Quelle est la puissance d'un actionneur linéaire dont j'ai besoin?

Qu'est-ce que je recherche?

La force d'un actionneur linéaire est la quantité de force qu'il peut fournir. Il est généralement vu en termes de newtons (N) pour les unités métriques et les livres (lb) pour les unités impériales. Il existe deux types de spécifications de force que les fabricants d'actionneur linéaire fourniront: dynamique et statique.

Force dynamique (ou charge dynamique) est la force maximale que l'actionneur peut appliquer pour déplacer un objet.

Force statique (ou charge statique) est le poids maximum que l'actionneur peut tenir lorsqu'il ne bouge pas.

Ces spécifications de force sont généralement des facteurs clés pour déterminer quel actionneur linéaire vous avez besoin pour votre projet. Si vous ne savez pas quels autres facteurs vous voudrez peut-être prendre en compte lors de la sélection d'un actionneur linéaire, consultez notre article à ce sujet ici.  

Lorsque vous essayez de déplacer un objet avec un actionneur linéaire, vous devrez déterminer quelle est la force dynamique minimale que votre actionneur linéaire peut avoir. Cette force dépendra de plus que la quantité de poids que vous essayez de déplacer, mais aussi le nombre d'actionneurs impliqués et la géométrie physique de votre conception. Pour déterminer l'exigence de force exacte dans une demande, vous devrez appliquer la première loi de la requête de Newton. Cette loi stipule qu'un objet au repos a tendance à rester au repos, sauf s'il a agi par une force de déséquilibre. Pour nous, cela signifie que la force de notre actionneur linéaire doit être supérieure à la somme de toutes les forces agissant contre la direction de mouvement souhaitée. Ce guide vous guidera dans la façon de calculer les forces impliquées à l'aide de certains exemples de base.

De côté: Les diagrammes corporels libres sont des diagrammes simplifiés d'objets qui sont utilisés pour visualiser les forces qui s'y appliquent. L'utilisation de ces diagrammes est une bonne pratique pour visualiser toutes les forces impliquées et leur orientation.

Mouvement unidimensionnel

Le cas le plus simple d'utiliser un actionneur linéaire pour fournir un mouvement consiste à utiliser un actionneur pour déplacer un objet le long d'un axe. Comme le montre le diagramme du corps libre à côté de ce paragraphe, la force appliquée par l'actionneur linéaire est étiquetée comme F et le poids de l'objet est étiqueté comme W. Pour déterminer la force dynamique requise pour l'actionneur linéaire, vous soustraire simplement la somme des forces dans les directions négatives de la somme des forces dans la direction positive, qui doit être supérieure à zéro pour entraîner le motio \ n. Pour cet exemple, il devient f - w> 0. alors vous devez résoudre pour f, qui devient f> w.  Cela signifie que l'exigence de force dynamique de l'actionneur linéaire doit être plus grande que le poids de l'objet.     

Dans un cas où vous utilisez plus d'un actionneur linéaire, comme dans le corps libre Diagramme montré ici, vous suivez le même processus que ci-dessus. Pour cet exemple, la sommation des forces devient f + f - w> 0 ou 2 * f - w> 0. puis résoudre pour f devient f> ½ * w. Cela signifie que la force appliquée par un actionneur peut être inférieure au poids de l'objet, mais la force totale des deux doit être plus grande.

Friction

Les cas ci-dessus ont ignoré la friction dans leurs calculs de solde de force, qui peuvent ou non être le cas dans votre demande. La quantité de force de frottement (f) est égale au coefficient de frottement (U) fois une force normale (n). Le coefficient de frottement se situe généralement entre 0 et 1 (bien qu'il puisse être supérieur à 1) et dépendra des matériaux qui glissent les uns les autres ainsi que si la lubrification est utilisée ou non.
Le coefficient de frottement changera également une fois qu'un objet est en mouvement et est souvent donné comme des valeurs statiques et dynamiques. La valeur statique sera toujours supérieure à la valeur dynamique (en raison de la première loi de Newton) et comme nous essayons de déplacer un objet, vous voudrez utiliser la valeur statique du coefficient de frottement. La force normale est la force résultante utilisée pour soutenir un objet sur un autre objet ou surface. Par exemple, si vous vous tenez sur un étage dans votre maison, votre étage vous soutiendra en appliquant une force ascendante sur vous égale à votre poids, c'est une force normale. La force normale agira toujours perpendiculairement à la force de friction et la force de la friction agira toujours contre la direction de mouvement souhaitée.

Dans les situations, comme les cas ci-dessus, où l'objet que vous déplacez ne glisse pas le long d'une surface, la friction peut être ignorée. Bien que techniquement, les composants soutenant votre objet, qu'il s'agisse de supports de mouvement linéaire comme rails de glissement Ou l'actionneur linéaire lui-même, aura une frottement interne que vous devrez surmonter pour commencer à bouger, mais il sera relativement petit.

Si vous déplacez un objet le long d'une surface, la friction devra être prise en compte dans vos calculs de force. Le diagramme du corps libre ci-dessus montre un exemple d'un tiroir poussé par un actionneur linéaire. Chaque glissement de tiroir aura une quantité notable de frottement car ils soutiennent une charge perpendiculaire (W). Comme il y a deux lames de tiroir, la force normale (n) appliquée par l'une des lames de tiroir sera égale à la moitié de la charge (W). La résumé des forces et la résolution de F dans cet exemple entraîneront:

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

Ainsi, la force dont vous avez besoin de l'actionneur linéaire doit être supérieure à la force totale de frottement. La partie délicate dans ces cas est de déterminer le coefficient de frottement. Si vous pouvez déterminer le coefficient exact de frottement dans votre application, vous pouvez simplement utiliser la formule ci-dessus pour résoudre votre force dynamique minimale. Si vous ne pouvez pas déterminer le coefficient de frottement, vous pouvez supposer qu'il est égal à 1. Ce sera probablement supérieur au coefficient de frottement réel, c'est donc une hypothèse sûre à utiliser pour déterminer la quantité de force dont vous avez besoin de votre actionneur linéaire .

Mouvement bidimensionnel

Jusqu'à présent, nous n'avons envisagé de déplacer un objet que le long d'un axe, mais vous pouvez avoir besoin de mouvement en deux axes ou à un angle. Dans ces cas, vous pouvez toujours utiliser la sommation de la force pour déterminer la force dynamique requise, mais nous devrons considérer plusieurs axes et utiliser une trigonométrie. Dans l'exemple ci-dessous de pousser un objet sur une rampe, la direction du mouvement est à un angle (thêta). Pour simplifier nos calculs, vous pouvez choisir de faire parallèle que le seul axe soit parallèle à la direction du mouvement et l'autre axe sera alors perpendiculaire, comme indiqué.

Maintenant que les axes sont décalés, vous devrez diviser le poids de l'objet en deux composants de force en utilisant la trigonométrie et la pente de la rampe (thêta). L'une de ces forces agira contre notre direction de mouvement et une agira perpendiculairement à la surface de la rampe. La force normale, utilisée pour déterminer la force de frottement, sera égale à la composante perpendiculaire du poids de l'objet. La résolution de la sommation des forces pour déterminer F entraînera:

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

Mouvement rotatif

Bien que les actionneurs linéaires fournissent un mouvement linéaire, ils peuvent également être utilisés pour fournir une rotation dans des applications comme l'ouverture d'un couvercle ou d'une trappe. La force dynamique nécessaire pour fournir une rotation devra entraîner un couple déséquilibré plutôt qu'une force déséquilibrée. Un couple est une force de virage qui provoque la rotation et est égale à la force appliquée fois la distance perpendiculaire au point de rotation. Ainsi, pour provoquer une rotation, un actionneur linéaire doit fournir un couple supérieur à la somme de tous les couples travaillant dans la direction de la rotation souhaitée.

La quantité de couple que votre actionneur linéaire applique dépendra de deux facteurs, de la force appliquée et de la distance du point de rotation. Dans les exemples ci-dessus, la sommation des couples ressemble à la même chose:

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

La distance entre le point de rotation et la force de l'actionneur linéaire est y, et la distance du point de rotation au centre de gravité de la trappe est x. Comme la trappe est à un angle (alpha), nous pouvons déterminer la distance perpendiculaire à chaque force par la distance par le cosinus de l'angle. La résolution de la force dynamique de l'actionneur linéaire, F, se traduit:

F> (w * x) / y

Dans le cas à gauche, la force dynamique de l'actionneur linéaire, F, peut être moins ou égale au poids de la trappe, W, car elle agit plus loin du point de rotation (y> x). Tandis que dans le cas à droite, F devra être plus grand que w car F agit plus près du point de rotation (y

Dans certaines applications, la force appliquée par l'actionneur linéaire devra être à un angle comme dans l'image ci-dessus. Cela rend les calculs un peu plus compliqués car la force appliquée par l'actionneur linéaire devra être brisée en composants verticaux et horizontaux. Le diagramme du corps libre pour l'image ci-dessus est illustré ci-dessous:

La sommation des couples pour cet exemple est:

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

Parce que la force de l'actionneur linéaire (f) est appliquée à un angle (bêta), il doit être divisé en composant vertical (f * sin (bêta)) et en composante horizontale (f * cos (bêta)), comme montré Dans l'exemple de rampe ci-dessus. La composante verticale de la force provoque un couple autour de la charnière car il y a une distance horizontale entre la force et la charnière; De même, la composante horizontale de la force provoque également un couple autour de la charnière car il y a une distance verticale entre la force et la charnière. Vous pouvez déterminer ces distances en fonction de la longueur de l'éclosion (L) et de l'angle de la trappe (alpha), comme le montre l'exemple de trappe précédente. Pour déterminer la force dynamique requise, vous devez résoudre l'équation ci-dessus pour F. Malheureusement, la force de l'actionneur linéaire (F) sera une fonction dépendante de l'angle de la trappe (alpha). Comme cet angle changera lorsque vous ouvrez la trappe, la force minimale requise de l'actionneur linéaire changera également. Cela signifie que vous devrez résoudre l'équation ci-dessus sur différents angles pour trouver la force minimale la plus élevée nécessaire à utiliser pour votre spécification de force dynamique. Cela peut être encore plus difficile si l'angle auquel la force est appliquée (bêta) change également à mesure que l'éclosion s'ouvre, ce qui signifie qu'il sera également en fonction de l'angle de trappe (alpha). Si vous connaissez bien vos mathématiques, vous pouvez déterminer l'exigence de force dynamique exacte dont vous avez besoin de votre actionneur linéaire. Mais sinon, vous pouvez utiliser notre pratique Calculatrice d'actionneur linéaire, qui est conçu uniquement pour ces situations difficiles.

Situations statiques

Dans une situation statique, la sommation des forces et la sommation des couples seront égales à zéro car il n'y a pas de force ou de couple déséquilibré provoquant un mouvement. Si vous souhaitez vous assurer que votre conception est stable pour une charge donnée ou vous assurer que votre actionneur linéaire tiendra une charge donnée, vous pouvez toujours utiliser les techniques ci-dessus pour vous assurer que toutes les forces et couples sont équilibrés. Lorsque vous vérifiez les situations statiques, vous utiliserez la spécification de force statique pour votre actionneur linéaire au lieu de la spécification de force dynamique.

Maintenant que vous savez comment déterminer à quel point votre actionneur linéaire doit être fort, vous pouvez trouver le bon pour vos besoins dans notre sélection à Firgelli Automatisation.