A quali caratteristiche fisiche presti attenzione in un attuatore? Quali sono i parametri più importanti che consideri? Sebbene gli attuatori siano principalmente responsabili del moto lineare, anche le loro caratteristiche di moto rotazionale fanno la differenza. Il motivo è semplice: gli attuatori generano coppia. Quando viene trasmessa a un sistema di azionamento, provoca un movimento lineare.
Il calcolo della coppia di un attuatore elettrico è un compito a cui migliaia di ingegneri e appassionati di tecnologia in tutto il mondo dedicano le proprie competenze. Abbiamo preparato questa breve panoramica insieme a una formula per il calcolo della coppia di un attuatore lineare per aumentare la consapevolezza e aiutarti a portare a termine questo compito.
Che cos'è la coppia e perché dobbiamo calcolarla?
La coppia è una grandezza fisica che rientra tra le caratteristiche tecniche più importanti di un attuatore. È l’equivalente della forza nei movimenti rotazionali. Se applichi una coppia a un oggetto, questo inizia a ruotare attorno a un asse. Questo asse è chiamato fulcro. La distanza tra il punto di applicazione della coppia e il fulcro è il braccio del momento. La coppia può riferirsi al momento di una forza. La differenza è che la coppia produce effettivamente la rotazione attorno al fulcro. Il momento, invece, è una forza applicata a una distanza senza produrre rotazione. Ma perché è così importante? Il calcolo della coppia di un attuatore pneumatico è fondamentale per l’elevata domanda di veicoli sempre più efficienti ed economici. Tutti cerchiamo auto che consumino meno carburante e offrano maggiore sicurezza e affidabilità. Inoltre, esistono requisiti legali sulle emissioni. La coppia è determinante per lo sviluppo di un motore moderno e potente. Coppia e velocità di rotazione sono le grandezze fisiche necessarie per calcolare la potenza meccanica. Il calcolo della coppia per l’attuatore è anche un componente importante delle prove. Con l’aiuto di trasduttori di coppia, si eseguono misure di coppia in-linea. Questo ha un ruolo enorme nell’ottimizzazione dei meccanismi.
Settori e meccanismi che utilizzano ampiamente gli attuatori
Per calcolare la coppia di un attuatore, dobbiamo innanzitutto capire quanto siano diffusi questi strumenti. La maggior parte dei meccanismi moderni ne ha bisogno per prestazioni di alta qualità:
Industria generale
Diversi tipi di attuatori sono essenziali per il bloccaggio, la tensionatura, il posizionamento e l’inclinazione di dispositivi e meccanismi.
Movimentazione dei materiali
Gli attuatori aiutano a ruotare e posizionare contenitori con vari materiali, inclusi quelli pericolosi. Sono inoltre necessari per guidare e azionare valvole in esercizio.
Robotica
Il calcolo della coppia è importante nella robotica. Sia i robot fai-da-te sia l’ingegneria avanzata ruotano grazie agli attuatori.
Settore nautico
Gli attuatori lineari sono ampiamente utilizzati per aprire e chiudere i boccaporti delle imbarcazioni a motore. Consentono la movimentazione dei carichi e l’oscillazione dei portelli, oltre a molti altri processi significativi. Motori, cilindri, viti, valvole e altri tipi di utensili e attrezzature funzionano al meglio grazie agli attuatori. Gli attuatori che producono movimenti di spinta e trazione convertono il moto rotatorio del motore in moto lineare. Gli attuatori rotativi producono un moto rotatorio che può essere convertito anch’esso in lineare. In entrambi i casi, è necessario calcolare la coppia dell’attuatore e poi procedere ai passaggi successivi.
Che cos’è il calcolo della coppia e come determinarla
Il calcolo della coppia di un attuatore lineare significa determinare la forza rotazionale che l’attuatore elettrico può applicare alla valvola o ad altri componenti del meccanismo per chiuderli o metterli in movimento. Poiché la coppia è una grandezza vettoriale, il calcolo comprende 2 componenti principali:
Definire la direzione
Per definire la direzione della coppia, utilizza la regola della mano destra. Chiudi le dita della mano destra dalla direzione del raggio verso la direzione della forza. Quando è tutto fatto correttamente, il pollice punta nella direzione giusta.
Definire il modulo
Per prima cosa, parleremo della coppia come grandezza fisica. Analizziamo lo scenario più semplice. Nel caso in cui la forza sia perpendicolare all’asse di rotazione, la formula è piuttosto semplice:
dove τ è la coppia, F è la forza applicata e d è la distanza dal fulcro. Tuttavia, di solito non è così semplice e l’angolo tra i vettori F e d deve essere preso in considerazione. Quindi, la formula è la seguente:
In molte fonti la coppia può essere indicata con una “T” maiuscola invece di τ che usiamo qui.
Calcoli della coppia nel dettaglio
Ora sappiamo come calcolare τ, ovvero la quantità di sforzo torcente prodotta dall’attuatore. Tuttavia, il calcolo della coppia per un attuatore pneumatico richiede molta più attenzione e impegno rispetto al semplice esempio sopra. In questo caso, dobbiamo esplorare diversi tipi di coppia che hanno un impatto sul tuo progetto:
Coppia di progetto
È il valore massimo della coppia da fornire in una determinata applicazione. È determinata dal design dell’attuatore. Deve essere presa in considerazione quando si calcola la coppia richiesta dal tuo progetto.
Coppia di carico
È responsabile del sostegno del peso del carico.
Coppia d’attrito
È la forza necessaria per superare l’attrito tra le parti in movimento dell’attuatore. La sua entità dipende dal materiale con cui è realizzato l’attuatore. La coppia d’attrito è nulla per un carico sospeso.
Coppia di accelerazione
Il movimento può includere anche dell’inerzia. Per superarla si considera la coppia di accelerazione.
Coppia di ammortizzazione
La decelerazione angolare dipende dalla coppia di ammortizzazione dell’attuatore.
Coppia richiesta
È la coppia necessaria per svolgere il lavoro. Per calcolarla con precisione, devi conoscere la coppia di carico, la coppia d’attrito e la coppia di ammortizzazione.
Analisi dei risultati
È il momento di analizzare ciò che hai. Nota che, quando decidi lo strumento che si adatta meglio alle tue esigenze, è necessario comprendere tutti i requisiti del prodotto e le limitazioni di ogni singolo componente. I risultati ottenuti sono importanti per il dimensionamento del motore. Le prestazioni dell’attrezzatura dipendono dall’accuratezza dei tuoi calcoli. Questi calcoli sono anche il modo per capire quale accelerazione può verificarsi e quale carico il meccanismo può sostenere. Ecco gli aspetti più importanti da tenere a mente:
- Se la coppia di ammortizzazione è superiore agli standard del settore, sono possibili danni;
- Se la coppia richiesta è superiore alla coppia che l’attuatore può fornire, si muoverà troppo lentamente e non sarà in grado di eseguire il compito necessario;
- Se qualcosa non è chiaro, contattaci e discutiamo i risultati più a fondo.
In conclusione
La maggior parte dei produttori fornisce informazioni dettagliate sulle caratteristiche tecniche degli strumenti e dei dispositivi offerti. Tuttavia, nel tuo progetto può presentarsi la necessità di calcolare la coppia dell’attuatore. Questo compito richiede di approfondire i calcoli e di ottenere una chiara comprensione dei processi. Segui la nostra guida per calcolare correttamente i risultati - oppure contattaci e facciamolo insieme.