4.8 อายุการใช้งาน

4.8.1 หลักการ

4.8.2 การคำนวณอายุการใช้งาน

4.8.3 การคำนวณ S₀

4.8.4 โปรแกรมคำนวณ

4.8.5 ตัวอย่างแผ่นข้อมูล

4.8.6 ตัวอย่างแบบเครื่องจักร

มวล

มิติ

ช่วงชัก (สูงสุด) และความเร่ง (สูงสุด)

แรงรวม: แรงและโมเมนต์

แรงรวม: สัดส่วนของระยะทาง / เวลา

คำอธิบายสัญลักษณ์แรงภายนอกและโมเมนต์

การกำหนดแรงภายนอกและโมเมนต์

การกระจายแรงและโมเมนต์ไปยังแคร่ MONORAIL แต่ละตัว

การกำหนดแรงอัดล่วงหน้าและการเสียรูป

ปัจจัยที่มีผลต่อการคำนวณอายุการใช้งาน

แรงเทียบเท่าพลวัต P

ความสามารถรับน้ำหนักพลวัต C

การเปรียบเทียบความสามารถรับน้ำหนัก

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์

การคำนวณอายุการใช้งาน

ข้อควรทราบ

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀

โปรแกรมคำนวณขนาด MONORAIL

วัตถุประสงค์และการใช้งานโปรแกรมคำนวณ MONORAIL

ข้อมูลที่จำเป็น

ตัวอย่างแผ่นข้อมูลสำหรับโต๊ะทำงาน X-Y

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรสำหรับโต๊ะทำงาน X-Y

ข้อกำหนดด้านระดับความแม่นยำ คุณภาพผิว และเวลาการตัดเฉือนที่สั้นลงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง นี่คือเหตุผลที่รางนำเชิงเส้นในโครงสร้างเครื่องจักรสมัยใหม่ถูกกำหนดโดยการเสียรูปยืดหยุ่นที่ยอมรับได้มากขึ้นเรื่อยๆ

ดังนั้น จึงมีการกำหนดขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับการกำหนดขนาดของรางนำแบบลูกกลิ้ง:

การกำหนดแรงภายนอกและโมเมนต์
การกระจายแรงและโมเมนต์ไปยังแคร่แต่ละตัว
การกำหนดแรงอัดล่วงหน้าและการเสียรูป
การคำนวณอายุการใช้งาน
การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต

อายุการใช้งานอาจถูกจำกัดโดยความล้าของวัสดุหรือความเสียหายของผิวการเคลื่อนที่ที่เกิดจากอิทธิพลของสภาพแวดล้อม

ผิวกลิ้งก่อให้เกิดความล้าของวัสดุ ซึ่งทำให้แทร็กและชิ้นส่วนกลิ้งเสียหาย (การเกิดหลุม) หากทราบแรงที่กระทำต่อผิวสัมผัสกลิ้ง สามารถคำนวณอายุการใช้งานจากความล้าตาม DIN ISO 281 หรือ DIN 636 ได้ การสึกหรอของผิวการเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับการหล่อลื่น สิ่งสกปรก แรงดันผิว และขนาดของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของผิวที่รับโหลดเป็นพิเศษ

อายุการใช้งานที่คำนวณได้อาจสั้นลงเนื่องจากความเสี่ยงจากความเสียหายเพิ่มเติมหรือปัจจัยอื่นๆ ซึ่งจะทำให้การรับประกันเป็นโมฆะ

mมวล

F_a,xแรงภายนอกในทิศทาง x

F_a,zแรงภายนอกในทิศทาง z

Kระยะห่างแคร่

Qระยะห่างระบบด้านข้าง

X_aพิกัดจุดกระทำแรงในทิศทาง x

Y_aพิกัดจุดกระทำแรงในทิศทาง y

Z_aพิกัดจุดกระทำแรงในทิศทาง z

X_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง x

Y_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง y

Z_mพิกัดจุดศูนย์ถ่วงในทิศทาง z

M_a,xโมเมนต์ภายนอกรอบแกน x

M_a,yโมเมนต์ภายนอกรอบแกน y

M_a,zโมเมนต์ภายนอกรอบแกน z

Y_spจุดกระทำแรงขับตามยาวในทิศทาง y

Z_spจุดกระทำแรงขับตามยาวในทิศทาง z

หัวข้อต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการคำนวณอายุการใช้งานจากความล้า เนื่องจากมีปัจจัยที่ไม่สามารถระบุได้แน่ชัด จึงไม่มีขั้นตอนมาตรฐานสำหรับการคำนวณอายุการใช้งานจากการสึกหรอ

แรงภายนอกที่กระทำต่อระบบรางนำถูกกำหนดโดยองค์ประกอบแรง F_ax, F_ay และ F_az และพิกัดจุดกระทำแรง X_a, Y_a และ Z_a มวล m ที่มีองค์ประกอบความเร่ง a_x, a_y และ a_z ก่อให้เกิดแรงเฉื่อย F_mx, F_my และ F_mz ซึ่งกระทำที่พิกัดจุดศูนย์ถ่วง X_m, Y_m และ Z_m จึงทำให้เกิดโหลดต่อระบบรางนำ

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 ที่กระทำในแนวตั้งฉากกับแกนตามยาวของโต๊ะทำงานจะถูกรับโดยแคร่แต่ละตัว จึงต้องกระจายไปยังแคร่แต่ละตัวตามจำนวนและตำแหน่งของแคร่

นอกจากนี้ โมเมนต์ภายนอกอื่นๆ M_ax, M_ay และ M_az ก็อาจมีผลกระทบเช่นกัน โมเมนต์ภายนอกเหล่านี้จำเป็นต้องกระจายไปยังแคร่ MONORAIL แต่ละตัวด้วยเช่นกัน

ในการคำนวณแรงด้านข้าง F_jy และแรงดึง-อัด F_jz บนแคร่แต่ละตัว (j = 1…n) จำเป็นต้องทราบระยะห่างตามยาว K และระยะห่างด้านข้าง (ความกว้างราง) Q ของแคร่ นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาการจัดวางตามการออกแบบของแคร่และรางนำในแต่ละแกนด้วย

ระดับแรงอัดล่วงหน้าของรางนำ SCHNEEBERGER MONORAIL ถูกกำหนดโดยเงื่อนไขการทำงานและข้อกำหนดด้านความแกร่งของรางนำเครื่องจักร แรงอัดล่วงหน้า V1, V2 หรือ V3 ไม่เพียงเพิ่มความแกร่งเท่านั้น แต่ยังกระทำโหลดต่อผิวสัมผัสกลิ้งตราบเท่าที่แรงอัดล่วงหน้ายังมีผล สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับระดับแรงอัดล่วงหน้าต่างๆ โปรดดูหัวข้อ 4.5 - แรงอัดล่วงหน้า

แรงภายนอกที่กระทำต่อ MONORAIL ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของแคร่เทียบกับรางนำ การเคลื่อนตัวเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามระดับแรงอัดล่วงหน้าและขนาดของแรงที่กระทำ การคำนวณการเคลื่อนตัวต้องพิจารณาคุณลักษณะความแกร่งของระบบรางนำ

ปัจจัยที่มีผลต่ออายุการใช้งานคือแรงที่กระทำต่อแคร่ MONORAIL แรงอัดล่วงหน้าที่เลือกใช้ ความสามารถรับน้ำหนักพลวัต และความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ หากแรงคงที่กระทำตลอดระยะเลื่อนทั้งหมด อายุการใช้งานจะคำนวณด้วยแรงเทียบเท่า P อย่างไรก็ตาม หากคาดว่าจะมีแรงที่แปรผัน จะต้องใช้แรงเทียบเท่าพลวัต P_j

ในการคำนวณอายุการใช้งาน จำเป็นต้องกำหนดแรงเทียบเท่าพลวัต P_j สำหรับแคร่ MONORAIL แต่ละตัว (j = 1…n) แรงเทียบเท่าพลวัตคำนวณได้ดังนี้:

F_j = |F_jy| + |F_jz|

F_jแรงประสิทธิผล (N)

F_jyแรงประสิทธิผลในทิศทาง y (N)

F_jzแรงประสิทธิผลในทิศทาง z (N)

ในกรณีของการใช้งานที่แคร่ MONORAIL รับโหลดซึ่งประกอบด้วยทั้งแรงและโมเมนต์ เช่น กรณีแคร่เดี่ยวหรือระบบที่มีรางนำเพียงเส้นเดียว แรงเทียบเท่าพลวัต P_j จะถูกกำหนดโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

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)

แรงเทียบเท่าพลวัต P_j จากนั้นสามารถประมาณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

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

เมื่อ F_j > 3 · F_vsp: P_j = F_j

หากแรง P ไม่คงที่ แรงเทียบเท่าพลวัต P_j ภายใต้โหลดแบบขั้นตอนสามารถคำนวณได้ดังนี้:

P_j = ^q√[ Σ(P_jk^q · l_k) / Σl_k ]

P_jแรงเทียบเท่าพลวัต (N)

P_jkแรงเทียบเท่าพลวัตสำหรับแต่ละระยะเลื่อน l_k (N), k = 1…n

l_kระยะเลื่อนบางส่วน (m), k = 1…n

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

ตัวเลขความสามารถรับน้ำหนักของรางนำแบบลูกกลิ้งอ้างอิงตามหลักการที่กำหนดโดย ISO สำหรับการคำนวณตลับลูกปืนสัมผัสกลิ้ง (DIN ISO 281) ความสามารถรับน้ำหนักพลวัตคือโหลดที่ทำให้เกิดอายุการใช้งานตามพิกัดที่สอดคล้องกับระยะเลื่อน 100,000 ม. (100 กม.) โดยมีเงื่อนไขว่าโหลดจากมวลและทิศทางไม่เปลี่ยนแปลง และแนวแรงกระทำในแนวตั้งฉากกับหน่วยตลับลูกปืนสัมผัสกลิ้ง

ผู้ผลิตรายอื่นมักระบุความสามารถรับน้ำหนักของตนโดยอ้างอิงระยะเลื่อน 50,000 ม. (50 กม.) ค่าเหล่านี้ตามมาตรฐาน JIS สูงกว่าค่าตาม DIN ISO อย่างมีนัยสำคัญ ในการเปรียบเทียบกับความสามารถรับน้ำหนักของ SCHNEEBERGER สามารถใช้สูตรแปลงต่อไปนี้:

รางนำแบบลูกกลิ้ง: C₅₀ = 1.23 · C₁₀₀

รางนำแบบลูกบอล: C₅₀ = 1.26 · C₁₀₀

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

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

สำหรับแรงเทียบเท่า P (N) และความสามารถรับน้ำหนักพลวัต C (N) อายุการใช้งานตามพิกัดที่คำนวณ L_nom สามารถคำนวณได้ดังนี้:

L_nom = a₁ · (C / P)^q · 100km

L_nomอายุใช้งานตามพิกัด (m)

Cความสามารถรับน้ำหนักพลวัต

Pแรงเทียบเท่า

a₁ค่าสัมประสิทธิ์การปรับอายุใช้งาน

qเลขชี้กำลังการคำนวณอายุการใช้งาน

= 10/3 (ชนิดลูกกลิ้ง)

= 3 (ชนิดลูกบอล)

อายุใช้งานยังสามารถแสดงเป็นชั่วโมงการทำงานได้ โดยต้องพิจารณาความเร็วเฉลี่ยและค่าสัมประสิทธิ์การใช้งาน:

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

L_nom,hอายุใช้งานตามพิกัด (h)

L_nomอายุใช้งานตามพิกัด (m)

v_mความเร็วเฉลี่ย (m/min)

sความยาวช่วงชัก (m)

nความถี่ช่วงชัก (min⁻¹)

สำหรับการใช้งานช่วงชักสั้นที่มีช่วงชักน้อยกว่าหรือเท่ากับสองเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางชิ้นส่วนกลิ้ง อายุการใช้งานที่คำนวณได้จำเป็นต้องลดลง

ค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀ เป็นมาตรการความปลอดภัยเพื่อป้องกันการเสียรูปถาวรที่ไม่อนุญาตของชิ้นส่วนกลิ้งและแทร็ก โดยนิยามเป็นอัตราส่วนระหว่างความสามารถรับน้ำหนักสถิต C₀ กับแรงเทียบเท่าสถิต P₀

S₀ = C₀ / P₀

S₀ค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต

C₀ความสามารถรับน้ำหนักสถิต

P₀แรงเทียบเท่าสถิต

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

F_0yแรงสถิตภายนอก (N)

F_0zแรงสถิตภายนอก (N)

M_0QLโมเมนต์ตามยาวหรือด้านข้างสถิตที่อนุญาต (Nm)

M₀โหลดโมเมนต์สถิต (Nm)

สำหรับ P₀ ต้องพิจารณาแรงจริงที่กระทำต่อผิวสัมผัสกลิ้ง ปัจจัยชี้ขาดสำหรับการเสียรูปของผิวสัมผัสกลิ้งคือแอมพลิจูดสูงสุด แม้ว่าจะเกิดขึ้นเพียงช่วงเวลาสั้นมากก็ตาม จากข้อกำหนดและเงื่อนไขการทำงาน เราขอแนะนำให้ปฏิบัติตามค่าต่ำสุดต่อไปนี้สำหรับค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต S₀:

เงื่อนไขการทำงาน	S₀
การจัดวางแบบแขวน การใช้งานที่มีความเสี่ยงสูง	≥ 12
ความเค้นพลวัตสูง โหลดกระแทกและการสั่นสะเทือนสูง	8 - 12
การออกแบบเครื่องจักรและอุปกรณ์ทั่วไป ไม่ทราบพารามิเตอร์โหลดทั้งหมดอย่างครบถ้วน โหลดสลับปานกลางและการสั่นสะเทือน	5 - 8
ทราบข้อมูลโหลดทั้งหมดอย่างครบถ้วน โหลดสม่ำเสมอและการสั่นสะเทือนต่ำ	3 - 5

การคำนวณด้วยมือของอายุการใช้งาน ค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือ และโดยเฉพาะการเคลื่อนตัวภายใต้โหลดรวมมีความซับซ้อนมากและสามารถใช้ได้เฉพาะกับการใช้งานที่เรียบง่ายเท่านั้น ดังนั้น SCHNEEBERGER จึงมีบริการคำนวณโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์

โปรแกรมคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์สำหรับการกำหนดขนาด MONORAIL สามารถกำหนดสิ่งต่อไปนี้ได้:

ขนาด MONORAIL ที่จำเป็น
แรงอัดล่วงหน้าที่เหมาะสมที่สุด
ค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือสถิต
อายุใช้งานพิกัด
การโก่งตัวของจุดทำงานภายใต้โหลดในระบบ MONORAIL ที่กำหนด

การคำนวณคำนึงถึงความแกร่งแบบไม่เชิงเส้นที่แท้จริงของแคร่ MONORAIL แต่ละตัว รวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแคร่ที่เกิดจากความแกร่งที่แตกต่างกันภายใต้แรงดึง แรงอัด และโหลดด้านข้าง การเสียรูปเพิ่มเติมเนื่องจากการขยายตัวจากความร้อนและการเสียรูปยืดหยุ่นของโครงสร้างเครื่องจักรไม่ได้นำมาพิจารณา

ในฐานะตัวอย่างการออกแบบ จำเป็นต้องมีข้อมูลครบถ้วนตามที่แสดงในแบบเครื่องจักรและตารางข้อมูลในหน้าถัดไป:

รูปทรงเรขาคณิตของรางนำ รวมถึงจำนวนแคร่และรางนำ ระยะห่างตามยาวและด้านข้างของแคร่
ตำแหน่งของแกนในพื้นที่และระยะห่างระหว่างแกน (ระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิงของแกนที่อยู่ติดกัน)
มวลของแกนเครื่องจักรและชิ้นงานทั้งหมดที่คำนวณ
ตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของมวล
ตำแหน่งขององค์ประกอบขับเคลื่อนเทียบกับจุดอ้างอิงแกนที่สอดคล้องกัน
ตำแหน่งจุดรับโหลด (จุดกระทำของแรงและโมเมนต์)
ช่วงชักสูงสุดของแกนทั้งหมดที่คำนวณ
ความเร็วและความเร่งสูงสุดของแกน

นอกจากนี้ สำหรับสถานการณ์โหลดที่แตกต่างกัน:

โหลดรวม รวมถึงความเร็ว ความเร่ง ระยะเลื่อนและร้อยละของเวลา ตลอดจนขนาดและทิศทางของแรงและโมเมนต์ที่กระทำที่จุดทำงานตามสถานการณ์โหลดที่สอดคล้องกัน

ขนาดเรขาคณิตทั้งหมดสัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางแกนที่สอดคล้องกัน (ดูแบบ) การตั้งชื่อแกนในระบบพิกัดคาร์ทีเซียนสามารถเลือกได้ตามความต้องการ

สำหรับเครื่องจักรและการออกแบบทั่วไปจำนวนมาก SCHNEEBERGER สามารถจัดหาแบบร่างเครื่องจักรและตารางข้อมูลได้ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดติดต่อตัวแทน SCHNEEBERGER ของคุณ

ตารางด้านล่างเป็นแผ่นข้อมูลที่ SCHNEEBERGER ใช้สำหรับการคำนวณขนาดของโต๊ะทำงาน X-Y โปรดกรอกพารามิเตอร์เครื่องจักรจริงและส่งให้ตัวแทน SCHNEEBERGER ของคุณเพื่อการคำนวณ

m_x =		kg	m_y =		kg	m_w =		kg

S1 =	mm	S2 =	mm	S3 =	mm
S4 =	mm	S5 =	mm	S6 =	mm
S7 =	mm	S8 =	mm	S9 =	mm
K1 =	mm	K5 =	mm
Q2 =	mm	Q4 =	mm
A2 =	mm	A3 =	mm
A4 =	mm	A6 =	mm
L4 =	mm	L5 =	mm	L6 =	mm
B1 =	mm	B2 =	mm	B3 =	mm

s_x =		mm	s_y =		mm
a_x =		m/s²	a_y =		m/s²

ลำดับ	รอบ	F_x (N)	F_y (N)	F_z (N)	M_x (Nm)	M_y (Nm)	M_z (Nm)
1
2
3
4
5

ความเร็ว v (m/min)

สัดส่วนของเวลา t (%)

ระยะเลื่อน s (mm)

ความเร็ว v (m/min)

สัดส่วนของเวลา t (%)

ระยะเลื่อน s (mm)

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรโต๊ะทำงาน X-Y - มุมมอง 1

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรสำหรับโต๊ะทำงาน X-Y
1 สกรูบอล

ตัวอย่างแบบเครื่องจักรโต๊ะทำงาน X-Y - มุมมอง 2