在实现线性运动应用程序时要考虑的八个因素

当制造过程需要高精度、高速重复性和灵活性的应用程序，如CNC、机器人和材料处理，生产工程师通常指定线性运动技术。一个基本的直线运动系统集成了一个动力部件，如电机;推力机构:推力机构，如驱动器;和引导基础设施，如铁路。

在这些类别中有许多子系统，了解这些选项将有助于确定适合您应用的理想线性运动技术。

电源部件概述

线性系统的动力部件包括电动机、驱动器和控制器。它们将电能转换为机械能，并帮助定位设备。

机械能可以是旋转到直线或直接到直线的运动。旋转到直线驱动器将电机的旋转扭矩通过齿轮箱/减速电机或执行器连接转换为轴向旅行。电动直线电机产生直接的直线运动，没有旋转部件。驱动系统的电机可以控制，以提供所需的速度，加速度，扭矩和位置，以产生最佳性能。

驱动选项包括伺服电机，使最精确的位置控制在多极和轴;步进电机，提供精确的位置管理，但位置范围有限;还有变速驱动器，只能控制速度。

应用范围从数控机床到材料处理需要精确和持久的线性运动系统。Thomson Industries, Inc.提供。

通过集成控制、开关、传感器和光学编码器来实现定位精度。例如，伺服电机有如此多的极点，以至于在任何一点上确定位置都需要编码器产生脉冲，以指示旋转轴的确切位置。控制器使用这些信息来计算实际系统位置和期望位置之间的差异。控制系统，如可编程逻辑控制器(plc)，可以根据报告的异常情况驱动纠正措施，或驱动复杂的操作序列，如多轴运动。随着动力驱动组件越来越数字化，传统上需要外部设备的编码功能可以集成，从而降低复杂性和占地面积。

移动负载

线性推力机构由电机和驱动器驱动，在plc或其他控制器的控制下，提供物理接触，将负载从一个位置移动到另一个位置。因为它们“驱动”负载，它们通常被称为驱动器，但推力机构也可能是滚珠丝杠、千斤顶、气缸、螺线管、皮带驱动器或任何其他将旋转运动(扭矩)转换为一个或多个轴上的线性推力的设备。

指导和支持

线性系统的引导部分控制推力机构的运动方向，同时也支撑推力机构。这些导向组件可以包括圆形轨道(也称为轴系)或方形轮廓轨道，其中任何一种都可以安装在金属块中的润滑轴承上。圆轨和型材轨以及在其上的轴承块为系统提供支撑以及方向控制。

应用范围从数控机床到材料处理需要精确和持久的线性运动系统。Thomson Industries, Inc.提供。

轴承座固定在车架上，通常被称为轴承座、轴瓦或卡车。马车本身也被称为马鞍、压板或桌子。在机械加工应用中，支架可以牢固地固定在被加工或移动的部件上，有时可以由机械臂移动。如果使用车厢，则可以部署多个轨道组件进行多轴移动。轨道还为车厢和轴承块提供额外的支撑。

为了达到要求的精度，导轨必须完全笔直和光滑。用于导向和支撑结构的钢轨和轴系，与用于动力传动轴系的滑动轴承相比，符合更严格的标准和更严格的公差。

轴支架支撑钢轨或轴，并通过紧固件固定在床上。这些都是必要的，以尽量减少轴偏转，可能危及系统的精度。轴支架主要有三种类型:连续支架，具有最大的刚度和承载能力;间歇支架，沿导轨间隔;末端支撑，支撑着轴的每一端。

线性轴承支持横向而不是旋转运动。它们以预定的循环速率在轨道上来回移动。对于圆形导轨，它们可以是球衬套或普通的自润滑轴承，它们被封闭并支承在安装在床上的某种类型的块/壳中。

指定线性运动组件

在确定尺寸、选择、安装和操作线性系统时，要考虑的最重要因素是负载和力矩、速度、加/减速、所需精度、占空比、并行度、刚度和可重复性。以下是与每项工作相关的八个因素:

• 荷载和力矩:载荷分为径向、反向径向、横向、反向横向、轴向和反向轴向。力矩分为俯仰力、偏航力和横摇力。与飞机类似，俯仰是指机头是向上还是向下，偏航是指向左或向右的运动，滚转是指翼尖向上或向下的运动。该系统的引导部分处理所有的载荷和力矩，除了轴向和反轴向载荷，这是由推力机构照顾。
• 速度:速度是一个运动物体能够移动或运行的速率，通常被称为物体达到的最高恒定速度。提高速度伴随着更高的功率要求，因此应该仔细考虑整个运动剖面的最低功耗
• 加速/减速:加速度/减速是指物体速度随时间变化的速率。过度的加速/减速会产生不稳定的运动，并且由于诱导力矩载荷而对导向组件产生过大的应变，所有这些都会导致系统的使用寿命缩短。
• 精度要求:精度是指系统移动的距离与命令位置相比有多近。它是许多变量的函数，包括组件的精度等级、安装实践和机座的安装精度。
• 工作周期:占空比是“准时”与“总时间”的比值，也可以定义为每分钟往复运动的次数。这是影响系统寿命的最关键因素之一。
• 运行的并行性:保持直线导轨和轴的平行度对于一致的性能和设计寿命至关重要。当工作台移动时，导轨平行度将防止轴承的绑定和系统中的整体不准确性。
• 刚性:刚性很重要，因为系统必须有足够的刚性来防止变形或无意的移动。在操作过程中，不期望的偏斜会导致生产错误。预紧滚珠丝杠、正确紧固部件、正确扭紧紧固件以及在推力机构上安装牢固的端部支撑都有助于提高刚度。
• 可重复性线性系统的可重复性依赖于它的组件始终如一地从一点移动到另一点，并以最小的误差返回。例如，在伺服系统上，传感器、限位开关和编码器提供有助于控制误差和定位的反馈。

考虑到如此多的因素，运动控制技术与应用程序不匹配的可能性很高。线性组件制造商提供自动化工具，帮助比较选项和管理权衡。有一些在线工具可以帮助设计工程师准确地大小和选择线性运动系统和其他组件。一系列的互动问题，从全面分析运动控制需求开始，迅速为用户的应用程序提供理想的解决方案。

无论您是使用自动选择工具还是自己计算，对动力部件、推力机构、导向和支撑系统的选择给予足够的重视，都可以帮助您最大限度地提高生产操作的精度和可重复性。正确的选择是成功的基础，而安装、操作和维护则是基础。

理查德·r·诺泰克他是运动工业公司下属的运动研究所的技术培训专家。Niklas Sjostrom他是Thomson Industries, Inc.系统、EMEA和亚洲的产品线经理。

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