Forenklede beregninger for valg av aktuatorparametere

Det er elektriske og mekaniske hensyn som må tas i betraktning når man implementerer en lineær aktuator. Det kan noen ganger være vanskelig å velge riktig størrelse og kraft. For eksempel kan aktuatoren være klassifisert til å håndtere dobbelt så mye kraft som en falldør, men fortsatt ha problemer med å åpne den. Dette kan skje på grunn av kraftpåføringsvinkelen eller utilstrekkelig innflytelse.

I denne bloggen vil vi dele et sett med forenklede beregninger som vil gi et godt utgangspunkt for krav til kraft og slaglengde for en lineær aktuator.

Lineær bevegelse

Når vi snakker om lineær bevegelse, mener vi at lastens bevegelse er lineær, og dette kan være i form av en løft eller en pumpe. Denne bloggen vil hovedsakelig gå gjennom vertikal bevegelse, men de samme teknikkene kan også være nyttige for å analysere horisontal bevegelse. La oss ta en titt på eksemplet i figuren nedenfor.

Figur 1: Lineær bevegelse med aktuator i en vinkel

Her har vi en aktuator i en vinkel som prøver å bevege en masse oppover. Massen har ruller på begge sider for å indikere at den bare kan bevege seg opp og ned. Monteringsstedene foran og bak på aktuator er festet på plass slik at de bare kan rotere.

Beregning av aktuatorens slaglengde

Hvis X1 var 0, den lineær aktuator ville ikke lenger være i en vinkel, så den vertikale avstanden lasten ville bevege seg ville være lik slaget.

La oss se på et mer utfordrende tilfelle der X1 er ikke 0. For å oppnå vertikal bevegelse av lasten, må elektrisk aktuator måtte begge deler forlenge og rotereDette er fordelaktig fordi aktuatoren vil ta opp mindre plass. Da vil ikke slaglengden være lik den vertikale forskyvningen. For å finne slaglengden må vi gjøre litt lett matematikk!

Husk at slag rett og slett er forskjellen mellom den fullt utstrakte aktuatorlengde og den helt tilbaketrukne aktuatorlengden.

Lengdene på aktuatoren helt inntrukne og forlengede er hypotenusen i en trekant som utgjør bakre og fremre fester.

Figur 2: Finne inntrukne (L1) og utstrakte (L2) lengder på en aktuator

Ved å bruke denne metoden kan vi finne slaglengden som tilsvarer den ønskede vertikale bevegelsesavstanden til massen. Basert på formelen, jo mindre X1-verdien er, desto mer vil slaglengden tilsvare den vertikale bevegelsen. Hvis X1 er stor, vil små økninger i slaglengden føre til store endringer i vertikal bevegelsesavstand.

Hvis aktuatoren ble plassert strengt vertikalt, vil høydeendringen ganske enkelt være lik aktuatorens forlengelse. Å plassere aktuatoren i en vinkel vil øke massens totale lineære bevegelsesområde, og aktuatoren kan ta opp mindre plass. Når det er sagt, vil det også forårsake noe sidebelastning, og vi må være forsiktige så vi ikke forårsaker aktuatorens stang å bøye. Kortere slaglengder anbefales når aktuatoren plasseres i en slik vinkel.

Figur 3: Sammenligning av slaglengde vs. bevegelsesavstand for lineær bevegelse

Beregning av aktuatorkraftklassifisering

Vi kan fortsette å bruke trekanternes egenskap for å finne aktuatorkraftMerk at hvis aktuatoren er i en vinkel, vil kraften den påfører bli delt inn i en horisontal og en vertikal komponent. Den horisontale komponenten av kraften bidrar ikke til bevegelsen. Den vertikale komponenten av kraften vil presse massen oppover, så vi må sørge for at det er nok kraft fra aktuatoren til enhver tid.

Figur 4: Kraftfordeling for lineær bevegelse

Vi starter med å beregne den vertikale kraften til massen.

Vi kan beregne den nødvendige vertikale kraften til aktuatoren som følger:

Her bruker vi L1 fordi aktuatoren vil ha den laveste vertikale kraften når den er helt inntrukket. velge en aktuator, må vi sørge for at den er i stand til å håndtere dynamisk og statisk kraft som er høyere enn Totalt som vi har beregnet.

Roterende bevegelse

Når vi snakker om roterende bevegelse, mener vi at lasten eller massen roterer rundt en akse. Dette kan være en applikasjon med en dør eller luke som kan åpnes. Det kan til og med være å vippe et lasteplan på en lastebil.

Figur 5: Rotasjonsbevegelse med en aktuator i en vinkel

I figur 5 ser vi på en sidevisning av en vertikal dør eller luke som er satt opp for å åpnes med en lineær aktuator. Full inntrekking av aktuatoren er indikert med posisjon ① og full uttrekk er indikert med posisjon ②. En aktuator er montert i en vinkel, både i full forlengelse og i full tilbaketrekning. 

Eksemplet bruker den lineære aktuatoren montert i en vinkel for å gi et mer generelt tilfelle. Hvis du vil finne slaglengden og kraften til aktuatoren når den er montert vinkelrett på døren, kan du fortsette med veiledningen, men angi følgende:

Beregning av aktuatorens slaglengde

Vi bruker den samme trekantmetoden som vi brukte i den lineære bevegelsesdelen denne gangen. Den eneste endringen er at trekantene er konstruert annerledes denne gangen.

Figur 6: Finne lengden på inntrukket (L1) og utstrakt (L2) aktuator

Som før er slaglengden forskjellen mellom aktuatorens helt utstrakte og helt inntrukne lengde. Vi kan finne den enkelt som følger:

I dette tilfellet avhenger aktuatorens slaglengde i stor grad av plasseringen av de fremre og bakre festene. Jo nærmere vi plasserer den fremre festen dørhengslet, desto mindre må aktuatoren bevege seg for å åpne eller lukke døren. På samme måte, jo nærmere den bakre festen er hengslet, desto mindre slag kreves det for å åpne døren.

Det finnes et vendepunkt der det å flytte aktuatoren lenger bort fra hengslet ikke lenger forårsaker store endringer i aktuatorens slaglengde fordi aktuatorens lengde samsvarer nøye med dørens lengde, og mesteparten av bevegelsen skjer gjennom rotasjon. Dette er ikke en god posisjon for aktuatoren fordi gearingen er svært dårlig, men vi vil diskutere det i de senere avsnittene.

Figur 7: Slaglengde i forhold til frontmonteringsposisjon (også kjent som avstand fra frontmontering til dørhengsel)

Figur 8: Slaglengde i forhold til bakre monteringsposisjon

Vi kan se fra figur 8 at varierende monteringsposisjon bak påvirker den nødvendige slaglengden, men effekten har en tendens til å flate ut ganske raskt.

Beregning av aktuatorkraftklassifisering

For å finne kraftklassifiseringen for aktuatoren vår, må vi bestemme den forventede belastningen på døren. Fordi døren roterer rundt dørhengslene, er det ikke nok å bare vite dørens masse for å bestemme kraften som utøves på aktuatoren. For denne applikasjonen må vi finne massetreghetsmoment av døren.

Intuitivt vet vi at det er mye enklere å åpne en dør med et dørhåndtak (som er plassert langt unna hengslet) enn å åpne en dør ved å trykke et sted i nærheten av hengslet.

Figur 9: Representasjon av en døråpning vertikalt

Treghetsmomentet (betegnet som I) for den vertikalt åpnende døren rundt hengslet kan finnes som følger:

Nå som vi har treghetsmomentet, vet vi dreiemomentet som aktuatoren må påføre døren for å bevege den. Derfor kan vi beregne kraften som følger:

Denne kraften kalles F-normal fordi dette bare er én komponent av kraften som påføres aktuatoren og ikke hele kraften. Det er bedre illustrert i figur 10. Som du kan se, F-normal virker ikke langs L1- eller L2-linjen, men i en vinkel.

Figur 10: Monteringsplassering av aktuatorene

Dette betyr at vi må konvertere F-normal fra bare en komponentkraft til full aktuatorkraft. Fordi lasten vår er en roterende dør, F-normal Kraften forblir konstant, men lasten som påføres aktuatoren endres. For eksempel når aktuatoren er helt trukket tilbake i posisjon ①, dørhengslet tar mesteparten av belastningen, så aktuatoren vil ikke oppleve mye kraft før den må bevege døren. På den annen side, når aktuatoren er i full utstrakt posisjon. ② Dørhengslet støtter ikke døren like mye. I så fall må aktuatoren holde mesteparten av lasten.

Vi kan beregne den inntrukne og uttrukne kraften som aktuatoren trenger. Avhengig av montering Under slike forhold kan kraften i utstrakt posisjon være høyere enn kraften i inntrukket posisjon, eller den kan være omvendt. Av denne grunn må vi beregne begge deler og velge den høyeste for å sikre at applikasjonen vår er robust.

For eksempel, i figur 10, ville den høyeste kraften bli påført aktuatoren når den er helt utstrakt. Da må minimumskraftklassifiseringen for aktuatoren være lik eller høyere enn F utvidet.

Konklusjon

I denne bloggen har vi sett på forenklede måter å beregne ønsket kraftvurdering og slaglengde for lineære aktuatorerLigningene i denne bloggen kan brukes til å beregne omtrentlige krav til lastens lineære og roterende bevegelse. Ta kontakt med oss på sales@progressiveautomations.com for ytterligere spørsmål, så hjelper vårt ingeniørteam deg gjerne.