Seberapa Kuat Aktuator Linear yang Saya Butuhkan?

Apa yang Saya Cari?

Kekuatan a aktuator linier adalah jumlah kekuatan yang dapat dihasilkannya. Ini biasanya terlihat dalam Newton (N) untuk satuan metrik dan pound (lbs) untuk satuan imperial. Ada dua jenis spesifikasi gaya yang akan disediakan oleh produsen aktuator linier: Dinamis dan Statis.

Kekuatan Dinamis (atau beban dinamis) adalah gaya maksimum yang dapat diterapkan oleh aktuator untuk menggerakkan suatu benda.

Gaya statis (atau beban statis) adalah bobot maksimum yang dapat ditampung oleh aktuator saat tidak bergerak.

Spesifikasi gaya ini umumnya merupakan faktor kunci dalam menentukan aktuator linier apa yang Anda butuhkan untuk proyek Anda. Jika Anda tidak tahu faktor lain apa yang mungkin ingin Anda pertimbangkan saat memilih aktuator linier, lihat postingan kami tentang ini sini.  

Saat mencoba memindahkan objek dengan aktuator linier, Anda perlu menentukan berapa gaya dinamis minimum yang dapat dimiliki aktuator linier Anda. Gaya ini tidak hanya bergantung pada jumlah berat yang Anda coba gerakkan, tetapi juga jumlah aktuator yang terlibat dan geometri fisik desain Anda. Untuk menentukan persyaratan gaya yang tepat dalam satu aplikasi, Anda harus menerapkan hukum pertama Newton tentang gerak. Hukum ini menyatakan bahwa benda diam cenderung diam kecuali ditindaklanjuti oleh kekuatan yang tidak seimbang. Bagi kami, ini berarti gaya dari aktuator linier kami harus lebih besar daripada jumlah semua gaya yang bekerja melawan arah gerakan yang kami inginkan. Panduan ini akan memandu Anda tentang cara menghitung gaya yang terlibat menggunakan beberapa contoh dasar.

Cepat Selain: Diagram benda bebas adalah diagram objek yang disederhanakan yang digunakan untuk memvisualisasikan gaya yang diterapkan padanya. Memanfaatkan diagram ini adalah praktik yang baik untuk memvisualisasikan semua gaya yang terlibat dan orientasinya.

Gerakan Satu Dimensi

Diagram Tubuh Gratis 1D Kasus paling sederhana menggunakan aktuator linier untuk memberikan gerakan adalah menggunakan satu aktuator untuk memindahkan objek sepanjang satu sumbu. Seperti yang ditunjukkan pada diagram benda bebas di sebelah paragraf ini, gaya yang diterapkan oleh aktuator linier diberi label F dan berat benda diberi label W. Untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan dari aktuator linier, Anda cukup mengurangi jumlahnya gaya ke arah negatif dari jumlah gaya ke arah positif, yang harus lebih besar dari nol untuk menghasilkan motio \ n. Untuk contoh ini, menjadi F - W> 0. Maka Anda harus mencari F, yang menjadi F> W.  Artinya kebutuhan gaya dinamik dari aktuator linier harus lebih besar dari pada berat benda.     

Dalam kasus di mana Anda menggunakan lebih dari satu aktuator linier, seperti pada benda bebas2 Contoh Aktuatordiagram yang ditampilkan di sini, Anda mengikuti proses yang sama seperti di atas. Untuk contoh ini, penjumlahan gaya menjadi F + F - W> 0 atau 2 * F - W> 0. Kemudian penyelesaian untuk F menjadi F> ½ * W. Ini berarti gaya yang diterapkan oleh satu aktuator bisa lebih kecil dari berat benda, tetapi gaya total dari keduanya harus lebih besar.

 

 

 

Gesekan

Kasus di atas mengabaikan gesekan dalam perhitungan keseimbangan gaya mereka, yang mungkin atau mungkin tidak terjadi dalam aplikasi Anda. Besarnya gaya gesek (f) sama dengan koefisien gesekan (u) dikalikan gaya normal (N). Koefisien gesekan biasanya antara 0 dan 1 (meskipun bisa lebih besar dari 1) dan akan tergantung pada bahan apa yang meluncur melewati satu sama lain serta apakah pelumasan digunakan atau tidak.
Koefisien gesekan juga akan berubah ketika suatu benda bergerak dan sering kali diberikan sebagai nilai statis dan dinamis. Nilai statis akan selalu lebih besar dari nilai dinamis (karena hukum pertama Newton) dan saat kita mencoba memindahkan suatu benda, Anda akan ingin menggunakan nilai statis dari koefisien gesekan. Gaya normal adalah gaya resultan yang digunakan untuk menopang suatu benda pada benda atau permukaan lain. Misalnya, jika Anda berdiri di atas lantai di rumah Anda, lantai Anda akan menopang Anda dengan menerapkan gaya ke atas yang sama dengan berat Anda, ini adalah gaya normal. Gaya normal akan selalu bekerja tegak lurus terhadap gaya gesek dan gaya gesek akan selalu bekerja melawan arah gerakan yang Anda inginkan.

Dalam situasi, seperti kasus di atas, di mana benda yang Anda pindahkan tidak meluncur di sepanjang permukaan, gesekan dapat diabaikan. Sedangkan secara teknis, komponen-komponen pendukung benda anda, baik itu penyangga gerak linier rel geser atau aktuator linier itu sendiri, akan memiliki beberapa gesekan internal yang perlu Anda atasi untuk mulai bergerak, tetapi itu akan relatif kecil.

Diagram Tubuh Gratis dari Laci

Jika Anda menggerakkan benda di sepanjang permukaan, gesekan perlu dipertimbangkan dalam perhitungan gaya Anda. Diagram benda bebas di atas menunjukkan contoh laci yang didorong oleh aktuator linier. Setiap geser laci akan memiliki jumlah gesekan yang nyata karena mereka menopang beban tegak lurus (W). Karena ada dua slide laci, gaya normal (N) yang diterapkan oleh salah satu slide laci akan sama dengan setengah dari beban (W). Menjumlahkan gaya dan menyelesaikan F dalam contoh ini akan menghasilkan:

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

Jadi, gaya yang Anda butuhkan dari aktuator linier harus lebih besar dari gaya total gesekan. Bagian rumit dalam kasus ini adalah menentukan koefisien gesekan. Jika Anda dapat menentukan koefisien gesekan yang tepat dalam aplikasi Anda, Anda dapat menggunakan rumus di atas untuk mencari gaya dinamis minimum. Jika Anda tidak dapat menentukan koefisien gesekan, Anda dapat mengasumsikannya sama dengan 1. Ini mungkin akan lebih besar dari koefisien gesekan yang sebenarnya, jadi asumsi yang aman digunakan untuk menentukan jumlah gaya yang Anda butuhkan dari aktuator linier Anda .

Gerak Dua Dimensi

Sejauh ini, kita hanya melihat memindahkan objek sepanjang satu sumbu, tetapi Anda mungkin memerlukan gerakan dalam dua sumbu atau pada satu sudut. Dalam kasus ini, Anda masih dapat menggunakan penjumlahan gaya untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan, tetapi kita perlu mempertimbangkan banyak sumbu dan menggunakan beberapa trigonometri. Dalam contoh di bawah ini tentang mendorong benda ke atas lereng, arah gerakan berada pada sudut (theta). Untuk menyederhanakan perhitungan kami, Anda dapat memilih agar satu sumbu sejajar dengan arah gerakan dan sumbu lainnya akan tegak lurus, seperti yang ditunjukkan.

Diagram Tubuh Gratis Untuk Contoh Ramp

Sekarang setelah sumbu bergeser, Anda harus membagi berat benda menjadi dua komponen gaya dengan menggunakan trigonometri dan kemiringan lereng (theta). Salah satu gaya ini akan melawan arah gerak kita dan yang lainnya akan bertindak tegak lurus dengan permukaan lereng. Gaya normal yang digunakan untuk menentukan gaya gesek akan sama dengan komponen tegak lurus dari berat benda. Menyelesaikan penjumlahan gaya untuk menentukan F akan menghasilkan:

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

Gerak Rotasi

Sementara aktuator linier memberikan gerakan linier, mereka juga dapat digunakan untuk memberikan rotasi dalam aplikasi seperti membuka tutup atau palka. Gaya dinamis yang diperlukan untuk memberikan rotasi harus menghasilkan torsi yang tidak seimbang, bukan gaya yang tidak seimbang. Torsi adalah gaya belok yang menyebabkan rotasi dan sama dengan gaya yang diterapkan dikalikan jarak tegak lurus ke titik rotasi. Jadi, untuk menyebabkan rotasi, aktuator linier harus memberikan torsi yang lebih besar dari jumlah semua torsi yang bekerja melawan arah rotasi yang diinginkan.

Diagram Tubuh Gratis dari Contoh Penetasan

Jumlah torsi yang diterapkan oleh aktuator linier Anda akan bergantung pada dua faktor, gaya yang diterapkan dan jarak dari titik rotasi. Pada contoh di atas, penjumlahan torsi terlihat sama:

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

Jarak dari titik putar ke gaya dari aktuator linier adalah y, dan jarak dari titik putar ke pusat gravitasi palka adalah x. Karena palka berada pada sudut (alfa), kita dapat menentukan jarak tegak lurus untuk setiap gaya dengan dikalikan jarak cosinus sudut tersebut. Memecahkan gaya dinamis dari aktuator linier, F, menghasilkan:

F> (W * x) / y

Dalam kasus di sebelah kiri, gaya dinamis dari aktuator linier, F, bisa lebih kecil atau sama dengan berat palka, W, karena gaya ini bekerja jauh dari titik rotasi (y> x). Sedangkan pada kasus di sebelah kanan, F harus lebih besar dari W karena F bertindak lebih dekat ke titik rotasi, (y

Palka dengan Aktuator pada Sudut

Dalam beberapa aplikasi, gaya yang diterapkan oleh aktuator linier harus berada pada sudut seperti pada gambar di atas. Ini membuat perhitungan menjadi sedikit lebih rumit karena gaya yang diterapkan oleh aktuator linier perlu dipecah dalam komponen vertikal dan horizontal. Diagram badan bebas untuk gambar di atas ditunjukkan di bawah ini:

Palka dengan Gaya yang Diterapkan pada Sudut

Penjumlahan torsi untuk contoh ini adalah:

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

Karena gaya dari aktuator linier (F) diterapkan pada suatu sudut (beta), maka perlu dipecah menjadi komponen vertikal (F * sin (beta)) dan komponen horizontal (F * cos (beta)), seperti yang ditunjukkan pada contoh ramp di atas. Komponen gaya vertikal menyebabkan torsi di sekitar engsel karena ada jarak horizontal antara gaya dan engsel; Demikian pula, komponen gaya horizontal juga menyebabkan torsi di sekitar engsel karena ada jarak vertikal antara gaya dan engsel. Anda dapat menentukan jarak ini berdasarkan panjang palka (L) dan sudut palka (alfa), seperti yang ditunjukkan pada contoh palka sebelumnya. Untuk menentukan gaya dinamis yang diperlukan, Anda harus menyelesaikan persamaan di atas untuk F. Sayangnya, gaya dari aktuator linier (F) akan menjadi fungsi yang bergantung pada sudut palka (alfa). Karena sudut ini akan berubah saat Anda membuka palka, gaya minimum yang dibutuhkan dari aktuator linier juga akan berubah. Ini berarti Anda harus menyelesaikan persamaan di atas dalam berbagai sudut untuk menemukan gaya minimum tertinggi yang diperlukan untuk digunakan untuk spesifikasi gaya dinamis Anda. Ini bisa menjadi lebih sulit jika sudut di mana gaya diterapkan (beta) juga berubah saat palka terbuka, yang berarti itu akan menjadi fungsi sudut penetasan (alfa) juga. Jika Anda memahami matematika dengan baik, Anda dapat menentukan persyaratan gaya dinamis yang tepat yang Anda butuhkan dari aktuator linier. Tetapi jika tidak, Anda dapat menggunakan berguna kami Kalkulator Aktuator Linier, yang dirancang hanya untuk situasi sulit ini.

Situasi Statis

Dalam situasi statis, penjumlahan gaya dan penjumlahan torsi akan sama dengan nol karena tidak ada gaya atau torsi yang tidak seimbang yang menyebabkan gerakan. Jika Anda ingin memastikan desain Anda stabil untuk beban tertentu atau memastikan aktuator linier Anda akan menahan beban tertentu, Anda masih dapat menggunakan teknik di atas untuk memastikan semua gaya dan torsi seimbang. Saat memeriksa situasi statis, Anda akan menggunakan spesifikasi gaya statis untuk aktuator linier Anda, bukan spesifikasi gaya dinamis.

Sekarang setelah Anda tahu cara menentukan seberapa kuat aktuator linier Anda, Anda dapat menemukan yang tepat untuk kebutuhan Anda di seleksi di Firgelli Automations.

Tags:

Share this article

Koleksi Terpilih

Butuh Bantuan Menemukan Aktuator yang Tepat?

Kami melakukan rekayasa presisi dan memproduksi produk kami sehingga Anda mendapatkan harga produsen langsung. Kami menawarkan pengiriman di hari yang sama dan dukungan pelanggan yang berpengetahuan luas. Coba gunakan Kalkulator Aktuator kami untuk mendapatkan bantuan memilih aktuator yang tepat untuk aplikasi Anda.