В этой статье, состоящей из двух частей, мы рассмотрим продукты, материалы и функции, которые дизайнеры и инженеры должны указывать при выборе компонентов движения для чистых помещений.В части 1 мы рассмотрим, как уменьшить образование частиц из-за трения между движущимися компонентами.

Проектировщикам систем автоматизации приходится сталкиваться со многими конкурирующими требованиями, такими как балансировка затрат и производительности, интеграция компонентов и систем движения в существующие схемы машин или процессов, а также проектирование с целью упрощения изготовления и сборки — и это лишь некоторые из них. Но когда система должна использоваться в чистом помещении, добавляется дополнительный уровень сложности, требующий от дизайнеров выбирать продукты, которые не ухудшат и не поставят под угрозу окружающую среду в чистом помещении.

Уровень “чистоты” чистого помещения определяется количеством частиц, разбитых на шесть диапазонов размеров, которые присутствуют в определенном объеме воздуха. В Соединенных Штатах федеральный стандарт 209E часто используется для оценки чистоты помещений, хотя он был официально отменен в 2001 году. Этот стандарт определяет уровни чистоты в помещениях от 1 (наилучший) до 100 000 (наихудший), кратные 10.

Действующим и более общепринятым стандартом является ISO 14644-1, который определяет чистые помещения по шкале от 1 (наилучший) до 9 (худший). Каждая из классификаций ISO имеет соответствующий уровень FS 209E, за исключением классов ISO 1 и 2, которые выше (лучше), чем самая высокая классификация FS 209E, и класса ISO 9, который ниже (хуже), чем самая низкая классификация FS 209E.

Одним из двух основных источников загрязнения, или частиц, которые могут ухудшить состояние чистых помещений, является трение от движущихся компонентов. (Другой источник — люди.)

Практически каждая система перемещения предполагает определенное трение между поверхностями скольжения или качения — будь то линейные подшипники, подшипники вращения или зацепляющиеся шестерни. И когда возникает трение, образуются частицы. Следовательно, при определении компонентов движения для условий чистых помещений главной целью должно быть снижение трения.

Линейные направляющие и приводы

Чтобы свести к минимуму трение от линейных направляющих, выберите контакт качения, а не скольжения и, по возможности, избегайте систем с высокой предварительная нагрузка. Например, миниатюрная рельсовая направляющая без предварительной загрузки, в которой используются два ряда рециркуляционных шариков, выделяет значительно меньше частиц, чем стандартная направляющая с предварительной загрузкой и четырьмя рядами рециркуляционных шариков. А поскольку вероятность загрязнения подшипника в условиях чистого помещения невелика, используйте линейные направляющие с уплотнениями с низким коэффициентом трения или бесконтактного типа.

Воздушные подшипники являются еще одним, хотя и менее распространенным, методом направления и поддержки грузов. Однако в чистых помещениях воздушные подшипники часто являются лучшим выбором для обеспечения низкого образования частиц, поскольку они являются полностью бесконтактными устройствами.

Когда дело доходит до линейных приводов, следует избегать использования ремней и цепей в чистых помещениях из-за значительного контакта и износа, которым они подвергаются. Аналогичным образом, зацепление зубчатых колес в реечных системах приводит к высокому трению и износу, поэтому их также следует избегать. Это означает, что шариковые винты обычно используются по умолчанию для линейных приводов в чистых помещениях.

Однако шариковые винты требуют смазки, и вращение винта может привести к “разбрызгиванию” смазки, загрязняя окружающую среду в чистом помещении. Использование уплотнений с низким коэффициентом трения или бесконтактных уплотнений (см. выше) поможет сохранить смазку внутри шаровой гайки и защитит чистое помещение.

Как воздушные подшипники для линейного наведения, линейные двигатели обеспечьте полностью бесконтактный вариант перемещения груза. Но в своей традиционной установке линейные двигатели работают при перемещении форсунки (основной детали). Это означает, что кабели также должны двигаться, и, как мы обсудим ниже, кабели являются еще одним источником образования частиц. Лучшая конфигурация для применения в чистых помещениях заключается в том, чтобы удерживать форсер (первичную часть) и его кабели неподвижными и позволять магнитной дорожке (вторичной части) перемещаться.

Кабели и управление кабелями

Другим источником трения и, следовательно, образования частиц является управление кабелем система, включая сами кабели. Традиционные круглые кабели могут образовывать частицы, когда они трутся друг о друга или о части кабельной трассы. Лучший способ уменьшить количество твердых частиц в кабелях и системах управления кабелями — это использовать компоненты и методы проектирования систем, которые сокращают количество требуемых кабелей — например, используя встроенный мотор-привод система вместо отдельных компонентов двигателя и привода.

Для кабелей питания, обратной связи и передачи данных, которые необходимы в системе управления движением, производители предлагают конструкции кабелей со специальными покрытиями с низким коэффициентом трения, чтобы свести к минимуму образование твердых частиц и уменьшить выделение газов. Аналогичным образом, несколько производителей кабельных трасс предлагают системы, которые снижают износ между секциями цепи за счет использования устойчивых к истиранию соединений.А для более коротких длин так называемые “безрельсовые кабели” являются самонесущими плоские кабели для этого не требуется кабельная дорожка или держатель.

Вращающееся оборудование: двигатели и коробки передач

Когда речь заходит о вращающемся оборудовании в процессе движения, плохая новость заключается в том, что в двигателях и коробках передач используются подшипники вращения, а в коробках передач требуются зацепляющиеся зубья — все это является источником трения и образования частиц. Хорошей новостью является то, что эти компоненты закрыты, поэтому вероятность того, что частицы “вырвутся” и загрязнят окружающую среду в чистом помещении, меньше. Кроме того, существует широкий ассортимент смазочных материалов, совместимых с чистыми помещениями, которые можно использовать в условиях высоких оборотов и нагрузок в двигателях и коробках передач.

Для улучшения совместимости с чистыми помещениями также возможно создать небольшой вакуум в корпусе двигателя или коробки передач. Вакуум служит для извлечения и удаления твердых частиц, чтобы у них не было возможности загрязнить чистое помещение. Обратите внимание, что вакуумная продувка также является хорошим вариантом для закрытых приводов, которые имеют статическое (неподвижное) уплотнение. Несмотря на то, что закрытая конструкция, как правило, удерживает частицы внутри привода, добавление вакуумной продувки помогает достичь более высоких уровней (класс 100, 10 или 1) совместимости с чистыми помещениями.

В часть 2 в этой статье мы рассмотрим другой источник загрязнения — выделение газов — и способы его минимизации.