선형 액추에이터의 강도가 얼마나 필요한가요?

무엇을 찾고 있습니까?

의 힘 선형 액추에이터 그것이 전달할 수있는 힘의 양입니다. 일반적으로 미터법 단위의 경우 뉴턴 (N)으로, 영국식 단위의 경우 파운드 (lbs)로 표시됩니다. 선형 액추에이터 제조업체가 제공하는 힘 사양에는 동적 및 정적의 두 가지 유형이 있습니다.

동적 힘 (또는 동적 하중)은 액추에이터가 물체를 움직이기 위해 적용 할 수있는 최대 힘입니다.

정적 힘 (또는 정하중)은 액추에이터가 움직이지 않을 때 지탱할 수있는 최대 무게입니다.

이러한 힘 사양은 일반적으로 프로젝트에 필요한 선형 액추에이터를 결정하는 핵심 요소입니다. 선형 액추에이터를 선택할 때 고려해야 할 다른 요소가 무엇인지 모르는 경우 이에 대한 게시물을 확인하십시오. 여기.  

선형 액추에이터로 물체를 움직이려고 할 때 선형 액추에이터가 가질 수있는 최소 동적 힘을 결정해야합니다. 이 힘은 이동하려는 무게뿐만 아니라 관련된 액추에이터의 수와 설계의 물리적 형상에 따라 달라집니다. 한 응용 프로그램에서 정확한 힘 요구 사항을 결정하려면 Newton의 첫 번째 운동 법칙을 적용해야합니다. 이 법칙은 정지 된 물체가 불균형 한 힘에 의해 작용하지 않는 한 정지 상태를 유지하는 경향이 있음을 명시합니다. 우리에게 이것은 선형 액추에이터의 힘이 원하는 동작 방향에 대해 작용하는 모든 힘의 합보다 커야 함을 의미합니다. 이 가이드는 몇 가지 기본 예를 사용하여 관련된 힘을 계산하는 방법을 안내합니다.

퀵 어 사이드: 자유 몸체 다이어그램은 적용되는 힘을 시각화하는 데 사용되는 객체의 단순화 된 다이어그램입니다. 이러한 다이어그램을 활용하면 관련된 모든 힘과 방향을 시각화하는 것이 좋습니다.

1 차원 운동

1D 자유 체 다이어그램 모션을 제공하기 위해 선형 액추에이터를 사용하는 가장 간단한 경우는 하나의 액추에이터를 사용하여 하나의 축을 따라 물체를 이동하는 것입니다. 이 단락 옆에있는 자유 몸체 다이어그램에서 볼 수 있듯이 선형 액추에이터가 적용하는 힘은 F로 표시되고 물체의 무게는 W로 표시됩니다. 선형 액추에이터에 필요한 동적 힘을 결정하려면 간단히 합계를 빼면됩니다. motio를 생성하려면 0보다 커야합니다. 이 예에서는 F – W> 0이됩니다. 그러면 F를 풀어야합니다. F> W가됩니다.  즉, 선형 액추에이터의 동적 힘 요구 사항은 물체의 무게보다 커야합니다.     

프리 바디와 같이 하나 이상의 선형 액추에이터를 사용하는 경우2 액추에이터 예여기에 표시된 다이어그램에서 위와 동일한 프로세스를 따릅니다. 이 예에서 힘의 합은 F + F – W> 0 또는 2 * F – W> 0이됩니다. 그런 다음 F를 구하면 F> ½ * W가됩니다. 즉, 하나의 액추에이터가 적용하는 힘은 물체의 무게보다 작을 수 있지만 두 가지의 총 힘은 더 커야합니다.

 

 

 

마찰

위의 경우는 힘 균형 계산에서 마찰을 무시했으며, 이는 응용 프로그램의 경우 일 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 마찰력 (f)의 양은 마찰 계수 (u)에 수직력 (N)을 곱한 것과 같습니다. 마찰 계수는 일반적으로 0과 1 사이이며 (1보다 클 수 있지만) 윤활유 사용 여부는 물론 서로 미끄러지는 재료에 따라 달라집니다.
마찰 계수는 물체가 움직이면 변경되며 종종 정적 및 동적 값으로 제공됩니다. 정적 값은 항상 동적 값 (뉴턴의 첫 번째 법칙으로 인해)보다 큽니다. 오브젝트를 이동하려고 할 때 마찰 계수의 정적 값을 사용하는 것이 좋습니다. 수직력은 다른 물체 나 표면에서 물체를지지하는 데 사용되는 결과적인 힘입니다. 예를 들어, 집의 바닥에 서있는 경우 바닥은 몸무게와 동일한 힘으로 위로 힘을 가하여지지합니다. 이것은 정상적인 힘입니다. 수직력은 항상 마찰력에 수직으로 작용하고 마찰력은 항상 원하는 동작 방향에 대해 작용합니다.

위의 경우와 같이 움직이는 물체가 표면을 따라 미끄러지지 않는 상황에서는 마찰을 무시할 수 있습니다. 기술적으로는 직선 운동이든 물체를 지원하는 구성 요소는 다음과 같이 지원합니다. 슬라이드 레일 또는 선형 액추에이터 자체에는 이동을 시작하기 위해 극복해야 할 내부 마찰이 있지만 상대적으로 작습니다.

서랍의 자유 몸체 다이어그램

표면을 따라 물체를 이동하는 경우 힘 계산에서 마찰을 고려해야합니다. 위의 자유 몸체 다이어그램은 선형 액추에이터에 의해 밀리는 서랍의 예를 보여줍니다. 마다 서랍 슬라이드 수직 하중 (W)을 지탱할 때 눈에 띄는 마찰이 발생합니다. 두 개의 서랍 슬라이드가 있으므로 서랍 슬라이드 중 하나가 적용하는 수직 힘 (N)은 하중 (W)의 절반과 같습니다. 이 예에서 힘을 합하고 F를 푸는 결과는 다음과 같습니다.

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

따라서 선형 액추에이터에서 필요한 힘은 총 마찰력보다 커야합니다. 이 경우 까다로운 부분은 마찰 계수를 결정하는 것입니다. 응용 분야에서 정확한 마찰 계수를 결정할 수 있다면 위의 공식을 사용하여 최소 동적 힘을 해결할 수 있습니다. 마찰 계수를 결정할 수없는 경우 1과 같다고 가정 할 수 있습니다. 이는 실제 마찰 계수보다 클 수 있으므로 선형 액추에이터에서 필요한 힘의 양을 결정하는 데 사용하는 것이 안전한 가정입니다. .

2 차원 운동

지금까지는 1 축을 따라 물체를 이동하는 방법 만 살펴 봤지만 2 축 또는 비스듬한 동작이 필요할 수 있습니다. 이러한 경우에도 힘 합산을 사용하여 필요한 동적 힘을 결정할 수 있지만 여러 축을 고려하고 일부 삼각법을 사용해야합니다. 물체를 경사로 위로 밀어 올리는 아래 예에서 모션 방향은 각도 (세타)입니다. 계산을 단순화하기 위해 그림과 같이 한 축이 동작 방향에 평행하고 다른 축이 수직이되도록 선택할 수 있습니다.

램프 예에 대한 자유 몸체 다이어그램

이제 축이 이동되었으므로 삼각법과 경사로 (세타)의 기울기를 사용하여 물체의 무게를 두 개의 힘 구성 요소로 나눌 필요가 있습니다. 이 힘 중 하나는 우리의 움직임 방향에 반작용하고 하나는 경사로 표면에 수직으로 작용합니다. 마찰력을 결정하는 데 사용되는 수직 힘은 물체 무게의 수직 구성 요소와 같습니다. F를 결정하기 위해 힘의 합을 풀면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

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

회전 운동

선형 액추에이터는 선형 운동을 제공하지만 뚜껑이나 해치를 여는 것과 같은 응용 분야에서 회전을 제공하는데도 사용할 수 있습니다. 회전을 제공하는 데 필요한 동적 힘은 불균형 힘보다는 불균형 토크를 발생시켜야합니다. 토크는 회전을 유발하는 회전력이며 적용되는 힘에 회전 지점까지의 수직 거리를 곱한 것과 같습니다. 따라서 회전을 유발하려면 선형 액추에이터가 원하는 회전 방향에 대해 작동하는 모든 토크의 합보다 큰 토크를 제공해야합니다.

해치 예제의 자유 몸체 다이어그램

선형 액추에이터가 적용하는 토크의 양은 적용되는 힘과 회전 지점으로부터의 거리라는 두 가지 요소에 따라 달라집니다. 위의 예에서 토크 합계는 동일하게 보입니다.

F * y * cos (알파)-W * x * cos (알파)> 0

회전 지점에서 선형 액추에이터의 힘까지의 거리는 y이고 회전 지점에서 해치의 무게 중심까지의 거리는 x입니다. 해치가 각도 (알파)에 있기 때문에 각도의 코사인 거리를 곱하여 각 힘에 대한 수직 거리를 결정할 수 있습니다. 선형 액추에이터 F의 동적 힘을 구하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

F> (W * x) / y

왼쪽의 경우 선형 액추에이터 F의 동적 힘은 회전 지점 (y> x)에서 더 멀리 작용하기 때문에 해치의 무게 W보다 작거나 같을 수 있습니다. 오른쪽의 경우 F가 회전 점 (y

액추에이터로 비스듬히 해치

일부 응용 분야에서 선형 액추에이터에 의해 적용되는 힘은 위의 이미지와 같은 각도에 있어야합니다. 선형 액추에이터에 의해 적용되는 힘이 수직 및 수평 구성 요소로 분리되어야하기 때문에 계산이 조금 더 복잡해집니다. 위 이미지의 자유 바디 다이어그램은 다음과 같습니다.

각도에 힘이 적용된 해치

이 예의 토크 합계는 다음과 같습니다.

((F * cos (베타)) * (L * sin (알파))) + (F * sin (베타)) * (L * cos (알파))-W * (x * cos (알파)> 0

선형 액추에이터 (F)의 힘이 각도 (베타)로 가해지기 때문에 그림과 같이 수직 성분 (F * sin (베타))과 수평 성분 (F * cos (베타))으로 분리해야합니다. 위의 램프 예에서. 힘의 수직 성분은 힘과 힌지 사이에 수평 거리가 있기 때문에 힌지 주위에 토크를 발생시킵니다. 유사하게, 힘의 수평 성분은 힘과 힌지 사이에 수직 거리가 있기 때문에 힌지 주위에 토크를 발생시킵니다. 이전 해치 예에 표시된대로 해치 길이 (L) 및 해치 각도 (알파)를 기반으로 이러한 거리를 결정할 수 있습니다. 필요한 동적 힘을 결정하려면 위의 F 방정식을 풀어야합니다. 불행히도 선형 액추에이터 (F)의 힘은 해치 각도 (알파)에 따라 달라지는 함수가됩니다. 해치를 열면이 각도가 변경되므로 선형 액추에이터에 필요한 최소 힘도 변경됩니다. 즉, 동적 힘 사양에 사용하는 데 필요한 가장 높은 최소 힘을 찾으려면 다양한 각도에서 위의 방정식을 풀어야합니다. 해치가 열리면서 힘이 가해지는 각도 (베타)도 변경되면이 작업이 훨씬 더 어려울 수 있으며, 이는 해치 각도 (알파)의 함수가 될 것임을 의미합니다. 수학을 잘 알고 있다면 선형 액추에이터에서 필요한 정확한 동적 힘 요구 사항을 결정할 수 있습니다. 그러나 그렇지 않은 경우 편리한 선형 액추에이터 계산기, 이러한 어려운 상황을 위해 설계되었습니다.

정적 상황

정적 상황에서 힘의 합과 토크의 합은 운동을 유발하는 불균형 힘이나 토크가 없기 때문에 0과 같습니다. 주어진 부하에 대해 설계가 안정적인지 확인하거나 선형 액추에이터가 주어진 부하를 유지하도록하려면 위의 기술을 사용하여 모든 힘과 토크가 균형을 이루도록 할 수 있습니다. 정적 상황을 확인할 때 동적 힘 사양 대신 선형 액추에이터에 정적 힘 사양을 사용합니다.

이제 선형 액추에이터의 강도를 결정하는 방법을 알았으므로 이제 필요에 맞는 올바른 액추에이터를 찾을 수 있습니다. Firgelli Automations에서 선택.

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