4.8.1 Nguyên lý
Yêu cầu về cấp độ chính xác, chất lượng bề mặt và thời gian gia công ngắn ngày càng tăng. Đó là lý do tại sao các thanh dẫn hướng tuyến tính trong các kết cấu cơ khí hiện đại ngày càng được xác định bởi biến dạng đàn hồi cho phép.
Do đó, các giai đoạn sau được thiết lập cho việc tính toán kích thước thanh dẫn hướng con lăn:
- Xác định lực và mô men bên ngoài
- Phân bổ lực và mô men cho các xe trượt riêng lẻ
- Xác định lực kẹp trước và biến dạng
- Tính toán tuổi thọ
- Tính toán hệ số an toàn tĩnh
Tuổi thọ có thể bị giới hạn bởi mỏi vật liệu hoặc hư hỏng bề mặt chạy do ảnh hưởng của môi trường.
Các bề mặt lăn gây ra mỏi vật liệu, làm hỏng rãnh và phần tử lăn (tróc rỗ). Nếu biết lực trên các bề mặt tiếp xúc lăn, có thể tính toán tuổi thọ mỏi theo DIN IS 281 hoặc DIN 636. Mài mòn trên bề mặt chạy phụ thuộc đặc biệt vào bôi trơn, bụi bẩn, áp suất bề mặt và độ lớn của chuyển động tương đối của các bề mặt chịu tải.
Tuổi thọ tính toán có thể bị rút ngắn bởi các rủi ro hỏng hóc bổ sung hoặc các khía cạnh khác sẽ làm mất hiệu lực bảo hành.
Chú thích cho lực và mô men bên ngoài
Các phần sau đây giải thích cách tính toán tuổi thọ mỏi. Do các yếu tố không xác định được, không có quy trình tiêu chuẩn để tính toán tuổi thọ mài mòn.
4.8.2 Tính toán tuổi thọ
Xác định lực và mô men bên ngoài
Các lực bên ngoài tác dụng lên hệ thống thanh dẫn hướng được xác định bởi các thành phần lực Fax, Fay và Faz, và các tọa độ điểm đặt lực Xa, Ya và Za. Khối lượng m với các thành phần gia tốc ax, ay và az tạo ra lực quán tính Fmx, Fmy và Fmz, tác dụng tại các tọa độ trọng tâm Xm, Ym và Zm, do đó tải lên hệ thống thanh dẫn hướng.
Lực ΣFy, ΣFz tác dụng vuông góc với trục dọc của bàn làm việc được các xe trượt riêng lẻ chịu và do đó phải được phân bổ cho các xe trượt riêng lẻ theo số lượng và vị trí của xe trượt.
Ngoài ra, các mô men bên ngoài khác Max, May và Maz cũng có thể có hiệu ứng. Các mô men bên ngoài này cũng cần được phân bổ cho các xe trượt MONORAIL riêng lẻ.
Phân bổ lực và mô men cho các xe trượt MONORAIL riêng lẻ
Để tính toán lực bên Fjy và lực kéo/nén Fjz trên mỗi xe trượt (j = 1...n), cần áp dụng các nguyên lý tĩnh học. Việc phân bổ lực và mô men có thể được xác định dựa trên hình học và độ cứng của hệ thống thanh dẫn hướng.
Xác định lực kẹp trước và biến dạng
Cấp lực kẹp trước của thanh dẫn hướng SCHNEEBERGER MONORAIL được xác định bởi điều kiện vận hành và liên quan đến cấp độ chính xác của thanh dẫn hướng.
Các lực bên ngoài tác dụng lên MONORAIL gây ra dịch chuyển của xe trượt so với thanh dẫn hướng. Các dịch chuyển này thay đổi tùy thuộc vào cấp lực kẹp trước và độ lớn của các lực tác dụng. Tính toán dịch chuyển đòi hỏi phải xem xét các đặc tính độ cứng của hệ thống thanh dẫn hướng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính toán tuổi thọ
Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ bao gồm lực tác dụng lên xe trượt MONORAIL, cấp lực kẹp trước, điều kiện bôi trơn, nhiệt độ vận hành, mức độ ô nhiễm và độ chính xác lắp đặt, trong số các yếu tố khác. Các yếu tố này phải được xem xét thông qua các hệ số hiệu chỉnh phù hợp trong tính toán tuổi thọ.
Lực tương đương động P
Để tính toán tuổi thọ, cần xác định lực tương đương động Pj cho mỗi xe trượt MONORAIL (j = 1…n). Lực tương đương động được tính như sau:
Trong các ứng dụng mà xe trượt MONORAIL chịu tải thay đổi, khi lực vượt quá 3 lần lực kẹp trước, cần có phương pháp tính toán khác. Sơ đồ sau đây minh họa tình huống tải thay đổi:
Lực tương đương động Pj sau đó có thể được xấp xỉ bằng công thức sau:
Nếu lực P không không đổi, lực tương đương động Pj dưới tải theo giai đoạn có thể được tính như sau:
Khả năng tải động C
Dữ liệu khả năng tải cho thanh dẫn hướng con lăn dựa trên các nguyên tắc được chỉ định trong DIN ISO 14728-2. Khả năng tải động C là tải tại đó 90% của một nhóm hệ thống thanh dẫn hướng giống hệt nhau có thể đạt hoặc vượt quá khoảng hành trình danh định 100 km trước khi xảy ra hư hỏng mỏi (tróc rỗ) trong cùng điều kiện vận hành.
So sánh khả năng tải
Các nhà sản xuất khác thường chỉ định khả năng tải dựa trên khoảng hành trình 50 km. Để so sánh với khả năng tải của SCHNEEBERGER, có thể sử dụng công thức chuyển đổi sau:
Xác suất sự kiện
Theo tiêu chuẩn DIN ISO, khả năng tải của ổ lăn tiếp xúc được chỉ định cho xác suất sự kiện (độ tin cậy) 90%. Điều này có nghĩa là 90% của một nhóm hệ thống thanh dẫn hướng giống hệt nhau có thể đạt hoặc vượt quá tuổi thọ danh định đã tính. Đối với yêu cầu độ tin cậy cao hơn, có thể sử dụng hệ số hiệu chỉnh a1:
| Xác suất sự kiện (%) | 90 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| a1 | 1 | 0,62 | 0,53 | 0,44 | 0,33 | 0,21 |
Tính toán tuổi thọ
Đối với lực tương đương P (N) và khả năng tải động C (N), tuổi thọ tính toán danh định Lnom có thể được tính như sau:
Tuổi thọ cũng có thể được biểu thị bằng giờ vận hành. Để làm điều này, cần xem xét tốc độ trung bình và hệ số sử dụng:
Lưu ý
Đối với các ứng dụng hành trình ngắn với hành trình nhỏ hơn hoặc bằng hai lần đường kính phần tử lăn, tuổi thọ tính toán cần được giảm.
4.8.3 Tính toán S₀
Tính toán hệ số an toàn tĩnh S₀
Hệ số an toàn tĩnh S₀ là biện pháp an toàn chống lại biến dạng vĩnh viễn không cho phép của phần tử lăn và rãnh, được định nghĩa là tỷ số giữa khả năng tải tĩnh C₀ và lực tĩnh tương đương P₀.
Đối với P₀, phải xem xét các lực thực tế tác dụng lên các bề mặt tiếp xúc lăn. Yếu tố quyết định cho biến dạng bề mặt tiếp xúc lăn là biên độ cao nhất, ngay cả khi nó chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn. Dựa trên yêu cầu và điều kiện vận hành, chúng tôi khuyến nghị tuân theo các giá trị tối thiểu sau cho hệ số an toàn tĩnh S₀:
| Điều kiện vận hành | S₀ |
|---|---|
| Bố trí treo, ứng dụng có tiềm năng rủi ro cao | ≥ 12 |
| Ứng suất động cao, tải va đập cao và rung động | 8 - 12 |
| Thiết kế máy và thiết bị bình thường, không phải tất cả thông số tải đều biết đầy đủ, tải luân phiên vừa phải và rung động | 5 - 8 |
| Tất cả dữ liệu tải đều biết đầy đủ, tải đồng đều và rung động thấp | 3 - 5 |
4.8.4 Chương trình tính toán
Chương trình tính toán kích thước MONORAIL
Tính toán thủ công tuổi thọ, hệ số an toàn và đặc biệt là dịch chuyển dưới tải kết hợp rất phức tạp và chỉ có thể sử dụng cho các ứng dụng đơn giản. Do đó, SCHNEEBERGER cung cấp dịch vụ tính toán sử dụng chương trình máy tính.
Mục đích và sử dụng chương trình tính toán MONORAIL
Chương trình tính toán hỗ trợ máy tính cho việc định kích thước MONORAIL có thể xác định các thông tin sau:
- Kích thước MONORAIL yêu cầu
- Lực kẹp trước tối ưu
- Hệ số an toàn tĩnh
- Tuổi thọ danh định
- Độ lệch của điểm làm việc dưới tải trong hệ thống MONORAIL đã cho
Tính toán có tính đến độ cứng phi tuyến thực sự của các xe trượt MONORAIL riêng lẻ, cũng như sự tương tác giữa các xe trượt do độ cứng khác nhau dưới tải kéo, nén và bên. Biến dạng bổ sung do giãn nở nhiệt và biến dạng đàn hồi của kết cấu máy không được xem xét.
Dữ liệu yêu cầu
Là ví dụ thiết kế, cần có dữ liệu đầy đủ, như được hiển thị trong bản vẽ máy và bảng dữ liệu ở trang tiếp theo:
- Hình học thanh dẫn hướng, bao gồm số lượng xe trượt và thanh dẫn hướng, khoảng cách xe trượt dọc và ngang
- Vị trí của các trục trong không gian và khoảng cách giữa các trục (khoảng cách giữa các điểm chuẩn của các trục liền kề)
- Khối lượng của tất cả các trục máy và chi tiết gia công đã tính
- Vị trí trọng tâm khối lượng
- Vị trí của các phần tử dẫn động so với điểm chuẩn trục tương ứng
- Vị trí điểm tải (điểm đặt lực và mô men)
- Hành trình tối đa của tất cả các trục đã tính
- Tốc độ và gia tốc tối đa của các trục
Ngoài ra, đối với các tình huống tải khác nhau:
- Tải tập hợp, bao gồm tốc độ, gia tốc, khoảng hành trình và tỷ lệ thời gian, và độ lớn và hướng của lực và mô men tác dụng tại điểm làm việc theo tình huống tải tương ứng
Tất cả các kích thước hình học liên quan đến tâm trục tương ứng (xem bản vẽ). Đặt tên trục trong hệ tọa độ Đề-các có thể được chọn theo nhu cầu.
Đối với nhiều máy và thiết kế điển hình, SCHNEEBERGER có thể cung cấp bản phác thảo máy và bảng dữ liệu. Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ đại diện SCHNEEBERGER của bạn.
4.8.5 Bảng dữ liệu mẫu
Bảng dữ liệu mẫu cho bàn làm việc X-Y
Dữ liệu cơ bản
Kích thước
Lực kết hợp: Lực và mô men
Lực kết hợp: Tỷ lệ khoảng cách/thời gian
| Thông số | Điều kiện 1 | Điều kiện 2 | Điều kiện 3 | Đơn vị |
|---|---|---|---|---|
| Tỷ lệ thời gian | 40 | 30 | 30 | % |
| Khoảng hành trình | 200 | 150 | 100 | mm |
| Tốc độ v | 40 | 50 | 60 | m/min |
Lưu ý: Bảng dữ liệu này là ví dụ. Trong các ứng dụng thực tế, cần điền đầy đủ dữ liệu thông số theo cấu hình máy cụ thể và điều kiện tải. SCHNEEBERGER có thể hỗ trợ tính toán và xác minh chi tiết.
4.8.6 Bản vẽ máy mẫu
Bản vẽ máy mẫu cho bàn làm việc X-Y
Bản vẽ máy mẫu cho bàn làm việc X-Y
1 Vít me bi
Bản vẽ máy mẫu cho bàn làm việc X-Y
1 Vít me bi
Mô tả: Bản vẽ máy này hiển thị cấu hình thanh dẫn hướng MONORAIL điển hình cho bàn làm việc X-Y, bao gồm vị trí xe trượt, bố trí thanh dẫn hướng, hệ thống truyền động và thiết kế kết cấu. Các bản vẽ này có thể phục vụ như ví dụ tham khảo cho dữ liệu yêu cầu bởi chương trình tính toán MONORAIL.