1.3.1 Khả năng tải
Khả năng tải của thanh dẫn hướng ray định hình được biểu thị bằng các giá trị khả năng tải. Các giá trị này cung cấp cơ sở cho việc lựa chọn sản phẩm, và được tính toán theo DIN ISO 14728-1 (khả năng tải động) và DIN ISO 14728-2 (khả năng tải tĩnh).
Khả năng tải đại diện cho lực hoặc tải trọng mà thanh dẫn hướng có thể chịu đựng trước khi xảy ra hư hỏng vĩnh viễn. Độ lớn của khả năng tải được xác định bởi các yếu tố sau:
- Số lượng hàng phần tử lăn chịu tải
- Số lượng phần tử lăn chịu tải mỗi hàng
- Đường kính phần tử lăn
- Chiều dài phần tử lăn (đối với con lăn)
- Góc tiếp xúc
- Vật liệu
- Độ cứng bề mặt rãnh lăn
Thanh dẫn hướng SCHNEEBERGER MONORAIL có thể chịu lực từ tất cả các hướng cũng như mô men quanh tất cả các trục. Khả năng tải được chia thành hai loại: khả năng tải động và khả năng tải tĩnh.
Lực và mô men trên xe trượt
Giải thích ký hiệu:
Mô men
Khả năng tải
Các loại khả năng tải
Khả năng tải động C
Áp dụng cho thanh dẫn hướng đang chuyển động, dùng để tính toán tuổi thọ.
Khả năng tải tĩnh C0
Áp dụng cho thanh dẫn hướng đứng yên hoặc chuyển động chậm, dùng để đánh giá tải trọng tối đa cho phép.
Các giá trị khả năng tải luôn liên quan đến khả năng tải của một xe trượt đơn. Khi sử dụng nhiều xe trượt trên một trục, khả năng tải không nhân lên, vì các ứng dụng cứng không cho phép phân bổ tải đồng đều giữa các xe trượt.
Lưu ý quan trọng
Do tính chất không đồng đều của phân bổ tải thực tế, khi thiết kế với nhiều xe trượt, cần sử dụng hệ số an toàn thích hợp trong tính toán. Vui lòng tham khảo bảng thông số kỹ thuật sản phẩm để biết giá trị khả năng tải của từng sản phẩm.
1.3.2 Khả năng tải động C
Khả năng tải động C được định nghĩa là tải trọng không đổi mà dưới đó tiếp xúc lăn có thể đạt tuổi thọ hành trình 100.000 mét. Đây là dữ liệu thiết yếu cần thiết để tính toán tuổi thọ của tiếp xúc phần tử lăn.
Tính toán tuổi thọ
Tuổi thọ của tiếp xúc lăn có thể được tính toán bằng công thức sau:
L = (C / P)p × 100.000 m
L = Tuổi thọ hành trình (mét)
C = Khả năng tải động (N)
P = Tải trọng động tương đương (N)
p = Số mũ tuổi thọ (bi = 3, con lăn = 10/3)
Chuyển đổi khả năng tải động cho các tuổi thọ hành trình khác nhau
Khả năng tải động C trong danh mục SCHNEEBERGER dựa trên tuổi thọ hành trình 100.000 mét (C100). Nếu cần giá trị dựa trên tuổi thọ hành trình 50.000 mét, có thể sử dụng công thức chuyển đổi sau:
Chuyển đổi khả năng tải động
C50 = 1,23 × C100 (thanh dẫn hướng bi)
C50 = 1,26 × C100 (thanh dẫn hướng con lăn)
1.3.3 Khả năng tải tĩnh C₀
Khả năng tải tĩnh C₀ (N) là thông số đặc tính quan trọng trong thiết kế thanh dẫn hướng SCHNEEBERGER MONORAIL. Nó được sử dụng để xác minh hệ số an toàn tĩnh.
Theo DIN ISO 14728-2, khả năng tải tĩnh C₀ được định nghĩa là lực tương ứng với biến dạng dẻo tại điểm tiếp xúc phần tử lăn-rãnh lăn bằng 0,0001 lần đường kính phần tử lăn.
Khả năng tải tĩnh cho biết giới hạn tải của thanh dẫn hướng khi đứng yên hoặc chuyển động chậm. Trong quá trình vận hành, phải đảm bảo rằng thanh dẫn hướng không chịu lực vượt quá khả năng tải tĩnh. Điều này cũng áp dụng cho các sự kiện ngắn hạn như rung động hoặc va đập.
Lưu ý quan trọng
Ngay cả tải rung động hoặc va đập ngắn cũng không được vượt quá khả năng tải tĩnh. Vượt quá giới hạn này có thể gây ra biến dạng vĩnh viễn của phần tử lăn và rãnh lăn, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác của thanh dẫn hướng.
Hệ số an toàn tĩnh S₀
Hệ số an toàn tĩnh S₀ là giá trị bảo vệ chống lại biến dạng vĩnh viễn không cho phép của phần tử lăn và rãnh lăn. Nó được định nghĩa là tỷ số giữa khả năng tải tĩnh C₀ và lực tĩnh tương đương P₀:
Hệ số an toàn tĩnh S₀
S0 = C0 / P0
S0 = Hệ số an toàn tĩnh
C0 = Khả năng tải tĩnh (N)
P0 = Lực tĩnh tương đương (N)
Xác định P₀
Đối với P₀, cần xem xét các lực thực tế tác dụng lên bề mặt tiếp xúc lăn. Yếu tố quyết định cho biến dạng bề mặt tiếp xúc lăn là biên độ cao nhất, có thể xảy ra ngay cả trong thời gian rất ngắn.
Hệ số an toàn được khuyến nghị
Tùy thuộc vào yêu cầu và điều kiện vận hành, các giá trị tối thiểu sau đây cho hệ số an toàn tĩnh S₀ được khuyến nghị:
| Điều kiện vận hành | S₀ khuyến nghị |
|---|---|
| Vận hành bình thường với rung động tối thiểu | ≥ 1,5 |
| Tải luân phiên và rung động mức độ vừa | ≥ 2,0 |
| Tải va đập cao và rung động | ≥ 3,0 |
| Ứng suất động cao, tải va đập cao và rung động | ≥ 5,0 |
Khuyến nghị thiết kế
Để biết phương pháp tính toán cụ thể, vui lòng tham khảo Mục 4.10 - Tính toán và lựa chọn. Trong thiết kế thực tế, cần chọn hệ số an toàn phù hợp dựa trên điều kiện vận hành cụ thể của ứng dụng.
1.3.4 Mô men tĩnh và động
Mô men tĩnh cho phép M₀ là mô men tạo ra tải bằng khả năng tải tĩnh C₀ trên xe trượt. Tương tự, mô men động cho phép M tương ứng với khả năng tải động C.
Mô men động cho phép rất quan trọng cho thiết kế thanh dẫn hướng, đặc biệt liên quan đến mô men ngang MQ và mô men dọc ML tác dụng lên xe trượt. Mô men ngang và dọc làm tăng tải tổng thể của thanh dẫn hướng, và phải được xem xét tương ứng khi tính toán tuổi thọ và hệ số an toàn tĩnh S₀. Xem Mục 4.10 - Tính toán và lựa chọn.
Mô men trên xe trượt
Giải thích ký hiệu mô men:
Mô men động
Mô men tĩnh
Mô men dọc ML
Độ lớn của mô men dọc cho phép ML phụ thuộc chủ yếu vào số lượng phần tử lăn mỗi hàng, và do đó cũng phụ thuộc vào chiều dài xe trượt. Xe trượt dài có thể chịu mô men cao hơn xe trượt ngắn. Trong quá trình này, tải trên các phần tử lăn riêng lẻ được phân bổ từ các cạnh ngoài về phía trung tâm xe trượt.
Mô men dọc ML / M0L
Mô men quay quanh trục dọc của thanh dẫn hướng. Độ lớn mô men phụ thuộc vào chiều dài xe trượt và số lượng phần tử lăn mỗi hàng.
Mô men ngang MQ / M0Q
Mô men quay quanh trục ngang của thanh dẫn hướng. Độ lớn mô men phụ thuộc vào khoảng cách rãnh lăn và cấu hình hình học.
Mô men ngang MQ
Ngoài chiều dài xe trượt, khoảng cách rãnh lăn cũng rất quan trọng đối với độ lớn của mô men ngang cho phép MQ. Với hình học O, khoảng cách rãnh lăn lớn hơn so với thanh dẫn hướng hình học X. Xem Mục 1.2 - Kết cấu của thanh dẫn hướng ray định hình.
Giới hạn mô men ngang tĩnh M0Q
Mô men ngang tĩnh M0Q chỉ liên quan đến biến dạng tiếp xúc lăn. Tuy nhiên, mô men ngang tối đa cho phép của thanh dẫn hướng ray định hình cũng bị giới hạn bởi kết nối vít của xe trượt và thanh dẫn hướng. Xem Mục 4.11.7 - Lắp đặt thanh dẫn hướng - Lực kéo và mô men xoắn ngang cho phép.
Đặc tính mô men của SCHNEEBERGER MONORAIL
Trong thanh dẫn hướng SCHNEEBERGER MONORAIL, bốn rãnh lăn được cấu hình vuông góc với nhau 90°. Điều này dẫn đến khả năng tải đồng đều cao cho mô men dọc quanh trục ngang (ML) và trục thẳng đứng.
Do hình học O của thanh dẫn hướng, khoảng cách rãnh lăn lớn đạt được, dẫn đến khả năng tải cao cho mô men quanh trục dọc (MQ). Giá trị cụ thể cho từng sản phẩm có thể tìm thấy trong danh mục sản phẩm SCHNEEBERGER MONORAIL và AMS.
Điểm chính thiết kế
- Xe trượt dài (loại B, D và G) hoạt động tốt nhất về độ cứng dưới tải lực và mô men do có nhiều phần tử lăn chịu tải
- Mô men ngang và dọc làm tăng tải tổng thể của thanh dẫn hướng và phải được xem xét khi tính toán tuổi thọ
- Độ bền kết nối vít có thể giới hạn mô men ngang tối đa cho phép
1.3.5 Hướng tải
Khả năng tải tĩnh (C₀) và động (C) trong danh mục sản phẩm SCHNEEBERGER MONORAIL và AMS được xác định cho hướng tải của lực kéo/nén/bên.
Hướng tải ở các góc khác nhau (0°, 90°, 180°, 270°)
Mối quan hệ giữa khả năng tải và góc
Nếu thanh dẫn hướng chịu tải ở các góc khác nhau, khả năng tải giảm. Lý do nằm ở phương pháp hấp thụ lực nội bộ. Lý tưởng nhất, lực được hấp thụ bởi 2 rãnh lăn. Trong trường hợp xấu nhất, khi góc tải dưới 45°, chỉ một rãnh lăn chịu tải.
Hiệu ứng hướng tải 45°
Khả năng tải giảm xuống còn khoảng 70% giá trị ban đầu
Tuổi thọ giảm xuống còn khoảng 30%
Ảnh hưởng của hướng lực lên tuổi thọ: Thanh dẫn hướng con lăn MR (đỏ) và thanh dẫn hướng bi BM (vàng)
Ảnh hưởng đến tuổi thọ
Khả năng tải và tuổi thọ của thanh dẫn hướng SCHNEEBERGER MONORAIL phụ thuộc vào hướng tải. Khi tính toán tuổi thọ, cần sử dụng lực tương đương kết hợp P để tính đến yếu tố này.
Phân giải lực
Về mặt hình học, đối với các hướng lực nghiêng, dựa trên tổng tải Fres được hiển thị trong hình bên dưới, thành phần lực ngang FY và thành phần lực thẳng đứng FZ được cộng theo phép cộng véc tơ để tác dụng lên xe trượt.
Cộng véc tơ của thành phần lực ngang FY và thẳng đứng FZ cho tổng tải Fres
Công thức lực tương đương
Ngược lại, cho lực tương đương P, các thành phần lực được cộng đại số theo công thức sau:
Công thức lực tương đương
P = |FY| + |FZ|
P = Lực tương đương
FY = Thành phần lực ngang (lực hướng Y)
FZ = Thành phần lực thẳng đứng (lực hướng Z)
Do đó, đối với các lực khác với hướng chính, lực tương đương động luôn lớn hơn lực thực tế tác dụng lên thanh dẫn hướng. Phương pháp này cho phép luôn sử dụng khả năng tải động C trong công thức tuổi thọ, đồng thời tính đến khả năng tải giảm do hướng tải nghiêng và sự giảm tuổi thọ liên quan. Xem Mục 4.10 - Tính toán và lựa chọn.
Công thức tuổi thọ
Công thức tuổi thọ danh định
Lnom = a1 × (C / P)q × 100 km
Lnom = Tuổi thọ danh định
C = Khả năng tải động
P = Lực tương đương
a1 = Hệ số điều chỉnh tuổi thọ
q = Số mũ tính toán tuổi thọ (con lăn = 10/3, bi = 3)
Tổn thất tuổi thọ do tải nghiêng
Tổn thất tuổi thọ do tải nghiêng có thể đáng kể vì tính toán bao gồm tỷ số C/P với số mũ q ≈ 3. Trong trường hợp xấu nhất, khi góc lực dưới 45°, tuổi thọ giảm khoảng 2/3 so với tải hướng chính.
Khuyến nghị thiết kế
Do đó, khi thiết kế trục, hãy đảm bảo rằng các thanh dẫn hướng được cấu hình theo hướng tải chính để đạt tuổi thọ tối đa.
Nguyên tắc cấu hình tải
Về cơ bản, các thanh dẫn hướng nên được cấu hình sao cho các lực xảy ra được phân bổ đồng đều nhất có thể trên xe trượt, với tải chính tác dụng theo hướng kéo/nén. Ưu điểm là lực có thể được hấp thụ trực tiếp bởi thanh dẫn hướng và truyền đến kết cấu xung quanh thông qua các vít bắt chặt. Lực bên cao trong một số trường hợp tạo ra mô men tác dụng lên thanh dẫn hướng, chỉ có thể truyền qua các bề mặt định vị bổ sung trong kết cấu kết nối, tạo ra chi phí bổ sung.