Forenklede beregninger til valg af aktuatorparametre

Der er elektriske og mekaniske overvejelser, der skal tages i betragtning ved implementering af en lineær aktuator. Det kan nogle gange være vanskeligt at vælge den rigtige størrelse og kraft. For eksempel kan aktuatoren være klassificeret til at håndtere dobbelt så stor vægt som en faldlem med hensyn til kraft, men stadig have svært ved at åbne den. Dette kan ske på grund af kraftpåføringsvinklen eller utilstrækkelig gearing.

I denne blog vil vi dele et sæt forenklede beregninger, der vil give et godt udgangspunkt for krav til kraft og slaglængde for en lineær aktuator.

Lineær bevægelse

Når vi taler om lineær bevægelse, mener vi, at lastens bevægelse er lineær, og dette kan være i form af en løft eller en pumpe. Denne blog vil primært omhandle lodret bevægelse, men de samme teknikker kan også være nyttige til at analysere vandret bevægelse. Lad os se på eksemplet i figuren nedenfor.

Figur 1: Lineær bevægelse med aktuator i en vinkel

Her har vi en aktuator i en vinkel, der forsøger at bevæge en masse opad. Massen har ruller på begge sider for at indikere, at den kun kan bevæge sig op og ned. Monteringsstederne på for- og bagenden af aktuator er fastgjort, så de kun kan rotere.

Beregning af aktuatorens slaglængde

Hvis X1 var 0, den lineær aktuator ville ikke længere være i en vinkel, så den lodrette afstand, som lasten ville tilbagelægge, ville være lig med slaget.

Lad os undersøge et mere udfordrende tilfælde, hvor X1 er ikke 0. For at opnå lodret bevægelse af lasten, er elektrisk aktuator skulle begge dele udvide og rotereDette er fordelagtigt, fordi aktuatoren vil optage mindre plads. Så vil slaglængden ikke være lig med den vertikale forskydning. For at finde slaglængden skal vi lave lidt let matematik!

Husk at slagtilfælde blot er forskellen mellem den fuldt udstrakte aktuatorlængde og den fuldt tilbagetrukne aktuatorlængde.

De fuldt tilbagetrukne og forlængede aktuatorlængder er hypotenusen i en trekant, der udgør bag- og forbeslagene.

Figur 2: Finde tilbagetrukne (L1) og forlængede (L2) længder af en aktuator

Ved hjælp af denne metode kan vi finde den slaglængde, der svarer til den ønskede vertikale bevægelsesafstand for massen. Baseret på formlen gælder det, at jo mindre X1-værdien er, desto mere vil slaglængden svare til den vertikale bevægelse. Hvis X1 er stor, vil små stigninger i slaglængden føre til store ændringer i den vertikale bevægelsesafstand.

Hvis aktuatoren var placeret strengt lodret, ville højdeændringen blot være lig med aktuatorens forlængelse. Placering af aktuatoren i en vinkel vil øge massens samlede lineære bevægelsesområde, og aktuatoren kan optage mindre plads. Når det er sagt, vil det også forårsage en vis sidebelastning, og vi skal være forsigtige med ikke at forårsage aktuatorens stang at bøje. Kortere slaglængder anbefales, når aktuatoren placeres i en sådan vinkel.

Figur 3: Sammenligning af slaglængde vs. bevægelsesafstand for lineær bevægelse

Beregning af aktuatorens kraftklassificering

Vi kan fortsætte med at bruge trekanternes egenskab til at finde aktuatorkraftBemærk, at hvis aktuatoren er i en vinkel, vil den kraft, den påfører, blive opdelt i en vandret og en lodret komponent. Den vandrette komponent af kraften bidrager ikke til bevægelsen. Den lodrette komponent af kraften vil skubbe massen opad, så vi skal sørge for, at der er tilstrækkelig kraft fra aktuatoren til enhver tid.

Figur 4: Kraftfordeling for lineær bevægelse

Vi starter med at beregne massens lodrette kraft.

Vi kan beregne den nødvendige vertikale kraft for aktuatoren som følger:

Her bruger vi L1, fordi aktuatoren vil have den laveste vertikale kraft, når den er helt tilbagetrukket. valg af en aktuator, skal vi sørge for, at den er i stand til at håndtere dynamisk og statisk kraft, der er højere end F Total som vi har beregnet.

Roterende bevægelse

Når vi taler om roterende bevægelse, mener vi, at lasten eller massen roterer omkring en akse. Dette kan være en applikation med en dør eller en luge, der kan åbnes. Det kan endda være at vippe et lad på en lastbil.

Figur 5: Rotationsbevægelse med en aktuator i en vinkel

I figur 5 ser vi på en sidevisning af en lodret dør eller en luge, der er indstillet til at blive åbnet med en lineær aktuator. Aktuatorens fulde tilbagetrækning er angivet med position ①, og fuld udskydning er angivet med position ②. En aktuator er monteret i en vinkel, både i fuld udstrækning og i fuld tilbagetrækning. 

Eksemplet bruger den lineære aktuator monteret i en vinkel for at give et mere generelt tilfælde. Hvis du vil finde aktuatorens slaglængde og kraft, når den er monteret vinkelret på døren, kan du fortsætte med guiden, men indstille følgende:

Beregning af aktuatorens slaglængde

Vi bruger den samme trekantmetode, som vi brugte i afsnittet om lineær bevægelse denne gang. Den eneste ændring er, at trekanterne er konstrueret anderledes denne gang.

Figur 6: Find længden af den tilbagetrukne (L1) og udstrakte (L2) aktuator

Som før er slaglængden forskellen mellem aktuatorens fuldt udstrakte og fuldt tilbagetrukne længde. Vi kan finde den på følgende måde:

I dette tilfælde afhænger aktuatorens slaglængde i høj grad af placeringen af de forreste og bageste beslag. Jo tættere vi placerer det forreste beslag på dørens hængsel, desto mindre skal aktuatoren bevæge sig for at åbne eller lukke døren. Tilsvarende gælder det, at jo tættere det bageste beslag er på hængslet, desto mindre slaglængde kræves der for at åbne døren.

Der er et vendepunkt, hvor det ikke længere forårsager store ændringer i aktuatorens slaglængde, hvis aktuatoren flyttes længere væk fra hængslet, fordi aktuatorens længde nøje matcher dørens længde, og det meste af bevægelsen sker gennem rotation. Dette er ikke en god position for aktuatoren, fordi gearingen er meget dårlig, men det vil vi diskutere i de efterfølgende afsnit.

Figur 7: Slaglængde i forhold til frontmonteringsposition (også kendt som afstand fra frontmontering til dørhængsel)

Figur 8: Slaglængde i forhold til bagendemonteringspositionen

Vi kan se fra figur 8, at varierende bagendemonteringsposition påvirker den nødvendige slaglængde, men effekten har en tendens til at aftage ret hurtigt.

Beregning af aktuatorens kraftklassificering

For at finde kraftklassificeringen for vores aktuator skal vi bestemme den forventede belastning af døren. Da døren roterer omkring dørhængslerne, er det ikke nok blot at kende dørens masse til at bestemme den kraft, der udøves på aktuatoren. Til denne anvendelse skal vi finde masseinertimoment af døren.

Intuitivt ved vi, at det er meget nemmere at åbne en dør ved hjælp af et dørhåndtag (placeret langt væk fra hængslet) end at åbne en dør ved at trykke et sted i nærheden af hængslet.

Figur 9: Repræsentation af en døråbning lodret

Inertimomentet (betegnet som I) for den lodret åbnende dør omkring hængslet kan findes som følger:

Nu hvor vi har inertimomentet, kender vi det drejningsmoment, som aktuatoren skal påføre døren for at få den til at bevæge sig. Derfor kan vi beregne kraften som følger:

Denne kraft kaldes F normal fordi dette kun er én komponent af den kraft, der påføres aktuatoren, og ikke den fulde kraft. Det er bedre illustreret i figur 10. Som du kan se, F normal virker ikke langs L1- eller L2-linjen, men i en vinkel.

Figur 10: Monteringsplacering af aktuatorerne

Det betyder, at vi skal konvertere F normal fra blot en komponentkraft til fuld aktuatorkraft. Fordi vores last er en roterende dør, F normal Kraften forbliver konstant, men belastningen på aktuatoren ændrer sig. For eksempel, når aktuatoren er helt tilbagetrukket i position ①, dørhængslet bærer det meste af belastningen, så aktuatoren vil ikke opleve meget kraft, før den skal bevæge døren. På den anden side, når aktuatoren er i fuldt udstrakt position ② Dørhængslet støtter ikke døren så meget. I så fald skal aktuatoren bære størstedelen af lasten.

Vi kan beregne den tilbagetrukne og den udtrukne kraft, der er nødvendig for aktuatoren. Afhængigt af montering Under visse omstændigheder kan kraften i den udstrakte position være højere end kraften i den tilbagetrukne position, eller den kan være omvendt. Derfor er vi nødt til at beregne begge dele og vælge den højeste for at sikre, at vores anvendelse er robust.

For eksempel, i figur 10, ville den højeste kraft blive påført aktuatoren, når den er fuldt udstrakt. Så skulle den minimale kraftklassificering for aktuatoren være lig med eller højere end F udvidet.

Konklusion

I denne blog har vi set på forenklede måder at beregne den ønskede kraftklassificering og slaglængde for lineære aktuatorerLigningerne i denne blog kan bruges til at beregne omtrentlige krav til lastens lineære og roterende bevægelse. Kontakt os på sales@progressiveautomations.com for yderligere spørgsmål, så hjælper vores team af ingeniører dig gerne.