Uno dei passaggi più importanti nella scelta di un attuatore lineare è selezionare la corretta forza nominale. È piuttosto semplice quando l’applicazione richiede di sollevare verticalmente un carico, perché il peso del carico da sollevare è uguale alla forza richiesta all’attuatore. Uno scenario più impegnativo si presenta con applicazioni a cerniera, come avviene comunemente con coperchi, botole e finestre.
In questo articolo userò l’esempio di una botola per illustrare i concetti di base sulla forza. L’obiettivo è evidenziare visivamente gli effetti della posizione di montaggio dell’attuatore sulla forza effettivamente richiesta all’attuatore. Questo ti permetterà di montare l’attuatore nel modo più efficiente oppure di scegliere un attuatore con forza maggiore per posizioni di montaggio meno efficienti.
Peso della botola
Per l’applicazione di esempio con la botola, il carico è la porta stessa. Supponendo che la porta sia un oggetto simmetrico, il centro di gravità si troverà esattamente al centro. È lì che agisce la forza di gravità. Questa è la forza da vincere per aprire la porta.
L’angolo della forza di gravità
Immagina di trovarti sotto la porta e di doverla spingere per aprirla. Noterai che servirà più forza quando è completamente chiusa. Man mano che si apre, la forza necessaria si riduce gradualmente finché, a porta completamente aperta, serve a malapena forza per mantenerla sollevata.
Questo perché la forza di gravità sulla porta si scompone in 2 componenti, come mostrato nel diagramma qui sotto. Nota che la dimensione delle frecce rappresenta la forza richiesta rispetto alle altre forze.
In questo scenario, la forza applicata dalla tua mano deve eguagliare solo la componente perpendicolare alla porta, come mostrato dalle frecce gialle. Questa forza all’inizio è uguale alla forza di gravità quando la porta è completamente chiusa e poi si riduce a zero quando è completamente aperta. Lo stesso accade quando installi un attuatore lineare. In altre parole, la massima forza richiesta per questa applicazione si verifica quando la porta è completamente chiusa.
Posizione della forza sulla botola
Nel diagramma sopra, le frecce gialle indicano le forze necessarie a muovere la porta se la spinta avviene da quel punto. In questa applicazione, la porta agisce come una leva. Ciò significa che, se applichi la forza più lontano dalla cerniera rispetto al punto in cui agisce la forza di gravità, sarà necessaria meno forza.
L’angolo della forza dell’attuatore
Abbiamo visto che la forza necessaria per aprire la porta varia in base all’angolo della porta. Lo stesso concetto vale per l’angolo dell’attuatore. La forza esercitata dall’attuatore si scompone in 2 componenti, come nel diagramma qui sopra.
La componente perpendicolare all’attuatore (gialla) è l’unica che muove la porta. Quando l’attuatore è parallelo alla porta, la porta non si aprirà nonostante l’enorme forza applicata. Al contrario, quando l’attuatore è perpendicolare alla porta potrà utilizzare il 100% della forza esercitata per aprirla. In sostanza, tutte le forze parallele alla porta sono sprecate.
In conclusione, la posizione di montaggio più efficiente per l’attuatore prevede il collegamento all’estremità della porta (massimizza il braccio di leva) e la perpendicolarità rispetto alla porta (massimizza la forza dell’attuatore applicata alla porta).
Un aspetto da considerare è la lunghezza dell’attuatore necessaria per aprire la porta all’altezza desiderata. Se l’attuatore fosse montato più vicino alla cerniera (richiede più forza), allora sarebbe necessaria una corsa molto più breve. In questo caso, è un gioco di compromessi tra efficienza in termini di forza ed efficienza di spazio.
Spero che questo articolo ti sia stato utile nel percorso di scelta dell’attuatore lineare più adatto alla tua applicazione. Ti invitiamo a chiamarci e a parlare con i nostri disponibili ingegneri al 1-800-676-6123.
