Uma das melhores coisas de trabalhar na Progressive Automations é ouvir dos clientes como eles planejam usar nossos atuadores. De soluções residenciais a aplicações industriais, o céu é o limite para a automação. Para transformar em realidade suas ideias de uso dos nossos atuadores lineares, há muitos parâmetros que precisam ser definidos sobre a aplicação pretendida. Nesta série, apresentamos técnicas de projeto úteis para determinar como nossos atuadores podem ser utilizados.
Introdução
Então você quer levantar uma porta de porão? Ou deslizar uma estante secreta? Ótimo! Por onde começar …
O primeiro passo em qualquer projeto com movimento linear é determinar como o atuador será posicionado para mover um objeto. Uma vez definido isso, as dimensões básicas do atuador – sua força e comprimento – podem ser facilmente determinadas. A atenção cuidadosa aos detalhes nesta etapa do projeto pode, de fato, economizar dinheiro, pois o sistema pode operar sem Fins de curso adicionais para limitar o movimento (falaremos mais sobre isso adiante); um planejamento ruim pode resultar em um sistema de movimento linear que se move desnecessariamente devagar, impõe tensão excessiva à estrutura ao redor, é propenso a queimar ou é, de modo geral, inseguro.
Objetivos do projeto
O objetivo deste processo de projeto será selecionar um atuador e uma posição de montagem que:
- maximize a quantidade de movimento no sistema,
- mantenha o atuador dentro de condições seguras de operação,
- minimize o desgaste e a tensão no atuador.
Selecionando um atuador
Esta etapa é a mais importante quando você decide criar uma aplicação que utiliza atuadores elétricos.
Comprimento total
A distância entre os furos de montagem de um atuador (com exceção do atuador de trilho PA-18) pode ser descrita pelas seguintes equações:
Observação: o corpo da carcaça (que inclui o motor, as engrenagens e o suporte inferior) é uma constante, de comprimento fixo, específica de cada série de atuadores e é independente do comprimento do Recorrido. Uma página contendo tabelas dos comprimentos retraídos e estendidos de todos os tamanhos de Recorrido mantidos regularmente em estoque para cada um dos nossos modelos de atuador pode ser encontrada na guia Furo a furo da página de recursos.
Fins de curso
Todos os nossos atuadores lineares elétricos vêm com Fins de curso integrados que vão parar automaticamente o motor quando o atuador estiver totalmente estendido ou recolhido. O Fim de curso integrado funciona interrompendo o circuito do motor e, por isso, pode-se confiar nele para parar o atuador com segurança e consistência em um ponto específico. Se o atuador parar de se mover porque travou contra algo, ou o atuador se quebrará, ou danificará aquilo em que está montado. Portanto, a única forma segura de parar um atuador que não está totalmente estendido ou recolhido é interromper a alimentação externamente.
É uma boa prática permitir espaço para que o atuador se estenda ou recolha completamente e deixar que seus Fins de curso integrados definam a amplitude total do movimento em um sistema. Se um sistema não puder ser configurado para que o atuador se estenda ou recolha totalmente, Fins de curso externos podem ser posicionados no sistema para que o atuador (ou outra parte móvel) faça contato antes de estar totalmente estendido ou recolhido.
Local de montagem
O local de montagem do atuador afetará tanto a força máxima que o atuador terá que exercer quanto o comprimento do Recorrido. De modo geral, quanto mais escondido ou discreto for o local de montagem, maior será a força necessária para mover o objeto. É importante lembrar que a forma como um atuador é montado pode facilmente dobrar ou quadruplicar a força aparente sobre o atuador; portanto, sempre se deve tentar calcular essa força, mesmo que seja apenas uma estimativa aproximada.
Um equívoco comum sobre atuadores lineares é que eles podem substituir molas a gás (isto é, amortecedores) sendo montados exatamente no mesmo local. As molas a gás ajudam o usuário mantendo um objeto no lugar ou reduzindo a força necessária para mover um objeto; elas não exercem toda a força de movimento, como um atuador deve fazer. As molas a gás também têm baixo perfil e podem ser montadas de forma muito discreta. Colocar um atuador no mesmo lugar em que antes havia uma mola a gás (como sob o capô de um carro) só deve ser feito após calcular a força máxima que o atuador terá que mover.
A menos que o atuador esteja deslizando um objeto na mesma direção em que está montado, ele provavelmente irá girar em seus suportes à medida que move o objeto. Tenha cuidado para garantir que o atuador tenha espaço de sobra para se movimentar e que o único contato do atuador com a estrutura de suporte seja por meio dos suportes de montagem.
Força e torque
Depois de selecionar um comprimento e um local de montagem, a única tarefa restante na escolha de um atuador é calcular a força máxima sobre o atuador. Um atuador sofrerá forças diferentes dependendo de como for montado. Um método simples para calcular a força em sistemas com movimento rotacional é converter todas as forças em torques.
Braço de alavanca
A força da gravidade tende a criar um torque no sentido horário, com um braço de alavanca igual à metade do comprimento da barra. A força de que um atuador precisa para se opor a esse torque depende do braço de alavanca formado pelo atuador e do ângulo que o atuador faz em relação à barra.
Ângulo
O local de montagem B está no meio da barra e, portanto, os braços de alavanca dos torques devido à gravidade e ao atuador são os mesmos. A posição de montagem A fica entre a dobradiça e o meio da barra, de modo que o braço de alavanca que um atuador formaria é menor do que o braço de alavanca formado pela gravidade.
Figura 1: Membro pivotante com possíveis locais de montagem destacados
Portanto, a força de um atuador posicionado em A terá que ser maior do que se estivesse posicionado em B. Deve ficar claro que, em ambos os casos, a maior força ocorre quando a barra está na horizontal; à medida que a barra é abaixada, a força necessária para manter a barra no lugar diminui porque o braço de alavanca devido à gravidade também diminui.
A análise acima considerou como o local de montagem afeta o braço de alavanca e as forças sobre um atuador. Para determinar completamente a força, é necessário considerar o ângulo formado entre o atuador e a barra. À medida que o ângulo entre a barra e o atuador diminui, a força sobre o atuador aumentará. Considerando que a força sobre o atuador é maior quando a barra está horizontal, o ângulo entre o atuador e a barra deve ser o mais próximo possível de noventa graus nesse ponto.
É claro que isso significaria que o atuador estaria montado diretamente sob a barra, no chão, o que não é muito prático. Considere as posições de montagem 1 e 2 usadas em combinação com B: o ângulo formado entre o atuador em 1B é menor do que o ângulo em 2B, e, portanto, a força seria maior para um atuador. Observe, no entanto, que com o atuador na posição 2B, o objeto não conseguirá se mover tanto quanto em, por exemplo, 1A. Em geral, à medida que a posição de montagem é ajustada de modo a reduzir a força sobre o atuador, a amplitude total de movimento no sistema diminui.