Насколько сильный линейный привод мне нужен?

Что я ищу?

Сила линейный привод это количество силы, которое он может доставить. Обычно это выражается в ньютонах (Н) для метрических единиц и фунтах (фунтах) для британских единиц. Производители линейных приводов предоставляют два типа характеристик силы: динамические и статические.

Динамическая сила (или динамическая нагрузка) - это максимальная сила, которую привод может приложить для перемещения объекта.

Статическая сила (или статическая нагрузка) - это максимальный вес, который привод может выдержать, когда он не движется.

Эти характеристики силы обычно являются ключевыми факторами при определении того, какой линейный привод вам нужен для вашего проекта. Если вы не знаете, какие еще факторы следует учитывать при выборе линейного привода, ознакомьтесь с нашей публикацией об этом Вот.  

При попытке переместить объект с помощью линейного привода вам необходимо определить минимальную динамическую силу, которую может иметь ваш линейный привод. Эта сила будет зависеть не только от веса, который вы пытаетесь переместить, но и от количества задействованных исполнительных механизмов и физической геометрии вашей конструкции. Чтобы определить точное требуемое усилие в любом приложении, вам нужно применить первый закон движения Ньютона. Этот закон гласит, что объект в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в покое, если на него не действует сила дисбаланса. Для нас это означает, что сила от нашего линейного привода должна быть больше, чем сумма всех сил, действующих против желаемого направления движения. В этом руководстве вы узнаете, как рассчитать задействованные силы, используя несколько основных примеров.

Быстро в сторону: Диаграммы свободного тела - это упрощенные диаграммы объектов, которые используются для визуализации приложенных к нему сил. Использование этих диаграмм является хорошей практикой для визуализации всех задействованных сил и их ориентации.

Одномерное движение

1D диаграмма свободного тела Самый простой случай использования линейного привода для обеспечения движения - это использование одного привода для перемещения объекта вдоль одной оси. Как показано на схеме свободного тела рядом с этим абзацем, сила, прикладываемая линейным приводом, обозначена как F, а вес объекта обозначен как W. Чтобы определить динамическую силу, требуемую для линейного привода, вы просто вычтите сумму сил в отрицательных направлениях от суммы сил в положительном направлении, которая должна быть больше нуля, чтобы привести к движению \ n. В этом примере это становится F - W> 0. Затем вам нужно найти F, которое станет F> W.  Это означает, что динамическая сила, требуемая от линейного привода, должна быть больше, чем вес объекта.     

В случае, если вы используете более одного линейного привода, например, в свободном корпусе2 Пример приводадиаграмме, показанной здесь, вы следуете тому же процессу, что и выше. В этом примере сумма сил становится F + F - W> 0 или 2 * F - W> 0. Тогда решение для F становится F> ½ * W. Это означает, что сила, прилагаемая одним приводом, может быть меньше веса объекта, но общая сила от обоих должна быть больше.

 

 

 

Трение

В приведенных выше случаях трение не учитывалось при расчетах баланса сил, что может иметь место в вашем приложении, а может и нет. Величина силы трения (f) равна коэффициенту трения (u), умноженному на нормальную силу (N). Коэффициент трения обычно составляет от 0 до 1 (хотя он может быть больше 1) и будет зависеть от того, какие материалы скользят друг относительно друга, а также от того, используется ли смазка.
Коэффициент трения также будет меняться, когда объект находится в движении, и часто указывается как статические и динамические значения. Статическое значение всегда будет больше, чем динамическое значение (из-за первого закона Ньютона), и, поскольку мы пытаемся переместить объект, вы захотите использовать статическое значение коэффициента трения. Нормальная сила - это результирующая сила, используемая для поддержки объекта на другом объекте или поверхности. Например, если вы стоите на полу в своем доме, ваш пол будет поддерживать вас, прикладывая к вам направленную вверх силу, равную вашему весу, это нормальная сила. Нормальная сила всегда будет действовать перпендикулярно силе трения, а сила трения всегда будет действовать против желаемого направления движения.

В ситуациях, подобных описанным выше, когда перемещаемый объект не скользит по поверхности, трение можно игнорировать. Хотя технически компоненты, поддерживающие ваш объект, поддерживают ли они линейное движение, например направляющие рельсы или сам линейный привод, будет иметь некоторое внутреннее трение, которое вам нужно будет преодолеть, чтобы начать движение, но оно будет относительно небольшим.

Схема свободного корпуса ящика

Если вы перемещаете объект по поверхности, при расчетах силы необходимо учитывать трение. На приведенной выше схеме свободного тела показан пример выдвижного ящика с помощью линейного привода. Каждый выдвижной ящик будут иметь заметное трение, поскольку они выдерживают перпендикулярную нагрузку (W). Поскольку имеется две направляющих ящика, нормальная сила (Н), приложенная к одной из направляющих ящика, будет равна половине нагрузки (W). Суммирование сил и решение для F в этом примере приведет к:

F> и * (0,5 * Вт) + и * (0,5 * Вт) = и * Вт

Таким образом, сила, которую вам требуется от линейного привода, должна быть больше, чем общая сила трения. Сложная часть в этих случаях - определение коэффициента трения. Если вы можете определить точный коэффициент трения в своем приложении, вы можете просто использовать приведенную выше формулу для определения минимальной динамической силы. Если вы не можете определить коэффициент трения, вы можете принять его равным 1. Это, вероятно, будет больше, чем фактический коэффициент трения, так что это безопасное предположение, которое можно использовать для определения количества силы, которое вам требуется от линейного привода. .

Двумерное движение

До сих пор мы рассматривали перемещение объекта только по одной оси, но вам может потребоваться движение по двум осям или под углом. В этих случаях вы все равно можете использовать суммирование сил для определения требуемой динамической силы, но нам нужно будет рассмотреть несколько осей и использовать некоторую тригонометрию. В приведенном ниже примере подталкивания объекта вверх по рампе направление движения находится под углом (тета). Чтобы упростить наши вычисления, вы можете выбрать, чтобы одна ось была параллельна направлению движения, а другая ось была перпендикулярна, как показано.

Схема свободного тела для примера рампы

Теперь, когда оси сдвинуты, вам нужно разделить вес объекта на две составляющие силы, используя тригонометрию и наклон наклонной плоскости (тета). Одна из этих сил будет действовать против нашего направления движения, а другая будет действовать перпендикулярно поверхности рампы. Нормальная сила, используемая для определения силы трения, будет равна перпендикулярной составляющей веса объекта. Решение суммы сил для определения F приведет к:

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

Вращательное движение

Хотя линейные приводы обеспечивают линейное движение, они также могут использоваться для обеспечения вращения в таких приложениях, как открытие крышки или люка. Динамическая сила, необходимая для обеспечения вращения, должна приводить к несбалансированному моменту, а не к несбалансированной силе. Крутящий момент - это вращающая сила, которая вызывает вращение, и равна приложенной силе, умноженной на перпендикулярное расстояние до точки вращения. Таким образом, чтобы вызвать вращение, линейный привод должен обеспечивать крутящий момент, превышающий сумму всех крутящих моментов, действующих против направления желаемого вращения.

Схемы свободного тела на примере штриховки

Величина крутящего момента, прикладываемого вашим линейным приводом, будет зависеть от двух факторов: прилагаемой силы и расстояния от точки вращения. В приведенных выше примерах сумма крутящих моментов выглядит так же:

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

Расстояние от точки вращения до силы, исходящей от линейного привода, равно y, а расстояние от точки вращения до центра тяжести люка равно x. Поскольку штриховка расположена под углом (альфа), мы можем определить перпендикулярное расстояние к каждой силе, умножив расстояние на косинус угла. Решение для динамической силы поступательного привода F приводит к:

F> (W * x) / у

В случае слева динамическая сила линейного привода F может быть меньше или равна весу люка W, поскольку он действует дальше от точки поворота (y> x). В то время как в случае справа, F должно быть больше, чем W, потому что F действует ближе к точке вращения (y

Люк с приводом под углом

В некоторых приложениях сила, прикладываемая линейным приводом, должна быть под углом, как на изображении выше. Это немного усложняет расчеты, поскольку силу, прикладываемую линейным приводом, необходимо будет разделить на вертикальные и горизонтальные составляющие. Схема свободного тела для изображения выше показана ниже:

Люк с силой, приложенной под углом

Сумма моментов для этого примера:

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

Поскольку сила от линейного привода (F) прилагается под углом (бета), ее необходимо разбить на вертикальную составляющую (F * sin (бета)) и горизонтальную составляющую (F * cos (бета)), как показано в приведенном выше примере рампы. Вертикальная составляющая силы вызывает крутящий момент вокруг шарнира, так как между силой и шарниром существует горизонтальное расстояние; аналогично, горизонтальная составляющая силы также вызывает крутящий момент вокруг шарнира, поскольку существует вертикальное расстояние между силой и шарниром. Эти расстояния можно определить на основе длины штриховки (L) и угла штриховки (альфа), как показано в предыдущем примере штриховки. Чтобы определить требуемую динамическую силу, вам необходимо решить приведенное выше уравнение для F. К сожалению, сила от линейного привода (F) будет функцией, зависящей от угла люка (альфа). Поскольку этот угол будет изменяться при открытии люка, минимальная сила, требуемая от линейного привода, также изменится. Это означает, что вам нужно будет решить приведенное выше уравнение для различных углов, чтобы найти максимальную минимальную силу, необходимую для использования в ваших технических характеристиках динамической силы. Это может быть еще сложнее, если угол приложения силы (бета) также изменяется при открытии штриховки, что будет означать, что он также будет функцией угла штриховки (альфа). Если вы хорошо разбираетесь в математике, вы можете определить точное требуемое динамическое усилие, необходимое для вашего линейного привода. Но если нет, воспользуйтесь нашим удобным Калькулятор линейного привода, который предназначен как раз для этих сложных ситуаций.

Статические ситуации

В статической ситуации сумма сил и сумма крутящих моментов будут равны нулю, поскольку нет неуравновешенной силы или крутящего момента, вызывающих движение. Если вы хотите, чтобы ваша конструкция была стабильной при заданной нагрузке или чтобы ваш линейный привод выдерживал заданную нагрузку, вы все равно можете использовать вышеуказанные методы для обеспечения сбалансированности всех сил и моментов. При проверке статических ситуаций вы будете использовать спецификацию статической силы для вашего линейного привода вместо спецификации динамической силы.

Теперь, когда вы знаете, как определить, насколько прочным должен быть ваш линейный актуатор, вы можете найти подходящий для своих нужд в нашем выбор в Firgelli Automations.

Tags:

Share this article

Нужна помощь в поиске правильного привода?

Мы точность инженера и производства нашей продукции, так что вы получите прямые цены производителей. Мы предлагаем в тот же день доставки и знающих поддержку клиентов. Попробуйте использовать наш калькулятор Actuator, чтобы получить помощь в выборе правильного привода для вашего приложения.