iLogic應用-空氣軸承選用負載計算

相對滾動軸承、襯套等固體間的滾動、滑動摩擦，
以及靜液壓軸承的液體黏滯力影響，
空氣軸承最大的特色就是幾乎無磨擦，
因此在一些高速度與高精度設備應用領域上算是一時之選。

但是因為空氣薄膜承載力小，
空氣軸承在應用上有承載負載較小的問題，
使用上要注意可承受負載大小。

空氣軸承有分成多種型式，微孔、微孔加配氣道、多孔性材質等數種。
其中多孔性材質有廠商製作不同型式與尺寸的標準品販售，
例如Newway，台灣代理商是星泰國際。

圖片來源：Newway網站

在價格、交期與品質上對機械設計工程師來說，
在設計選用上可以省下不少功夫，
但是其中比較麻煩的是要去計算可承受的負載，
好在Newway有提供計算公式如下：

圖片來源：Newway型錄

Newway的計算公式是以對重力方向的投影面積A，空氣壓力P，軸承數量N作計算，
假設安裝角度D，投影面積就是A*cos(D/2)，
因此理想可承載之負載L可以表示如下公式：
L=A*cos(D/2)*P*N*0.4
套Newway範例，單一顆(N=1)空氣軸承置於0度(D=0)，壓力P=0.41MPa，面積是A=50*25mm=1250mm^2，套進公式：
L=1250*cos(0/2)*0.41*1*0.4=205N，跟範例結果相同。

使用2個(N=2)，安裝角度D=90度，壓力相同P=0.41MPa，代入公式計算可以得到：
L =1250*cos(90/2)*0.41*2*0.4 = 290N，差距是來自面積計算不同所致。


合理的設計上需使用3個以上的空氣軸承進行軸的支撐才會穩固，
而負責抵抗軸在重力方向負載的支撐空氣軸承佈置方式有好幾種，如上圖，
包括單邊軸使用單一支撐或兩個支撐，
兩邊的軸就是2或4個，
使用單一支撐很單純，放在最底部(0度)，
負載就是要能支撐軸的重量。

單邊使用2個空氣軸承在底部進行支撐時，
從前面公式可以發現，
安裝角度越小時可以得到越大的支撐力，
但是實務上會受到軸承體積干涉而有安裝角度的限制，
不同安裝角度會形成不同的向上支撐力，
所以在決定安裝角度會有負載支撐力跟體積干涉兩個要項。

設計上若要安排不同角度跟計算相關的負載，
將會是一個煩人的過程：
首先改變模型中安裝角度，確認沒有發生干涉，
根據安裝角度計算可承受最大負載，
重複兩個步驟找到好角度跟需要的負載。

針對這種需求可以設計一個應用iLogic來進行改變角度同時計算負載的模型，
如此一來工程師就可以很快找到理想的安裝角度。

實施步驟 :
先置入一個使用者參數：“安裝角度”，
建立空氣軸承安裝約束時將“安裝角度”這個使用者參數放進約束條件中，
接下來可以建立一個表單，試著改變安裝角度數值應該可以看到模型變化，
到目前為止完全不需輸入iLogic規則。

接下來要建立其他使用者參數，包括壓力、空氣軸承數量、可承受負載等，
然後寫一個計算式，將負載計算出來，
再利用表單功能將相關輸入與結果以及圖示放進去，

如此一來就可以拉角度看有沒有干涉，同時又可以看到可承受負載的計算結果，不需重複的改模型檢查干涉跟計算負載。

操作畫面跟範例檔後補...