Es gibt elektrische und mechanische Überlegungen, die bei der Implementierung eines Linearantriebs berücksichtigt werden müssen. Es kann manchmal schwierig sein, die richtige Größe und Kraft auszuwählen. Zum Beispiel kann der Antrieb für die doppelte Last einer Falltür in Bezug auf die Kraft ausgelegt sein, hat aber trotzdem Schwierigkeiten, sie zu öffnen. Dies könnte aufgrund des Anwendungswinkels der Kraft oder unzureichendem Hebel passieren.
In diesem Blog werden wir eine Reihe von vereinfachten Berechnungen teilen, die einen guten Ausgangspunkt für die Anforderungen an Kraft und Hublänge für einen Linearantrieb bieten.
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Lineare Bewegung
Wenn wir von linearer Bewegung sprechen, meinen wir, dass die Bewegung der Last linear ist und dies in Form eines Hebers oder einer Pumpe erfolgen kann. Dieser Blog wird hauptsächlich die vertikale Bewegung behandeln, aber dieselben Techniken könnten auch nützlich sein, um die horizontale Bewegung zu analysieren. Lassen Sie uns das Beispiel in der Abbildung unten betrachten.
Abbildung 1: Lineare Bewegung mit Antrieb in einem Winkel
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Variable |
Erklärung |
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L1 |
Länge des Antriebs, wenn er vollständig zurückgezogen ist. |
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L2 |
Länge des Antriebs, wenn er vollständig ausgefahren ist. |
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Y1 |
Y-Achsen-Distanz zwischen der Vorderseite des Antriebs und der Rückseite. |
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X1 |
X-Achsen-Distanz zwischen der Vorderseite des Antriebs und der Leseseite. |
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Y2 |
Die vertikale Distanz, die die Last zurücklegen müsste. |
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S |
Hub des Antriebs – die Distanz, die ein Antrieb ausfährt. |
Hier haben wir einen Antrieb in einem Winkel, der versucht, eine Masse nach oben zu bewegen. Die Masse hat Rollen auf beiden Seiten, um anzuzeigen, dass sie sich nur auf und ab bewegen kann. Die Montageorte an der Vorder- und Rückseite des Antriebs sind fixiert, sodass sie sich nur drehen können.
Berechnung der Hublänge des Antriebs
Wenn X1 0 wäre, wäre der Linearantrieb nicht mehr in einem Winkel, sodass die vertikale Distanz, die die Last zurücklegen würde, gleich dem Hub wäre.
Betrachten wir einen herausfordernderen Fall, in dem X1 nicht 0 ist. Um die vertikale Bewegung der Last zu erreichen, müsste der elektrische Antrieb sowohl ausfahren als auch drehen. Dies ist vorteilhaft, da der Antrieb weniger Platz benötigt. Dann wird die Hublänge nicht gleich der vertikalen Verschiebung sein. Um die Hublänge zu finden, müssten wir einige einfache Berechnungen durchführen!
Denken Sie daran, dass der Hub einfach die Differenz zwischen der vollständig ausgefahrenen Antriebslänge und der vollständig zurückgezogenen Antriebslänge ist.
Die vollständig zurückgezogene und ausgefahrene Antriebslänge ist die Hypotenuse eines Dreiecks, das die Rück- und Vorderseite der Halterungen bildet.
Abbildung 2: Finden der zurückgezogenen (L1) und ausgefahrenen (L2) Längen eines Antriebs
Mit dieser Methode können wir die Hublänge finden, die der gewünschten vertikalen Bewegungsdistanz der Masse entsprechen würde. Basierend auf der Formel gilt: Je kleiner der X1-Wert ist, desto mehr Hublänge würde der vertikalen Bewegung entsprechen. Wenn X1 groß ist, führen kleine Erhöhungen der Hublänge zu großen Änderungen der vertikalen Bewegungsdistanz.
Wenn der Antrieb strikt vertikal positioniert wäre, würde die Höhenänderung einfach gleich der Ausdehnung des Antriebs sein. Wenn der Antrieb in einem Winkel positioniert ist, erhöht sich der gesamte Bereich der linearen Bewegung der Masse und der Antrieb könnte weniger Platz benötigen. Das gesagt, wird es auch einige seitliche Belastungen verursachen und wir müssen darauf achten, dass wir die Stange des Antriebs nicht verbiegen. Kürzere Hübe werden empfohlen, wenn der Antrieb in einem Winkel wie diesem platziert wird.
Abbildung 3: Vergleich zwischen Hublänge und zurückgelegter Distanz für lineare Bewegung
Berechnung der Kraftbewertung des Antriebs
Wir können weiterhin die Eigenschaften von Dreiecken nutzen, um die Kraft des Antriebs zu finden. Beachten Sie, dass, wenn der Antrieb in einem Winkel ist, die Kraft, die er anwendet, in eine horizontale und vertikale Komponente aufgeteilt wird. Die horizontale Komponente der Kraft trägt nicht zur Bewegung bei. Die vertikale Komponente der Kraft wird die Masse nach oben drücken, sodass wir sicherstellen müssen, dass der Antrieb jederzeit genügend Kraft bereitstellt.
Abbildung 4: Kraftaufteilung für lineare Bewegung
Wir beginnen mit der Berechnung der vertikalen Kraft der Masse.
Wir können die erforderliche vertikale Kraft des Antriebs wie folgt berechnen:
Hier verwenden wir L1, da der Antrieb die niedrigste vertikale Kraft hat, wenn er vollständig zurückgezogen ist. Beim Auswählen eines Antriebs müssen wir sicherstellen, dass er in der Lage ist, eine dynamische und statische Kraft zu erzeugen, die höher ist als F Total, die wir berechnet haben.
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Rotationsbewegung
Wenn wir von Rotationsbewegung sprechen, meinen wir, dass die Last oder die Masse sich um eine Achse dreht. Dies könnte eine Anwendung mit einer sich öffnenden Tür oder einer Klappe sein. Es könnte sogar das Neigen einer Ladefläche auf einem Lkw sein.
Abbildung 5: Rotationsbewegung mit einem Antrieb in einem Winkel
In Abbildung 5 sehen wir eine Seitenansicht einer vertikalen Tür oder einer Klappe, die so eingerichtet ist, dass sie mit einem Linearantrieb geöffnet wird. Der vollständige Rückzug des Antriebs wird durch Position ① angezeigt und die vollständige Ausdehnung wird durch Position ② angezeigt. Ein Antrieb wird in einem Winkel montiert, sowohl in voller Ausdehnung als auch in vollem Rückzug.
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Variable |
Erklärung |
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L1 |
Länge des Antriebs, wenn er vollständig zurückgezogen ist. |
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L2 |
Länge des Antriebs, wenn er vollständig ausgefahren ist. |
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Y1 |
Y-Achsen-Distanz zwischen der Rückseite des Antriebs und der Rotationsachse der Tür (Türscharnier). |
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X1 |
X-Achsen-Distanz zwischen der Rückseite des Antriebs und der Rotationsachse der Tür (Türscharnier). |
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Y2 |
Distanz zwischen der Rotationsachse der Tür (Türscharnier) und der Vorderseite des Antriebs. |
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S |
Hub des Antriebs – die Distanz, die ein Antrieb ausfährt. |
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L3 |
Die Gesamtlänge der Tür. |
Das Beispiel verwendet den in einem Winkel montierten Linearantrieb, um einen allgemeineren Fall zu bieten. Wenn Sie die Hublänge und die Kraft des Antriebs finden möchten, wenn er senkrecht zur Tür montiert ist, können Sie mit dem Leitfaden fortfahren, aber folgendes einstellen:
Berechnung der Hublänge des Antriebs
Wir werden diesmal die gleiche Dreiecks-Methode verwenden, die wir im Abschnitt über lineare Bewegung verwendet haben. Die einzige Änderung ist, dass die Dreiecke diesmal anders konstruiert sind.
Abbildung 6: Finden der zurückgezogenen (L1) und ausgefahrenen (L2) Antriebslänge
Wie zuvor ist die Hublänge die Differenz zwischen der vollständig ausgefahrenen und vollständig zurückgezogenen Länge des Antriebs. Wir können sie einfach wie folgt finden:
In diesem Fall hängt die Hublänge des Antriebs stark von der Position der Vorder- und Rückhalterungen ab. Je näher wir die Vorderhalterung an das Scharnier der Tür platzieren, desto weniger muss der Antrieb zurücklegen, um die Tür zu öffnen oder zu schließen. Ähnlich gilt: Je näher die Rückhalterung am Scharnier ist, desto weniger Hub ist erforderlich, um die Tür zu öffnen.
Es gibt einen Wendepunkt, an dem das Bewegen des Antriebs weiter vom Scharnier entfernt keine großen Änderungen in der Hublänge des Antriebs mehr verursacht, da die Antriebslänge eng mit der Türlänge übereinstimmt und die meiste Bewegung durch die Drehung erfolgt. Dies ist keine gute Position für den Antrieb, da der Hebel sehr schlecht ist, aber wir werden das in den weiteren Abschnitten besprechen.
Abbildung 7: Hublänge in Bezug auf die Position der Vorderhalterung (auch bekannt als Abstand von der Vorderhalterung zum Türscharnier)
Abbildung 8: Hublänge in Bezug auf die Position der Rückhalterung
Wir können in Abbildung 8 sehen, dass die Variation der Position der Rückhalterung die erforderliche Hublänge beeinflusst, aber der Effekt sich ziemlich schnell stabilisiert.
Berechnung der Kraftbewertung des Antriebs
Um die Kraftbewertung für unseren Antrieb zu finden, müssen wir die erwartete Last der Tür bestimmen. Da die Tür sich um die Türscharniere dreht, reicht es nicht aus, nur die Masse der Tür zu kennen, um die auf den Antrieb ausgeübte Kraft zu bestimmen. Für diese Anwendung müssen wir das Massenträgheitsmoment der Tür finden.
Intuitiv wissen wir, dass es viel einfacher ist, eine Tür mit einem Türknauf (der weit vom Scharnier entfernt ist) zu öffnen, als eine Tür zu öffnen, indem man sie irgendwo in der Nähe des Scharniers drückt.
Abbildung 9: Darstellung einer Tür, die sich vertikal öffnet
Das Trägheitsmoment (bezeichnet als I) für die vertikal öffnende Tür um das Scharnier kann wie folgt gefunden werden:
Jetzt, da wir das Trägheitsmoment haben, wissen wir das Drehmoment, das der Antrieb auf die Tür ausüben muss, um sie zu bewegen. Daher können wir die Kraft wie folgt berechnen:
Diese Kraft wird F normal genannt, da dies nur eine Komponente der auf den Antrieb ausgeübten Kraft ist und nicht die gesamte Kraft. Es wird in Abbildung 10 besser veranschaulicht. Wie Sie sehen können, wirkt F normal nicht entlang der Linie L1 oder L2, sondern in einem Winkel.
Abbildung 10: Montageort der Antriebe
Das bedeutet, dass wir F normal von nur einer Kraftkomponente in die gesamte Antriebskraft umwandeln müssen. Da unsere Last eine drehende Tür ist, bleibt die Kraft normal F konstant, aber die auf den Antrieb ausgeübte Last ändert sich. Zum Beispiel, wenn der Antrieb vollständig zurückgezogen ist in Position ①, trägt das Türscharnier den Großteil der Last, sodass der Antrieb nicht viel Kraft erfährt, bis er die Tür bewegen muss. Auf der anderen Seite, wenn der Antrieb in voller Ausdehnung in Position ② ist, unterstützt das Türscharnier die Tür nicht so sehr. In diesem Fall muss der Antrieb den Großteil der Last tragen.
Wir können die zurückgezogene und die ausgefahrene Kraft berechnen, die für den Antrieb erforderlich ist. Je nach Montagebedingungen könnte die Kraft in der ausgefahrenen Position höher sein als die Kraft in der zurückgezogenen Position oder umgekehrt. Aus diesem Grund müssen wir beide berechnen und die höhere auswählen, um sicherzustellen, dass unsere Anwendung robust ist.
Zum Beispiel würde in Abbildung 10 die höchste Kraft auf den Antrieb angewendet, wenn er vollständig ausgefahren ist. Dann müsste die minimale Kraftbewertung für den Antrieb gleich oder höher als F ausgefahren sein.
Fazit
In diesem Blog haben wir vereinfachte Möglichkeiten untersucht, die gewünschte Kraftbewertung und Hublänge für Linearantriebe zu berechnen. Die Gleichungen in diesem Blog können verwendet werden, um ungefähre Anforderungen für die lineare und rotatorische Bewegung der Last zu berechnen. Kontaktieren Sie uns unter sales@progressiveautomations.com für weitere Fragen, und unser Ingenieurteam hilft Ihnen gerne weiter.