リニアアクチュエータの強度はどれくらい必要ですか?

私は何を探していますか?

の強さ リニアアクチュエータ それが提供できる力の量です。通常、メートル法の場合はニュートン(N)、インペリアル単位の場合はポンド(lbs)で表示されます。リニアアクチュエータメーカーが提供する力の仕様には、動的と静的の2種類があります。

動的な力 (または動的負荷)は、アクチュエータがオブジェクトを移動するために適用できる最大の力です。

静力 (または静的負荷)は、アクチュエータが動いていないときに保持できる最大重量です。

これらの力の仕様は、一般に、プロジェクトに必要なリニアアクチュエータを決定する際の重要な要素です。リニアアクチュエータを選択する際に考慮したい他の要因がわからない場合は、これに関する投稿を確認してください。 ここに.  

リニアアクチュエータを使用してオブジェクトを移動しようとする場合、リニアアクチュエータが持つことができる最小の動的な力を決定する必要があります。この力は、動かそうとしている重量だけでなく、関係するアクチュエータの数や設計の物理的形状にも依存します。 1つのアプリケーションで正確な力の要件を決定するには、ニュートンの最初の運動の法則を適用する必要があります。この法則は、静止している物体は、不均衡な力が作用しない限り、静止している傾向があると述べています。私たちにとって、これは、リニアアクチュエータからの力が、目的の運動方向に対して作用するすべての力の合計よりも大きい必要があることを意味します。このガイドでは、いくつかの基本的な例を使用して、関連する力を計算する方法について説明します。

クイックアサイド:自由体図は、それに加えられている力を視覚化するために使用されるオブジェクトの簡略図です。これらの図を利用することは、関係するすべての力とその方向を視覚化するための良い習慣です。

一次元運動

1D自由体図 リニアアクチュエータを使用してモーションを提供する最も簡単なケースは、1つのアクチュエータを使用してオブジェクトを1つの軸に沿って移動することです。この段落の横にある自由体図に示されているように、リニアアクチュエータによって加えられる力はFとラベル付けされ、オブジェクトの重量はWとラベル付けされます。リニアアクチュエータに必要な動的な力を決定するには、単純に合計を差し引きます。正の方向の力の合計から負の方向の力の合計。これは、運動をもたらすためにゼロより大きい必要があります。\ nこの例では、F – W> 0になります。次に、Fを解く必要があります。これはF> Wになります。  これは、リニアアクチュエータからの動的な力の要件がオブジェクトの重量よりも大きい必要があることを意味します。     

自由体のように複数のリニアアクチュエータを使用している場合2アクチュエータの例ここに示す図では、上記と同じプロセスに従います。この例では、力の合計はF + F – W> 0または2 * F – W> 0になります。次に、Fを解くとF>½* Wになります。つまり、1つのアクチュエータによって加えられる力はオブジェクトの重量よりも小さい場合がありますが、両方からの力の合計は大きくする必要があります。

 

 

 

摩擦

上記のケースでは、力のバランスの計算で摩擦が無視されました。これは、アプリケーションの場合とそうでない場合があります。摩擦力(f)の量は、摩擦係数(u)に垂直力(N)を掛けたものに等しくなります。摩擦係数は通常0から1の間であり(1より大きい場合もあります)、どの材料がすべり合うか、および潤滑が使用されているかどうかによって異なります。
摩擦係数は、オブジェクトが移動すると変化し、静的値と動的値として与えられることがよくあります。静的な値は常に動的な値よりも大きくなり(ニュートンの第1法則により)、オブジェクトを移動しようとしているときに、摩擦係数の静的な値を使用する必要があります。法線力は、別のオブジェクトまたはサーフェス上のオブジェクトをサポートするために使用される合力です。たとえば、あなたが家の床に立っている場合、あなたの床はあなたにあなたの体重に等しい上向きの力を加えることによってあなたを支えます、これは通常の力です。垂直抗力は常に摩擦力に対して垂直に作用し、摩擦力は常に希望する運動方向に対して作用します。

上記の場合のように、移動しているオブジェクトがサーフェスに沿ってスライドしていない状況では、摩擦は無視できます。技術的には、オブジェクトをサポートするコンポーネントは、直線運動であるかどうかに関係なく、次のようにサポートします。 スライドレール またはリニアアクチュエータ自体には、動き始めるために克服する必要のある内部摩擦がありますが、それは比較的小さいでしょう。

引き出しの自由体図

サーフェスに沿ってオブジェクトを移動する場合は、力の計算で摩擦を考慮する必要があります。上の自由体図は、引き出しがリニアアクチュエーターによって押されている例を示しています。各 引き出しスライド 垂直荷重(W)を支えているため、かなりの摩擦が発生します。引き出しスライドが2つあるため、引き出しスライドの1つによって加えられる垂直力(N)は、荷重(W)の半分に等しくなります。この例で力を合計してFを解くと、次のようになります。

F> u *(0.5 * W)+ u *(0.5 * W)= u * W

したがって、リニアアクチュエータに必要な力は、摩擦の合計力よりも大きい必要があります。これらの場合のトリッキーな部分は、摩擦係数を決定することです。アプリケーションで正確な摩擦係数を決定できる場合は、上記の式を使用して、最小の動的力を解くことができます。摩擦係数を決定できない場合は、1に等しいと見なすことができます。これはおそらく実際の摩擦係数よりも大きいため、リニアアクチュエータから必要な力の量を決定するために使用するのが安全な仮定です。 。

二次元の動き

これまで、オブジェクトを1軸に沿って移動することだけを見てきましたが、2軸または角度での移動が必要になる場合があります。このような場合でも、力の合計を使用して必要な動的な力を決定できますが、複数の軸を考慮し、三角法を利用する必要があります。以下のオブジェクトをランプに押し上げる例では、動きの方向は角度(シータ)です。計算を単純化するために、図に示すように、一方の軸を運動方向に平行にし、もう一方の軸を垂直にすることを選択できます。

ランプの例の自由体図

軸がシフトされたので、三角法とランプの傾き(シータ)を利用して、オブジェクトの重量を2つの力の成分に分割する必要があります。これらの力の1つは私たちの運動方向に逆らって作用し、もう1つは傾斜路の表面に垂直に作用します。摩擦力を決定するために使用される法線力は、オブジェクトの重量の垂直成分に等しくなります。力の合計を解いてFを決定すると、次のようになります。

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

回転運動

リニアアクチュエータは直線運動を提供しますが、蓋やハッチを開くなどのアプリケーションで回転を提供するためにも使用できます。回転を提供するために必要な動的な力は、不均衡な力ではなく、不均衡なトルクをもたらす必要があります。トルクは、回転を引き起こす回転力であり、加えられた力に回転点までの垂直距離を掛けたものに等しくなります。したがって、回転を引き起こすには、リニアアクチュエータは、目的の回転方向に対して作用するすべてのトルクの合計よりも大きいトルクを提供する必要があります。

ハッチの例の自由体図

リニアアクチュエータが適用するトルクの量は、適用される力と回転点からの距離の2つの要因によって異なります。上記の例では、トルクの合計は同じように見えます。

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

回転点からリニアアクチュエータからの力までの距離はy、回転点からハッチの重心までの距離はxです。ハッチは角度(アルファ)にあるため、各力に対する垂直距離に、角度の余弦による距離を掛けたものを決定できます。リニアアクチュエータの動的な力Fを解くと、次のようになります。

F>(W * x)/ y

左側の場合、リニアアクチュエータの動的な力Fは、回転点(y> x)からさらに離れて作用するため、ハッチの重量W以下にすることができます。右の場合、Fは回転点の近くで動作するため(y

アクチュエータを斜めにハッチング

一部のアプリケーションでは、リニアアクチュエータによって加えられる力は、上の画像のような角度である必要があります。これにより、リニアアクチュエータによって加えられる力を垂直成分と水平成分に分割する必要があるため、計算が少し複雑になります。上の画像の自由体図を以下に示します。

斜めに力を加えたハッチ

この例のトルクの合計は次のとおりです。

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

リニアアクチュエータ(F)からの力は角度(ベータ)で加えられるため、図のように垂直成分(F * sin(ベータ))と水平成分(F * cos(ベータ))に分割する必要があります。上記のランプの例では。力とヒンジの間に水平距離があるため、力の垂直成分によってヒンジの周りにトルクが発生します。同様に、力とヒンジの間に垂直距離があるため、力の水平成分もヒンジの周りにトルクを発生させます。前のハッチングの例に示したように、ハッチングの長さ(L)とハッチングの角度(アルファ)に基づいてこれらの距離を決定できます。必要な動的力を決定するには、Fについて上記の方程式を解く必要があります。残念ながら、リニアアクチュエータからの力(F)は、ハッチの角度(アルファ)に依存する関数になります。ハッチを開くとこの角度が変化するため、リニアアクチュエータに必要な最小の力も変化します。つまり、動的な力の仕様に使用するために必要な最大の最小力を見つけるには、さまざまな角度で上記の方程式を解く必要があります。ハッチが開くときに力が加えられる角度(ベータ)も変化する場合、これはさらに困難になる可能性があります。つまり、ハッチ角度(アルファ)の関数にもな​​ります。数学をよく知っている場合は、リニアアクチュエータから必要な正確な動的力の要件を決定できます。しかし、そうでない場合は、私たちの便利なを使用することができます リニアアクチュエータ計算機, これらの困難な状況のためだけに設計されています。

静的な状況

静的な状況では、力の合計とトルクの合計はゼロに等しくなります。これは、運動を引き起こす不均衡な力やトルクがないためです。設計が特定の負荷に対して安定していることを確認する場合、またはリニアアクチュエータが特定の負荷を保持することを確認する場合でも、上記の手法を使用して、すべての力とトルクのバランスをとることができます。静的な状況をチェックするときは、動的な力の仕様ではなく、リニアアクチュエータの静的な力の仕様を使用します。

リニアアクチュエータの強度を決定する方法がわかったので、ニーズに合ったアクチュエータを見つけることができます。 FirgelliAutomationsでの選択.

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