Hoe sterk heb ik een lineaire actuator nodig?

Waar ben ik naar op zoek?

De kracht van een lineaire actuator is de hoeveelheid kracht die het kan leveren. Het wordt meestal gezien in termen van Newton (N) voor metrische eenheden en ponden (lbs) voor Engelse eenheden. Er zijn twee soorten krachtspecificaties die fabrikanten van lineaire actuatoren zullen leveren: dynamisch en statisch.

Dynamische kracht (of dynamische belasting) is de maximale kracht die de actuator kan uitoefenen om een ​​object te verplaatsen.

Statische kracht (of statische belasting) is het maximale gewicht dat de actuator kan dragen als deze niet beweegt.

Deze krachtspecificaties zijn over het algemeen sleutelfactoren bij het bepalen welke lineaire actuator u nodig heeft voor uw project. Als u niet weet met welke andere factoren u rekening zou kunnen houden bij het selecteren van een lineaire actuator, bekijk dan ons bericht hierover hier.  

Wanneer u een object probeert te verplaatsen met een lineaire actuator, moet u bepalen wat de minimale dynamische kracht is die uw lineaire actuator kan hebben. Deze kracht hangt niet alleen af ​​van het gewicht dat u probeert te verplaatsen, maar ook van het aantal betrokken actuatoren en de fysieke geometrie van uw ontwerp. Om de exacte krachtvereiste in een bepaalde toepassing te bepalen, moet u de eerste bewegingswet van Newton toepassen. Deze wet stelt dat een object in rust de neiging heeft om in rust te blijven, tenzij erop wordt gehandeld door een onbalanskracht. Voor ons betekent dit dat de kracht van onze lineaire actuator groter moet zijn dan de som van alle krachten die tegen de gewenste bewegingsrichting in werken. In deze gids wordt uitgelegd hoe u de betrokken krachten kunt berekenen aan de hand van enkele basisvoorbeelden.

Snel terzijde: Vrije lichaamsdiagrammen zijn vereenvoudigde diagrammen van objecten die worden gebruikt om de krachten te visualiseren die erop worden uitgeoefend. Het gebruik van deze diagrammen is een goede gewoonte om alle betrokken krachten en hun oriëntatie te visualiseren.

Eendimensionale beweging

1D vrij lichaamsdiagram Het eenvoudigste geval van het gebruik van een lineaire actuator om beweging te bieden, is het gebruik van één actuator om een ​​object langs één as te verplaatsen. Zoals weergegeven in het diagram van het vrije lichaam naast deze paragraaf, wordt de kracht die door de lineaire actuator wordt uitgeoefend, aangeduid als F en het gewicht van het object als W.Om de dynamische kracht te bepalen die nodig is voor de lineaire actuator, trekt u gewoon de som af van de krachten in de negatieve richting uit de som van de krachten in de positieve richting, die groter moet zijn dan nul om in beweging te komen. Voor dit voorbeeld wordt het F - W> 0. Dan moet je F oplossen, dat wordt F> W.  Dit betekent dat de dynamische krachtbehoefte van de lineaire actuator groter moet zijn dan het gewicht van het object.     

In het geval dat u meer dan één lineaire actuator gebruikt, zoals in het vrije lichaam2 Actuator Voorbeelddiagram hier getoond, volgt u hetzelfde proces als hierboven. Voor dit voorbeeld wordt de sommatie van krachten F + F - W> 0 of 2 * F - W> 0. Dan wordt het oplossen voor F F> ½ * W. Dit betekent dat de kracht die door één actuator wordt uitgeoefend minder kan zijn dan het gewicht van het object, maar dat de totale kracht van beide groter moet zijn.

 

 

 

Wrijving

De bovenstaande gevallen negeerden wrijving in hun krachtbalansberekeningen, wat al dan niet het geval kan zijn in uw toepassing. De hoeveelheid wrijvingskracht (f) is gelijk aan de wrijvingscoëfficiënt (u) maal een normaalkracht (N). De wrijvingscoëfficiënt ligt typisch tussen 0 en 1 (hoewel deze groter kan zijn dan 1) en hangt af van welke materialen door elkaar glijden en of er al dan niet smering wordt gebruikt.
De wrijvingscoëfficiënt verandert ook wanneer een object in beweging is en wordt vaak gegeven als statische en dynamische waarden. De statische waarde zal altijd groter zijn dan de dynamische waarde (vanwege de eerste wet van Newton) en aangezien we een object proberen te verplaatsen, wil je de statische waarde van de wrijvingscoëfficiënt gebruiken. De normaalkracht is de resulterende kracht die wordt gebruikt om een ​​object op een ander object of oppervlak te ondersteunen. Als u bijvoorbeeld thuis op een vloer staat, zal uw vloer u ondersteunen door een opwaartse kracht op u uit te oefenen die gelijk is aan uw gewicht, dit is een normale kracht. De normaalkracht werkt altijd loodrecht op de wrijvingskracht en de wrijvingskracht werkt altijd tegen de gewenste bewegingsrichting in.

In situaties, zoals de bovenstaande gevallen, waarin het object dat u verplaatst niet over een oppervlak glijdt, kan wrijving worden genegeerd. Hoewel technisch gezien, de componenten die uw object ondersteunen, of ze nu lineaire beweging zijn, zoals schuifrails of de lineaire actuator zelf, zal enige interne wrijving hebben die u moet overwinnen om in beweging te komen, maar deze zal relatief klein zijn.

Gratis lichaamsdiagram van een lade

Als u een object langs een oppervlak verplaatst, moet u rekening houden met wrijving bij uw krachtberekeningen. Het diagram van het vrije lichaam hierboven toont een voorbeeld van een lade die wordt geduwd door een lineaire actuator. Elk lade geleider zullen een merkbare hoeveelheid wrijving hebben omdat ze een loodrechte belasting (W) ondersteunen. Aangezien er twee ladegeleiders zijn, is de normaalkracht (N) die wordt uitgeoefend door een van de ladegeleiders gelijk aan de helft van de belasting (W). Het optellen van de krachten en het oplossen van F in dit voorbeeld zal resulteren in:

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

De kracht die u van de lineaire actuator nodig heeft, moet dus groter zijn dan de totale wrijvingskracht. Het lastige in deze gevallen is het bepalen van de wrijvingscoëfficiënt. Als u de exacte wrijvingscoëfficiënt in uw toepassing kunt bepalen, kunt u eenvoudig de bovenstaande formule gebruiken om uw minimale dynamische kracht op te lossen. Als u de wrijvingscoëfficiënt niet kunt bepalen, kunt u ervan uitgaan dat deze gelijk is aan 1. Dit zal waarschijnlijk groter zijn dan de werkelijke wrijvingscoëfficiënt, dus het is een veilige aanname om te gebruiken om de hoeveelheid kracht te bepalen die u van uw lineaire actuator nodig hebt. .

Tweedimensionale beweging

Tot nu toe hebben we alleen gekeken naar het verplaatsen van een object langs één as, maar het kan zijn dat u beweging in twee assen of onder een hoek nodig hebt. In deze gevallen kunt u nog steeds krachtsommatie gebruiken om de vereiste dynamische kracht te bepalen, maar we moeten rekening houden met meerdere assen en gebruik maken van een bepaalde trigonometrie. In het onderstaande voorbeeld van het duwen van een object op een helling, is de bewegingsrichting in een hoek (theta). Om onze berekeningen te vereenvoudigen, kunt u ervoor kiezen om de ene as parallel te laten lopen aan de bewegingsrichting en de andere as dan loodrecht te laten staan, zoals weergegeven.

Gratis lichaamsdiagram voor het rampvoorbeeld

Nu de assen zijn verschoven, moet u het gewicht van het object in twee krachtcomponenten verdelen door trigonometrie en de helling van de helling (theta) te gebruiken. Een van deze krachten werkt tegen onze bewegingsrichting in en de ander werkt loodrecht op het oppervlak van de hellingbaan. De normaalkracht, die wordt gebruikt om de wrijvingskracht te bepalen, is gelijk aan de loodrechte component van het gewicht van het object. Het oplossen van de sommatie van krachten om F te bepalen zal resulteren in:

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

Roterende beweging

Hoewel lineaire actuatoren lineaire beweging bieden, kunnen ze ook worden gebruikt om te roteren in toepassingen zoals het openen van een deksel of luik. De dynamische kracht die nodig is om te roteren, zal moeten resulteren in een ongebalanceerd koppel in plaats van een ongebalanceerde kracht. Een koppel is een draaikracht die rotatie veroorzaakt en is gelijk aan de uitgeoefende kracht maal de loodrechte afstand tot het rotatiepunt. Om rotatie te veroorzaken, moet een lineaire actuator dus een koppel leveren dat groter is dan de som van alle koppels die tegen de richting van de gewenste rotatie in werken.

Gratis lichaamsdiagrammen van luikvoorbeeld

De hoeveelheid koppel die uw lineaire actuator toepast, is afhankelijk van twee factoren: de toegepaste kracht en de afstand tot het rotatiepunt. In de bovenstaande voorbeelden ziet de som van de koppels er hetzelfde uit:

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

De afstand van het rotatiepunt tot de kracht van de lineaire actuator is y, en de afstand van het rotatiepunt tot het zwaartepunt van het luik is x. Omdat het luik onder een hoek (alfa) staat, kunnen we de loodrechte afstand tot elke kracht bepalen door maal de afstand door de cosinus van de hoek. Oplossen voor de dynamische kracht van de lineaire actuator, F, resulteert in:

F> (W * x) / j

In het geval naar links kan de dynamische kracht van de lineaire actuator, F, kleiner of gelijk zijn aan het gewicht van het luik, W, omdat het verder werkt vanaf het rotatiepunt (y> x). Terwijl in het geval rechts, F groter moet zijn dan W omdat F dichter bij het rotatiepunt (y

Luik met actuator in een hoek

In sommige toepassingen moet de kracht die wordt uitgeoefend door de lineaire actuator onder een hoek staan ​​zoals in de afbeelding hierboven. Dit maakt de berekeningen een beetje ingewikkelder omdat de kracht die wordt uitgeoefend door de lineaire actuator moet worden opgedeeld in verticale en horizontale componenten. Het gratis lichaamsdiagram voor de afbeelding hierboven wordt hieronder weergegeven:

Uitkomen met kracht die onder een hoek wordt uitgeoefend

De som van koppels voor dit voorbeeld is:

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

Omdat de kracht van de lineaire actuator (F) onder een hoek (bèta) wordt uitgeoefend, moet deze worden opgesplitst in een verticale component (F * sin (bèta)) en horizontale component (F * cos (bèta)), zoals weergegeven in het rampvoorbeeld hierboven. De verticale component van de kracht veroorzaakt een koppel rond het scharnier aangezien er een horizontale afstand is tussen de kracht en het scharnier; Evenzo veroorzaakt de horizontale component van de kracht ook een koppel rond het scharnier aangezien er een verticale afstand is tussen de kracht en het scharnier. Deze afstanden kunt u bepalen aan de hand van de lengte van het luik (L) en de hoek van het luik (alfa), zoals weergegeven in het vorige luikvoorbeeld. Om de vereiste dynamische kracht te bepalen, moet u de bovenstaande vergelijking voor F oplossen. Helaas zal de kracht van de lineaire actuator (F) een functie zijn die afhankelijk is van de hoek van het luik (alfa). Aangezien deze hoek verandert als u het luik opent, verandert ook de minimale kracht die nodig is van de lineaire actuator. Dit betekent dat u de bovenstaande vergelijking onder verschillende hoeken moet oplossen om de hoogste minimale kracht te vinden die nodig is voor uw dynamische krachtspecificatie. Dit kan nog moeilijker zijn als de hoek waaronder de kracht wordt uitgeoefend (bèta) ook verandert als het luik opent, wat betekent dat het ook een functie zal zijn van de luikhoek (alfa). Als u uw wiskunde goed kent, kunt u de exacte dynamische krachtvereiste bepalen die u nodig heeft van uw lineaire actuator. Maar zo niet, dan kunt u onze handige Lineaire actuatorcalculator, die speciaal is ontworpen voor deze moeilijke situaties.

Statische situaties

In een statische situatie is de sommatie van krachten en de sommatie van koppels gelijk aan nul, aangezien er geen ongebalanceerde kracht of koppel is die beweging veroorzaakt. Als u zeker wilt zijn dat uw ontwerp stabiel is voor een bepaalde belasting of ervoor wilt zorgen dat uw lineaire actuator een bepaalde belasting aankan, kunt u nog steeds de bovenstaande technieken gebruiken om ervoor te zorgen dat alle krachten en koppels in evenwicht zijn. Bij het controleren van statische situaties, gebruikt u de statische krachtspecificatie voor uw lineaire actuator in plaats van de dynamische krachtspecificatie.

Nu u weet hoe u kunt bepalen hoe sterk uw lineaire actuator moet zijn, kunt u de juiste voor uw behoeften vinden in onze selectie bij Firgelli Automations.

Tags:

Share this article

Aanbevolen collecties

Hulp nodig bij het vinden van de juiste actuator?

Wij precisie engineer en vervaardiging van onze producten, zodat u directe fabrikanten prijzen. Wij bieden dezelfde dag verzending en deskundige klantenondersteuning. Probeer onze Actuator Calculator te gebruiken om hulp te krijgen bij het kiezen van de juiste actuator voor uw toepassing.