Hoe sterk heb ik een lineaire actuator nodig?

Waar ben ik naar op zoek?

De kracht van een lineaire actuator is de hoeveelheid kracht die het kan leveren. Het wordt meestal gezien in termen van newton (n) voor metrische eenheden en ponden (lbs) voor keizerlijke eenheden. Er zijn twee soorten krachtspecificaties die lineaire actuatorfabrikanten zullen bieden: dynamisch en statisch.

Dynamische kracht (of dynamische belasting) is de maximale kracht die de actuator kan toepassen om een ​​object te verplaatsen.

Statische kracht (of statische belasting) is het maximale gewicht dat de actuator kan vasthouden wanneer deze niet beweegt.

Deze krachtspecificaties zijn in het algemeen belangrijke factoren om te bepalen welke lineaire actuator u nodig hebt voor uw project. Als u niet weet welke andere factoren u misschien wilt overwegen bij het selecteren van een lineaire actuator, bekijk dan onze post hierover hier.  

Wanneer u een object probeert te verplaatsen met een lineaire actuator, moet u bepalen wat de minimale dynamische kracht is die uw lineaire actuator kan hebben. Deze kracht hangt af van meer dan alleen de hoeveelheid gewicht die u probeert te verplaatsen, maar ook het aantal betrokken actuatoren en de fysieke geometrie van uw ontwerp. Om de exacte krachtvereiste in een aanvraag te bepalen, moet u de eerste bewegingswet van Newton toepassen. Deze wet stelt dat een voorwerp in rust neigt om in rust te blijven, tenzij ze worden gehandeld door een onbalansmacht. Voor ons betekent dit dat de kracht van onze lineaire actuator groter moet zijn dan de som van alle krachten die tegen onze gewenste bewegingsrichting handelen. Deze gids zal u doorlopen hoe u de betrokken krachten kunt berekenen met behulp van enkele basisvoorbeelden.

Snel opzij: Vrije lichaamsdiagrammen zijn vereenvoudigde diagrammen van objecten die worden gebruikt om de krachten te visualiseren die erop worden toegepast. Het gebruik van deze diagrammen zijn een goede gewoonte om alle betrokken krachten en hun oriëntatie te visualiseren.

Eendimensionale beweging

Het eenvoudigste geval van het gebruik van een lineaire actuator om beweging te bieden, is het gebruik van één actuator om een ​​object langs één as te verplaatsen. Zoals weergegeven in het vrije lichaamsdiagram naast deze paragraaf, is de kracht die wordt toegepast door de lineaire actuator label als F en het gewicht van het object is label als W. Om de dynamische kracht te bepalen die vereist is voor de lineaire actuator, neemt u eenvoudig de som af van de krachten in de negatieve richtingen van de som van de krachten in de positieve richting, die groter moet zijn dan nul om te resulteren in motio \ n. Voor dit voorbeeld wordt het f - w> 0. dan moet u oplossen voor f, die f> W.  Dit betekent dat de dynamische krachtvereiste van de lineaire actuator groter moet zijn dan het gewicht van het object.     

In een geval waarin u meer dan één lineaire actuator gebruikt, zoals in het vrije lichaam Hier weergegeven diagram volgt u hetzelfde proces als hierboven. Voor dit voorbeeld wordt de sommatie van krachten f + f - w> 0 of 2*f - w> 0. Vervolgens wordt het oplossen voor f f> ½*w. Dit betekent dat de kracht die door één actuator wordt toegepast, minder kan zijn dan het gewicht van het object, maar de totale kracht van beide moet groter zijn.

Wrijving

De bovenstaande gevallen negeerden wrijving in hun Force Balance -berekeningen, die al dan niet het geval zijn in uw aanvraag. De hoeveelheid wrijvingskracht (f) is gelijk aan de wrijvingscoëfficiënt (u) maal een normale kracht (n). De wrijvingscoëfficiënt ligt meestal tussen 0 en 1 (hoewel deze groter kan zijn dan 1) en zal afhangen van welke materialen elkaar glijden, evenals of smering wordt gebruikt of niet.
De wrijvingscoëfficiënt zal ook veranderen zodra een object in beweging is en vaak wordt gegeven als statische en dynamische waarden. De statische waarde zal altijd groter zijn dan de dynamische waarde (vanwege de eerste wet van Newton) en omdat we proberen een object te verplaatsen, wilt u de statische waarde van de wrijvingscoëfficiënt gebruiken. De normale kracht is de resulterende kracht die wordt gebruikt om een ​​object op een ander object of oppervlak te ondersteunen. Als u bijvoorbeeld op een vloer in uw huis staat, zal uw vloer u ondersteunen door een opwaartse kracht op u toe te passen gelijk aan uw gewicht, dit is een normale kracht. De normale kracht zal altijd loodrecht op de wrijvingskracht handelen en de wrijvingskracht zal altijd werken tegen de gewenste bewegingsrichting.

In situaties, zoals de bovenstaande gevallen, waarbij het object dat u beweegt niet langs een oppervlak glijdt, kan wrijving worden genegeerd. Hoewel technisch gezien de componenten die uw object ondersteunen, of het nu lineaire bewegingssteunen zijn zoals schuifrails Of de lineaire actuator zelf, zal wat interne wrijving hebben die u moet overwinnen om te beginnen met bewegen, maar deze zal relatief klein zijn.

Als u een object langs een oppervlak beweegt, moet wrijving worden overwogen in uw krachtberekeningen. Het vrije lichaamsdiagram hierboven toont een voorbeeld van een lade die wordt geduwd door een lineaire actuator. Elk lade geleider zal een merkbare hoeveelheid wrijving hebben omdat ze een loodrechte belasting ondersteunen (W). Aangezien er twee ladeglaasjes zijn, zal de normale kracht (N) die worden uitgeoefend door een van de ladeschuifjes gelijk zijn aan de helft van de belasting (W). Door de krachten op te tellen en in dit voorbeeld op te lossen zal resulteren in:

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

De kracht die u van de lineaire actuator nodig heeft, moet dus groter zijn dan de totale wrijvingskracht. Het lastige deel in deze gevallen is het bepalen van de wrijvingscoëfficiënt. Als u de exacte wrijvingscoëfficiënt in uw toepassing kunt bepalen, kunt u eenvoudig de bovenstaande formule gebruiken om op te lossen voor uw minimale dynamische kracht. Als u geen wrijvingscoëfficiënt kunt bepalen, kunt u ervan uitgaan .

Tweedimensionale beweging

Tot nu toe hebben we alleen gekeken naar het verplaatsen van een object langs één as, maar u heeft mogelijk beweging nodig in twee as of onder een hoek. In deze gevallen kunt u nog steeds een krachtsomatie gebruiken om de vereiste dynamische kracht te bepalen, maar we moeten meerdere assen overwegen en gebruik maken van enige trigonometrie. In het onderstaande voorbeeld van een object naar een helling duwen, bevindt de bewegingsrichting zich onder een hoek (theta). Om onze berekeningen te vereenvoudigen, kunt u ervoor kiezen om de ene as parallel te hebben aan de bewegingsrichting en de andere as zal dan loodrecht worden, zoals getoond.

Nu de assen worden verschoven, moet u het gewicht van het object verdelen in twee krachtcomponenten door gebruik te maken van trigonometrie en de helling van de helling (theta). Een van deze krachten zal tegen onze bewegingsrichting handelen en men zal loodrecht op het oppervlak van de helling handelen. De normale kracht, die wordt gebruikt om de wrijvingskracht te bepalen, zal gelijk zijn aan de loodrechte component van het gewicht van het object. Het oplossen van de sommatie van krachten om F te bepalen, zal resulteren in:

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

Roterende beweging

Hoewel lineaire actuatoren lineaire beweging bieden, kunnen ze ook worden gebruikt om rotatie te bieden in toepassingen zoals het openen van een deksel of luik. De dynamische kracht die nodig is om rotatie te leveren, moet resulteren in een onevenwichtig koppel in plaats van een onevenwichtige kracht. Een koppel is een draaikracht die rotatie veroorzaakt en gelijk is aan de kracht uitgeoefende keren de loodrechte afstand tot het rotatiepunt. Dus, om rotatie te veroorzaken, moet een lineaire actuator een koppel bieden dat groter is dan de som van alle koppels die werken tegen de richting van de gewenste rotatie.

De hoeveelheid koppel die uw lineaire actuator van toepassing is, hangt af van twee factoren, de toegepaste kracht en de afstand tot het rotatiepunt. In de bovenstaande voorbeelden ziet de samenvatting van Turques er hetzelfde uit:

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

De afstand van het rotatiepunt tot de kracht van de lineaire actuator is y, en de afstand van het rotatiepunt tot het zwaartepunt van het luik is x. Omdat het luik onder een hoek (alfa) staat, kunnen we de loodrechte afstand tot elke kracht bepalen door tijden de afstand door de cosinus van de hoek. Oplossen voor de dynamische kracht van de lineaire actuator, F, resulteert in:

F> (w*x)/y

In het geval aan de linkerkant kan de dynamische kracht van de lineaire actuator, F, minder of gelijk zijn aan het gewicht van het luik, W, omdat deze verder werkt van het rotatiepunt (y> x). Terwijl in het geval rechts, zal F groter moeten zijn dan W omdat F dichter bij het rotatiepunt werkt, (y

In sommige toepassingen moet de door de lineaire actuator uitgeoefende kracht zich onder een hoek zoals in de bovenstaande afbeelding bevinden. Dit maakt de berekeningen een beetje gecompliceerder naarmate de door de lineaire actuator wordt uitgeoefend, moet worden opgesplitst in verticale en horizontale componenten. Het vrije lichaamsdiagram voor de bovenstaande afbeelding wordt hieronder weergegeven:

De samenvatting van Turques voor dit voorbeeld is:

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

Omdat de kracht van de lineaire actuator (F) onder een hoek (bèta) wordt uitgeoefend, moet deze worden opgesplitst in verticale component (f*sin (beta)) en horizontale component (f*cos (beta)), zoals getoond In het bovenstaande opritbeeld. De verticale component van de kracht veroorzaakt een koppel rond het scharnier omdat er een horizontale afstand is tussen de kracht en het scharnier; Evenzo veroorzaakt de horizontale component van de kracht ook een koppel rond het scharnier, omdat er een verticale afstand is tussen de kracht en het scharnier. U kunt deze afstanden bepalen op basis van de lengte van het luik (L) en de hoek van het luik (alfa), zoals weergegeven in het vorige Hatch -voorbeeld. Om de vereiste dynamische kracht te bepalen, moet u de bovenstaande vergelijking voor F oplossen. Helaas zal de kracht van de lineaire actuator (F) een functie zijn die afhankelijk is van de hoek van het luik (alfa). Omdat deze hoek zal veranderen als u het luik opent, zal de minimale kracht die vereist is van de lineaire actuator ook veranderen. Dit betekent dat u de bovenstaande vergelijking over verschillende hoeken moet oplossen om de hoogste minimale kracht te vinden die nodig is om te gebruiken voor uw dynamische krachtspecificatie. Dit kan nog moeilijker zijn als de hoek waarop de kracht wordt uitgeoefend (bèta) ook verandert wanneer het luik opent, wat betekent dat het ook een functie van de luikhoek (alfa) zal zijn. Als u uw wiskunde goed kent, kunt u de exacte dynamische krachtvereiste bepalen die u nodig hebt van uw lineaire actuator. Maar zo niet, dan kunt u onze handige gebruiken Lineaire actuatorcalculator, die alleen is ontworpen voor deze moeilijke situaties.

Statische situaties

In een statische situatie zal de sommatie van krachten en de samenvatting van Turques gelijk zijn aan nul omdat er geen onevenwichtige kracht of koppel is die beweging veroorzaakt. Als u ervoor wilt zorgen dat uw ontwerp stabiel is voor een bepaalde lading of ervoor zorgt dat uw lineaire actuator een bepaalde lading vasthoudt, kunt u nog steeds de bovenstaande technieken gebruiken om ervoor te zorgen dat alle krachten en torques in evenwicht zijn. Bij het controleren van statische situaties gebruikt u de statische krachtspecificatie voor uw lineaire actuator in plaats van de dynamische krachtspecificatie.

Nu u weet hoe u kunt bepalen hoe sterk uw lineaire actuator moet zijn, kunt u de juiste vinden voor uw behoeften in onze selectie op Firgelli Automatisering.