Quanto è forte un attuatore lineare mi serve?

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La forza di a attuatore lineare è la quantità di forza che può fornire. È in genere visto in termini di newton (N) per unità metriche e sterline (libbre) per le unità imperiali. Esistono due tipi di specifiche di forza che i produttori di attuatori lineari forniranno: dinamico e statico.

Forza dinamica (o carico dinamico) è la forza massima che l'attuatore può applicare per spostare un oggetto.

Forza statica (o carico statico) è il peso massimo che l'attuatore può contenere quando non si muove.

Queste specifiche di forza sono generalmente fattori chiave per determinare quale attuatore lineare hai bisogno per il tuo progetto. Se non sai quali altri fattori potresti voler considerare quando selezioni un attuatore lineare, dai un'occhiata al nostro post su questo Qui.  

Quando si tenta di spostare un oggetto con un attuatore lineare, dovrai determinare qual è la forza dinamica minima che il tuo attuatore lineare può avere. Questa forza dipenderà da più di una semplice quantità di peso che stai cercando di muoverti, ma anche dal numero di attuatori coinvolti e dalla geometria fisica del tuo design. Per determinare l'esatto requisito di forza in qualsiasi applicazione, dovrai applicare la prima legge di movimento di Newton. Questa legge afferma che un oggetto a riposo tende a rimanere a riposo se non agendo da una forza di sbilanciamento. Per noi, questo significa che la forza del nostro attuatore lineare deve essere maggiore della somma di tutte le forze che agiscono contro la nostra direzione del movimento desiderata. Questa guida ti guiderà attraverso come calcolare le forze coinvolte usando alcuni esempi di base.

A parte veloce: I diagrammi del corpo liberi sono diagrammi semplificati di oggetti che vengono utilizzati per visualizzare le forze che vengono applicate ad esso. Utilizzare questi diagrammi sono buone pratiche per visualizzare tutte le forze coinvolte e il loro orientamento.

Movimento unidimensionale

Il caso più semplice per utilizzare un attuatore lineare per fornire un movimento è l'uso di un attuatore per spostare un oggetto lungo un asse. Come mostrato nel diagramma del corpo libero accanto a questo paragrafo, la forza applicata dall'attuatore lineare è etichetta come F e il peso dell'oggetto è etichetta come W. Per determinare la forza dinamica richiesta dall'attuatore lineare, è semplicemente sottratto la somma delle forze nelle direzioni negative dalla somma delle forze nella direzione positiva, che deve essere maggiore di zero per provocare la moto \ n. Per questo esempio, diventa F - W> 0. Quindi è necessario risolvere per F, che diventa F> W.  Ciò significa che il requisito di forza dinamica dall'attuatore lineare deve essere maggiore del peso dell'oggetto.     

In un caso in cui stai utilizzando più di un attuatore lineare, come nel corpo libero Diagramma mostrato qui, segui lo stesso processo di cui sopra. Per questo esempio, la somma delle forze diventa f + f - w> 0 o 2*f - w> 0. quindi risolvere per f diventa f> ½*w. Ciò significa che la forza applicata da un attuatore può essere inferiore al peso dell'oggetto, ma la forza totale da entrambi deve essere maggiore.

Attrito

I casi di cui sopra hanno ignorato l'attrito nei calcoli del bilanciamento della forza, che possono o meno essere il caso della domanda. La quantità di forza di attrito (F) è uguale al coefficiente di attrito (u) una forza normale (N). Il coefficiente di attrito è in genere compreso tra 0 e 1 (anche se può essere maggiore di 1) e dipenderà da quali materiali stanno scivolando a vicenda e se viene utilizzata la lubrificazione.
Il coefficiente di attrito cambierà anche una volta che un oggetto è in movimento e viene spesso somministrato come valori statici e dinamici. Il valore statico sarà sempre più grande del valore dinamico (a causa della prima legge di Newton) e mentre stiamo cercando di spostare un oggetto, vorrai utilizzare il valore statico del coefficiente di attrito. La forza normale è la forza risultante utilizzata per supportare un oggetto su un altro oggetto o superficie. Ad esempio, se sei in piedi su un pavimento della tua casa, il tuo pavimento ti supporterà applicando una forza verso l'alto su di te uguale al tuo peso, questa è una forza normale. La forza normale agirà sempre perpendicolare alla forza di attrito e la forza di attrito agirà sempre contro la direzione del movimento desiderata.

In situazioni, come i casi sopra, in cui l'oggetto che stai muove non sta scivolando lungo una superficie, l'attrito può essere ignorato. Sebbene tecnicamente, i componenti che supportano il tuo oggetto, siano essi supportati di movimento lineare come Galles di scorrimento O l'attuatore lineare stesso, avrà un po 'di attrito interno che dovrai superare per iniziare a muoversi, ma sarà relativamente piccolo.

Se stai muovendo un oggetto lungo una superficie, l'attrito dovrà essere considerato nei calcoli della forza. Il diagramma del corpo libero sopra mostra un esempio di un cassetto spinto da un attuatore lineare. Ogni Slide del cassetto avrà una notevole quantità di attrito in quanto supportano un carico perpendicolare (W). Poiché ci sono due diapositive del cassetto, la forza normale (N) applicata da una delle diapositive del cassetto sarà pari alla metà del carico (W). Summing le forze e risolvere per F in questo esempio si tradurrà in:

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

Pertanto, la forza necessaria dall'attuatore lineare deve essere maggiore della forza totale dell'attrito. La parte difficile di questi casi è determinare il coefficiente di attrito. Se sei in grado di determinare l'esatto coefficiente di attrito nell'applicazione, puoi semplicemente utilizzare la formula sopra per risolvere per la tua forza dinamica minima. Se non è possibile determinare il coefficiente di attrito, puoi supporre che sia uguale a 1. Questo sarà probabilmente maggiore del coefficiente effettivo di attrito, quindi è un presupposto sicuro da utilizzare per determinare la quantità di forza necessaria dal tuo attuatore lineare .

Movimento bidimensionale

Finora, abbiamo esaminato solo un oggetto lungo un asse, ma potresti richiedere un movimento in due assi o ad angolo. In questi casi, puoi ancora usare la somma della forza per determinare la forza dinamica richiesta, ma dovremo considerare più assi e utilizzare una certa trigonometria. Nell'esempio seguente di spingere un oggetto su una rampa, la direzione del movimento è ad angolo (theta). Per semplificare i nostri calcoli, puoi scegliere di avere un asse parallelo alla direzione del movimento e l'altro asse sarà quindi perpendicolare, come mostrato.

Ora che gli assi vengono spostati, dovrai dividere il peso dell'oggetto in due componenti di forza utilizzando la trigonometria e la pendenza della rampa (Theta). Una di queste forze agirà contro la nostra direzione di movimento e uno agirà perpendicolare alla superficie della rampa. La forza normale, usata per determinare la forza di attrito, sarà uguale alla componente perpendicolare del peso dell'oggetto. Risolvere la somma delle forze per determinare F comporterà:

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

Movimento rotazionale

Mentre gli attuatori lineari forniscono un movimento lineare, possono anche essere utilizzati per fornire una rotazione in applicazioni come l'apertura di un coperchio o un portello. La forza dinamica richiesta per fornire la rotazione dovrà comportare una coppia sbilanciata piuttosto che una forza sbilanciata. Una coppia è una forza di svolta che provoca la rotazione ed è uguale alla forza applicata per la distanza perpendicolare al punto di rotazione. Pertanto, per causare la rotazione, un attuatore lineare deve fornire una coppia maggiore della somma di tutte le coppie che lavorano contro la direzione della rotazione desiderata.

La quantità di coppia applicata dall'attuatore lineare dipenderà da due fattori, la forza applicata e la distanza dal punto di rotazione. Negli esempi sopra, la somma delle coppie sembra la stessa:

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

La distanza dal punto di rotazione alla forza dall'attuatore lineare è y e la distanza dal punto di rotazione al centro di gravità del portello è x. Poiché il portello è ad angolo (alfa), possiamo determinare la distanza perpendicolare a ciascuna forza per volte la distanza dal coseno dell'angolo. Risolvere per la forza dinamica dell'attuatore lineare, F, provoca:

F> (w*x)/y

Nel caso a sinistra, la forza dinamica dell'attuatore lineare, F, può essere inferiore o uguale al peso del portello, W, perché agisce in più dal punto di rotazione (y> x). Mentre nel caso a destra, F dovrà essere più grande di W perché F agisce più vicino al punto di rotazione, (y

In alcune applicazioni, la forza applicata dall'attuatore lineare dovrà essere ad un angolo come nell'immagine sopra. Ciò rende i calcoli un po 'più complicati poiché la forza applicata dall'attuatore lineare dovrà essere rotta in componenti verticali e orizzontali. Il diagramma del corpo libero per l'immagine sopra è mostrato di seguito:

La somma delle coppie per questo esempio è:

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

Poiché la forza dell'attuatore lineare (F) viene applicata ad un angolo (beta), deve essere suddivisa in componente verticale (f*sin (beta)) e componente orizzontale (f*cos (beta)), come mostrato Nell'esempio di rampa sopra. La componente verticale della forza provoca una coppia attorno alla cerniera in quanto vi è una distanza orizzontale tra la forza e la cerniera; Allo stesso modo, la componente orizzontale della forza provoca anche una coppia sulla cerniera in quanto vi è una distanza verticale tra la forza e la cerniera. È possibile determinare queste distanze in base alla lunghezza del portello (L) e all'angolo del portello (alfa), come mostrato nell'esempio del portello precedente. Per determinare la forza dinamica richiesta, è necessario risolvere l'equazione di cui sopra per F. Sfortunatamente, la forza dell'attuatore lineare (F) sarà una funzione dipendente dall'angolo del portello (alfa). Poiché questo angolo cambierà quando si apri il portello, cambierà anche la forza minima richiesta dall'attuatore lineare. Ciò significa che dovrai risolvere l'equazione di cui sopra su vari angoli per trovare la più alta forza minima necessaria per essere utilizzata per le specifiche di forza dinamica. Questo può essere ancora più difficile se l'angolo a cui viene applicata la forza (beta) cambia anche quando si apre il portello, il che significherà che sarà anche una funzione dell'angolo di tratteggio (alfa). Se conosci bene la tua matematica, puoi determinare l'esatto requisito di forza dinamica di cui hai bisogno dal tuo attuatore lineare. Ma in caso contrario, puoi usare la nostra pratica Calcolatore dell'attuatore lineare, che è progettato solo per queste situazioni difficili.

Situazioni statiche

In una situazione statica, la somma delle forze e la somma delle coppie è uguale a zero in quanto non vi è alcuna forza sbilanciata o coppia che causa il movimento. Se si desidera assicurarsi che il tuo design sia stabile per un determinato carico o assicurati che il tuo attuatore lineare abbia un determinato carico, è ancora possibile utilizzare le tecniche di cui sopra per garantire che tutte le forze e le coppie siano bilanciate. Quando si controlla situazioni statiche, utilizzerai le specifiche di forza statica per l'attuatore lineare anziché le specifiche di forza dinamica.

Ora che sai come determinare quanto deve essere forte il tuo attuatore lineare, puoi trovare quello giusto per le tue esigenze nel nostro selezione a Firgelli Automazione.