ما مدى قوة المحرك الخطي الذي أحتاجه؟

ما الذي أبحث عنه؟

قوة أ المحرك الخطي هو مقدار القوة التي يمكن أن تسليمها. عادة ما ينظر إليه من حيث نيوتن (ن) للوحدات المترية والجنيه (LBS) للوحدات الإمبراطورية. هناك نوعان من مواصفات القوة التي سيوفرها مصنعو المشغلات الخطي: ديناميكي وثابت.

قوة ديناميكية (أو الحمل الديناميكي) هو الحد الأقصى للقوة التي يمكن للمشغل تطبيقها لتحريك كائن.

قوة ثابتة (أو الحمل الثابت) هو الحد الأقصى للوزن الذي يمكن أن يحمله المشغل عندما لا يتحرك.

مواصفات القوة هذه عمومًا عوامل رئيسية في تحديد المشغل الخطي الذي تحتاجه لمشروعك. إذا كنت لا تعرف العوامل الأخرى التي قد ترغب في مراعاتها عند اختيار مشغل خطي ، تحقق من مشاركتنا حول هذا هنا.  

عند محاولة نقل كائن باستخدام مشغل خطي ، ستحتاج إلى تحديد الحد الأدنى من القوة الديناميكية التي يمكن أن يتمتع بها المشغل الخطي الخاص بك. تعتمد هذه القوة على أكثر من مجرد مقدار الوزن الذي تحاول التحرك ، ولكن أيضًا عدد المحركات المعنية والهندسة المادية لتصميمك. لتحديد متطلبات القوة الدقيقة في أي تطبيق واحد ، ستحتاج إلى تطبيق قانون Newton الأول للحركة. ينص هذا القانون على أن كائنًا في حالة راحة يميل إلى البقاء في حالة راحة ما لم تتصرف به قوة عدم التوازن. بالنسبة لنا ، هذا يعني أن القوة من مشغلنا الخطي يجب أن تكون أكبر من مجموع جميع القوى التي تعمل ضد اتجاهنا المطلوب. سوف يسير هذا الدليل عبر كيفية حساب القوى المعنية باستخدام بعض الأمثلة الأساسية.

جانبا جانبا: مخططات الجسم الحرة هي مخططات مبسطة للكائنات المستخدمة لتصور القوى التي يتم تطبيقها عليها. الاستفادة من هذه المخططات هي ممارسة جيدة لتصور جميع القوى المعنية وتوجهها.

حركة أحادية البعد

إن أبسط حالة لاستخدام مشغل خطي لتوفير الحركة هي استخدام مشغل واحد لنقل كائن على طول محور واحد. كما هو موضح في مخطط الجسم المجاني بجوار هذه الفقرة ، فإن القوة التي يطبقها المشغل الخطي هي العلامة على أنها f ووزن الكائن هو العلامة على أنها W. من القوى في الاتجاهات السلبية من مجموع القوى في الاتجاه الإيجابي ، والتي تحتاج إلى أن تكون أكبر من الصفر لتؤدي إلى MOTIO \ n. على سبيل المثال ، يصبح F - W> 0. ثم تحتاج إلى حل F ، الذي يصبح f> W.  هذا يعني أن متطلبات القوة الديناميكية من المشغل الخطي يجب أن تكون أكبر من وزن الكائن.     

في حالة تستخدم فيها أكثر من مشغل خطي ، كما هو الحال في الجسم الحر الرسم البياني الموضح هنا ، تتبع نفس العملية على النحو الوارد أعلاه. بالنسبة لهذا المثال ، يصبح تلخيص القوى f + f - w> 0 أو 2*f - w> 0. ثم يصبح حل f f> ½*w. هذا يعني أن القوة المطبقة بواسطة مشغل واحد يمكن أن تكون أقل من وزن الكائن ، ولكن القوة الكلية من كليهما تحتاج إلى أن تكون أكبر.

احتكاك

تجاهلت الحالات المذكورة أعلاه الاحتكاك في حسابات توازن القوة الخاصة بهم ، والتي قد تكون أو لا تكون كذلك في طلبك. كمية قوة الاحتكاك (F) تساوي معامل الاحتكاك (U) قوة طبيعية (N). عادةً ما يكون معامل الاحتكاك بين 0 و 1 (على الرغم من أنه يمكن أن يكون أكبر من 1) وسيعتمد على المواد التي تمرر بعضها البعض وكذلك ما إذا كان يتم استخدام التشحيم أم لا.
سيتغير معامل الاحتكاك أيضًا بمجرد أن يكون الكائن في الحركة وغالبًا ما يتم إعطاؤه كقيم ثابتة وديناميكية. ستكون القيمة الثابتة دائمًا أكبر من القيمة الديناميكية (نظرًا لقانون نيوتن الأول) ، وبينما نحاول نقل كائن ، ستحتاج إلى استخدام القيمة الثابتة لمعامل الاحتكاك. القوة العادية هي القوة الناتجة المستخدمة لدعم كائن على كائن أو سطح آخر. على سبيل المثال ، إذا كنت تقف على أرضية في منزلك ، فستدعمك أرضيتك عن طريق تطبيق قوة تصاعدية عليك مساوية لوزنك ، فهذه قوة طبيعية. ستعمل القوة العادية دائمًا على عمودي على قوة الاحتكاك وستعمل قوة الاحتكاك دائمًا ضد اتجاهك المطلوب.

في المواقف ، مثل الحالات المذكورة أعلاه ، حيث لا ينزلق الكائن الذي تحركه على طول السطح ، يمكن تجاهل الاحتكاك. بينما من الناحية الفنية ، فإن المكونات التي تدعم كائنك ، سواء كانت دعم الحركة الخطية مثل قضبان الشريحة أو المحرك الخطي نفسه ، سيكون لديه بعض الاحتكاك الداخلي الذي ستحتاج إلى التغلب عليه لبدء التحرك ، لكنه سيكون صغيرًا نسبيًا.

إذا كنت تنقل كائنًا على طول السطح ، فسوف يلزم النظر في حسابات قوتك. يوضح مخطط الجسم الحر أعلاه مثالاً على درج يتم دفعه بواسطة مشغل خطي. كل شريحة الدرج سيكون لديك كمية ملحوظة من الاحتكاك لأنها تدعم الحمل العمودي (W). نظرًا لوجود شريحة درجتين ، فإن القوة العادية (N) التي يتم تطبيقها بواسطة إحدى شرائح الدرج ستكون مساوية لنصف الحمل (W). سوف يؤدي تلخيص القوى وحل F في هذا المثال إلى:

f> u*(0.5*w) + u*(0.5*w) = u*w

وبالتالي ، يجب أن تكون القوة التي تحتاجها من المشغل الخطي أكبر من القوة الكلية للاحتكاك. الجزء الصعب في هذه الحالات هو تحديد معامل الاحتكاك. إذا كنت قادرًا على تحديد معامل الاحتكاك الدقيق في التطبيق الخاص بك ، فيمكنك ببساطة استخدام الصيغة أعلاه لحل الحد الأدنى من القوة الديناميكية. إذا لم تتمكن من تحديد معامل الاحتكاك ، فيمكنك افتراض أن هذا يساوي. .

حركة ثنائية الأبعاد

حتى الآن ، نظرنا فقط إلى تحريك كائن على طول المحور الواحد ، ولكن قد تحتاج إلى حركة في محور ثنائي أو بزاوية. في هذه الحالات ، لا يزال بإمكانك استخدام سلاح القوة لتحديد القوة الديناميكية المطلوبة ، لكننا سنحتاج إلى النظر في محاور متعددة والاستفادة من بعض علم المثلثات. في المثال أدناه لدفع كائن لأعلى منحدر ، يكون اتجاه الحركة بزاوية (ثيتا). لتبسيط حساباتنا ، يمكنك اختيار أن يكون المحور الواحد موازية لاتجاه الحركة وسيكون المحور الآخر عموديًا ، كما هو موضح.

الآن بعد تحويل المحاور ، ستحتاج إلى تقسيم وزن الكائن إلى مكونين من القوة عن طريق استخدام علم المثلثات ومنحدر المنحدر (Theta). إحدى هذه القوى ستعمل ضد اتجاهنا للحركة وسيعمل المرء بشكل عمودي على سطح المنحدر. ستكون القوة العادية ، المستخدمة لتحديد قوة الاحتكاك ، مساوية للمكون العمودي لوزن الكائن. سيؤدي حل ملخص القوى لتحديد F إلى:

f> w*sin (theta) + u*n = w*sin (theta) + u*w*cos (theta)

حركة دائرية

بينما توفر المحركات الخطية حركة خطية ، يمكن أيضًا استخدامها لتوفير الدوران في تطبيقات مثل فتح غطاء أو فتحة. ستحتاج القوة الديناميكية المطلوبة لتوفير الدوران إلى عزم دوران غير متوازن بدلاً من قوة غير متوازنة. عزم الدوران هو قوة تحول تسبب الدوران وتساوي القوة المطبقة على المسافة العمودية إلى نقطة الدوران. لذلك ، للتسبب في الدوران ، يجب أن يوفر المحرك الخطي عزم الدوران أكبر من مجموع جميع الأزمات التي تعمل ضد اتجاه الدوران المطلوب.

تعتمد مقدار عزم الدوران الذي ينطبق عليه المشغل الخطي على عاملين ، يتم تطبيق القوة والمسافة من نقطة الدوران. في الأمثلة المذكورة أعلاه ، يبدو ملخص عزم الدوران هو نفسه:

f*y*cos (alpha) - w*x*cos (alpha)> 0

المسافة من نقطة الدوران إلى القوة من المشغل الخطي هي y ، والمسافة من نقطة الدوران إلى مركز ثقل الفتحة هي x. نظرًا لأن الفتحة بزاوية (alpha) ، يمكننا تحديد المسافة العمودية لكل قوة على المسافة من جيب التمام من الزاوية. يؤدي حل القوة الديناميكية للمشغل الخطي ، F ، إلى:

f> (w*x)/y

في حالة اليسار ، يمكن أن تكون القوة الديناميكية للمشغل الخطي ، F ، أقل أو تساوي وزن الفتحة ، لأنها تعمل بطريقة أخرى من نقطة الدوران (Y> x). بينما في حالة اليمين ، يجب أن تكون F أكبر من W لأن F يتصرف بالقرب من نقطة الدوران ، (Y

في بعض التطبيقات ، ستحتاج القوة التي يطبقها المشغل الخطي إلى أن تكون بزاوية كما في الصورة أعلاه. هذا يجعل الحسابات أكثر تعقيدًا قليلاً حيث ستحتاج القوة التي يطبقها المشغل الخطي إلى كسرها في مكونات عمودية وأفقية. يظهر مخطط الجسم الحر للصورة أعلاه أدناه:

ملخص عزم الدوران لهذا المثال هو:

((f*cos (beta))*(l*sin (alpha)))) + (f*sin (beta))*(l*cos (alpha)) - w*(x*cos (alpha)> 0

نظرًا لأن القوة من المشغل الخطي (F) يتم تطبيقها بزاوية (بيتا) ، يجب تقسيمها إلى مكون رأسي (F*sin (بيتا)) والمكون الأفقي (F*cos (beta)) ، مثل مبين في مثال المنحدر أعلاه. يتسبب المكون الرأسي للقوة في عزم دوران حول المفصلة حيث توجد مسافة أفقية بين القوة والمفصلة ؛ وبالمثل ، فإن المكون الأفقي للقوة يتسبب أيضًا في عزم دوران حول المفصلة حيث توجد مسافة رأسية بين القوة والمفصلة. يمكنك تحديد هذه المسافات بناءً على طول الفتحة (L) وزاوية الفتحة (ألفا) ، كما هو موضح في مثال الفقس السابق. لتحديد القوة الديناميكية المطلوبة ، تحتاج إلى حل المعادلة أعلاه لـ F. لسوء الحظ ، ستكون القوة من المشغل الخطي (F) وظيفة تعتمد على زاوية الفتحة (ألفا). نظرًا لأن هذه الزاوية ستتغير أثناء فتح الفتحة ، فإن الحد الأدنى للقوة المطلوبة من المشغل الخطي سوف يتغير أيضًا. هذا يعني أنك ستحتاج إلى حل المعادلة المذكورة أعلاه على زوايا مختلفة للعثور على أعلى الحد الأدنى من القوة المطلوبة لاستخدامها في مواصفات القوة الديناميكية. يمكن أن يكون هذا أكثر صعوبة إذا تغيرت الزاوية التي يتم بها تطبيق القوة (بيتا) أيضًا مع فتح الفتحة ، مما يعني أنها ستكون وظيفة لزاوية الفتحة (ألفا) أيضًا. إذا كنت تعرف الرياضيات الخاصة بك جيدًا ، فيمكنك تحديد متطلبات القوة الديناميكية الدقيقة التي تحتاجها من المشغل الخطي. ولكن إذا لم يكن الأمر كذلك ، فيمكنك استخدام مفيدنا حاسبة المحرك الخطي, وهو مصمم فقط لهذه المواقف الصعبة.

المواقف الثابتة

في وضع ثابت ، فإن تلخيص القوات وتجميع عزم الدوران سيساوي الصفر حيث لا توجد قوة أو عزم دوران غير متوازن تسبب الحركة. إذا كنت ترغب في التأكد من أن التصميم الخاص بك مستقر لتحميل معين أو التأكد من أن المشغل الخطي الخاص بك سيحمل حمولة معينة ، فلا يزال بإمكانك استخدام التقنيات المذكورة أعلاه لضمان موازنة جميع القوى والعزم. عند التحقق من المواقف الثابتة ، ستستخدم مواصفات القوة الثابتة للمشغل الخطي الخاص بك بدلاً من مواصفات القوة الديناميكية.

الآن بعد أن عرفت كيفية تحديد مدى قوة المشغل الخطي الخاص بك ، يمكنك العثور على الصحيح لاحتياجاتك في الاختيار في Firgelli الأتمتة.