Op welke fysieke eigenschappen let u bij een actuator? Welke zijn de belangrijkste parameters waarmee u rekening houdt? Hoewel actuators vooral voor lineaire beweging zorgen, doen hun eigenschappen bij rotatie er ook toe. De reden is eenvoudig: actuators produceren koppel. Wanneer dat naar een aandrijfsysteem wordt overgebracht, veroorzaakt het lineaire beweging.
Het berekenen van het koppel van een elektrische actuator is een taak waar duizenden ingenieurs en technologie‑liefhebbers wereldwijd hun vaardigheden aan wijden. We hebben deze korte review samengesteld, inclusief een formule voor de berekening van het koppel van een lineaire actuator, om uw inzicht te vergroten en u te helpen deze taak te volbrengen.
Wat is koppel en waarom moeten we het berekenen?
Koppel is een fysieke grootheid die tot de belangrijkste technische kenmerken van een actuator behoort. Het is het equivalent van kracht bij roterende bewegingen. Als u koppel op een object uitoefent, begint het rond de as te draaien. Deze as wordt het draaipunt genoemd. De afstand van het aangelegde koppel tot het draaipunt is de momentarm. Koppel kan verwijzen naar een moment van kracht. Het verschil is dat koppel daadwerkelijk de rotatie rond het draaipunt veroorzaakt. Een moment is in feite een kracht die over een afstand wordt uitgeoefend zonder rotatie te veroorzaken. Maar waarom is dat zo belangrijk? Het berekenen van het koppel van pneumatische actuators is zeer belangrijk vanwege de grote vraag van klanten naar voertuigen met extra efficiënte en zuinige eigenschappen. We zoeken allemaal naar auto’s die minder brandstof nodig hebben en veiliger en betrouwbaarder zijn. Daarnaast zijn er wettelijke emissie‑eisen. Koppel is belangrijk voor de ontwikkeling van een krachtige, moderne motor. Koppel en rotatiesnelheid zijn de fysieke grootheden die nodig zijn om mechanisch vermogen te berekenen. Het berekenen van het koppel van de actuator is ook een belangrijk onderdeel van testen. Met behulp van koppelsensoren wordt de inline koppelmeting uitgevoerd. Dit speelt een grote rol bij de optimalisatie van mechanismen.
Sectoren en mechanismen die actuators veel gebruiken
Om het koppel van een actuator te berekenen, moeten we eerst begrijpen hoe breed deze hulpmiddelen worden ingezet. De meeste moderne mechanismen hebben ze nodig voor prestaties van hoge kwaliteit:
Algemene industrie
Verschillende typen actuators zijn essentieel voor het klemmen, spannen, positioneren en kantelen van apparaten en mechanismen.
Materiaalbehandeling
Actuators helpen containers met diverse materialen, inclusief gevaarlijke, te draaien en te positioneren. Ze zijn ook nodig voor het aansturen van bedieningskleppen.
Robotica
Koppelberekening is belangrijk in de robotica. Zowel zelfbouwrobots als geavanceerde engineering draaien dankzij actuators.
Maritieme sector
Lineaire actuators worden veel gebruikt om luiken van motorboten te openen en te sluiten. Ze maken vrachtbehandeling en het zwenken van luiken mogelijk, evenals vele andere belangrijke processen. Motoren, cilinders, schroeven, kleppen en andere soorten gereedschap en apparatuur presteren goed dankzij actuators. Die actuators die duw‑ en trekbewegingen produceren, zetten de rotatiebeweging van de motor om in lineaire beweging. De roterende actuators produceren een roterende beweging die eveneens naar lineair kan worden omgezet. In beide gevallen is het nodig het koppel van de actuator te berekenen en vervolgens met de volgende stappen door te gaan.
Wat is koppelberekening en hoe bepaal je die?
Het berekenen van het koppel van een lineaire actuator betekent het bepalen van de roterende kracht die de elektrische actuator op de klep of andere componenten van het mechanisme kan uitoefenen om deze te sluiten of in beweging te zetten. Aangezien koppel een vectorgrootheid is, bestaat de berekening uit twee primaire componenten:
De richting bepalen
U moet de rechterhandregel gebruiken om de richting van het koppel te bepalen. Krul uw vingers van de rechterhand van de richting van de straal naar de richting van de kracht. Als alles correct is gedaan, wijst de duim in de juiste richting.
De grootte bepalen
Allereerst bespreken we koppel als fysieke grootheid. Laten we het eenvoudigste scenario analyseren. In het geval dat de kracht loodrecht staat op de rotatieas, is de formule vrij eenvoudig:
waarbij τ het koppel is, F de uitgeoefende kracht, en d de afstand tot het draaipunt. Meestal is het echter niet zo eenvoudig en moet rekening worden gehouden met de hoek tussen de vectoren F en d. Dus luidt de formule als volgt:
In veel bronnen wordt koppel met een hoofdletter “T” aangeduid in plaats van τ, dat we hier gebruiken.
Koppelberekeningen in detail
We weten nu hoe we τ, of de hoeveelheid draaikracht die door de actuator wordt opgewekt, kunnen berekenen. De koppelberekening voor een pneumatische actuator vereist echter veel meer aandacht en inspanning dan het eenvoudige voorbeeld hierboven. In dit geval moeten we verschillende soorten koppel onderzoeken die invloed hebben op uw project:
Ontwerpkoppel
Dit is de maximale grootte van het koppel die in een bepaalde toepassing moet worden geleverd. Het wordt bepaald door het ontwerp van de actuator. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het berekenen van het koppel dat uw project vereist.
Belastingskoppel
Dit is verantwoordelijk voor het ondersteunen van het gewicht van de belasting.
Wrijvingskoppel
Dit is de kracht die nodig is om de wrijving tussen de bewegende delen van de actuator te overwinnen. De grootte hangt af van het materiaal waaruit de actuator is vervaardigd. Het wrijvingskoppel is nul bij een hangende belasting.
Versnellingskoppel
De beweging kan ook enige traagheid omvatten. Om die te overwinnen, wordt het versnellingskoppel meegenomen.
Dempperkoppel
De hoekvertraging is afhankelijk van het demperkoppel van de actuator.
Vereist koppel
Dit is het koppel dat nodig is om het werk te doen. U moet het belastingskoppel, het wrijvingskoppel en het demperkoppel kennen om het nauwkeurig te berekenen.
De resultaten analyseren
Het is tijd om te analyseren wat u heeft. Houd er rekening mee dat het nodig is alle producteisen en de beperkingen van elk afzonderlijk component te begrijpen wanneer u beslist welk hulpmiddel het beste bij uw behoeften past. De resultaten die u verkrijgt zijn belangrijk voor motordimensionering. De prestaties van de apparatuur hangen af van de nauwkeurigheid van uw berekeningen. Deze berekeningen zijn ook uw manier om te begrijpen welke versnelling kan optreden en welke belasting het mechanisme kan houden. Dit zijn de belangrijkste uitkomsten om in gedachten te houden:
- Als het demperkoppel hoger is dan de industriestandaarden, kan er schade optreden;
- Als het vereiste koppel hoger is dan het koppel dat de actuator kan leveren, zal deze te langzaam bewegen en niet in staat zijn de benodigde taak uit te voeren;
- Als er iets onduidelijk blijft, neem dan contact met ons op en laten we de resultaten grondiger bespreken.
Tot slot
De meeste fabrikanten bieden gedetailleerde informatie over de technische kenmerken van de tools en apparaten die ze leveren. Toch kan het in uw project nodig zijn het koppel van de actuator te berekenen. Deze taak vereist dat u dieper in de berekeningen duikt en de processen helder begrijpt. Volg onze gids om de resultaten correct te berekenen – of neem contact met ons op en laten we het samen doen.