缩短设计时间在工程设计中至关重要，因为其结果是降低成本并加快上市时间。设计时间通常包括许多非增值活动，例如重新设计、过度设计或范围蔓延，通过彻底了解所有应用标准并通过使用数据采集设备对组件、模块和完整组件进行参数测试来验证计算和分析，并通过测试证明预计的性能结果，可以最大限度地减少这些活动。

在开始时尽可能多地捕获相关的应用程序信息，以避免返回并重复部分（如果不是整个设计过程）。保持警惕并为范围变化做好准备。使用理论计算和分析来确定最佳的初始设计，然后将其与实际设备上关键性能属性的测试测量值进行比较。通过在实际现场条件下进行循环测试来确认台架测试结果。

确定需求

几乎每个工程过程的第一步也是非常关键的一步是确定应用需求。每种产品可能都有一套独特的标准，这些标准会影响其性能。使用清单将有助于确保考虑可能被忽略的参数。

示例清单中的关键应用信息数据可能包括：

?负载/速度（动态和静态）

?电压：12，24，36，48VDC，，，VAC

?负载

方向?行程长度

?寿命/工作周期

?环境

?行程末端保护：离合器？限位开关？

?如何控制执行器？

?反馈

?UL、CSA、CE

?其他：有关其他设计注意事项，请咨询您的执行器应用工程师。

为特定应用选择正确的滚珠丝杠组件可能需要一个迭代过程来确定最小的包络和最具成本效益的解决方案。设计载荷、线速度和定位精度要求用于计算合适的滚珠丝杠组件的直径、导程和负载能力。然后可以根据寿命、尺寸限制、安装配置和环境条件选择单个滚珠丝杠组件。

一个好的起点是定义负载的方向和大小。系统方向可能非常重要。在水平方向上，驱动载荷等于有效载荷重量乘以摩擦系数。在垂直方向上，驱动载荷等于重量。作用在直线轴承和导轨上的载荷可以是垂直载荷、水平载荷或俯仰、滚动或偏航力矩载荷，或其任意组合。载荷的大小和方向也可能不同。

每个轴承的合成载荷矢量必须根据线性轴承系统所承受的各种载荷矢量的正确组合来确定，因为不能仅根据整体系统载荷矢量来估计预期寿命。每个直线轴承承受的载荷称为给定轴承的等效载荷。然后根据最重载荷轴承的尺寸确定系统尺寸。有关等效载荷计算方法的更多信息，请参阅直线轴承和导轨供应商的目录。

例如，滚珠丝杠组件旨在承受轴向载荷，将旋转运动转换为轴向运动。滚珠丝杠在压缩载荷下抵抗屈曲的能力称为其立柱强度。螺杆承受的轴向载荷在大小上实际上相等，并且在方向上与施加给滚珠螺母（其互补部分）的载荷相反，并且通过设计几何形状与驱动电机的扭矩相关。通常，柱强度是限制设计参数，因为对于较长的长度，它可能远低于材料的实际抗压强度。由于自由长径比与柱屈曲密切相关，因此对于给定直径，滚珠丝杠的轴向载荷能力取决于其自由长度。

线性运动系统的寿命可以根据其运行情况进行预测;简单地说，滚珠丝杠每天运行多少小时、每周几天和每年运行多少周。对于更复杂的应用或更精细的寿命预测，需要构建一个详细、全面的运动曲线，将运动分解为基本上笔直的段。运动曲线的每个段都需要有关段开始和结束时的速度、段的持续时间以及段期间的扭矩的信息。

确定应用所需的位置精度和可重复性。例如，英制滚珠丝杠通常生产两个等级——精密和精密升级。精密级滚珠丝杠将用于需要相对粗糙运动的应用或利用线性反馈进行定位的应用。当微米内的可重复定位至关重要且不使用线性反馈装置时，将使用PrecisionPlus级滚珠丝杠。虽然精密级螺钉在螺钉的有用长度上具有更大的累积变化，但PrecisionPlus级螺钉限制了导程误差的累积，从而在螺钉的整个使用寿命内提供更精确的定位。

尺寸和选择

线性运动系统供应商提供的图表可以成为正确确定线性运动系统尺寸和选择的节省时间的捷径。我们将以三轴焊接龙门架应用为例，演示如何使用目录公式选择滚珠丝杠并调整其尺寸（图2）。滚珠丝杠贯穿x轴的整个长度，两端由轴承支架支撑。为简单起见，我们将螺母安装定义为法兰，材料定义为合金钢，螺纹方向定义为右旋，产品系列定义为公制。此应用中的系统方向是水平的，采用螺杆驱动设计，x轴的长度为6米。它将使用具有热稳定法兰量的固定端。

骑在型材轨道上的托架施加2，.9牛顿（磅）的负载。行程长度为4.5米（.英寸），架空长度为5.米（.英寸）。所需速度为每秒0.1米（3.英寸/秒），需要±2.5米/秒2（98.4英寸/秒2）的加速度。工作周期为每天8小时、每周5天和每年50周，平均每小时10个周期。滚珠丝杠的使用寿命要求为20年，部件的使用寿命要求为5年。另一个要求是，由于电气工程部门的偏好，必须使用步进电机。

接下来，我们为x轴选择直线轴承。该应用的主要要求是高负载能力和高刚度。该应用程序的行程长度相对较长，为5.米（18英尺）;但是，6米长的螺钉的可用性消除了对接连接的需求。低维护是此应用的重要要求。结果是选择了系列滚珠型导轨直线导轨。

通过这种选择，可以计算滚珠丝杠上的负载。基于这种载荷，选择NEFFKGF-D滚珠螺母作为起点。该滚珠螺母具有一体式法兰、一体式修水器和DIN安装座。滚珠丝杠的精度为±50μm/mm。

接下来，检查预期寿命要求。寿命通常为L10，表示90%的滚珠丝杠仍能正常工作的时间。在此应用中，预期寿命为1，，.6岁。寿命如此之高的原因是，我们根据临界速度而不是寿命来选择滚珠丝杠。

测试建议的设计

根据计算选择设计后，您需要进行测试以确保您的前提正确。测试旨在验证所提议的内容是否实际交付，如果不是这种情况，则指导可能需要的任何纠正措施。验证测试应设计为回答以下问题：

?成品是否符合设计规范？

?在实验范围内，性能是否与理论计算一致，如果不一致，差异有多大，为什么？

?产品是否提供所需的可靠性水平？

?产品的潜在模式和故障点是什么？

?当前解决方案与替代方案相比如何？

对于大型桁架机械手系统和机器，您可能希望从组件测试开始，然后再进行子组件的台架测试，最后进行整个组件的测试。在测试的每个阶段，应审查测试结果并将其与理论计算进行比较，以确保设计在正确的轨道上，或考虑合理的改进机会。测试旨在揭示我们在计算和建模中可能遗漏的内容。

配置的直线运动系统

在整个过程中，考虑购买配置的线性运动系统是否比设计和组装自己的线性运动系统更有意义也很重要。在这种情况下，您将向线性运动积分商提供应用的要求，例如安装配置、定位要求、环境条件、加载条件、移动要求以及任何特殊注意事项。然后，集成商通常会利用基于Web的尺寸和选择系统来根据您的输入设计和配置自定义线性运动系统。集成商通常可以在您提出请求后的24小时内提供建议设计的报价和CAD文件。在大多数情况下，这种系统的成本将低于单个组件的成本。

这种方法通常可以将工程时间和装配成本减少90%或更多，并且通常可以节省20%到30%的材料成本。最重要的是，通过减少设计线性运动系统所花费的时间，您的工程师将花更少的时间在其核心竞争力之外的领域工作，而将更多的时间集中在他们最擅长的事情上-整体系统集成。

总之，利用所有有用的资源来节省设计时间。不要忽视线性运动供应商提供配置的线性运动组件的能力，这些组件可以帮助您降低工程和装配成本。评估购买组件与模块的替代方案，以及完整系统对设计和装配时间的影响。使用所有可用的设计工具，如图表、公式、在线选择系统和3D模型。最后，与技术支持接洽，以利用他们在标准、修改后的标准和专业解决方案方面的产品专业知识。请务必确认供应商具有设计验证/测试/分析数据来支持设计声明和设计立场。这种方法可以将设计时间降至最低，同时确保线性运动系统满足性能和耐用性要求。

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