縮短設計時間在工程設計中至關重要，因為其結果是降低成本并加快上市時間。設計時間通常包括許多非增值活動，例如重新設計、過度設計或范圍蔓延，通過徹底了解所有應用標準并通過使用數據采集設備對組件、模塊和完整組件進行參數測試來驗證計算和分析，并通過測試證明預計的性能結果，可以最大限度地減少這些活動。

在開始時盡可能多地捕獲相關的應用程序信息，以避免返回并重復部分（如果不是整個設計過程）。保持警惕并為范圍變化做好準備。使用理論計算和分析來確定最佳的初始設計，然后將其與實際設備上關鍵性能屬性的測試測量值進行比較。通過在實際現場條件下進行循環測試來確認臺架測試結果。

確定需求

幾乎每個工程過程的第一步也是非常關鍵的一步是確定應用需求。每種產品可能都有一套獨特的標準，這些標準會影響其性能。使用清單將有助于確保考慮可能被忽略的參數。

示例清單中的關鍵應用信息數據可能包括：

? 負載/速度（動態和靜態）

? 電壓： 12， 24， 36， 48 VDC， 110， 220， VAC

? 負載

方向 ? 行程長度

? 壽命/工作周期

? 環境

? 行程末端保護：離合器？限位開關？

? 如何控制執行器？

? 反饋

? UL、CSA、CE

? 其他：有關其他設計注意事項，請咨詢您的執行器應用工程師。

為特定應用選擇正確的滾珠絲杠組件可能需要一個迭代過程來確定最小的包絡和最具成本效益的解決方案。設計載荷、線速度和定位精度要求用于計算合適的滾珠絲杠組件的直徑、導程和負載能力。然后可以根據壽命、尺寸限制、安裝配置和環境條件選擇單個滾珠絲杠組件。

一個好的起點是定義負載的方向和大小。系統方向可能非常重要。在水平方向上，驅動載荷等于有效載荷重量乘以摩擦系數。在垂直方向上，驅動載荷等于重量。作用在直線軸承和導軌上的載荷可以是垂直載荷、水平載荷或俯仰、滾動或偏航力矩載荷，或其任意組合。載荷的大小和方向也可能不同。

每個軸承的合成載荷矢量必須根據線性軸承系統所承受的各種載荷矢量的正確組合來確定，因為不能僅根據整體系統載荷矢量來估計預期壽命。每個直線軸承承受的載荷稱為給定軸承的等效載荷。然后根據最重載荷軸承的尺寸確定系統尺寸。有關等效載荷計算方法的更多信息，請參閱直線軸承和導軌供應商的目錄。

例如，滾珠絲杠組件旨在承受軸向載荷，將旋轉運動轉換為軸向運動。滾珠絲杠在壓縮載荷下抵抗屈曲的能力稱為其立柱強度。螺桿承受的軸向載荷在大小上實際上相等，并且在方向上與施加給滾珠螺母（其互補部分）的載荷相反，并且通過設計幾何形狀與驅動電機的扭矩相關。通常，柱強度是限制設計參數，因為對于較長的長度，它可能遠低于材料的實際抗壓強度。由于自由長徑比與柱屈曲密切相關，因此對于給定直徑，滾珠絲杠的軸向載荷能力取決于其自由長度。

線性運動系統的壽命可以根據其運行情況進行預測;簡單地說，滾珠絲杠每天運行多少小時、每周幾天和每年運行多少周。對于更復雜的應用或更精細的壽命預測，需要構建一個詳細、全面的運動曲線，將運動分解為基本上筆直的段。運動曲線的每個段都需要有關段開始和結束時的速度、段的持續時間以及段期間的扭矩的信息。

確定應用所需的位置精度和可重復性。例如，英制滾珠絲杠通常生產兩個等級——精密和精密升級。精密級滾珠絲杠將用于需要相對粗糙運動的應用或利用線性反饋進行定位的應用。當微米內的可重復定位至關重要且不使用線性反饋裝置時，將使用 Precision Plus 級滾珠絲杠。雖然精密級螺釘在螺釘的有用長度上具有更大的累積變化，但 Precision Plus 級螺釘限制了導程誤差的累積，從而在螺釘的整個使用壽命內提供更精確的定位。

尺寸和選擇

線性運動系統供應商提供的圖表可以成為正確確定線性運動系統尺寸和選擇的節省時間的捷徑。我們將以三軸焊接龍門架應用為例，演示如何使用目錄公式選擇滾珠絲杠并調整其尺寸（圖 2）。滾珠絲杠貫穿 x 軸的整個長度，兩端由軸承支架支撐。為簡單起見，我們將螺母安裝定義為法蘭，材料定義為合金鋼，螺紋方向定義為右旋，產品系列定義為公制。此應用中的系統方向是水平的，采用螺桿驅動設計，x 軸的長度為 6 米。它將使用具有熱穩定法蘭量的固定端。

騎在型材軌道上的托架施加 2，668.9 牛頓（600 磅）的負載。行程長度為4.5米（177.165英寸），架空長度為5.818米（229.055英寸）。所需速度為每秒 0.1 米（3.927 英寸/秒），需要 ±2.5 米/秒2（98.4 英寸/秒2）的加速度。工作周期為每天 8 小時、每周 5 天和每年 50 周，平均每小時 10 個周期。滾珠絲杠的使用壽命要求為20年，部件的使用壽命要求為5年。另一個要求是，由于電氣工程部門的偏好，必須使用步進電機。

接下來，我們為 x 軸選擇直線軸承。該應用的主要要求是高負載能力和高剛度。該應用程序的行程長度相對較長，為 5.500 米（18 英尺）;但是，6 米長的螺釘的可用性消除了對接連接的需求。低維護是此應用的重要要求。結果是選擇了 500 系列滾珠型導軌直線導軌。

通過這種選擇，可以計算滾珠絲杠上的負載。基于這種載荷，選擇NEFF KGF-D滾珠螺母作為起點。該滾珠螺母具有一體式法蘭、一體式修水器和 DIN 69051 安裝座。滾珠絲杠的精度為 ±50 μm/300 mm。

接下來，檢查預期壽命要求。壽命通常為 L10，表示 90% 的滾珠絲杠仍能正常工作的時間。在此應用中，預期壽命為1，035，752.6歲。壽命如此之高的原因是，我們根據臨界速度而不是壽命來選擇滾珠絲杠。

測試建議的設計

根據計算選擇設計后，您需要進行測試以確保您的前提正確。測試旨在驗證所提議的內容是否實際交付，如果不是這種情況，則指導可能需要的任何糾正措施。驗證測試應設計為回答以下問題：

? 成品是否符合設計規范？

? 在實驗范圍內，性能是否與理論計算一致，如果不一致，差異有多大，為什么？

? 產品是否提供所需的可靠性水平？

? 產品的潛在模式和故障點是什么？

? 當前解決方案與替代方案相比如何？

對于大型桁架機械手系統和機器，您可能希望從組件測試開始，然后再進行子組件的臺架測試，最后進行整個組件的測試。在測試的每個階段，應審查測試結果并將其與理論計算進行比較，以確保設計在正確的軌道上，或考慮合理的改進機會。測試旨在揭示我們在計算和建模中可能遺漏的內容。

配置的直線運動系統

在整個過程中，考慮購買配置的線性運動系統是否比設計和組裝自己的線性運動系統更有意義也很重要。在這種情況下，您將向線性運動積分商提供應用的要求，例如安裝配置、定位要求、環境條件、加載條件、移動要求以及任何特殊注意事項。然后，集成商通常會利用基于 Web 的尺寸和選擇系統來根據您的輸入設計和配置自定義線性運動系統。集成商通常可以在您提出請求后的 24 小時內提供建議設計的報價和 CAD 文件。在大多數情況下，這種系統的成本將低于單個組件的成本。

這種方法通常可以將工程時間和裝配成本減少 90% 或更多，并且通常可以節省 20% 到 30% 的材料成本。最重要的是，通過減少設計線性運動系統所花費的時間，您的工程師將花更少的時間在其核心競爭力之外的領域工作，而將更多的時間集中在他們最擅長的事情上 - 整體系統集成。

總之，利用所有有用的資源來節省設計時間。不要忽視線性運動供應商提供配置的線性運動組件的能力，這些組件可以幫助您降低工程和裝配成本。評估購買組件與模塊的替代方案，以及完整系統對設計和裝配時間的影響。使用所有可用的設計工具，如圖表、公式、在線選擇系統和 3D 模型。最后，與技術支持接洽，以利用他們在標準、修改后的標準和專業解決方案方面的產品專業知識。請務必確認供應商具有設計驗證/測試/分析數據來支持設計聲明和設計立場。這種方法可以將設計時間降至最低，同時確保線性運動系統滿足性能和耐用性要求。

特別聲明：文章僅代表作者個人觀點，不代表麗泰的觀點和立場。如果侵犯到您的權益，版權或其他問題請及時聯系我們，我們會第一時間處理。