در مقالات قبلی سایت به برخی از اصلی ترین اجزای سیستم حرکت خطی پرداختیم. در مورد نحوه انتخاب آن ها صحبت کردیم. اما در این مقاله وارد جزییات طراحی مکانیزم حرکت خطی می‌شویم. مبحث طراحی مکانیزم حرکت خطی شامل طراحی نحوه اتصال موتور به سیستم انتقال قدرت (بال اسکرو، تسمه و پولی و... ) ، طراحی نحوه اتصال سیستم انتقال قدرت به صفحه بار، طراحی صفحه بار، انتخاب براکت های نگهدارنده برای موتور و غیره است. اما پیشنهاد می شود قبل از طراحی مکانیزم ابتدا نوع ماژول حرکت خطی خود را انتخاب کنید(انتخاب سیستم حرکت خطی(مدول حرکت خطی)). پس از انتخاب ماژول خطی نوبت به انتخاب راهنمای حرکت خطی است. سپس به طراحی مکانیزم حرکت خطی بپردازید.
سیستم های حرکت خطی دارای انواع مختلفی هستند، در مقالات قبلی انواع سیستم حرکت خطی را برشمردیم، سیستم هایی که در بازار ایران بیشترین استفاده را دارند معرفی کرده ایم و کاربرد‌های این سیستم ها را در صنعت مثال زده‌ایم. در این مقاله به طراحی مکانیزم حرکت خطی برای مدول‌های بال‌اسکرو و مدول تسمه و پولی می‌پردازیم و منظورمان از مدول‌های حرکت خطی همین دو نوع مدول است.
مسیر طراحی سیستم برای این دو مدول خطی کمابیش مشابه با مسیر طراحی با سایر انواع سیستم های حرکت خطی است. منظور از مسیر طراحی این نیست که تک تک المان‌های سیستم‌ها مشابه با یکدیگرند. بلکه برای طراحی هر نوع سیستم خطی فقط کافی است فایل های سه بعدی نمونه ها و فیلم هایی از این نوع سیستم خطی که در اینترنت موجود است را مشاهده کنید و سعی کنید برای سیستم خودتان ایده بگیرید. همچنین برای جزییات صفحات اتصال و غیره، از مثال‌هایی که در این مقاله زده می شود می‌توانید استفاده کنید و در طراحی خود پیاده سازی کنید.
دانلود فایل سه بعدی مکانیزم حرکت خطی
بهتر است طراحی مکانیزم را درون یک برنامه طراحی سه بعدی مانند کتیا، سالیدورکس، اینونتور و یا هر برنامه طراحی سه بعدی دیگر انجام دهید. همچنین بهتر است از قبل از اینکار چند نمونه از فایل های طراحی را دانلود کنید و نحوه طراحی آن را بررسی کنید. در زیر چند نمونه فایل مدل سه بعدی از ماژول بال اسکرو ماژول تسمه پولی قرار داده شده است.
بهتر است طراحی مکانیزم را درون یک برنامه طراحی سه بعدی مانند کتیا، سالیدورکس، اینونتور و یا هر برنامه طراحی سه بعدی دیگر انجام دهید. همچنین بهتر است از قبل از اینکار چند نمونه از فایل های طراحی را دانلود کنید و نحوه طراحی آن را بررسی کنید. در زبر چند نمونه فایل مدل سه بعدی از ماژول بال اسکرو ماژول تسمه پولی قرار داده شده است.
محاسبات طراحی
هنگام انتخاب المانها و طراحی سایز، ضخامت و غیره برخی مواقع لازم به ورود به محاسبات است. در این مقاله وارد بحث محاسبات نخواهیم شد. اما برای درک بهتر، ابعاد و اندازه ها و المانها مثال زده خواهد شد. برای سهولت کار، شما می توانید از تجارب خود، مثال های دور و اطراف و یا فایل‌های سه بعدی استفاده کنید تا درگیر محاسبات نشوید. اما فراموش نکنید که این روش قابل استناد نیست!!!.
یک راه بهینه برای اینکه انجام محاسبات برای شما وقت گیر نباشد این است که، بصورت سر انگشتی و یا با استفاده از تحلیل های ساده در محیط‌های شبیه سازی شده، به جوابی تقریبا نزدیک برسید. سپس جواب خود را با مثال هایی که در دست دارید مقایسه کنید. در این صورت می توانید از طراحی خود دفاع کنید و یا اینکه اگر اشتباهی انجام دهید، رد اشتباه خود را بگیرید و آن را اصلاح کنید.
ذکر این نکته قبل از آغاز طراحی واجب بود.
طراحی مکانیزم بال اسکرو با راهنمای لینیرگاید
طراحی مکانیزم بال اسکرو شامل چندین قسمت است که در زیر به آن ها می پردازیم. فرض بر این است که گام بال اسکرو قطر آن و مهره بال اسکرو را انتخاب کردید( نحوه انتخاب بال اسکرو). مرحله بعدی انتخاب صفحه بیس برای بال اسکرو است.
صفحه بیس
اکثر ماژول های خطی را که بصورت آماده خریداری می کنید از پروفیل های آلمینیومی برای صفحه بیس استفاده می کنند. نمونه ای از این پروفیل‌ها در بازار ایران موجود است. اما پروفیلی که برای ماژول خطی باید استفاده شود، باید یک پروفیل دقیق باشد. هم سطح آن باید کاملا یکنواخت باشد تا هنگام قرار دادن ریل روی آن مشکل اختلاف سطح بوجود نیاید و هم شیار های درون آن باید بصورت دقیق باشند تا هنگام نصب ریل روی پروفیل، مسیر ریل با مسیر حرکت بال اسکرو کاملا موازی باشد.
متاسفانه پروفیل های با دقت بالا در بازار ایران به راحتی پیدا نمی شوند. از این رو یک راه حل دیگر برای طراحی صفحه بیس استفاده از صفحه آلمینومی ماشین کاری شده است. ضخامت این صفحه باید بگونه ای باشد که ارتعاشات بال اسکرو را جذب کند. در صورتیکه سرعت و وزن حرکت خطی شما قابل توجه است، بهتر است از ضخامت 20 میلیمتر برای صفحه بیس استفاده کنید.
در این مقاله وارد محاسبات نمی شویم. بهتر است برای ضخامت صفحه محاسباتی انجام دهید. اما منظور از سرعت و وزن قابل توجه در این قسمت، سرعت حدود 500 میلیمتر بر ثانیه و وزنی حدود 50 کیلوگرم است.
انتخاب صفحه آلمینیومی از این رو صورت گرفته است که برای ماشین کاری گزینه بهتری است( کم هزینه تر است و سرعت بالاتری در ماشین کاری دارد) و هم وزن کمتری نسبت به صفحات فولادی دارد. اما در صورتیکه ارتعاشات سیستم شما زیاد است بهتر است از صفحات فولادی استفاده کنید.
ابعاد صفحه بیس وابسته به طول رزوه و عرض آن وابسته به نحوه چینش راهنما خطی و بال اسکرو است. در قسمت طول رزوه و لینیر گاید به آن می پردازیم.
طول رزوه
برای طول رزوه باید مقدار کورس حرکتی، ابعاد صفحه اتصال بار و قرار گرفتن ساپورت‌ها را در نظر بگیرید. بهترین روش برای محاسبه طول رزوه این است که المان های خود را در نرم افزار بچینید. سپس با جابه جا کردن المان ها طول بهینه برای رزوه را محاسبه کنید.
یک روش سر انگشتی محاسبه طول رزوه:
طول رزوه = طول کورس + طول صفحه بار+ 100mm
بهتر است مقداری فضا در ابتدا و انتهای کورس برای حرکت بال اسکرو بذارید. در صورتیکه محدودیت در فضا دارید، در نرم افزار سه بعدی باید چینش را عوض کنید تا به مقدار بهینه برسید.
لینیر گاید
در این بخش تعداد واگن ها و تعداد ریل ها و فاصله ریل‌ها از یکدیگر را بررسی می کنیم. برای همه موارد ذکر شده، بهترین مرجع کاتالوگ ریل و واگن است. اما در ادامه با هدف روشن‌تر شدن مسئله چند نکته ذکر می کنیم.
- هنگامی که طول بار خیلی بزرگتر از طول واگن است، برای مثال 5 تا 6 برابر یا بیشتر طول واگن است. بهتر است از دو واگن در هر ریل استفاده کنید (بجای یک واگن). این معیار را برای عرض بار گذاری نیز می توانید در نظر بگیرید.
- برای فاصله واگن ها در یک ریل و همچنین فاصله ریل ها از یکدیگر به کاتالوگ ریل و میزان کوپلی که در این راستا مورد نظر می تواند تحمل کند، مراجعه کنید. همچنین از مثال‌ها و فایل‌های سه بعدی نیز می توانید ایده بگیرید.
- نحوه چینش بار و نحوه قرار دادن واگن ها در کنار یکدیگر بهتر است بصورتی باشد که اصل تقارن رعایت شود. اما در صورتیکه محدودیت هایی دارید با توجه به نمودار های کاتالوگ می توانید چینش را تغییر دهید.
- در مثال نمونه ( سرعت خطی 500 میلیمتر بر ثانیه و وزن 50 کیلوگرم) طول بار حدود یک متر و عرض آن حدود 300 میلیمتر است، در این مثال اگرچه سایز ریل و واگن 15 هم جوابگوی سیستم است، اما سایز ریل و واگن 25 انتخاب شده است. معمولا بدلیل اینکه ماژول‌های بال‌اسکرو گران قیمت هستند و برای حرکت‌های حساس استفاده می شوند، در انتخاب ریل و واگن از ضرایب اطمینان بالا استفاده می کنند.
صفحه اتصال بار
این صفحه به واگن‌ها و مهره بال اسکرو پیچ می شود. در طراحی این صفحه باید دقت شود تا گل پیچ ها درون صفحه غرق شوند تا هنگام اتصال بار مشکلی بوجود نیاید.
صفحه اتصال موتور
طراحی مکانیزم تسمه پولی
طراحی مکانیزم برای حرکت تسمه پولی، مسیری همانند مسیر طراحی برای بال اسکرو دارد. انتخاب ریل و واگن و صفحه بیس در این ماژول همانند حرکت بال اسکرو است. اما در خصوص صفحه اتصال بار باید نکاتی رعایت شود. همچنین نحوه اتصال موتور در این ماژول، کاملا فرق می کند. چرا که در ماژول تسمه پولی موتور عمود بر راستای حرکت است.
اتصال موتور به بدنه
در ماژول تسمه پولی به جای یک صفحه برای اتصال موتور به بدنه از دو بلوک استفاده می شود. موتور باید توسط یک شفت پولی را بچرخاند. پولی‌ها درون این دو بلوک قرار می گیرند و موتور یک پولی را می چرخاند و پولی دیگر بصورت هرزگرد عمل می کند.
همانطور که در تصویر نشان داده شده است، پولی ها درون یک بلوک قرار می‌گیرند، یک شفت دو سر گیردار، به این پولی متصل است. دو سر پولی توسط دو بلبرینگ به صفحات بلوک متصل شده اند. در سمتی که موتور به پولی متصل است، سر شفت از بدنه بلوک بیرون زده است و موتور توسط کوپلینگ به آن متصل می شود.
برای اتصال موتور به بلوک نیز یک صفحه دیگر باید طراحی شود.
برای طراحی بلوک یک سوراخ سرتاسری به انداره قطر بلبرینگ درون بلوک ایجاد می کنید. برای ثابت نگه داشتن بلبرینگ ها درون بلوک از خار استفاده می شود. در نتیجه جای خار های بلبرینگ را نیز باید روی بلوک در بیاورید. جهت ثابت نگه داشتن پولی روی شفت نیز از خار هایی که روی شفت سوار می شوند استفاده می شود.
کافیست به کاتالوگ خار های بیرونی و درونی مراجعه کنید و قطر خار مدنظرتان را پیدا کنید. جزییاتی که برای طراحی جای خار لازم است درون کاتالوگ توضیح داده شده است.
صفحه اتصال بار
صفحه اتصال بار در ماژول تسمه پولی، همانند ماژول بال اسکرو دارای جای پیچ برای ریل و واگن و بار است. اما برای اتصال تسمه به صفحه باید مواردی را رعایت کرد:
- تسمه توسط کلمپ های نگه دارنده به بدنه پیچ می شود.
- طراحی کلمپ باید بگونه ای باشد که بتوان پس از اتصال تسمه آن را درون بدنه، تحت کشش قرار داد.
کلمپ های تسمه را با توجه به نوع تسمه می توانید، در بازار خریداری کنید. اما معمولا کلمپی که بتوان بدین شکل قابلیت تحت کشش قرار دادن تسمه را داشته باشد، ممکن است به راحتی پیدا نشود.
این کلمپ را با توجه به نوع تسمه مدنظرتان می توانید طراحی کنید.
جمع بندی
در این مقاله جهت آشنایی با مبحث طراحی مکانیزم برای سیستم های حرکت خطی مطالبی بیان شد. هنگام شروع به طراحی مکانیزم، چالش ها و جزییاتی وجود دارد که بسیار فراتر از مطالب گفته شده در این مقاله است.
با توجه به گستردگی مطالب و طولانی نکردن این مقاله از کنار بسیاری از جزییات عبور کردیم. به احتمال فراوان منابعی وجود دارند که بسیار گسترده و جامع در خصوص این مبحث صحبت کرده اند. اگر علاقمند باشید می توانید از این منابع برای مطالعه بیشتر استفاده کنید.
یک روش دیگر، دیدن فیلم ها و فایل های سه بعدی است. می توانید طراحی را شروع کنید و هنگامی که به چالش یا بن بست خوردید، از فیلم ها و فایل های سه بعدی ایده بگیرید. اما در نظر داشته باشید ممکن است ایده که در فیلم یا فایل استفاده شده باشد، در بازار ایران به راحتی قابل اجرا نباشد و یا هزینه زیادی داشته باشد.
چند سایت هم هستند که قطعات دو مدول خطی ذکر شده در این مقاله را می فروشند. هنگامی که ایده ای را خواستید پیاده سازی کنید، به این سایت ها سر بزنید بررسی کنید که قطعات آن به راحتی قابل تامین باشند: