Een van de leuke dingen aan werken bij Progressive Automations is horen van klanten hoe zij van plan zijn onze actuatoren te gebruiken. Van toepassingen in huis tot industriële toepassingen: de mogelijkheden voor automatisering zijn eindeloos. Om uw ideeën voor het gebruik van onze lineaire actuatoren te realiseren, moeten er veel parameters van de beoogde toepassing worden bepaald. In deze serie geven we nuttige ontwerpmethoden om te bepalen hoe onze actuatoren kunnen worden ingezet.
Introductie
Dus u wilt een kelderdeur optillen? Of een verborgen boekenkast laten schuiven? Mooi! Waar beginnen we …
De eerste stap in elk ontwerp met lineaire beweging is bepalen hoe de actuator gepositioneerd wordt om een object te verplaatsen. Zodra dat vaststaat, kunnen de basisafmetingen van de actuator – de kracht en de lengte – eenvoudig worden bepaald. Nauwkeurige aandacht voor details in deze ontwerpfase kan zelfs geld besparen, omdat het systeem mogelijk kan werken zonder extra schakelaars om de beweging te begrenzen (daarover later meer); slechte planning kan een lineair bewegingssysteem opleveren dat onnodig traag is, buitensporige belasting op de omliggende constructie legt, gevoelig is voor doorbranden of in het algemeen onveilig is.
Ontwerpdoelen
Het doel van dit ontwerpproces is een actuator en montagelocatie te kiezen die:
- de beweging in het systeem maximaliseert,
- de actuator binnen veilige bedrijfscondities houdt,
- slijtage en belasting van de actuator minimaliseert.
Selecteren van een actuator
Deze stap is het belangrijkst wanneer u hebt besloten een toepassing te maken die elektrische actuatoren gebruikt.
Totale lengte
De afstand tussen de montagegaten van een actuator (met uitzondering van de PA-18 railactuator) kan worden beschreven met de volgende vergelijkingen:
Opmerking: de behuizing (die de motor, tandwielen en de onderste bevestiging omvat) heeft per actuatorserie een constante, vaste lengte en is onafhankelijk van de slaglengte. Een pagina met tabellen van de ingetrokken en uitgeschoven lengtes van alle regelmatig op voorraad zijnde slaglengtes voor elk van onze actuatormodellen is te vinden op het Gat tot gat tabblad van de resource pagina.
Eindschakelaars
Al onze elektrische lineaire actuatoren hebben ingebouwde eindschakelaars die de motor automatisch stoppen wanneer de actuator volledig is uitgeschoven of ingetrokken. De ingebouwde eindschakelaar werkt door het circuit naar de motor te onderbreken en is daarom betrouwbaar om de actuator veilig en consistent op een specifiek punt te stoppen. Als de actuator stopt met bewegen omdat hij ergens tegenaan is vastgelopen, zal ofwel de actuator stukgaan of het object waarop hij is gemonteerd beschadigen. De enige veilige manier om een actuator te stoppen die niet volledig is uitgeschoven of ingetrokken, is daarom de voeding extern te onderbreken.
Het is goede praktijk om een actuator de ruimte te geven om volledig uit te schuiven of in te trekken, en de ingebouwde eindschakelaars het totale bewegingsbereik in een systeem te laten bepalen. Als een systeem niet zo kan worden ontworpen dat de actuator volledig kan uitschuiven of intrekken, kunnen externe eindschakelaars in het systeem worden geplaatst zodat de actuator (of een ander bewegend onderdeel) contact maakt voordat de actuator volledig is uitgeschoven of ingetrokken.
Montagelocatie
De montagelocatie van de actuator heeft invloed op zowel de maximale kracht die de actuator moet leveren als op de slaglengte. In het algemeen geldt: hoe meer een montagelocatie verborgen of discreet is, hoe groter de kracht die nodig is om het object te verplaatsen. Het is belangrijk te onthouden dat de manier waarop een actuator is gemonteerd de ogenschijnlijke kracht op de actuator gemakkelijk kan verdubbelen of verviervoudigen, dus een berekening van de kracht moet altijd worden geprobeerd, al is het maar een globale schatting.
Een veelvoorkomend misverstand over lineaire actuatoren is dat ze gasveren (d.w.z. schokdempers) kunnen vervangen door ze exact op dezelfde plaats te monteren. Gasveren helpen de gebruiker door een object op zijn plaats te houden of door de kracht te verminderen die nodig is om een object te verplaatsen; zij leveren niet alle bewegingskracht zoals een actuator dat moet doen. Gasveren hebben bovendien een laag profiel en kunnen zeer discreet worden gemonteerd. Een actuator op de plek plaatsen waar eerder een gasveer zat (bijvoorbeeld onder de motorkap van een auto) mag alleen gebeuren nadat de maximale kracht is berekend die de actuator moet leveren.
Tenzij de actuator een object in dezelfde richting verschuift als waarin hij is gemonteerd, zal de actuator waarschijnlijk in zijn bevestigingen meedraaien terwijl hij het object beweegt. Let erop dat de actuator voldoende ruimte heeft om te bewegen en dat het enige contact met de dragende structuur via de montagebeugels plaatsvindt.
Kracht en koppel
Nadat u een lengte en montagelocatie hebt gekozen, is de enige resterende taak bij het kiezen van een actuator het berekenen van de maximale kracht op de actuator. Een actuator ondervindt verschillende krachten afhankelijk van hoe hij is gemonteerd. Een eenvoudige methode om kracht te berekenen in systemen met roterende beweging is alle krachten om te zetten in draaimomenten.
Hefboomarm
De zwaartekracht heeft de neiging een draaimoment met de klok mee te veroorzaken, met een hefboomarm gelijk aan de helft van de lengte van de balk. De kracht die een actuator nodig heeft om dit moment tegen te gaan, hangt af van de hefboomarm die door de actuator wordt gevormd en van de hoek die de actuator maakt ten opzichte van de balk.
Hoek
Montagelocatie B bevindt zich in het midden van de balk, waardoor de hefboomarmen van de momenten door zwaartekracht en door de actuator gelijk zijn. Montagepositie A ligt tussen het scharnier en het midden van de balk, waardoor de hefboomarm die een actuator zou vormen kleiner is dan de hefboomarm die door de zwaartekracht wordt gevormd.
Figuur 1: Scharnierend element met mogelijke montagelocaties gemarkeerd
Daarom zal de kracht van een actuator die in A is geplaatst groter moeten zijn dan wanneer hij in B is geplaatst. Het moet duidelijk zijn dat in beide gevallen de grootste kracht optreedt wanneer de balk horizontaal staat; naarmate de balk wordt neergelaten, neemt de kracht die nodig is om de balk op zijn plaats te houden af, omdat ook de hefboomarm door de zwaartekracht afneemt.
In de bovenstaande analyse is bekeken hoe de montagelocatie de hefboomarm en de krachten op een actuator beïnvloedt. Om de kracht volledig te bepalen, moet de hoek worden meegenomen die wordt gevormd tussen de actuator en de balk. Naarmate de hoek tussen de balk en de actuator kleiner wordt, zal de kracht op de actuator toenemen. Aangezien de kracht op de actuator het grootst is wanneer de balk horizontaal staat, moet de hoek tussen de actuator en de balk op dat punt zo dicht mogelijk bij negentig graden liggen.
Natuurlijk zou dit betekenen dat de actuator direct onder de balk, op de vloer, is gemonteerd, wat niet erg praktisch is. Bekijk de montageposities 1 en 2 in combinatie met B: de hoek die wordt gevormd tussen de actuator in 1B is kleiner dan de hoek in 2B, waardoor de kracht voor een actuator groter zou zijn. Merk echter op dat met de actuator in positie 2B het object niet zo ver kan bewegen als bijvoorbeeld in 1A. In het algemeen geldt: wanneer de montagelocatie zó wordt aangepast dat de kracht op de actuator afneemt, neemt het totale bewegingsbereik in het systeem af.