Wie stark ist ein Linearantrieb?

Wonach suche ich?

Die Stärke von a Linearantrieb Ist die Menge an Kraft, die sie liefern kann. Es wird in der Regel als Newtons (n) für metrische Einheiten und Pfund (LBS) für kaiserliche Einheiten beobachtet. Es gibt zwei Arten von Kraftspezifikationen, die lineare Aktuatorhersteller anbieten: dynamisch und statisch.

Dynamische Kraft (oder dynamische Belastung) ist die maximale Kraft, die der Stellantrieb anwenden kann, um ein Objekt zu verschieben.

Statische Kraft (oder statische Belastung) ist das maximale Gewicht, den der Stellantrieb bei seiner Bewegung halten kann.

Diese Kraftspezifikationen sind im Allgemeinen Schlüsselfaktoren für die Bestimmung, welcher lineare Aktuator Sie für Ihr Projekt benötigen. Wenn Sie nicht wissen, welche anderen Faktoren Sie bei der Auswahl eines linearen Aktuators berücksichtigen möchten, lesen Sie unseren Beitrag dazu Hier.  

Beim Versuch, ein Objekt mit einem linearen Aktuator zu bewegen, müssen Sie feststellen, welche minimale dynamische Kraft Ihr linearer Aktuator haben kann. Diese Kraft hängt von mehr als nur von der Menge an Gewicht ab, die Sie sich bewegen möchten, sondern auch von der Anzahl der beteiligten Aktuatoren und der physikalischen Geometrie Ihres Designs. Um die genaue Kraftanforderung in einem Antrag zu ermitteln, müssen Sie das erste Bewegungsgesetz von Newton anwenden. Dieses Gesetz besagt, dass ein in Ruhe in Ruhe in Ruhe bleiben, wenn es nicht von einer Unbalance beteiligt ist. Für uns bedeutet dies, dass die Kraft unseres linearen Aktuators größer sein muss als die Summe aller Kräfte, die gegen unsere gewünschte Bewegungsrichtung wirken. Dieser Leitfaden führt Sie durch die Berechnung der Kräfte, die mit einigen grundlegenden Beispielen beteiligt sind.

Schnell beiseite: Freie Körperdiagramme sind vereinfachte Diagramme von Objekten, mit denen die darauf angewendeten Kräfte sichtbar machen. Die Verwendung dieser Diagramme ist eine gute Praxis, um alle beteiligten Kräfte und ihre Orientierung zu visualisieren.

Eindimensionale Bewegung

Der einfachste Fall der Verwendung eines linearen Aktuators zur Bereitstellung von Bewegungen besteht darin, einen Aktuator zu verwenden, um ein Objekt entlang einer Achse zu bewegen. Wie im freien Körperdiagramm neben diesem Absatz gezeigt, wird die vom lineare Aktuator angewendete Kraft als F markiert und das Gewicht des Objekts als W kennzeichnet. Um die dynamische Kraft zu bestimmen, die für den linearen Aktuator erforderlich ist, subtrahieren Sie einfach die Summe der Kräfte in den negativen Richtungen aus der Summe der Kräfte in positiver Richtung, die größer als Null sein müssen, um zu motio \ n zu führen. In diesem Beispiel wird es f - w> 0. Dann müssen Sie für F lösen, was zu F> W wird.  Dies bedeutet, dass die dynamische Kraftbedarf des linearen Aktuators größer als das Gewicht des Objekts sein muss.     

In einem Fall, in dem Sie mehr als einen linearen Aktuator verwenden, wie im freien Körper Das hier gezeigte Diagramm folgt dem gleichen Prozess wie oben. In diesem Beispiel wird die Zusammenfassung der Kräfte F + F - W> 0 oder 2*F - W> 0. Dann wird das Lösen von F> ½*w. Dies bedeutet, dass die von einem Aktuator angewendete Kraft geringer sein kann als das Gewicht des Objekts, aber die Gesamtkraft von beiden muss größer sein.

Reibung

Die obigen Fälle ignorierten die Reibung in ihren Kraftbilanzberechnungen, die in Ihrer Anwendung der Fall sein können oder nicht. Die Menge an Reibungskraft (F) entspricht dem Reibungskoeffizienten (U) -Fimem eine normale Kraft (n). Der Reibungskoeffizient liegt typischerweise zwischen 0 und 1 (obwohl er größer als 1 sein kann) und hängt davon ab, welche Materialien sich gegenseitig schieben und ob Schmierung verwendet wird oder nicht.
Der Reibungskoeffizient ändert sich auch, sobald ein Objekt in Bewegung ist und häufig als statische und dynamische Werte angegeben wird. Der statische Wert ist immer größer als der dynamische Wert (aufgrund des ersten Gesetzes von Newton). Da wir versuchen, ein Objekt zu bewegen, sollten Sie den statischen Wert des Reibungskoeffizienten verwenden. Die Normalkraft ist die resultierende Kraft, die ein Objekt auf einem anderen Objekt oder einer anderen Oberfläche unterstützt. Wenn Sie beispielsweise auf einem Boden in Ihrem Haus stehen, unterstützt Ihr Boden Sie, indem Sie eine Aufwärtskraft auf Sie ausüben, die Ihrem Gewicht entspricht, eine normale Kraft. Die normale Kraft wird immer senkrecht zur Reibungskraft wirken, und die Reibungskraft wird immer gegen Ihre gewünschte Bewegungsrichtung wirken.

In Situationen, wie in den obigen Fällen, in denen das von Ihnen bewegene Objekt nicht entlang einer Oberfläche gleitet, kann die Reibung ignoriert werden. Technisch gesehen unterstützt die Komponenten, die Ihr Objekt unterstützen, ob es sich um eine lineare Bewegung handelt Rutschenschienen oder der lineare Aktuator selbst hat eine gewisse interne Reibung, die Sie überwinden müssen, um sich zu bewegen, aber er wird relativ klein sein.

Wenn Sie ein Objekt entlang einer Oberfläche bewegen, muss die Reibung in Ihren Kraftberechnungen berücksichtigt werden. Das obige freie Körperdiagramm zeigt ein Beispiel für eine Schublade, die von einem linearen Aktuator gedrückt wird. Jede Schubladenführung wird eine spürbare Menge an Reibung haben, da sie eine senkrechte Belastung (W) unterstützen. Da es zwei Schubladen -Objektträger gibt, entspricht die Normalkraft (n), die von einer von Schubladen -Objektträgern angewendet wird, der Hälfte der Last (W). Das Summieren der Kräfte und die Lösung von F In diesem Beispiel führt zu:

F> u*(0,5*w) + u*(0,5*w) = u*w

Daher muss die Kraft, die Sie vom linearen Aktuator benötigen, größer sein als die Gesamtkraft der Reibung. Der schwierige Teil in diesen Fällen besteht darin, den Reibungskoeffizienten zu bestimmen. Wenn Sie in der Lage sind, den genauen Reibungskoeffizienten in Ihrer Anwendung zu bestimmen, können Sie einfach die obige Formel verwenden, um Ihre minimale dynamische Kraft zu lösen. Wenn Sie nicht den Reibungskoeffizienten bestimmen können, können Sie davon ausgehen, dass er gleich 1 ist. Dies ist wahrscheinlich größer als der tatsächliche Reibungskoeffizient. Daher ist es eine sichere Annahme, die Menge der Kraft zu bestimmen, die Sie von Ihrem linearen Aktuator benötigen .

Zweidimensionale Bewegung

Bisher haben wir uns nur befasst, ein Objekt entlang einer Achse zu bewegen, aber Sie benötigen möglicherweise eine Bewegung in zwei Achsen oder in einem Winkel. In diesen Fällen können Sie weiterhin die Kraftübersicht verwenden, um die erforderliche dynamische Kraft zu bestimmen. Wir müssen jedoch mehrere Achsen berücksichtigen und eine Trigonometrie verwenden. In dem folgenden Beispiel des Drückens eines Objekts in eine Rampe befindet sich die Bewegungsrichtung in einem Winkel (Theta). Um unsere Berechnungen zu vereinfachen, können Sie wählen, ob die eine Achse parallel zur Bewegungsrichtung ist und die andere Achse dann wie gezeigt senkrecht ist.

Nachdem die Achsen verschoben werden, müssen Sie das Gewicht des Objekts durch die Verwendung der Trigonometrie und die Steigung der Rampe (Theta) in zwei Kraftkomponenten unterteilen. Eine dieser Kräfte wird gegen unsere Bewegungsrichtung und eine senkrecht zur Oberfläche der Rampe wirken. Die Normalkraft, die zur Bestimmung der Reibungskraft verwendet wird, ist gleich der senkrechten Komponente des Gewichts des Objekts. Die Lösung der Summierung von Kräften zur Bestimmung von F führt zu:

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

Drehbewegung

Während lineare Aktuatoren eine lineare Bewegung liefern, können sie auch verwendet werden, um eine Rotation in Anwendungen wie das Öffnen eines Deckels oder eine Luke durchzuführen. Die dynamische Kraft, die zur Bereitstellung von Rotation erforderlich ist, muss eher zu einem unausgeglichenen Drehmoment als zu einer unausgeglichenen Kraft führen. Ein Drehmoment ist eine Drehkraft, die Drehung verursacht und gleich der Kraft des Senkrechts zum Rotationspunkt ist. Um eine Rotation zu verursachen, muss ein linearer Aktuator ein Drehmoment liefern, das größer ist als die Summe aller Drehmomente, die gegen die Richtung der gewünschten Rotation arbeiten.

Die Menge an Drehmoment, die Ihr linearer Aktuator bezieht, hängt von zwei Faktoren ab, der aufgelegten Kraft und dem Abstand vom Rotationspunkt. In den obigen Beispielen sieht die Summe von Drehmomenten gleich aus:

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

Der Abstand vom Drehpunkt zur Kraft des linearen Aktuators ist y, und der Abstand vom Rotationspunkt zum Schwerpunkt der Luke beträgt x. Da sich die Luke in einem Winkel (Alpha) befindet, können wir den senkrechten Abstand zu jeder Kraft nach Zeiten des Abstands durch den Cosinus des Winkels bestimmen. Die Lösung der dynamischen Kraft des linearen Aktuators F führt zu:

F> (w*x)/y

Im Fall links kann die dynamische Kraft des linearen Aktuators F weniger oder gleich dem Gewicht der Luke sein, da es aus dem Rotationspunkt (y> x) weiter wirkt. Während im Fall rechts, muss F größer als w sein, da F näher an den Rotationspunkt (y

In einigen Anwendungen muss die vom lineare Aktuator angewendete Kraft im Bild oben in einem Winkel sein. Dies macht die Berechnungen etwas komplizierter, da die vom lineare Aktuator angewendete Kraft in vertikalen und horizontalen Komponenten aufgebrochen werden muss. Das freie Körperdiagramm für das Bild oben ist unten dargestellt:

Die Summe der Drehmomente für dieses Beispiel lautet:

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

Da die Kraft des linearen Aktuators (f) in einem Winkel (Beta) angewendet wird, muss sie in vertikale Komponente (F*sin (Beta)) und horizontale Komponente (F*cos (Beta)) unterteilt werden, wie gezeigt Im obigen Ramp -Beispiel. Die vertikale Komponente der Kraft verursacht ein Drehmoment um das Scharnier, da zwischen der Kraft und dem Scharnier einen horizontalen Abstand vorhanden ist. In ähnlicher Weise verursacht die horizontale Komponente der Kraft auch ein Drehmoment über das Scharnier, da zwischen der Kraft und dem Scharnier einen vertikalen Abstand besteht. Sie können diese Entfernungen basierend auf der Länge der Luke (L) und des Winkels der Luke (Alpha) bestimmen, wie im vorherigen Beispiel der Luken gezeigt. Um die erforderliche dynamische Kraft zu bestimmen, müssen Sie die obige Gleichung für F lösen. Leider ist die Kraft des linearen Aktuators (F) eine Funktion, die vom Winkel der Luke (Alpha) abhängt. Da sich dieser Winkel beim Öffnen der Luke ändert, ändert sich auch die vom lineare Aktuator erforderliche Mindestkraft. Dies bedeutet, dass Sie die obige Gleichung über verschiedene Winkel lösen müssen, um die höchste Mindestkraft zu finden, die für Ihre dynamische Kraftspezifikation erforderlich ist. Dies kann noch schwieriger sein, wenn sich der Winkel, in dem die Kraft ausgeübt wird (Beta), sich auch im Eröffnung der Luke ändert, was bedeutet, dass sie auch eine Funktion des Lukenwinkels (Alpha) ist. Wenn Sie Ihre Mathematik gut kennen, können Sie die genaue dynamische Kraftanforderung, die Sie benötigen, von Ihrem linearen Aktuator ermitteln. Aber wenn nicht, können Sie unseren Handy verwenden Linearer Aktuatorrechner, das ist nur für diese schwierigen Situationen entwickelt.

Statische Situationen

In einer statischen Situation entspricht die Zusammenfassung der Kräfte und die Summierung von Drehmomenten Null, da keine unausgeglichene Kraft oder Drehmoment zu Bewegung führt. Wenn Sie sicherstellen möchten, dass Ihr Design für eine bestimmte Ladung stabil ist oder sicherstellen kann, dass Ihr linearer Aktuator eine bestimmte Last enthält, können Sie die oben genannten Techniken weiterhin verwenden, um sicherzustellen, dass alle Kräfte und Drehmomente ausgeglichen sind. Wenn Sie statische Situationen überprüfen, verwenden Sie die statische Kraftspezifikation für Ihren linearen Aktuator anstelle der dynamischen Kraftspezifikation.

Nachdem Sie wissen, wie stark Ihr linearer Aktuator sein muss, finden Sie das richtige für Ihre Bedürfnisse in unserer Auswahl bei Firgelli Automatisierung.