Quelle est la puissance d'un actionneur linéaire dont j'ai besoin?

Qu'est-ce que je recherche?

La force d'un actionneur linéaire est la force qu'il peut fournir. Il est généralement vu en termes de Newtons (N) pour les unités métriques et de livres (lb) pour les unités impériales. Il existe deux types de spécifications de force que les fabricants d'actionneurs linéaires fourniront: dynamique et statique.

Force dynamique (ou charge dynamique) est la force maximale que l'actionneur peut appliquer pour déplacer un objet.

Force statique (ou charge statique) est le poids maximum que l'actionneur peut supporter lorsqu'il ne bouge pas.

Ces spécifications de force sont généralement des facteurs clés pour déterminer de quel actionneur linéaire vous avez besoin pour votre projet. Si vous ne savez pas quels autres facteurs vous voudrez peut-être prendre en compte lors de la sélection d'un actionneur linéaire, consultez notre article à ce sujet Ici.  

Lorsque vous essayez de déplacer un objet avec un actionneur linéaire, vous devrez déterminer quelle est la force dynamique minimale que votre actionneur linéaire peut avoir. Cette force dépendra non seulement de la quantité de poids que vous essayez de déplacer, mais également du nombre d'actionneurs impliqués et de la géométrie physique de votre conception. Pour déterminer la force exacte requise dans une application, vous devez appliquer la première loi du mouvement de Newton. Cette loi stipule qu'un objet au repos a tendance à rester au repos à moins d'être agi par une force de déséquilibre. Pour nous, cela signifie que la force de notre actionneur linéaire doit être supérieure à la somme de toutes les forces agissant contre notre direction de mouvement souhaitée. Ce guide vous expliquera comment calculer les forces impliquées à l'aide d'exemples de base.

À côté rapide: Les diagrammes de corps libres sont des diagrammes simplifiés d'objets utilisés pour visualiser les forces qui lui sont appliquées. L'utilisation de ces diagrammes est une bonne pratique pour visualiser toutes les forces impliquées et leur orientation.

Mouvement unidimensionnel

Diagramme de corps libre 1D Le cas le plus simple d'utilisation d'un actionneur linéaire pour fournir un mouvement consiste à utiliser un actionneur pour déplacer un objet le long d'un axe. Comme le montre le diagramme du corps libre à côté de ce paragraphe, la force appliquée par l'actionneur linéaire est étiquetée F et le poids de l'objet est étiqueté W.Pour déterminer la force dynamique requise pour l'actionneur linéaire, vous soustrayez simplement la somme des forces dans les directions négatives à partir de la somme des forces dans la direction positive, qui doit être supérieure à zéro pour aboutir à un mouvement \ n. Pour cet exemple, il devient F - W> 0. Ensuite, vous devez résoudre pour F, qui devient F> W.  Cela signifie que la force dynamique requise par l'actionneur linéaire doit être supérieure au poids de l'objet.     

Dans un cas où vous utilisez plus d'un actionneur linéaire, comme dans le corps libre2 Exemple d'actionneurdiagramme montré ici, vous suivez le même processus que ci-dessus. Pour cet exemple, la somme des forces devient F + F - W> 0 ou 2 * F - W> 0. La résolution de F devient alors F> ½ * W. Cela signifie que la force appliquée par un actionneur peut être inférieure au poids de l'objet, mais que la force totale des deux doit être plus grande.

 

 

 

Friction

Les cas ci-dessus ont ignoré le frottement dans leurs calculs d'équilibre des forces, ce qui peut ou non être le cas dans votre application. La quantité de force de frottement (f) est égale au coefficient de frottement (u) multiplié par une force normale (N). Le coefficient de frottement est généralement compris entre 0 et 1 (bien qu'il puisse être supérieur à 1) et dépendra des matériaux qui glissent les uns sur les autres ainsi que de l'utilisation ou non d'une lubrification.
Le coefficient de frottement changera également une fois qu'un objet est en mouvement et est souvent donné sous forme de valeurs statiques et dynamiques. La valeur statique sera toujours plus grande que la valeur dynamique (en raison de la première loi de Newton) et comme nous essayons de déplacer un objet, vous voudrez utiliser la valeur statique du coefficient de frottement. La force normale est la force résultante utilisée pour soutenir un objet sur un autre objet ou surface. Par exemple, si vous êtes debout sur un sol de votre maison, votre sol vous soutiendra en appliquant sur vous une force ascendante égale à votre poids, c'est une force normale. La force normale agira toujours perpendiculairement à la force de frottement et la force de frottement agira toujours contre la direction de mouvement souhaitée.

Dans les situations, comme les cas ci-dessus, où l'objet que vous déplacez ne glisse pas le long d'une surface, le frottement peut être ignoré. Alors que techniquement, les composants supportant votre objet, qu'il s'agisse de supports de mouvement linéaire comme glissières ou l'actionneur linéaire lui-même, aura un certain frottement interne que vous devrez surmonter pour commencer à bouger, mais il sera relativement petit.

Schéma du corps libre d'un tiroir

Si vous déplacez un objet le long d'une surface, le frottement devra être pris en compte dans vos calculs de force. Le diagramme du corps libre ci-dessus montre un exemple de tiroir poussé par un actionneur linéaire. Chaque glissière de tiroir auront une quantité de friction notable car ils supportent une charge perpendiculaire (W). Comme il y a deux glissières de tiroir, la force normale (N) appliquée par l'une des glissières de tiroir sera égale à la moitié de la charge (W). La somme des forces et la résolution de F dans cet exemple se traduira par:

F> u * (0,5 * W) + u * (0,5 * W) = u * W

Ainsi, la force dont vous avez besoin de l'actionneur linéaire doit être supérieure à la force totale de frottement. La partie délicate dans ces cas est de déterminer le coefficient de frottement. Si vous êtes en mesure de déterminer le coefficient de frottement exact dans votre application, vous pouvez simplement utiliser la formule ci-dessus pour déterminer votre force dynamique minimale. Si vous ne pouvez pas déterminer le coefficient de frottement, vous pouvez supposer qu'il est égal à 1. Ce sera probablement supérieur au coefficient de frottement réel, c'est donc une hypothèse sûre à utiliser pour déterminer la quantité de force dont vous avez besoin de votre actionneur linéaire .

Mouvement bidimensionnel

Jusqu'à présent, nous n'avons examiné que le déplacement d'un objet le long d'un axe, mais vous pouvez avoir besoin d'un mouvement sur deux axes ou selon un angle. Dans ces cas, vous pouvez toujours utiliser la sommation des forces pour déterminer la force dynamique requise, mais nous devrons prendre en compte plusieurs axes et utiliser une certaine trigonométrie. Dans l'exemple ci-dessous de poussée d'un objet sur une rampe, la direction du mouvement est à un angle (thêta). Pour simplifier nos calculs, vous pouvez choisir d'avoir un axe parallèle à la direction du mouvement et l'autre axe sera alors perpendiculaire, comme indiqué.

Diagramme de corps libre pour l'exemple de rampe

Maintenant que les axes sont décalés, vous devrez diviser le poids de l'objet en deux composantes de force en utilisant la trigonométrie et la pente de la rampe (thêta). Une de ces forces agira contre notre direction de mouvement et une autre agira perpendiculairement à la surface de la rampe. La force normale, utilisée pour déterminer la force de frottement, sera égale à la composante perpendiculaire du poids de l'objet. Résoudre la somme des forces pour déterminer F entraînera:

F> W * sin (thêta) + u * N = W * sin (thêta) + u * W * cos (thêta)

Mouvement rotatif

Bien que les actionneurs linéaires fournissent un mouvement linéaire, ils peuvent également être utilisés pour fournir une rotation dans des applications telles que l'ouverture d'un couvercle ou d'une trappe. La force dynamique requise pour assurer la rotation devra entraîner un couple déséquilibré plutôt qu'une force déséquilibrée. Un couple est une force de rotation qui provoque la rotation et est égale à la force appliquée multipliée par la distance perpendiculaire au point de rotation. Ainsi, pour provoquer la rotation, un actionneur linéaire doit fournir un couple supérieur à la somme de tous les couples travaillant à l'encontre du sens de rotation souhaité.

Diagrammes de corps gratuits de l'exemple de hachures

La quantité de couple appliquée par votre actionneur linéaire dépendra de deux facteurs, la force appliquée et la distance par rapport au point de rotation. Dans les exemples ci-dessus, la somme des couples est la même:

F * y * cos (alpha) - W * x * cos (alpha)> 0

La distance entre le point de rotation et la force de l'actionneur linéaire est y, et la distance entre le point de rotation et le centre de gravité de la trappe est x. Comme les hachures sont à un angle (alpha), nous pouvons déterminer la distance perpendiculaire à chaque force multipliée par la distance par le cosinus de l'angle. La résolution de la force dynamique de l'actionneur linéaire, F, se traduit par:

F> (W * x) / y

Dans le cas de gauche, la force dynamique de l'actionneur linéaire, F, peut être inférieure ou égale au poids de la trappe, W, car elle agit plus loin du point de rotation (y> x). Alors que dans le cas de droite, F devra être plus grand que W car F agit plus près du point de rotation, (y

Hatch avec actionneur à un angle

Dans certaines applications, la force appliquée par l'actionneur linéaire devra être à un angle comme dans l'image ci-dessus. Cela rend les calculs un peu plus compliqués car la force appliquée par l'actionneur linéaire devra être divisée en composants verticaux et horizontaux. Le diagramme du corps libre pour l'image ci-dessus est montré ci-dessous:

Hachures avec force appliquée à un angle

La somme des couples pour cet exemple est:

((F * cos (beta)) * (L * sin (alpha))) + (F * sin (beta)) * (L * cos (alpha)) - W * (x * cos (alpha)> 0

Parce que la force de l'actionneur linéaire (F) est appliquée à un angle (bêta), elle doit être divisée en composante verticale (F * sin (beta)) et composante horizontale (F * cos (beta)), comme indiqué dans l'exemple de rampe ci-dessus. La composante verticale de la force provoque un couple autour de la charnière car il existe une distance horizontale entre la force et la charnière; de manière similaire, la composante horizontale de la force provoque également un couple autour de la charnière car il existe une distance verticale entre la force et la charnière. Vous pouvez déterminer ces distances en fonction de la longueur des hachures (L) et de l'angle des hachures (alpha), comme illustré dans l'exemple de hachures précédent. Pour déterminer la force dynamique requise, vous devez résoudre l'équation ci-dessus pour F. Malheureusement, la force de l'actionneur linéaire (F) sera une fonction dépendant de l'angle des hachures (alpha). Comme cet angle changera lorsque vous ouvrirez la trappe, la force minimale requise de l'actionneur linéaire changera également. Cela signifie que vous devrez résoudre l’équation ci-dessus sur différents angles pour trouver la force minimale la plus élevée requise pour votre spécification de force dynamique. Cela peut être encore plus difficile si l'angle auquel la force est appliquée (bêta) change également au fur et à mesure que la hachure s'ouvre, ce qui signifie qu'elle sera également fonction de l'angle de hachure (alpha). Si vous connaissez bien vos mathématiques, vous pouvez déterminer l'exigence de force dynamique exacte dont vous avez besoin à partir de votre actionneur linéaire. Mais sinon, vous pouvez utiliser notre pratique Calculateur d'actionneur linéaire, qui est conçu uniquement pour ces situations difficiles.

Situations statiques

Dans une situation statique, la somme des forces et la somme des couples seront égales à zéro car il n'y a pas de force ou de couple déséquilibré provoquant un mouvement. Si vous voulez vous assurer que votre conception est stable pour une charge donnée ou si votre actionneur linéaire tiendra une charge donnée, vous pouvez toujours utiliser les techniques ci-dessus pour vous assurer que toutes les forces et tous les couples sont équilibrés. Lors de la vérification de situations statiques, vous utiliserez la spécification de force statique pour votre actionneur linéaire au lieu de la spécification de force dynamique.

Maintenant que vous savez comment déterminer la force de votre actionneur linéaire, vous pouvez trouver celui qui convient à vos besoins dans notre sélection chez Firgelli Automations.

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