Un control deslizante lineal no tiene una aceleración máxima universal. La aceleración permitida depende de a qué se refiere el término "deslizador lineal" y de cómo está diseñado el sistema de movimiento completo.
Un bloque guía o una carcasa de rodamiento lineal guía únicamente la carga en movimiento. No genera aceleración por sí solo. En un eje lineal completo, la aceleración está limitada por la fuerza motriz disponible, la masa móvil total, la carga y el momento de la guía, la estructura motriz, la carrera, la dirección de instalación, la lubricación y el ciclo de trabajo.
Primero identifique el tipo de control deslizante lineal
El "control deslizante lineal" se utiliza para varios productos diferentes en el mercado. Antes de discutir la aceleración, identifique la estructura real.
| Tipo de control deslizante | Componentes principales | ¿Qué limita la aceleración? |
|---|---|---|
| Deslizador de carril de perfil | Carril guía lineal y bloque de recirculación. | Carga de bloque, momento, precarga, lubricación, montaje en riel y rigidez de la máquina. |
| Control deslizante de eje redondo | Eje lineal, rodamiento y carcasa de aluminio. | Deflexión del eje, carga del rodamiento, alineación de la carcasa, fricción y espacio entre soportes |
| Deslizador de riel soportado | Eje redondo apoyado y bloque de rodamiento abierto | Clasificación de rodamientos, rigidez de la base, espacio entre bloques, lubricación y precisión de instalación |
| Módulo lineal completo | Sistema de guía, accionamiento por husillo de bolas o correa, carro, rodamientos y motor. | Fuerza motriz, par motor, masa en movimiento, cargas guía, límite de velocidad, carrera y perfil de movimiento |
Por lo tanto, no se puede decir que un bloque guía desnudo tenga la misma aceleración máxima que un módulo lineal motorizado. Se debe evaluar el conjunto completo.
El cálculo básico de la aceleración
La relación inicial proviene de la fuerza neta disponible y la masa total en movimiento:
Una forma de ingeniería más útil es:
Dónde:
- aes la aceleración lineal disponible;
- Fconducires el empuje utilizable del motor y la transmisión;
- Ffricciónincluye guía, sello, tornillo, rodamiento y resistencia a la lubricación;
- Fexternoincluye fuerzas de mecanizado, prensado, cables y procesos;
- Fgravedadse aplica a ejes verticales o inclinados;
- metrototalIncluye la carga útil y todos los componentes móviles de la máquina.
Este cálculo proporciona sólo un valor inicial. Luego se debe comparar el resultado con los límites mecánicos del sistema de guía y accionamiento.
Utilice la masa total en movimiento, no solo la carga útil
La masa acelerada no se limita a la pieza de trabajo del cliente. Dependiendo del diseño, la masa total en movimiento puede incluir:
- La carga útil;
- La placa del carro;
- Bloques guía o carcasas de cojinetes;
- La tuerca de bolas o la abrazadera de la correa;
- Accesorios, sensores y soportes para cables;
- Motor en movimiento o caja de cambios en algunas estructuras;
- Parte de la cadena portacables y mangueras conectadas;
- Herramientas, pinzas o cabezales de proceso.
Usar solo la masa de la pieza de trabajo puede sobrestimar sustancialmente la aceleración disponible, particularmente en ejes compactos donde el carro y las herramientas pesan más que la carga útil.
La potencia del motor por sí sola no define la aceleración
La potencia del motor no es suficiente para determinar la aceleración máxima. El cálculo requiere la fuerza o el par utilizable a la velocidad de funcionamiento real.
Para un sistema impulsado por motor, confirme:
- Par motor continuo;
- Par máximo y duración máxima permitida;
- Torque disponible a las RPM requeridas;
- Relación y eficiencia de la caja de cambios, si se utiliza;
- Paso del husillo de bolas o diámetro de la polea;
- Capacidad de acoplamiento y soporte;
- Relación de inercia del motor y de la carga;
- Límites de corriente y voltaje del variador.
Un motor puede proporcionar un par elevado a baja velocidad, pero mucho menos par después de que el eje acelera. Por lo tanto, se debe comparar todo el perfil de aceleración con la curva par-velocidad y no sólo con la potencia nominal del motor.
Cómo el husillo de bolas afecta la aceleración
En un módulo lineal de husillo de bolas, el par del motor se convierte en empuje axial a través del avance del husillo. Un cable más pequeño generalmente produce más empuje con el mismo par motor, mientras que un cable más grande requiere menos velocidad de rotación para la misma velocidad lineal.
La aceleración se ve afectada por:
- Diámetro y paso del husillo de bolas;
- Eficiencia de tornillos y tuercas;
- Precarga de tuerca y par de funcionamiento;
- Tornillo de inercia rotacional;
- Precarga del soporte;
- Velocidad crítica;
- Velocidad de circulación de la bola;
- Capacidad de acoplamiento;
- Lubricación y temperatura de funcionamiento.
Un tornillo de paso pequeño puede proporcionar suficiente empuje pero requiere RPM excesivas para alcanzar la velocidad requerida. Un tornillo de avance grande puede reducir las RPM pero requiere más torque del motor durante la aceleración. Por lo tanto, el diámetro, el paso, la velocidad y la carga deben seleccionarse conjuntamente.
Cómo la transmisión por correa afecta la aceleración
Un módulo lineal accionado por correa puede ser adecuado para movimientos rápidos porque evita girar un eje de tornillo largo. Sin embargo, la aceleración máxima todavía está limitada por:
- Resistencia a la tracción del cinturón;
- Carga dental permitida;
- Diámetro de la polea y engrane de los dientes;
- Pretensión del cinturón;
- Par del motor a velocidad;
- Inercia de polea y eje motor;
- Rigidez del carro y del bastidor;
- Requisitos de posicionamiento y asentamiento.
Aumentar la tensión de la correa no proporciona una aceleración ilimitada. Una tensión excesiva puede aumentar la carga del rodamiento, la fricción y la deflexión del eje.
La guía debe soportar cargas y momentos dinámicos.
La aceleración produce una fuerza de inercia en el centro de gravedad de la carga. Si ese centro está encima, al lado o delante de los bloques guía, la fuerza de inercia también produce un momento.
Por lo tanto, se debe comprobar que el sistema de guía:
- Carga vertical;
- Carga lateral;
- Momento de lanzamiento;
- Momento de guiñada;
- Momento rodante;
- Carga dinámica equivalente combinada;
- Distribución de carga entre múltiples bloques.
Dos vagones con la misma masa total pueden requerir diferentes disposiciones de guía si uno tiene una distancia mucho mayor entre el centro de carga y el carril.
Un error común de ingeniería es comprobar sólo el peso estático. Durante una aceleración rápida o una parada de emergencia, la fuerza de inercia y el momento resultante pueden convertirse en el caso de carga más exigente.
Deslizadores de eje redondo compatibles
Los rieles redondos soportados reducen la deflexión del eje al soportarlo continuamente a lo largo de una base de aluminio. Se utilizan comúnmente con bloques de rodamientos lineales abiertos en equipos de automatización y manipulación.
Los bloques de rieles redondos soportados guían la carga pero no generan aceleración; Se debe calcular la tracción y el carro completos.
La aceleración permitida de esta estructura depende de la clasificación del bloque de soporte, el número y el espaciado de los bloques, la rigidez de la base de soporte, la precisión de la superficie de montaje y la fuerza motriz.
El uso de dos bloques muy espaciados generalmente proporciona una mejor resistencia al momento que concentrar la misma carga en un bloque corto. Sin embargo, los bloques adicionales aumentan la sensibilidad de alineación y no compensan una superficie de montaje desigual.
Deslizadores de eje redondo sin soporte
Un eje redondo con una carcasa de rodamiento lineal cerrada puede proporcionar un movimiento lineal simple y suave, pero se debe verificar la deflexión del eje cuando aumenta la luz o la carga.
Un bloque de rodamiento lineal y un eje forman una estructura guía; La aceleración aún depende del disco externo, la carga y el espacio de soporte.
Durante la aceleración, la flexión del eje puede cambiar el contacto del rodamiento y la posición del carro. El resultado depende de:
- Diámetro del eje;
- Distancia entre soportes;
- Posición de carga;
- Número de ejes paralelos;
- Espaciado de rodamientos;
- Dirección de aceleración;
- Rigidez de la base de la máquina.
Una carga útil ligera no hace automáticamente aceptable una alta aceleración si el eje es largo y delgado.
Deslizadores de guía lineal de perfil
Las guías lineales de perfil generalmente proporcionan mayor rigidez y capacidad de carga de momento dentro de una envolvente de instalación compacta. Esto puede hacerlos más adecuados para sistemas de posicionamiento rápido, pero el bloque y el riel seleccionados aún requieren una carga dinámica y una verificación de vida.
Los factores de selección importantes incluyen:
- Tamaño de riel y tipo de bloque;
- Elemento rodante de bolas o rodillos;
- Bloque estándar o largo;
- Número y espaciado de bloques;
- Nivel de precarga;
- Grado de precisión;
- Dirección de carga y momentos aplicados;
- Intervalo de lubricación;
- Precisión de montaje en riel.
Una guía de rodillos puede proporcionar mayor rigidez y capacidad de carga, pero eso no la convierte automáticamente en la mejor opción para un eje liviano y de ciclo alto. También se deben considerar la masa del bloque, la resistencia del sello, la precarga y el tiempo de asentamiento requerido.
Los ejes verticales requieren una verificación de gravedad
En un eje vertical, el accionamiento debe vencer la gravedad antes de que se produzca cualquier aceleración hacia arriba.
Para el movimiento ascendente, la fuerza de aceleración disponible se reduce por el peso del conjunto móvil. Durante la aceleración hacia abajo o la parada de emergencia, la gravedad cambia la dirección de la carga y los requisitos de frenado.
Un sistema vertical debería comprobar:
- Fuerza o torque del motor requerido para sostener la carga;
- Fuerza de aceleración hacia arriba;
- Fuerza de desaceleración hacia abajo;
- Capacidad de retención de frenos;
- Riesgo de conducir hacia atrás;
- Comportamiento de parada de emergencia;
- Pandeo del husillo de bolas donde se comprime el eje;
- Contrapeso o asistencia de resorte de gas cuando se utilice.
El valor de aceleración aprobado para un eje horizontal no debe copiarse directamente al mismo mecanismo instalado verticalmente.
La longitud de la carrera cambia la aceleración disponible
Es posible que una carrera corta no proporcione suficiente distancia para alcanzar la velocidad ordenada antes de que deba comenzar la desaceleración.
Para una aceleración constante desde el reposo, la distancia aproximada necesaria para alcanzar una velocidad objetivo es:
El mismo principio se aplica a la sección de desaceleración. La carrera utilizable debe incluir:
- Distancia de aceleración;
- Distancia a velocidad constante, si la hubiera;
- Distancia de desaceleración;
- Establecer distancia o tiempo;
- Distancia de seguridad mecánica;
- Sensor y margen de tope.
Un ajuste de aceleración muy alto puede proporcionar poco beneficio en el tiempo de ciclo si el eje está limitado por la vibración, el tiempo de asentamiento o el recorrido corto.
La aceleración máxima y el funcionamiento continuo son diferentes
Un sistema puede tolerar una alta aceleración para una pequeña cantidad de movimientos intermitentes o de emergencia, pero no durante ciclos repetidos continuos.
El ciclo de trabajo afecta:
- Temperatura del motor;
- Conducir carga actual y regenerativa;
- Husillo de bolas y calor de rodamientos;
- Guiar la demanda de lubricación;
- Temperatura y fatiga del cinturón;
- Riesgo de aflojamiento del sujetador;
- Vibración estructural;
- Vida útil de los componentes.
Al especificar la aceleración máxima, indique si se trata de un valor pico corto o de un valor de producción repetido continuamente.
Jerk también afecta el estrés mecánico
La aceleración describe qué tan rápido cambia la velocidad. Jerk describe lo rápido que cambia la aceleración.
Un eje comandado desde cero directamente hasta la aceleración máxima aplica un cambio de carga más pronunciado que un perfil de curva en S que aumenta la aceleración progresivamente.
Limitar el tirón puede ayudar a reducir:
- Vibración del marco;
- Movimiento de carga útil;
- Impacto de los dientes del cinturón;
- Choque de acoplamiento;
- Picos de momento guía;
- Tiempo de asentamiento después del posicionamiento;
- Ruido durante reversiones repetidas.
Para equipos de inspección o de recogida y colocación de precisión, la aceleración teórica más rápida puede no producir el ciclo práctico más corto si el carro requiere un largo período de asentamiento posterior.
La desaceleración de emergencia puede ser el caso crítico
El comando de aceleración normal no siempre es la carga mecánica más alta. La parada de emergencia puede crear una fuerza de desaceleración mayor, especialmente cuando:
- El eje se mueve a máxima velocidad;
- La distancia de frenado es corta;
- Se aplica repentinamente un freno mecánico;
- El centro de carga útil está lejos de la guía;
- La máquina utiliza topes rígidos;
- El controlador pierde el perfil de movimiento normal.
Los bloques guía, husillos de bolas, correas, acoplamientos, sujetadores y placas de carro deben compararse con el peor caso de parada creíble, no solo con la aceleración normal de la producción.
Un ejemplo de cálculo práctico
Supongamos que un eje lineal horizontal tiene:
- Masa total en movimiento: 25 kg;
- Fuerza motriz utilizable a la velocidad requerida: 500 N;
- Resistencia estimada de guía y transmisión: 50 N;
- Fuerza externa del proceso durante la aceleración: 75 N.
La fuerza de aceleración neta estimada es:
La aceleración teórica inicial es:
Esta aún no es una configuración de máquina aprobada. El ingeniero aún debe verificar:
- Si 500 N están disponibles en todo el rango de velocidades de aceleración;
- Carga y momentos equivalentes del bloque guía;
- Límites de husillo de bolas, correa o transmisión;
- Duración del par máximo del motor;
- Desaceleración de emergencia;
- Deflexión y vibración del marco;
- Vida útil requerida;
- Margen de seguridad de ingeniería adecuado.
Por lo tanto, es posible que sea necesario ajustar la aceleración de funcionamiento por debajo del resultado teórico simple.
Por qué no existe una tabla de aceleración universal
No se puede seleccionar de forma fiable un valor de aceleración sólo con el nombre del control deslizante. Dos sistemas que utilizan el mismo bloque guía pueden tener límites completamente diferentes porque su carga útil, espacio entre bloques, accionamiento, carrera y estructura de la máquina son diferentes.
| Cambio en el sistema | Efecto probable | Lo que se debe volver a comprobar |
|---|---|---|
| Mayor masa en movimiento | Menor aceleración para la misma fuerza. | Fuerza del motor, carga guía, frenado y vida. |
| Mayor compensación de carga | Mayor momento de guía durante la aceleración. | Distancia entre bloques, cantidad de carriles y rigidez del carro. |
| Trazo más largo | Puede afectar la velocidad del tornillo, la deflexión del eje y la carga del cable. | Velocidad crítica, comportamiento de la correa, soporte y cadena portacables. |
| Mayor precarga | Mayor rigidez pero mayor resistencia y calor. | Fuerza del motor, lubricación y aumento de temperatura. |
| Instalación vertical | La gravedad cambia la fuerza disponible y la carga de frenado. | Freno de parada, fuerza ascendente y tope descendente |
Proceso de selección y verificación recomendado
- Identifique la estructura del control deslizante.Confirmar si se trata de guía de perfil, unidad de eje redondo, carril soportado o módulo completo.
- Calcular la masa total en movimiento.Incluya el carro, las herramientas, la carga útil y los accesorios móviles.
- Definir el perfil de movimiento.Estado de velocidad, aceleración, desaceleración, tirón, carrera y tiempo de ciclo.
- Calcule la fuerza neta requerida.Incluye fricción, gravedad y cargas de proceso externas.
- Revisa el motor y la transmisión.Utilice el par o la fuerza real disponible en el rango de velocidad.
- Comprobar cargas y momentos de la guía.Incluir carga inercial en el centro de gravedad real.
- Verifique los límites de manejo.Revise la velocidad crítica del tornillo, la velocidad de la tuerca, la carga de la correa, el acoplamiento y los cojinetes.
- Comprobar parada de emergencia.Utilice la peor desaceleración esperada y la distancia de frenado más corta permitida.
- Verifique el ciclo de trabajo y el calor.La capacidad máxima y la capacidad de producción continua son diferentes.
- Prueba por etapas.Comience con una aceleración más baja y controle la vibración, la corriente del motor, la temperatura y el tiempo de asentamiento.
Errores comunes en la selección de aceleración
- Solicitando aceleración solo desde el modelo de bloque guía:Se requiere la estructura de eje completa.
- Usando solo masa de carga útil:El carro y las herramientas también aceleran.
- Utilizar la potencia del motor en lugar del empuje disponible:El par cambia con la velocidad del motor.
- Ignorando el desplazamiento del centro de carga:La aceleración puede crear un momento elevado incluso con una carga útil ligera.
- Comprobar la aceleración normal pero no la parada de emergencia:La parada puede crear la carga más alta.
- Asumir más precarga siempre ayuda:También aumenta la resistencia y el calor.
- Ignorando las limitaciones de carrera corta:Es posible que el eje no tenga suficiente distancia para alcanzar la velocidad objetivo.
- Uso de lubricante para corregir la unión:Los errores de alineación deben corregirse mecánicamente.
- Publicando un valor máximo sin condiciones:La aceleración debe estar vinculada a la carga, la carrera, la conducción y el ciclo de trabajo.
¿Qué información se debe enviar a DLY?
Para evaluar la aceleración de un módulo o control deslizante lineal, proporcione:
- Tipo de corredera: carril perfilado, eje redondo, carril soportado o módulo completo;
- Riel, eje, bloque o número de modelo existente;
- Masa total en movimiento y masa de carga útil;
- Posición del centro de carga con respecto a la guía;
- Instalación horizontal, vertical o inclinada;
- Carrera requerida;
- Velocidad lineal máxima;
- Aceleración y desaceleración requeridas;
- Tiempo de ciclo y frecuencia de operación;
- Mecanizado exterior, prensado o fuerza de cable;
- Husillo de bolas, tipo correa u otra estructura de accionamiento;
- Información del motor y de la caja de cambios;
- Precisión de posicionamiento requerida y tiempo de asentamiento;
- Plano de máquina y espacio de instalación disponible.
Para identificar la estructura correcta del producto, revise el DLYpágina de selección de control deslizante lineal.
Para sistemas de rieles de perfil de mayor rigidez, consulte el DLYrango de guía lineal. Para obtener un eje impulsado completo, revise los disponiblesestructuras de módulos lineales.
Respuesta final
Un control deslizante lineal no tiene aceleración máxima universal. Un bloque guía desnudo o una carcasa de rodamiento lineal guían únicamente la carga; su aceleración permitida depende de la unidad completa, el carro, la carga útil y la estructura de montaje.
La aceleración inicial se puede estimar a partir de la fuerza neta dividida por la masa total en movimiento, pero el resultado también debe satisfacer los límites de carga y momento de la guía, la capacidad del sistema de transmisión, la desaceleración de emergencia, la rigidez, la lubricación, la temperatura y los requisitos de vida útil.
Para confirmación técnica de DLY, envíe la estructura deslizante, la masa total en movimiento, la posición del centro de carga, la carrera, la velocidad, la aceleración, el ciclo de trabajo, el tipo de transmisión y el dibujo de la máquina. Sin estas condiciones, un valor de aceleración sería incompleto y potencialmente engañoso.
