Bir lineer aktüatör uygularken dikkate alınması gereken elektriksel ve mekanik hususlar vardır. Doğru boyut ve kuvveti seçmek bazen zor olabilir. Örneğin, bir kapak kapısının ağırlığının iki katını karşılayacak kuvvet değerine sahip bir aktüatör seçilmiş olabilir; ancak yine de kapıyı açmakta zorlanabilir. Bu, kuvvetin uygulanma açısı veya yetersiz kaldıraç nedeniyle gerçekleşebilir.
Bu blogda, bir lineer aktüatör için kuvvet ve vuruş mesafesi gereksinimleri için iyi bir başlangıç noktası sağlayacak bir dizi basitleştirilmiş hesap paylaşacağız.
Lineer Hareket
Lineer hareketten bahsettiğimizde, yükün hareketinin doğrusal olduğunu kastediyoruz ve bu bir kaldırma veya pompa formunda olabilir. Bu blogda ağırlıklı olarak dikey hareketi ele alacağız; fakat aynı teknikler yatay hareketi analiz etmek için de faydalı olabilir. Aşağıdaki şekildeki örneğe göz atalım.
Şekil 1: Açıyla yerleştirilmiş aktüatörle lineer hareket
| Değişken | Açıklama |
| L1 | Aktüatörün tamamen geri çekilmiş uzunluğu. |
| L2 | Aktüatörün tamamen uzatılmış uzunluğu. |
| Y1 | Aktüatörün ön uç montaj noktası ile arka uç montaj noktası arasındaki Y ekseni mesafesi. |
| X1 | Aktüatörün ön uç montaj noktası ile arka uç montaj noktası arasındaki X ekseni mesafesi. |
| Y2 | Yükün kat etmesi gereken dikey mesafe. |
| S | Aktüatör vuruş mesafesi – bir aktüatörün uzadığı mesafe. |
Burada, yukarı doğru bir kütleyi hareket ettirmeye çalışan açılı bir aktüatörümüz var. Kütlenin her iki yanında yalnızca yukarı/aşağı hareket edebildiğini göstermek için makaralar bulunur. Aktüatörün ön ve arka ucundaki montaj konumları sabittir; yalnızca dönebilirler.
Aktüatör Vuruş Mesafesinin Hesaplanması
X1 0 olsaydı, lineer aktüatör artık açılı olmazdı; bu durumda yükün kat edeceği dikey mesafe vuruş mesafesine eşit olurdu.
X1 0 değilken daha zorlu bir durumu inceleyelim. Yükün dikey hareketini elde etmek için elektrik aktüatörü hem uzamalı hem de dönmelidir. Bu, aktüatörün daha az yer kaplamasını sağladığı için avantajlıdır. Bu durumda vuruş mesafesi dikey yer değiştirmeye eşit olmayacaktır. Vuruş mesafesini bulmak için basit bazı hesaplamalar yapmamız gerekir!
Vuruş mesafesinin, tamamen uzatılmış aktüatör uzunluğu ile tamamen geri çekilmiş aktüatör uzunluğu arasındaki fark olduğunu unutmayın.
Tam geri çekilmiş ve uzatılmış aktüatör uzunlukları, arka ve ön montaj noktalarının oluşturduğu üçgenin hipotenüsüdür.
Şekil 2: Bir aktüatörün geri çekilmiş (L1) ve uzatılmış (L2) uzunluklarını bulma
Bu yöntemle, kütlenin istenen dikey hareket mesafesine karşılık gelecek vuruş mesafesini bulabiliriz. Formüle göre X1 değeri ne kadar küçükse, dikey harekete karşılık gelen vuruş mesafesi o kadar fazla olur. X1 büyükse, vuruş mesafesindeki küçük artışlar dikey hareket mesafesinde büyük değişikliklere yol açar.
Aktüatör tamamen dikey konumlandırılmış olsaydı, yükseklikteki değişim basitçe aktüatörün uzamasına eşit olurdu. Aktüatörü açılı konumlandırmak, kütlenin toplam lineer hareket aralığını artırır ve aktüatör daha az yer kaplayabilir. Bununla birlikte, bu durum yan yüklemeye de neden olacağından aktüatörün itici milinin bükülmesine yol açmamak için dikkatli olmalıyız. Bu tür açılı yerleşimlerde daha kısa vuruş mesafeleri önerilir.
Şekil 3: Lineer hareket için vuruş mesafesi ile kat edilen mesafe karşılaştırması
Aktüatör Kuvvet Değerinin Hesaplanması
Aktüatör kuvvetini bulmak için üçgenlerin özelliklerini kullanmaya devam edebiliriz. Aktüatör açılıysa, uyguladığı kuvvetin yatay ve dikey bileşenlere ayrılacağını unutmayın. Kuvvetin yatay bileşeni harekete katkı sağlamaz. Kuvvetin dikey bileşeni kütleyi yukarı doğru iter; bu nedenle aktüatörün her zaman yeterli kuvvet sağlamasından emin olmalıyız.
Şekil 4: Lineer hareket için kuvvetin bileşenlere ayrılması
Kütlenin dikey kuvvetini hesaplayarak başlıyoruz.
Gerekli aktüatörün dikey kuvvetini aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz:
Burada L1 kullanıyoruz; çünkü aktüatör tamamen geri çekildiğinde dikey kuvveti en düşük olacaktır. Bir aktüatör seçerken, hesapladığımız F Total değerinden daha yüksek dinamik ve statik kuvvet üretebildiğinden emin olmalıyız.
Döner Hareket
Döner hareketten bahsettiğimizde, yükün veya kütlenin bir eksen etrafında döndüğünü kastediyoruz. Bu, açılan bir kapı veya bir kapağın bulunduğu bir uygulama olabilir. Hatta bir kamyonda yük kasasının eğilmesi de olabilir.
Şekil 5: Açıyla yerleştirilmiş bir aktüatörle döner hareket
Şekil 5’te, lineer bir aktüatörle açılacak şekilde ayarlanmış dikey bir kapının veya kapağın yandan görünümünü görüyoruz. Aktüatörün tam geri çekilmesi ① konumuyla, tam uzaması ise ② konumuyla gösterilmiştir. Bir aktüatör, hem tam uzama hem de tam geri çekilmede açılı olarak montajlanmıştır.
| Değişken | Açıklama |
| L1 | Aktüatörün tamamen geri çekilmiş uzunluğu. |
| L2 | Aktüatörün tamamen uzatılmış uzunluğu. |
| Y1 | Aktüatörün arka uç montaj noktası ile kapının dönme ekseni (kapı menteşesi) arasındaki Y ekseni mesafesi. |
| X1 | Aktüatörün arka uç montaj noktası ile kapının dönme ekseni (kapı menteşesi) arasındaki X ekseni mesafesi. |
| Y2 | Kapının dönme ekseni (kapı menteşesi) ile aktüatörün ön uç montaj noktası arasındaki mesafe. |
| S | Aktüatör vuruş mesafesi – aktüatörün uzadığı mesafe. |
| L3 | Kapının toplam uzunluğu. |
Örnek, daha genel bir durumu ele almak için açılı monte edilmiş lineer aktüatörü kullanmaktadır. Aktüatörün kapıya dik olarak monte edildiği durumda vuruş mesafesini ve kuvvetini bulmak isterseniz, rehbere devam edebilir; ancak aşağıdakileri ayarlayabilirsiniz:
Aktüatör Vuruş Mesafesinin Hesaplanması
Bu kez lineer hareket bölümünde kullandığımız aynı üçgen yöntemini kullanacağız. Tek fark, üçgenlerin bu sefer farklı şekilde kurulmuş olmasıdır.
Şekil 6: Geri çekilmiş (L1) ve uzatılmış (L2) aktüatör uzunluğunu bulma
Önceki gibi, vuruş mesafesi aktüatörün tamamen uzatılmış ve tamamen geri çekilmiş uzunluğu arasındaki farktır. Bunu basitçe şu şekilde bulabiliriz:
Bu durumda aktüatörün vuruş mesafesi, ön ve arka montaj noktalarının konumuna büyük ölçüde bağlıdır. Ön montajı kapı menteşesine ne kadar yaklaştırırsak, aktüatörün kapıyı açıp kapamak için kat etmesi gereken mesafe o kadar azalır. Benzer şekilde, arka montaj menteşeye ne kadar yakınsa kapıyı açmak için gereken vuruş mesafesi o kadar azalır.
Aktüatörü menteşeden daha uzağa taşımak, aktüatör uzunluğu kapı uzunluğuyla yakından eşleşip hareketin çoğu dönme ile yapıldığından aktüatör vuruş mesafesinde artık büyük değişikliklere neden olmadığı bir dönüm noktası vardır. Bu, kaldıraç çok kötü olduğu için aktüatör için iyi bir konum değildir; ancak bunu sonraki bölümlerde tartışacağız.
Şekil 7: Vuruş mesafesinin ön montaj konumuna göre (diğer adıyla ön montajdan kapı menteşesine mesafe) değişimi
Şekil 8: Vuruş mesafesinin arka montaj konumuna göre değişimi
Şekil 8’den, arka montaj konumundaki değişimin gereken vuruş mesafesini etkilediğini; ancak etkinin oldukça hızlı bir şekilde dengelendiğini görebiliriz.
Aktüatör Kuvvet Değerinin Hesaplanması
Aktüatörümüz için kuvvet değerini bulmak amacıyla, kapının beklenen yükünü (Yük) belirlememiz gerekir. Kapı menteşeleri etrafında döndüğünden, yalnızca kapının kütlesini bilmek aktüatöre uygulanan kuvveti belirlemek için yeterli değildir. Bu uygulamada, kapının kütlesel atalet momentini bulmamız gerekir.
Sezgisel olarak, kapıyı (menteşeden oldukça uzakta bulunan) kapı kolunu kullanarak açmanın, menteşeye yakın bir yerden iterek açmaktan çok daha kolay olduğunu biliriz.
Şekil 9: Dikey olarak açılan bir kapının temsili
Menteşe etrafında dikey açılan kapının atalet momenti (I ile gösterilir) aşağıdaki gibi bulunabilir:
Artık atalet momentine sahip olduğumuza göre, aktüatörün kapıyı hareket ettirmek için uygulaması gereken torku biliyoruz. Bu nedenle kuvveti şu şekilde hesaplayabiliriz:
Bu kuvvete F normal denir; çünkü bu, aktüatöre uygulanan kuvvetin yalnızca bir bileşenidir ve tam kuvvet değildir. Şekil 10’da daha iyi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi F normal, L1 veya L2 doğrultusunda değil, bir açıyla etkimektedir.
Şekil 10: Aktüatörlerin montaj konumu
Bu, F normal değerini tek bir kuvvet bileşeninden tam aktüatör kuvvetine dönüştürmemiz gerektiği anlamına gelir. Yükümüz dönen bir kapı olduğundan F normal sabit kalır; ancak aktüatöre uygulanan yük değişir. Örneğin, aktüatör ① konumunda tamamen geri çekildiğinde, kapı menteşesi yükün büyük kısmını taşır; bu nedenle aktüatör kapıyı hareket ettirene kadar fazla kuvvet görmez. Öte yandan aktüatör ② konumunda tam uzamadayken, kapı menteşesi kapıyı o kadar fazla desteklemez. Bu durumda yükün büyük kısmını aktüatörün taşıması gerekir.
Aktüatör için gereken geri çekilmiş ve uzatılmış kuvveti hesaplayabiliriz. Montaj koşullarına bağlı olarak, uzatılmış konumdaki kuvvet geri çekilmiş konumdakinden daha yüksek olabilir veya tam tersi. Bu nedenle her ikisini de hesaplayıp en yüksek olanı seçmeliyiz ki uygulamamız sağlam olsun.
Örneğin Şekil 10’da, aktüatör tamamen uzatıldığında en yüksek kuvvet aktüatöre uygulanır. Bu durumda aktüatör için minimum kuvvet değeri F extended değerine eşit veya ondan yüksek olmalıdır.
Sonuç
Bu blogda, lineer aktüatörler için istenen kuvvet değeri ve vuruş mesafesini hesaplamanın basitleştirilmiş yollarına baktık. Buradaki denklemler, yükün lineer ve döner hareketine yönelik yaklaşık gereksinimleri hesaplamak için kullanılabilir. Daha fazla soru için bize sales@progressiveautomations.com adresinden ulaşın; mühendis ekibimiz size yardımcı olmaktan memnuniyet duyacaktır.