоками лінійної системи є система опори конструкції, система приводу, система напрямних, ущільнення, змащення та аксесуари. Основним компонентом системи опори конструкції зазвичай є алюмінієвий екструдований прокат, доступний довжиною до 12 метрів. Монтажна поверхня основи може бути оброблена для застосувань, що потребують точного позиціонування. Екструзії основи для транспортних застосувань з меншою точністю зазвичай не обробляються. Основи, що використовуються в транспортних застосуваннях, оптимізовані для стійкості до вигину під навантаженням та деформації під час процесу екструзії, що дозволяє підтримувати систему лише на кінцях.

Основними типами напрямних є кулькові напрямні, колісні напрямні та напрямні з ковзанням або призми. Кулькові напрямні витримують високе корисне навантаження до 38 000 Ньютонів (Н) та високі моментні навантаження до 27,60 Ньютон-метрів (Нм). Інші переваги кулькових напрямних включають низьке тертя та високу жорсткість. Кулькові напрямні доступні в одно- або дворейкових конфігураціях. Недоліки кулькових напрямних включають відносно високу вартість та високий рівень шуму. Ключовою перевагою колісних напрямних є їхня здатність працювати на надзвичайно високих швидкостях, до 10 метрів за секунду (м/с). Колісні напрямні також пропонують низьке тертя та дуже високу жорсткість. З іншого боку, колісні напрямні мають відносно низький опір ударним навантаженням. Ковзні напрямні використовують призматичні полімерні втулки, що рухаються безпосередньо по поверхні профілю, щоб забезпечити дуже тиху роботу та витримувати високі ударні навантаження. Ключовою перевагою ковзних напрямних є їхня здатність працювати в забрудненому середовищі. Ковзні напрямні мають нижчу швидкість та вантажопідйомність, ніж кулькові або колісні напрямні.

Найпопулярнішими технологіями приводів є кульково-гвинтові передачі, ходові гвинтові передачі та ремінні передачі. Кульково-гвинтова передача складається з кульково-гвинтової передачі та кулькової гайки з рециркулюючими кульковими підшипниками. Шліфовані та попередньо натягнуті кульково-гвинтові передачі забезпечують винятково високу точність позиціонування. Навантаження на кульково-гвинтову передачу розподіляється на велику кількість кулькових підшипників, так що кожна кулька піддається відносно низькому навантаженню. Результатом є висока абсолютна точність до 0,005 мм, висока тягова здатність до 40 кН та висока жорсткість. Абсолютна точність визначається як максимальна похибка між очікуваним і фактичним положенням. Кульково-гвинтові передачі зазвичай забезпечують механічний ККД 90%, тому їхня вища вартість часто компенсується зниженими вимогами до потужності. Критична швидкість кульково-гвинтової передачі визначається діаметром кореневої головки гвинта, довжиною без опори та конфігурацією торцевої опори. Опори кульково-гвинтових передач дозволяють використовувати гвинтові агрегати з ходом до 12 метрів та вхідною швидкістю 3000 об/хв. Ходово-гвинтові передачі не можуть зрівнятися з абсолютною точністю позиціонування кульково-гвинтових передач, але вони забезпечують чудову повторюваність 0,005 мм. Повторюваність визначається як здатність системи позиціонування повертатися в потрібне положення під час роботи при наближенні з того самого напрямку з тією ж швидкістю та коефіцієнтом уповільнення. Гвинтові приводи використовуються в системах позиціонування з низьким та середнім робочим циклом і працюють з низьким рівнем шуму. Ремінні приводи використовуються в системах високошвидкісного транспортування з високою пропускною здатністю зі швидкостями до 10 м/с та прискоренням до 40 м/с2. Як напрямна система, так і система приводу зазвичай потребують змащування. Легкий доступ до мастильних фітингів спрощує профілактичне обслуговування. Одним з ефективних підходів є використання фітингів Zerk на каретці, які живлять мережу, через яку змащуються як кульковий гвинт, так і система лінійних підшипників під час встановлення та періодично з інтервалами технічного обслуговування. Призматична напрямна система не потребує обслуговування. На додаток до властивої полімеру мастильної здатності, є змащені повстяні склоочисники, які поповнюють мастило на кожному ході. Технологія герметизації важлива в багатьох застосуваннях. Ущільнення з магнітною стрічкою складається з магнітної стрічки з нержавіючої сталі, яка підпружинена для підтримки натягу. Два кінці закріплені на торцевих пластинах системи, а кришка або ущільнювальна стрічка проходить через порожнину в каретці. Коли каретки перетинають довжину системи, смуга піднімається з магнітів, щоб каретка могла пройти.

Альтернативна технологія герметизації – пластикові кришки, що використовують пружну гумову смужку, яка зчіплюється з екструзією основи, діючи подібно до пакета Ziploc. З'єднані профілі «паз-шип» створюють лабіринтове ущільнення, яке надзвичайно ефективно запобігає потраплянню частинок. Гнучкі кріплення двигуна спрощують інтеграцію лінійних систем в автоматизовані вузли. Користувачі можуть просто запросити стандартне кріплення двигуна NEMA або надати інформацію про монтаж, що стосується їхнього двигуна, або надати назву виробника двигуна та номер деталі. Корпус і муфта виготовляються зі звичайних заготовок, щоб відповідати ключовим характеристикам двигуна замовника: розмір болта та діаметр окружності болта на фланці двигуна; діаметр керуючого болта двигуна; а також діаметр і довжина вала двигуна. Це дозволяє легко монтувати повзуни горизонтально, вертикально, похилим або перевернутим способом практично до будь-якого двигуна з гарантованим вирівнюванням.

Не кожна комбінація типу приводу та типу напрямної має сенс. Сім технологічних груп, що використовуються на практиці, включають ходовий гвинтовий привід та кулькову напрямну, ходовий гвинтовий привід та напрямну ковзання, кульковий гвинтовий привід та кулькову напрямну, кульковий гвинтовий привід та напрямну ковзання, ремінний привід та кулькову напрямну, ремінний привід та напрямну ковзання, а також ремінний привід та напрямну колеса. Павутинні діаграми зображують відносні сильні та слабкі сторони кожної з цих технологій. Технологія кулькового гвинтового приводу та кулькової напрямної пропонує високу повторюваність, високу жорсткість та здатність витримувати високі сили та моменти. Вона використовується в системах точного позиціонування з високими навантаженнями та високими робочими циклами, таких як лінійна система, що використовується для завантаження та розвантаження заготовок шестерень на верстаті. Ремінно-привідні кулькові напрямні призначені для високошвидкісних та прискорювальних застосувань з великими корисними вантажами та високими моментними навантаженнями. Ця технологічна група підходить для застосувань, які охоплюють зазор та підтримуються або на кінцях, або періодично. Типове застосування включає палетування банок. Лінійні системи з ремінним приводом та напрямними ковзанням забезпечують помірну швидкість та прискорення. Напрямні ковзання можуть справлятися з ударними навантаженнями, але дещо обмежені в своїх лінійних швидкостях. Таке поєднання забезпечує економічно ефективне, малошумне рішення, яке вимагає мінімального обслуговування. Додавання магнітної захисної стрічки робить це рішення ідеальним для середовищ з високим вмістом твердих частинок та вимогами до змивання, таких як обробка листового металу напиленням. Агрегати з ремінним приводом та колісним напрямком забезпечують високу лінійну швидкість та прискорення, а також помірну вартість, низький рівень шуму та відносно низькі вимоги до обслуговування. Типовим застосуванням є пакувальні та розливні машини.

Виготовляти чи купувати? Розглядаючи питання про те, виготовляти чи купувати лінійну систему, важливо враховувати час інженерних робіт та досвід, необхідні для її проектування. Проектування системи включає інженерні розрахунки, такі як термін служби лінійних та радіальних підшипників, термін служби кулькової гвинтової гвинта, критична швидкість кулькової гвинтової гвинта, відхилення опорного профілю, вибір мастила, конструкція кришки тощо. Підхід до збільшення розміру лінійної системи для скорочення часу проектування має недолік у тому, що вартість та граничні значення збільшуються, і все ще потрібні базові інженерні розрахунки, щоб переконатися, що нічого основного не було втрачено. Під час купівлі лінійних систем бувають випадки, коли стандартні каталожні продукти не відповідають вимогам застосування. У цьому випадку значні модифікації стандартних продуктів або дизайну «білих аркушів» є життєздатними альтернативами. Партнер з широким асортиментом продуктів та інженерними можливостями може співпрацювати з вами, щоб вирішити вашу проблему, заощаджуючи час і гроші, а також пришвидшуючи цикл розробки.