Seberapa Kuat Aktuator Linear yang Saya Butuhkan?

Apa yang saya cari?

Kekuatan a aktuator linier adalah jumlah kekuatan yang dapat diberikannya. Ini biasanya terlihat dalam hal newton (n) untuk unit metrik dan pound (lbs) untuk unit kekaisaran. Ada dua jenis spesifikasi kekuatan yang akan disediakan oleh produsen aktuator linier: dinamis dan statis.

Kekuatan dinamis (atau beban dinamis) adalah gaya maksimum yang dapat diterapkan aktuator untuk memindahkan objek.

Kekuatan statis (atau beban statis) adalah bobot maksimum yang dapat dipegang aktuator saat tidak bergerak.

Spesifikasi gaya ini umumnya merupakan faktor kunci dalam menentukan aktuator linier apa yang Anda butuhkan untuk proyek Anda. Jika Anda tidak tahu faktor apa yang mungkin ingin Anda pertimbangkan saat memilih aktuator linier, lihat posting kami tentang ini Di Sini.  

Saat mencoba memindahkan objek dengan aktuator linier, Anda perlu menentukan apa kekuatan dinamis minimum aktuator linier Anda. Kekuatan ini akan tergantung pada lebih dari sekadar jumlah berat yang Anda coba untuk bergerak, tetapi juga jumlah aktuator yang terlibat dan geometri fisik desain Anda. Untuk menentukan persyaratan kekuatan yang tepat dalam satu aplikasi apa pun, Anda harus menerapkan hukum gerak pertama Newton. Undang -undang ini menyatakan bahwa objek yang istirahat cenderung tetap diam kecuali ditindaklanjuti oleh kekuatan ketidakseimbangan. Bagi kita, ini berarti kekuatan dari aktuator linier kita harus lebih besar dari jumlah semua kekuatan yang bertindak melawan arah gerak yang kita inginkan. Panduan ini akan memandu Anda melalui cara menghitung kekuatan yang terlibat menggunakan beberapa contoh dasar.

Di samping cepat: Diagram tubuh bebas adalah diagram yang disederhanakan dari objek yang digunakan untuk memvisualisasikan gaya yang diterapkan padanya. Memanfaatkan diagram ini adalah praktik yang baik untuk memvisualisasikan semua kekuatan yang terlibat dan orientasi mereka.

Gerakan satu dimensi

Kasus paling sederhana menggunakan aktuator linier untuk memberikan gerakan adalah menggunakan satu aktuator untuk memindahkan objek di sepanjang satu sumbu. Seperti yang ditunjukkan dalam diagram tubuh bebas di sebelah paragraf ini, gaya yang diterapkan oleh aktuator linier adalah label sebagai f dan berat objek adalah label sebagai W. untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan dari aktuator linier, Anda cukup mengurangi jumlah tersebut dari kekuatan dalam arah negatif dari jumlah kekuatan dalam arah positif, yang perlu lebih besar dari nol untuk menghasilkan motio \ n. Untuk contoh ini, itu menjadi f - w> 0. maka Anda perlu menyelesaikan untuk f, yang menjadi f> w.  Ini berarti bahwa persyaratan gaya dinamis dari aktuator linier harus lebih besar dari berat objek.     

Dalam kasus di mana Anda menggunakan lebih dari satu aktuator linier, seperti di tubuh bebas Diagram yang ditampilkan di sini, Anda mengikuti proses yang sama seperti di atas. Untuk contoh ini, penjumlahan gaya menjadi f + f - w> 0 atau 2*f - w> 0. Kemudian penyelesaian untuk f menjadi f> ½*w. Ini berarti gaya yang diterapkan oleh satu aktuator dapat kurang dari berat objek, tetapi gaya total dari kedua harus lebih besar.

Gesekan

Kasus -kasus di atas mengabaikan gesekan dalam perhitungan keseimbangan gaya mereka, yang mungkin atau mungkin tidak terjadi pada aplikasi Anda. Jumlah gaya gesekan (f) sama dengan koefisien gesekan (U) kali gaya normal (n). Koefisien gesekan biasanya antara 0 dan 1 (meskipun bisa lebih besar dari 1) dan akan tergantung pada bahan apa yang satu geser melewati satu sama lain serta apakah pelumasan digunakan atau tidak.
Koefisien gesekan juga akan berubah begitu suatu objek bergerak dan sering diberikan sebagai nilai statis dan dinamis. Nilai statis akan selalu lebih besar dari nilai dinamis (karena hukum pertama Newton) dan ketika kami mencoba memindahkan objek, Anda akan ingin menggunakan nilai statis dari koefisien gesekan. Gaya normal adalah gaya yang dihasilkan yang digunakan untuk mendukung objek pada objek atau permukaan lain. Misalnya, jika Anda berdiri di lantai di rumah Anda, lantai Anda akan mendukung Anda dengan menerapkan kekuatan ke atas pada Anda sama dengan berat badan Anda, ini adalah kekuatan normal. Gaya normal akan selalu bertindak tegak lurus terhadap gaya gesekan dan kekuatan gesekan akan selalu bertindak melawan arah gerak yang Anda inginkan.

Dalam situasi, seperti kasus di atas, di mana objek yang Anda pindahkan tidak meluncur di sepanjang permukaan, gesekan dapat diabaikan. Meskipun secara teknis, komponen yang mendukung objek Anda, apakah itu adalah dukungan gerakan linier seperti Slide Rels Atau aktuator linier itu sendiri, akan memiliki beberapa gesekan internal yang perlu Anda atasi untuk mulai bergerak, tetapi akan relatif kecil.

Jika Anda memindahkan objek di sepanjang permukaan, gesekan perlu dipertimbangkan dalam perhitungan kekuatan Anda. Diagram tubuh bebas di atas menunjukkan contoh laci yang didorong oleh aktuator linier. Setiap Slide laci akan memiliki jumlah gesekan yang terlihat karena mereka mendukung beban tegak lurus (W). Karena ada dua slide laci, gaya normal (n) yang diterapkan oleh salah satu slide laci akan sama dengan setengah dari beban (w). Menyimpulkan kekuatan dan menyelesaikan untuk F dalam contoh ini akan menghasilkan:

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

Dengan demikian, kekuatan yang Anda butuhkan dari aktuator linier harus lebih besar dari kekuatan gesekan total. Bagian rumit dalam kasus ini adalah menentukan koefisien gesekan. Jika Anda dapat menentukan koefisien gesekan yang tepat dalam aplikasi Anda, maka Anda dapat menggunakan rumus di atas untuk menyelesaikan gaya dinamis minimum Anda. Jika Anda tidak dapat menentukan koefisien gesekan, Anda dapat menganggapnya sama dengan 1. Ini mungkin akan lebih besar dari koefisien gesekan yang sebenarnya, jadi itu adalah asumsi yang aman untuk digunakan untuk menentukan jumlah kekuatan yang Anda butuhkan dari aktuator linier Anda .

Gerakan dua dimensi

Sejauh ini, kami hanya melihat memindahkan objek di sepanjang sumbu satu, tetapi Anda mungkin memerlukan gerakan dalam dua sumbu atau pada suatu sudut. Dalam kasus ini, Anda masih dapat menggunakan penjumlahan kekuatan untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan tetapi kami perlu mempertimbangkan beberapa sumbu dan memanfaatkan beberapa trigonometri. Dalam contoh di bawah ini dari mendorong objek ke atas jalan, arah gerak berada pada sudut (theta). Untuk menyederhanakan perhitungan kami, Anda dapat memilih agar satu sumbu sejajar dengan arah gerak dan sumbu lainnya kemudian akan tegak lurus, seperti yang ditunjukkan.

Sekarang sumbu digeser, Anda perlu membagi berat objek menjadi dua komponen gaya dengan memanfaatkan trigonometri dan kemiringan jalan (theta). Salah satu kekuatan ini akan bertindak melawan arah gerak kita dan seseorang akan bertindak tegak lurus terhadap permukaan jalan. Gaya normal, yang digunakan untuk menentukan gaya gesekan, akan sama dengan komponen tegak lurus dari berat objek. Memecahkan penjumlahan kekuatan untuk menentukan F akan menghasilkan:

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

Gerakan Rotasi

Sementara aktuator linier memberikan gerakan linier, mereka juga dapat digunakan untuk memberikan rotasi dalam aplikasi seperti membuka tutup atau palka. Gaya dinamis yang diperlukan untuk memberikan rotasi perlu menghasilkan torsi yang tidak seimbang daripada gaya yang tidak seimbang. Torsi adalah gaya belok yang menyebabkan rotasi dan sama dengan gaya yang diterapkan kali jarak tegak lurus ke titik rotasi. Jadi, untuk menyebabkan rotasi, aktuator linier harus memberikan torsi yang lebih besar dari jumlah semua torsi yang bekerja melawan arah rotasi yang diinginkan.

Jumlah torsi aktuator linier Anda berlaku akan tergantung pada dua faktor, gaya yang diterapkan dan jarak dari titik rotasi. Dalam contoh di atas, penjumlahan torsi terlihat sama:

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

Jarak dari titik rotasi ke gaya dari aktuator linier adalah Y, dan jarak dari titik rotasi ke pusat gravitasi palka adalah x. Karena palka berada pada sudut (alpha), kita dapat menentukan jarak tegak lurus ke masing -masing gaya dengan waktu jarak dengan cosinus sudut. Memecahkan untuk kekuatan dinamis aktuator linier, F, menghasilkan:

F> (w*x)/y

Dalam kasus ke kiri, gaya dinamis aktuator linier, F, dapat kurang atau sama dengan berat palka, W, karena bertindak lebih jauh dari titik rotasi (y> x). Sementara dalam kasus di sebelah kanan, F harus lebih besar dari W karena F bertindak lebih dekat ke titik rotasi, (y

Dalam beberapa aplikasi, gaya yang diterapkan oleh aktuator linier harus berada pada sudut seperti pada gambar di atas. Ini membuat perhitungan sedikit lebih rumit karena gaya yang diterapkan oleh aktuator linier perlu dipecah dalam komponen vertikal dan horizontal. Diagram tubuh bebas untuk gambar di atas ditunjukkan di bawah ini:

Penjumlahan torsi untuk contoh ini adalah:

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

Karena gaya dari aktuator linier (f) diterapkan pada sudut (beta), perlu dipecah menjadi komponen vertikal (f*sin (beta)) dan komponen horizontal (f*cos (beta)), seperti yang ditunjukkan dalam contoh jalan di atas. Komponen vertikal gaya menyebabkan torsi di sekitar engsel karena ada jarak horizontal antara gaya dan engsel; Demikian pula, komponen horizontal gaya juga menyebabkan torsi tentang engsel karena ada jarak vertikal antara gaya dan engsel. Anda dapat menentukan jarak ini berdasarkan panjang palka (L) dan sudut palka (alpha), seperti yang ditunjukkan pada contoh palka sebelumnya. Untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan, Anda perlu menyelesaikan persamaan di atas untuk F. Sayangnya, gaya dari aktuator linier (F) akan menjadi fungsi yang tergantung pada sudut palka (alpha). Karena sudut ini akan berubah saat Anda membuka palka, kekuatan minimum yang diperlukan dari aktuator linier juga akan berubah. Ini berarti Anda harus menyelesaikan persamaan di atas atas berbagai sudut untuk menemukan kekuatan minimum tertinggi yang diperlukan untuk digunakan untuk spesifikasi gaya dinamis Anda. Ini bahkan bisa lebih sulit jika sudut di mana gaya diterapkan (beta) juga berubah saat palka terbuka, yang akan berarti bahwa itu akan menjadi fungsi dari sudut palka (alpha) juga. Jika Anda mengenal matematika Anda dengan baik, Anda dapat menentukan persyaratan kekuatan dinamis yang tepat yang Anda butuhkan dari aktuator linier Anda. Tetapi jika tidak, Anda bisa menggunakan kami Kalkulator Aktuator Linier, yang dirancang hanya untuk situasi sulit ini.

Situasi statis

Dalam situasi statis, penjumlahan kekuatan dan penjumlahan torsi akan sama dengan nol karena tidak ada gaya atau torsi yang tidak seimbang. Jika Anda ingin memastikan desain Anda stabil untuk beban yang diberikan atau memastikan aktuator linier Anda akan menahan beban yang diberikan, Anda masih dapat menggunakan teknik di atas untuk memastikan semua kekuatan dan torsi seimbang. Saat memeriksa situasi statis, Anda akan menggunakan spesifikasi gaya statis untuk aktuator linier Anda alih -alih spesifikasi gaya dinamis.

Sekarang Anda tahu bagaimana menentukan seberapa kuat aktuator linier Anda harus, Anda dapat menemukan yang tepat untuk kebutuhan Anda di kami seleksi di Firgelli Otomatisasi.