Sopivan lineaarisen toimilaitteen valinta

Yksi parhaista asioista työssä Progressive Automationsilla on kuulla asiakkailta, miten he aikovat käyttää toimilaitteitamme. Kotiratkaisuista teollisuussovelluksiin — automaation mahdollisuuksissa vain taivas on rajana. Jotta ideasi lineaaristen toimilaitteiden käytöstä toteutuvat, on määritettävä useita parametreja aiotusta sovelluksesta. Tässä sarjassa esittelemme hyödyllisiä suunnittelutekniikoita sen määrittämiseen, miten toimilaitteitamme voidaan käyttää.

Johdanto

Haluatko nostaa kellarinoven? Tai liu'uttaa piilotetun kirjahyllyn esiin? Hienoa! Mistä aloitetaan…

Ensimmäinen vaihe kaikessa lineaarista liikettä hyödyntävässä suunnittelussa on määrittää, miten toimilaite sijoitetaan liikuttamaan kohdetta. Kun tämä on selvillä, voidaan toimilaitteen perusmitat — sen voima ja pituus — määrittää helposti. Huolellinen paneutuminen yksityiskohtiin tässä vaiheessa voi jopa säästää rahaa, sillä järjestelmä saattaa toimia ilman lisäkytkimiä liikkeen rajoittamiseen (tästä lisää myöhemmin); huono suunnittelu voi johtaa lineaariseen liikejärjestelmään, joka liikkuu tarpeettoman hitaasti, kuormittaa ympäröivää rakennetta liikaa, on altis ylikuumenemiselle tai on yleisesti turvaton.

Suunnittelun tavoitteet

Tämän suunnitteluprosessin tavoitteena on valita toimilaite ja kiinnitysasento, joka:

1. maksimoi liikkeen määrän järjestelmässä,
2. pitää toimilaitteen turvallisissa käyttöolosuhteissa,
3. minimoi kulumisen ja rasituksen toimilaitteessa.

Toimilaitteen valinta

Tämä vaihe on tärkein, kun olet päättänyt tehdä sovelluksen, joka käyttää sähkötoimilaitteita.

Kokonaispituus

Toimilaitteen kiinnitysreikien välinen etäisyys (poikkeuksena PA-18-kiskotoimilaite) voidaan kuvata seuraavilla yhtälöillä:

Huomautus: kotelon runko (joka sisältää Moottorin, Hammaspyörät ja alaosan Kiinnityksen) on kullekin toimilaitesarjalle ominainen vakio-osa ja riippumaton Iskun pituudesta. Sivun, jolla on taulukot kaikkien toimilaitemalliemme vakiovarastoitujen iskujen sisäänvedetyistä ja ulos vedetyistä pituuksista, löydät Hole to Hole -välilehdeltä resurssit-sivulta.

Rajakytkimet

Kaikissa sähköisissä lineaarisissa toimilaitteissamme on sisäänrakennetut Rajakytkimet, jotka pysäyttävät Moottorin automaattisesti, kun toimilaite on täysin ulkona tai sisällä. Sisäinen Rajakytkin toimii katkaisemalla Moottorin virtapiirin, joten siihen voidaan luottaa toimilaitteen turvallisessa ja johdonmukaisessa pysäyttämisessä tietyssä kohdassa. Jos toimilaite lakkaa liikkumasta, koska se on jumissa jotakin vasten, joko toimilaite rikkoutuu tai se rikkoo Kiinnitysrakenteen. Siksi ainoa turvallinen tapa pysäyttää toimilaite ennen kuin se on täysin ulkona tai sisällä on katkaista virta ulkoisesti.

On hyvä käytäntö varata toimilaitteelle tila liikkua täysin ulos tai sisään ja antaa sen sisäisten Rajakytkimien määrittää järjestelmän liikkeen kokonaispituus. Jos järjestelmää ei voida rakentaa siten, että toimilaite voi liikkua täysin ulos tai sisään, voidaan järjestelmään sijoittaa ulkoiset Rajakytkimet niin, että toimilaite (tai muu liikkuva osa) tekee kontaktin ennen kuin toimilaite on täysin ulkona tai sisällä.

Kiinnityksen sijainti

Toimilaitteen Kiinnityksen sijainti vaikuttaa sekä suurimpaan voimaan, jota toimilaitteen on tuotettava, että Iskun pituuteen. Yleisesti ottaen mitä huomaamattomampi tai piilotetumpi Kiinnityksen sijainti on, sitä suurempi voima tarvitaan kohteen liikuttamiseen. On tärkeää muistaa, että tapa, jolla toimilaite on kiinnitetty, voi helposti kaksin- tai nelinkertaistaa näennäisen voiman toimilaitteessa, joten voiman arviointi kannattaa aina tehdä, vaikka karkeanakin arviona.

Yleinen harhaluulo lineaarisista toimilaitteista on, että ne voivat korvata kaasujouset (eli iskunvaimentimet) asentamalla ne täsmälleen samaan paikkaan. Kaasujouset auttavat pitämään kohteen paikallaan tai pienentävät kohteen liikuttamiseen tarvittavaa voimaa; ne eivät tuota kaikkea liikuttavaa voimaa kuten toimilaitteen täytyy tehdä. Kaasujouset ovat myös matalaprofiilisia ja ne voidaan asentaa hyvin huomaamattomasti. Toimilaitteen sijoitus samaan paikkaan, jossa kaasujousi aiemmin oli (esim. auton konepellin alla), tulisi tehdä vasta sen jälkeen kun on laskettu suurin voima, jota toimilaitteen täytyy liikuttaa.

Ellei toimilaite liu'uta kohdetta samaan suuntaan kuin mihin se on asennettu, toimilaite todennäköisesti kääntyy Kiinnityksissään liikuttaessaan kohdetta. Varmista, että toimilaitteella on riittävästi tilaa liikkua ja että sen ainoa kosketus tukirakenteeseen tapahtuu Kiinnityskannakkeiden kautta.

Voima ja vääntömomentti

Kun pituus ja Kiinnityksen sijainti on valittu, ainoa jäljellä oleva tehtävä on laskea toimilaitteen suurin kuormittava voima. Toimilaite kokee erilaisia voimia riippuen siitä, miten se on kiinnitetty. Helppo tapa laskea voimia pyörivissä järjestelmissä on muuntaa voimat vääntömomenteiksi.

Vipuvarsi

Painovoima pyrkii luomaan vääntömomentin myötäpäivään vipuvarrella, joka vastaa puolet palkin pituudesta. Toimilaitteen tarvitsema voima tämän momentin vastustamiseen riippuu toimilaitteen muodostamasta vipuvarresta ja kulmasta, jonka toimilaite muodostaa palkkiin nähden.

Kulma

Kiinnityspaikka B on palkin keskellä, joten painovoiman ja toimilaitteen aiheuttamien momenttien vipuvarret ovat samat. Kiinnitysasema A on saranoiden ja palkin keskikohdan välissä, joten toimilaitteen muodostama vipuvarsi on pienempi kuin painovoiman vipuvarsi.

 

 

 

 

Figure 1: Pivoting member with possible mounting locations highlight

Siksi toimilaitteeseen kohdistuvan voiman on sijainnissa A oltava suurempi kuin sijainnissa B. Molemmissa tapauksissa suurin voima esiintyy, kun palkki on vaakatasossa; palkin laskiessa pienenee toimilaitteen paikallaan pitämiseen tarvittava voima, koska painovoiman vipuvarsi pienenee.  

Edellä oleva tarkastelu käsitteli sitä, miten Kiinnityksen sijainti vaikuttaa vipuvarteen ja toimilaitteeseen kohdistuviin voimiin. Voiman täydellinen määrittäminen edellyttää kulman huomioimista, joka muodostuu toimilaitteen ja palkin välille. Mitä pienempi palkin ja toimilaitteen välinen kulma on, sitä suurempi voima kohdistuu toimilaitteeseen. Koska voima toimilaitteessa on suurin, kun palkki on vaakasuora, toimilaitteen ja palkin välisen kulman tulisi tuolloin olla mahdollisimman lähellä 90 astetta.

Tämä merkitsisi tietysti sitä, että toimilaite on asennettu suoraan palkin alle, lattialle, mikä ei ole kovin käytännöllistä. Harkitse Kiinnitysasemia 1 ja 2 yhdistettynä B:hen: toimilaitteen muodostama kulma 1B:ssä on pienempi kuin kulma 2B:ssä, joten tarvittava voima on suurempi. Huomaa kuitenkin, että toimilaite sijainnissa 2B ei pysty liikuttamaan kohdetta yhtä pitkälle kuin esimerkiksi 1A. Yleisesti ottaen, kun Kiinnityksen sijaintia muutetaan niin, että toimilaitteeseen kohdistuva voima pienenee, pienenee myös järjestelmän kokonaisliikealue.

Päätelmä

In general, the design process is iterative: the preliminary design will narrow down the list of actuators that will work in the system, the next iteration of the design might include a specific actuator series and later iterations hone in on the exact model that will work for the system. While we do have a huge selection of linear actuators, we stock only specific forces and stroke lengths. We keep all the most commonly used sizes of actuators in stock, but if a niche application requires something you don’t see in stock on our website, call us up: we can custom manufacture actuators to whatever specification you need!