Eine der großartigen Dinge an der Arbeit bei Progressive Automations ist es, von Kunden zu hören, wie sie planen, unsere Aktuatoren zu nutzen. Von Haushaltsanwendungen bis hin zu industriellen Anwendungen, der Himmel ist die Grenze für die Automatisierung. Um Ihre Ideen zur Nutzung unserer linearen Aktuatoren zu verwirklichen, müssen viele Parameter bezüglich der beabsichtigten Anwendung bestimmt werden. In dieser Serie präsentieren wir nützliche Gestaltungstechniken, um zu bestimmen, wie unsere Aktuatoren eingesetzt werden können.
Einführung
Sie möchten eine Kellertür anheben? Oder ein verstecktes Bücherregal verschieben? Großartig! Wo fangen wir an …
Der erste Schritt bei jedem Design mit linearer Bewegung besteht darin, zu bestimmen, wie der Aktuator positioniert wird, um ein Objekt zu bewegen. Sobald dies bestimmt ist, können die grundlegenden Abmessungen des Aktuators – seine Kraft und Länge – leicht ermittelt werden. Eine sorgfältige Beachtung der Details in dieser Phase des Designs kann tatsächlich Geld sparen, da das System möglicherweise ohne zusätzliche Schalter zur Begrenzung der Bewegung betrieben werden kann (mehr dazu später); schlechte Planung kann ein lineares Bewegungssystem erzeugen, das unnötig langsam arbeitet, übermäßigen Stress auf die umgebende Struktur ausübt, anfällig für Überhitzung ist oder im Allgemeinen unsicher ist.
Ziele des Designs
Das Ziel dieses Designprozesses wird es sein, einen Aktuator und eine Montageposition auszuwählen, die:
- die Menge der Bewegung im System maximiert,
- den Aktuator innerhalb sicherer Betriebsbedingungen hält,
- den Verschleiß und die Belastung des Aktuators minimiert.
Auswahl eines Aktuators
Dieser Schritt ist der wichtigste, wenn Sie sich entschieden haben, eine Anwendung zu erstellen, die elektrische Aktuatoren verwendet.
Gesamtlänge
Der Abstand zwischen den Montagebohrungen eines Aktuators (mit Ausnahme des PA-18 Schienenaktuator) kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
Hinweis: Der Körper des Gehäuses (der den Motor, die Zahnräder und die Unterkonstruktion umfasst) hat eine konstante, feste Länge, die spezifisch für jede Aktuatorserie ist und unabhängig von der Hublänge ist. Eine Seite mit Tabellen zu den zurückgezogenen und ausgefahrenen Längen aller regelmäßig vorrätigen Hubgrößen für jedes unserer Aktuatorenmodelle finden Sie im Loch zu Loch-Reiter der Ressourcenseite.
Endschalter
Alle unsere elektrischen linearen Aktuatoren sind mit integrierten Endschaltern ausgestattet, die den Motor automatisch stoppen, wenn der Aktuator vollständig ausgefahren oder eingefahren ist. Der integrierte Endschalter funktioniert, indem er den Stromkreis zum Motor unterbricht, sodass er sich darauf verlassen lässt, dass er den Aktuator sicher und konsistent an einem bestimmten Punkt stoppt. Wenn der Aktuator aufhört sich zu bewegen, weil er sich gegen etwas verklemmt hat, wird entweder der Aktuator brechen oder er wird das, woran er montiert ist, beschädigen. Daher ist die einzige sichere Möglichkeit, einen Aktuator zu stoppen, der nicht vollständig ausgefahren oder eingefahren ist, die externe Stromzufuhr zu stoppen.
Es ist eine gute Praxis, dem Aktuator Raum zu geben, um sich vollständig aus- oder einzufahren, und seine integrierten Endschalter den gesamten Bewegungsbereich in einem System bestimmen zu lassen. Wenn ein System nicht so gestaltet werden kann, dass der Aktuator sich vollständig aus- oder einfährt, können externe Endschalter im System platziert werden, sodass der Aktuator (oder ein anderes bewegliches Teil) Kontakt hat, bevor der Aktuator vollständig ausgefahren oder eingefahren ist.
Montageort
Der Montageort des Aktuators beeinflusst sowohl die maximale Kraft, die der Aktuator aufbringen muss, als auch die Hublänge. Im Allgemeinen gilt: Je versteckter oder diskreter ein Montageort ist, desto größer ist die Kraft, die erforderlich ist, um das Objekt zu bewegen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Art und Weise, wie ein Aktuator montiert ist, die scheinbare Kraft auf den Aktuator leicht verdoppeln oder vervierfachen kann, sodass immer eine Berechnung der Kraft versucht werden sollte, auch wenn es nur eine grobe Schätzung ist.
Ein häufiger Irrtum über lineare Aktuatoren ist, dass sie Gasdruckfedern (d. h. Stoßdämpfer) ersetzen können, wenn sie genau am selben Ort montiert werden. Gasdruckfedern helfen dem Benutzer, ein Objekt an seinem Platz zu halten oder die benötigte Kraft zum Bewegen eines Objekts zu reduzieren; sie üben nicht die gesamte Bewegungsenergie aus, wie es ein Aktuator tun muss. Gasdruckfedern haben auch ein niedriges Profil und können sehr diskret montiert werden. Einen Aktuator an dem Ort zu platzieren, an dem sich einst eine Gasdruckfeder befand (z. B. unter der Motorhaube eines Autos), sollte nur nach Berechnung der maximalen Kraft erfolgen, die der Aktuator bewegen muss.
Es sei denn, der Aktuator schiebt ein Objekt in die gleiche Richtung, in der er montiert ist, wird der Aktuator wahrscheinlich in seinen Halterungen drehen, während er das Objekt bewegt. Achten Sie darauf, dass der Aktuator genügend Platz hat, um sich zu bewegen, und dass der einzige Kontakt, den der Aktuator mit der tragenden Struktur hat, über die Montagehalterungen erfolgt.
Kraft und Drehmoment
Nachdem Sie eine Länge und einen Montageort ausgewählt haben, besteht die einzige verbleibende Aufgabe bei der Auswahl eines Aktuators darin, die maximale Kraft auf den Aktuator zu berechnen. Ein Aktuator erfährt unterschiedliche Kräfte, abhängig davon, wie er montiert ist. Eine einfache Methode zur Berechnung der Kraft in Systemen mit rotierender Bewegung besteht darin, alle Kräfte in Drehmomente umzuwandeln.
Hebelarm
Die Schwerkraft neigt dazu, ein Drehmoment im Uhrzeigersinn zu erzeugen, mit einem Hebelarm, der der Hälfte der Länge des Balkens entspricht. Die Kraft, die ein Aktuator benötigt, um diesem Drehmoment entgegenzuwirken, hängt vom Hebelarm ab, der durch den Aktuator gebildet wird, und dem Winkel, den der Aktuator im Verhältnis zum Balken bildet.
Winkel
Der Montageort B befindet sich in der Mitte des Balkens, sodass die Hebelarme der Drehmomente aufgrund der Schwerkraft und des Aktuators gleich sind. Die Montageposition A liegt zwischen dem Scharnier und der Mitte des Balkens, sodass der Hebelarm, den ein Aktuator bilden würde, kleiner ist als der Hebelarm, der durch die Schwerkraft gebildet wird.
Abbildung 1: Schwenkbares Mitglied mit hervorgehobenen möglichen Montageorten
Daher muss die Kraft eines Aktuators, der in A positioniert ist, größer sein als wenn er in B positioniert ist. Es sollte klar sein, dass in beiden Fällen die größte Kraft auftritt, wenn der Balken horizontal ist; wenn der Balken abgesenkt wird, verringert sich die Kraft, die erforderlich ist, um den Balken an seinem Platz zu halten, da der Hebelarm aufgrund der Schwerkraft ebenfalls abnimmt.
Die obige Analyse berücksichtigte, wie der Montageort den Hebelarm und die Kräfte auf einen Aktuator beeinflusst. Um die Kraft vollständig zu bestimmen, muss der Winkel berücksichtigt werden, der zwischen dem Aktuator und dem Balken gebildet wird. Wenn der Winkel zwischen dem Balken und dem Aktuator abnimmt, wird die Kraft auf den Aktuator zunehmen. Da die Kraft auf den Aktuator am größten ist, wenn der Balken horizontal ist, sollte der Winkel zwischen dem Aktuator und dem Balken an diesem Punkt so nah wie möglich an neunzig Grad liegen.
Natürlich würde dies bedeuten, dass der Aktuator direkt unter dem Balken, auf dem Boden montiert ist, was nicht sehr praktisch ist. Berücksichtigen Sie die Montagepositionen 1 und 2, die in Kombination mit B verwendet werden: Der Winkel, der zwischen dem Aktuator in 1B gebildet wird, ist kleiner als der Winkel in 2B, sodass die Kraft für einen Aktuator größer wäre. Beachten Sie jedoch, dass mit dem Aktuator in der Position 2B das Objekt nicht so weit bewegt werden kann wie z. B. in 1A. Im Allgemeinen, wenn die Montageposition so beeinflusst wird, dass die Kraft auf den Aktuator verringert wird, verringert sich der gesamte Bewegungsbereich im System.