Zjednodušené výpočty pro výběr parametrů aktuátoru

Při implementaci lineárního aktuátoru je třeba vzít v úvahu elektrické a mechanické aspekty. Někdy může být obtížné vybrat správnou velikost a sílu. Například aktuátor může být dimenzován na dvojnásobnou hmotnost poklopu, pokud jde o sílu, ale stále má problém s jeho otevřením. To se může stát kvůli úhlu působení síly nebo nedostatečnému pákovému efektu.

V tomto blogu se s vámi podělíme o sadu zjednodušených výpočtů, které by poskytly dobrý výchozí bod pro požadavky na sílu a délku zdvihu lineárního aktuátoru.

Lineární pohyb

Když mluvíme o lineárním pohybu, máme na mysli lineární pohyb břemene, který může mít formu výtahu nebo čerpadla. Tento blog se bude zabývat převážně vertikálním pohybem, ale stejné techniky by mohly být užitečné i pro analýzu horizontálního pohybu. Podívejme se na příklad na obrázku níže.

Obrázek 1: Lineární pohyb s aktuátorem pod úhlem

Zde máme aktuátor v úhlu, který se snaží pohybovat hmotou nahoru. Hmota má na obou stranách válečky, což znamená, že se může pohybovat pouze nahoru a dolů. Montážní místa na přední a zadní straně pohon jsou pevně upevněny, takže se mohou pouze otáčet.

Výpočet délky zdvihu aktuátoru

Li X1 byla 0, lineární aktuátor by již nebyl pod úhlem, takže svislá vzdálenost, kterou by zatížení urazilo, by se rovnala zdvihu.

Podívejme se na složitější případ, kdy X1 není 0. Pak, aby se dosáhlo vertikálního pohybu zatížení, elektrický pohon musel by obojí rozšířit a střídatTo je výhodné, protože aktuátor zabere méně místa. Délka zdvihu se pak nebude rovnat vertikálnímu posunutí. Abychom zjistili délku zdvihu, museli bychom provést nějaký jednoduchý výpočet!

Pamatujte, že záběr je jednoduše rozdíl mezi plně nataženým délka aktuátoru a délku plně zasunutého aktuátoru.

Plně zasunutá a vysunutá délka aktuátoru tvoří přeponu trojúhelníku, který tvoří zadní a přední úchyty.

Obrázek 2: Určení délky aktuátoru v zasunutém (L1) a vysunutém (L2) stavu

Pomocí této metody můžeme najít délku zdvihu, která by odpovídala požadované vertikální dráze pohybu hmoty. Na základě vzorce platí, že čím menší je hodnota X1, tím větší je délka zdvihu, která by odpovídala vertikální dráze. Pokud je X1 velká, malé zvětšení délky zdvihu povede k velkým změnám vertikální dráze pohybu.

Pokud by byl aktuátor umístěn striktně svisle, změna výšky by se jednoduše rovnala vysunutí aktuátoru. Umístění aktuátoru pod úhlem zvětší celkový lineární rozsah pohybu hmoty a aktuátor by mohl zabírat méně místa. Nicméně to také způsobí určité boční zatížení a musíme být opatrní, abychom nezpůsobili tyč aktuátoru ohýbat. Při umístění pohonu v takovém úhlu se doporučují kratší délky zdvihu.

Obrázek 3: Porovnání délky zdvihu a vzdálenosti pojezdu pro lineární pohyb

Výpočet jmenovité síly aktuátoru

Můžeme pokračovat v používání vlastnosti trojúhelníků k nalezení síla aktuátoruVšimněte si, že pokud je aktuátor v úhlu, síla, kterou působí, se rozdělí na horizontální a vertikální složku. Horizontální složka síly nepřispívá k pohybu. Vertikální složka síly tlačí hmotu nahoru, takže se musíme ujistit, že aktuátor vždy poskytuje dostatečnou sílu.

Obrázek 4: Rozklad síly pro lineární pohyb

Začneme výpočtem vertikální síly hmoty.

Požadovanou vertikální sílu aktuátoru můžeme vypočítat následovně:

Zde používáme L1, protože aktuátor bude mít nejnižší vertikální sílu, když je plně zasunutý. Kdy výběr aktuátoru, musíme se ujistit, že je schopen dynamické a statické síly vyšší než Celkem F které jsme vypočítali.

Rotační pohyb

Když mluvíme o rotačním pohybu, máme na mysli, že se náklad nebo hmota otáčí kolem nějaké osy. Může se jednat o aplikaci s otevíracími dveřmi nebo poklopem. Může se jednat i o naklápění korby nákladního automobilu.

Obrázek 5: Rotační pohyb s aktuátorem pod úhlem

Na obrázku 5 se díváme na boční pohled na svislé dveře nebo poklop, které jsou nastaveny k otevírání lineárním aktuátorem. Úplné zasunutí aktuátoru je indikováno polohou 1 a plné vysunutí polohou 2. Aktuátor je jízdní pod úhlem, a to jak v plném natažení, tak i v plném zasunutí. 

Příklad používá lineární aktuátor namontovaný pod úhlem, aby poskytl obecnější případ. Pokud chcete zjistit délku zdvihu a sílu aktuátoru, když je namontován kolmo ke dveřím, můžete pokračovat v návodu, ale nastavit následující:

Výpočet délky zdvihu aktuátoru

Tentokrát použijeme stejnou metodu trojúhelníků, jakou jsme použili v části o lineárním pohybu. Jedinou změnou je, že trojúhelníky jsou tentokrát konstruovány jinak.

Obrázek 6: Určení délky zataženého (L1) a vytaženého (L2) aktuátoru

Stejně jako dříve je délka zdvihu rozdíl mezi plně vysunutou a plně zasunutou délkou aktuátoru. Můžeme ji jednoduše zjistit takto:

V tomto případě délka zdvihu aktuátoru silně závisí na umístění předního a zadního uchycení. Čím blíže umístíme přední uchycení k pantu dveří, tím menší zdvih bude muset aktuátor urazit, aby dveře otevřel nebo zavřel. Podobně, čím blíže je zadní uchycení k pantu, tím menší zdvih je potřeba k otevření dveří.

Existuje inflexní bod, kde posunutí aktuátoru dále od pantu již nezpůsobuje velké změny délky zdvihu aktuátoru, protože délka aktuátoru se úzce shoduje s délkou dveří a většina pohybu se provádí otáčením. To není pro aktuátor dobrá poloha, protože pákový efekt je velmi slabý, ale o tom si povíme v dalších částech.

Obrázek 7: Délka zdvihu vzhledem k poloze přední montáže (neboli vzdálenost od přední montáže k pantu dveří)

Obrázek 8: Délka zdvihu vzhledem k poloze montáže zadní části

Z obrázku 8 vidíme, že změna polohy uchycení zadní nápravy ovlivňuje požadovanou délku zdvihu, ale tento vliv má tendenci se poměrně rychle vyrovnávat.

Výpočet jmenovité síly aktuátoru

Abychom zjistili jmenovitou sílu pro náš aktuátor, budeme muset určit očekávané zatížení dveří. Protože se dveře otáčí kolem dveřních pantů, pouhá znalost hmotnosti dveří nestačí k určení síly působící na aktuátor. Pro tuto aplikaci budeme muset najít moment setrvačnosti hmoty dveří.

Intuitivně víme, že otevírání dveří pomocí kliky (umístěné daleko od pantu) je mnohem snazší než otevírání dveří zatlačením někde poblíž pantu.

Obrázek 9: Znázornění dveří otevíraných svisle

Moment setrvačnosti (označený jako I) pro svisle se otevírající dveře kolem pantu lze vypočítat následovně:

Nyní, když známe moment setrvačnosti, známe krouticí moment, který musí aktuátor vyvinout na dveře, aby se pohybovaly. Sílu tedy můžeme vypočítat takto:

Tato síla se nazývá F normální protože se jedná pouze o jednu složku síly působící na aktuátor, a nikoli o plnou sílu. Lépe je to znázorněno na obrázku 10. Jak vidíte, F normální nepůsobí podél linie L1 nebo L2, ale pod úhlem.

Obrázek 10: Montážní umístění pohonů

To znamená, že musíme konvertovat F normální od pouhé složky síly k plné síle aktuátoru. Protože naším zatížením jsou rotující dveře, F normální síla zůstává konstantní, ale zatížení působící na aktuátor se mění. Například když je aktuátor zcela zasunutý v poloze 1, pant dveří přebírá většinu zatížení, takže aktuátor nebude pociťovat velkou sílu, dokud nebude muset dveřmi pohybovat. Na druhou stranu, když je aktuátor v plně vysunuté poloze 2 Dveřní pant dveře tolik nepodpírá. V takovém případě musí pohon nést většinu zátěže.

Můžeme vypočítat sílu potřebnou pro aktuátor v zasunutém a vysunutém stavu. V závislosti na montáž Za určitých podmínek může být síla ve vysunuté poloze vyšší než síla v zasunuté poloze, nebo to může být naopak. Z tohoto důvodu musíme vypočítat obě hodnoty a zvolit nejvyšší, abychom zajistili robustnost naší aplikace.

Například na obrázku 10 by na aktuátor působila nejvyšší síla, když je plně vysunutý. Minimální jmenovitá síla pro aktuátor by pak musela být rovna nebo vyšší než F prodlouženo.

Závěr

V tomto blogu jsme se podívali na zjednodušené způsoby výpočtu požadované síly a délky zdvihu pro lineární aktuátoryRovnice v tomto blogu lze použít k výpočtu přibližných požadavků na lineární a rotační pohyb zátěže. Kontaktujte nás na adrese sales@progressiveautomations.com V případě jakýchkoli dalších dotazů vám náš tým techniků rád pomůže.