4.8 อายุการใช้งาน

4.8.1 หลักการ Principles

4.8.1 หลักการ

ข้อกำหนดด้านระดับความแม่นยำ คุณภาพผิว และเวลาการตัดเฉือนที่สั้นลงมีความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยเหตุนี้ รางนำเชิงเส้นในโครงสร้างเครื่องจักรสมัยใหม่จึงถูกกำหนดโดยการเสียรูปยืดหยุ่นที่อนุญาตมากขึ้น

ดังนั้น จึงกำหนดขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับการกำหนดขนาดรางนำลูกกลิ้ง:

กำหนดแรงภายนอกและโมเมนต์
กระจายแรงและโมเมนต์ไปยังแคร่แต่ละตัว
กำหนดแรงอัดล่วงหน้าและการเสียรูป
คำนวณอายุการใช้งาน
คำนวณสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต

อายุการใช้งานอาจถูกจำกัดโดยความล้าของวัสดุ หรือความเสียหายของพื้นผิววิ่งที่เกิดจากอิทธิพลของสภาพแวดล้อม

พื้นผิวกลิ้งทำให้เกิดความล้าของวัสดุ ซึ่งทำให้รางและชิ้นส่วนกลิ้งเสียหาย (พิตติง) หากทราบแรงบนพื้นผิวสัมผัสการกลิ้ง สามารถคำนวณอายุการล้าได้ตาม DIN IS 281 หรือ DIN 636 การสึกหรอของพื้นผิววิ่งขึ้นอยู่กับการหล่อลื่น สิ่งสกปรก ความดันผิว และขนาดของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวที่รับน้ำหนักเป็นหลัก

อายุการใช้งานที่คำนวณได้อาจสั้นลงเนื่องจากความเสี่ยงของความล้มเหลวเพิ่มเติมหรือปัจจัยอื่นๆ ซึ่งจะทำให้การรับประกันเป็นโมฆะ

คำอธิบายสัญลักษณ์แรงภายนอกและโมเมนต์

mมวล

F_a,xแรงภายนอกในทิศทาง x

F_a,zแรงภายนอกในทิศทาง z

Kระยะห่างแคร่

Qระยะห่างระบบด้านข้าง

X_aพิกัดจุดรับแรงในทิศทาง x

Y_aพิกัดจุดรับแรงในทิศทาง y

Z_aพิกัดจุดรับแรงในทิศทาง z

X_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง x

Y_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง y

Z_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง z

M_a,xโมเมนต์ภายนอกรอบแกน x

M_a,yโมเมนต์ภายนอกรอบแกน y

M_a,zโมเมนต์ภายนอกรอบแกน z

Y_spจุดรับแรงขับตามยาวในทิศทาง y

Z_spจุดรับแรงขับตามยาวในทิศทาง z

ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการคำนวณอายุการล้า เนื่องจากปัจจัยที่ไม่สามารถกำหนดได้ จึงไม่มีขั้นตอนมาตรฐานสำหรับการคำนวณอายุการสึกหรอ

4.8.2 การคำนวณอายุการใช้งาน Calculating service life

4.8.2 การคำนวณอายุการใช้งาน

การกำหนดแรงภายนอกและโมเมนต์

แรงภายนอกที่กระทำต่อระบบรางนำถูกกำหนดโดยองค์ประกอบแรง F_ax, F_ay และ F_az และพิกัดจุดรับแรง X_a, Y_a และ Z_a มวล m ที่มีองค์ประกอบความเร่ง a_x, a_y และ a_z จะสร้างแรงเฉื่อย F_mx, F_my และ F_mz ซึ่งกระทำที่พิกัดจุดศูนย์ถ่วง X_m, Y_m และ Z_m จึงเป็นการรับน้ำหนักของระบบรางนำ

F_mx = m · (−a_x)

F_my = m · (−a_y)

F_mz = m · (−a_z)

F_mxแรงเฉื่อยในทิศทาง x (N)

F_myแรงเฉื่อยในทิศทาง y (N)

F_mzแรงเฉื่อยในทิศทาง z (N)

mมวล (kg)

a_x, a_y, a_zความเร่งในแต่ละทิศทาง (m/s²)

แรง ΣF_y, ΣF_z ที่กระทำตั้งฉากกับแกนตามยาวของโต๊ะงานจะถูกรับโดยแคร่แต่ละตัว ดังนั้นจึงต้องกระจายไปยังแคร่แต่ละตัวตามจำนวนและตำแหน่งของแคร่

นอกจากนี้ โมเมนต์ภายนอกอื่นๆ M_ax, M_ay และ M_az อาจมีผลเช่นกัน โมเมนต์ภายนอกเหล่านี้จะต้องกระจายไปยังแคร่ MONORAIL แต่ละตัวเช่นเดียวกัน

การกระจายแรงและโมเมนต์ไปยังแคร่ MONORAIL แต่ละตัว

ในการคำนวณแรงด้านข้าง F_jy และแรงดึง/อัด F_jz บนแคร่แต่ละตัว (j = 1...n) จำเป็นต้องใช้หลักสถิตศาสตร์ การกระจายแรงและโมเมนต์สามารถกำหนดได้ตามรูปทรงเรขาคณิตและความแกร่งของระบบรางนำ

การกำหนดแรงอัดล่วงหน้าและการเสียรูป

ระดับแรงอัดล่วงหน้าของรางนำ SCHNEEBERGER MONORAIL ถูกกำหนดโดยสภาวะการทำงาน และเกี่ยวข้องกับระดับความแม่นยำของรางนำ

แรงภายนอกที่กระทำต่อ MONORAIL ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของแคร่เทียบกับรางนำ การเคลื่อนตัวเหล่านี้จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับระดับแรงอัดล่วงหน้าและขนาดของแรงที่กระทำ การคำนวณการเคลื่อนตัวต้องพิจารณาคุณสมบัติความแกร่งของระบบรางนำ

ปัจจัยที่มีผลต่อการคำนวณอายุการใช้งาน

ปัจจัยที่มีผลต่ออายุการใช้งานรวมถึงแรงที่กระทำต่อแคร่ MONORAIL, ระดับแรงอัดล่วงหน้า, สภาวะการหล่อลื่น, อุณหภูมิการทำงาน, ระดับการปนเปื้อน และความแม่นยำในการติดตั้ง เป็นต้น ปัจจัยเหล่านี้ต้องพิจารณาผ่านสัมประสิทธิ์แก้ไขที่เหมาะสมในการคำนวณอายุการใช้งาน

โหลดเทียบเท่าพลวัต P

ในการคำนวณอายุการใช้งาน จำเป็นต้องกำหนดโหลดเทียบเท่าพลวัต P_j สำหรับแคร่ MONORAIL แต่ละตัว (j = 1…n) โหลดเทียบเท่าพลวัตคำนวณดังนี้:

F_j = |F_jy| + |F_jz|

F_jแรงประสิทธิผล (N)

F_jyแรงประสิทธิผลในทิศทาง y (N)

F_jzแรงประสิทธิผลในทิศทาง z (N)

ในการใช้งานที่แคร่ MONORAIL รับน้ำหนักแปรผัน เมื่อแรงเกิน 3 เท่าของแรงอัดล่วงหน้า จำเป็นต้องใช้วิธีการคำนวณที่แตกต่าง แผนภาพต่อไปนี้แสดงสถานการณ์น้ำหนักแปรผัน:

F_j = |F_jy| + |F_jz| + C · |M_j| / M_QL

F_jแรงประสิทธิผล (N)

F_jyแรงประสิทธิผลในทิศทาง y (N)

F_jzแรงประสิทธิผลในทิศทาง z (N)

Cความสามารถรับน้ำหนักพลวัต (N)

M_jโมเมนต์พลวัต (Nm)

M_QLโมเมนต์ตามยาวหรือด้านข้างพลวัตที่อนุญาต (Nm)

จากนั้นสามารถคำนวณค่าประมาณโหลดเทียบเท่าพลวัต P_j ได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

เมื่อ F_j ≤ 3 · F_vsp: P_j = F_vsp + 2/3 · F_j

เมื่อ F_j > 3 · F_vsp: P_j = F_j

F_jแรงประสิทธิผลของแต่ละระยะเดินทาง L_k (N)

F_vspแรงอัดล่วงหน้า (N)

P_jโหลดเทียบเท่าพลวัต (N)

หากแรง P ไม่คงที่ โหลดเทียบเท่าพลวัต P_j ภายใต้น้ำหนักแบบขั้นบันไดสามารถคำนวณได้ดังนี้:

P_j = ^q√[ Σ(P_jk^q · l_k) / Σl_k ]

P_jโหลดเทียบเท่าพลวัต (N)

P_jkโหลดเทียบเท่าพลวัตของแต่ละระยะเดินทาง l_k (N), k = 1…n

l_kระยะเดินทางบางส่วน (m), k = 1…n

qเลขชี้กำลังการคำนวณอายุการใช้งาน = 10/3 (ชนิดลูกกลิ้ง) = 3 (ชนิดลูกบอล)

ความสามารถรับน้ำหนักพลวัต C

ข้อมูลความสามารถรับน้ำหนักสำหรับรางนำลูกกลิ้งอ้างอิงตามหลักการที่กำหนดใน DIN ISO 14728-2 ความสามารถรับน้ำหนักพลวัต C คือน้ำหนักที่ 90% ของกลุ่มระบบรางนำที่เหมือนกันสามารถบรรลุหรือเกินระยะเดินทางพิกัด 100 km ก่อนเกิดความเสียหายจากความล้า (พิตติง) ภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน

การเปรียบเทียบความสามารถรับน้ำหนัก

ผู้ผลิตรายอื่นโดยทั่วไประบุความสามารถรับน้ำหนักโดยอ้างอิงระยะเดินทาง 50 km เพื่อเปรียบเทียบกับความสามารถรับน้ำหนักของ SCHNEEBERGER สามารถใช้สูตรแปลงต่อไปนี้:

รางนำลูกกลิ้ง: C₅₀ = 1.23 · C₁₀₀

รางนำลูกบอล: C₅₀ = 1.26 · C₁₀₀

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์

ตามมาตรฐาน DIN ISO ความสามารถรับน้ำหนักของตลับลูกปืนสัมผัสกลิ้งถูกกำหนดสำหรับความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ (ความน่าเชื่อถือ) 90% ซึ่งหมายความว่า 90% ของกลุ่มระบบรางนำที่เหมือนกันสามารถบรรลุหรือเกินอายุใช้งานพิกัดที่คำนวณได้ สำหรับข้อกำหนดความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น สามารถใช้สัมประสิทธิ์แก้ไข a₁:

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ (%)	90	95	96	97	98	99
a₁	1	0.62	0.53	0.44	0.33	0.21

การคำนวณอายุการใช้งาน

สำหรับโหลดเทียบเท่า P (N) และความสามารถรับน้ำหนักพลวัต C (N) อายุใช้งานพิกัด L_nom คำนวณได้ดังนี้:

L_nom = a₁ · (C / P)^q · 100km

L_nomอายุใช้งานพิกัด (m)

Cความสามารถรับน้ำหนักพลวัต

Pโหลดเทียบเท่า

a₁สัมประสิทธิ์ปรับแก้อายุการใช้งาน

qเลขชี้กำลังการคำนวณอายุการใช้งาน

= 10/3 (ชนิดลูกกลิ้ง)

= 3 (ชนิดลูกบอล)

L_nom,h = L_nom / (2 · s · n · 60) = L_nom / (60 · v_m)

L_nom,hอายุใช้งานพิกัด (h)

L_nomอายุใช้งานพิกัด (m)

v_mความเร็วเฉลี่ย (m/min)

sความยาวช่วงชัก (m)

nความถี่ช่วงชัก (min⁻¹)

หมายเหตุ

สำหรับการใช้งานช่วงชักสั้นที่มีช่วงชักน้อยกว่าหรือเท่ากับสองเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางชิ้นส่วนกลิ้ง อายุการใช้งานที่คำนวณได้จำเป็นต้องลดลง

4.8.3 การคำนวณ S₀ Calculating S₀

4.8.3 การคำนวณสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀

สัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀ คือค่าความปลอดภัยเพื่อป้องกันการเสียรูปถาวรที่ไม่อนุญาตของชิ้นส่วนกลิ้งและราง ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความสามารถรับน้ำหนักสถิต C₀ ต่อโหลดเทียบเท่าสถิต P₀

S₀ = C₀ / P₀

S₀สัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต

C₀ความสามารถรับน้ำหนักสถิต

P₀โหลดเทียบเท่าสถิต

P₀ = |F_0y| + |F_0z| + C₀ · |M₀| / M_0QL

F_0yแรงสถิตภายนอก (N)

F_0zแรงสถิตภายนอก (N)

M_0QLโมเมนต์ตามยาวหรือด้านข้างสถิตที่อนุญาต (Nm)

M₀โหลดโมเมนต์สถิต (Nm)

สำหรับ P₀ ต้องพิจารณาแรงจริงที่กระทำบนพื้นผิวสัมผัสการกลิ้ง ปัจจัยที่กำหนดการเสียรูปของพื้นผิวสัมผัสการกลิ้งคือแอมพลิจูดสูงสุด แม้ว่าจะเกิดขึ้นเพียงช่วงเวลาสั้นมาก ตามข้อกำหนดและสภาวะการทำงาน เราแนะนำให้ปฏิบัติตามค่าต่ำสุดของสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀ ดังต่อไปนี้:

สภาวะการทำงาน	S₀
การจัดวางแบบแขวน การใช้งานที่มีศักยภาพความเสี่ยงสูง	≥ 12
ความเค้นพลวัตสูง น้ำหนักกระแทกสูงและการสั่นสะเทือน	8 - 12
การออกแบบเครื่องจักรและอุปกรณ์ปกติ พารามิเตอร์น้ำหนักไม่ทราบทั้งหมด น้ำหนักสลับปานกลางและการสั่นสะเทือน	5 - 8
ข้อมูลน้ำหนักทั้งหมดทราบครบถ้วน น้ำหนักสม่ำเสมอและการสั่นสะเทือนต่ำ	3 - 5

4.8.4 โปรแกรมการคำนวณ Calculation program

4.8.4 โปรแกรมคำนวณการกำหนดขนาด MONORAIL

การคำนวณอายุการใช้งาน สัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนตัวภายใต้น้ำหนักรวมด้วยมือนั้นซับซ้อนมาก และสามารถใช้ได้เฉพาะกับการใช้งานอย่างง่ายเท่านั้น ดังนั้น SCHNEEBERGER จึงเสนอบริการคำนวณโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์

วัตถุประสงค์และการใช้งานโปรแกรมคำนวณ MONORAIL

โปรแกรมคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์สำหรับการกำหนดขนาด MONORAIL สามารถกำหนดรายการต่อไปนี้:

ขนาด MONORAIL ที่ต้องการ
แรงอัดล่วงหน้าที่เหมาะสม
สัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต
อายุใช้งานพิกัด
การโก่งตัวของจุดทำงานภายใต้น้ำหนักในระบบ MONORAIL ที่กำหนด

การคำนวณคำนึงถึงความแกร่งไม่เชิงเส้นที่แท้จริงของแคร่ MONORAIL แต่ละตัว รวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแคร่ที่เกิดจากความแกร่งที่แตกต่างกันภายใต้แรงดึง แรงอัด และน้ำหนักด้านข้าง ไม่รวมการเสียรูปเพิ่มเติมจากการขยายตัวทางความร้อนและการเสียรูปยืดหยุ่นของโครงสร้างเครื่องจักร

ข้อมูลที่จำเป็น

เป็นตัวอย่างการออกแบบ ต้องการข้อมูลครบถ้วนตามที่แสดงในแบบเครื่องจักรและตารางข้อมูลในหน้าถัดไป:

รูปทรงเรขาคณิตของรางนำ รวมถึงจำนวนแคร่และรางนำ ระยะห่างแคร่ตามยาวและด้านข้าง
ตำแหน่งของแกนในอวกาศและระยะห่างระหว่างแกน (ระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงของแกนที่อยู่ติดกัน)
มวลของแกนเครื่องจักรและชิ้นงานทั้งหมดที่คำนวณ
ตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของมวล
ตำแหน่งของชิ้นส่วนขับเคลื่อนเทียบกับจุดอ้างอิงแกนที่สอดคล้อง
ตำแหน่งจุดรับน้ำหนัก (จุดรับแรงและโมเมนต์)
ช่วงชักสูงสุดของแกนทั้งหมดที่คำนวณ
ความเร็วสูงสุดและความเร่งของแกน

นอกจากนี้ สำหรับสถานการณ์น้ำหนักต่างๆ:

น้ำหนักรวม รวมถึงความเร็ว ความเร่ง ระยะเดินทาง และสัดส่วนเวลา ตลอดจนขนาดและทิศทางของแรงและโมเมนต์ที่กระทำที่จุดทำงานตามสถานการณ์น้ำหนักที่สอดคล้อง

มิติเรขาคณิตทั้งหมดอ้างอิงกับจุดศูนย์กลางแกนที่สอดคล้อง (ดูแบบ) การตั้งชื่อแกนในระบบพิกัดคาร์ทีเซียนสามารถเลือกได้ตามต้องการ

สำหรับเครื่องจักรและการออกแบบทั่วไปจำนวนมาก SCHNEEBERGER สามารถจัดเตรียมร่างเครื่องจักรและตารางข้อมูลได้ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม กรุณาติดต่อตัวแทน SCHNEEBERGER ของคุณ

4.8.5 ตารางข้อมูลตัวอย่าง Sample data sheet

4.8.5 ตารางข้อมูลตัวอย่างสำหรับโต๊ะงาน X-Y

ข้อมูลพื้นฐาน

มิติ

แรงรวม: แรงและโมเมนต์

แรงรวม: อัตราส่วนระยะทาง/เวลา

พารามิเตอร์	สภาวะ 1	สภาวะ 2	สภาวะ 3	หน่วย
สัดส่วนเวลา	40	30	30	%
ระยะเดินทาง	200	150	100	mm
ความเร็ว v	40	50	60	m/min

หมายเหตุ: ตารางข้อมูลนี้เป็นตัวอย่าง ในการใช้งานจริงจำเป็นต้องกรอกข้อมูลพารามิเตอร์ครบถ้วนตามการกำหนดค่าเครื่องจักรและสภาวะน้ำหนักเฉพาะ SCHNEEBERGER สามารถช่วยเหลือในการคำนวณและตรวจสอบโดยละเอียด

4.8.6 แบบเครื่องจักรตัวอย่าง Sample machine drawing

4.8.6 แบบเครื่องจักรตัวอย่างสำหรับโต๊ะงาน X-Y

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรโต๊ะงาน X-Y - มุมมอง 1

แบบเครื่องจักรตัวอย่างสำหรับโต๊ะงาน X-Y
1 สกรูบอล

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรโต๊ะงาน X-Y - มุมมอง 2