Tôi cần thiết bị truyền động tuyến tính mạnh đến mức nào?

Tôi đang tìm kiếm điều gì đây?

Sức mạnh của một thiết bị truyền động tuyến tính là lượng lực mà nó có thể cung cấp. Nó thường được xem xét theo Newton (N) cho đơn vị hệ mét và pound (lbs) cho đơn vị hệ Anh. Có hai loại thông số kỹ thuật lực mà các nhà sản xuất thiết bị truyền động tuyến tính sẽ cung cấp: Động và Tĩnh.

Lực động (hay tải trọng động) là lực lớn nhất mà bộ truyền động có thể tác dụng để di chuyển một vật thể.

Lực tĩnh (hoặc tải trọng tĩnh) là trọng lượng tối đa mà bộ truyền động có thể giữ khi nó không chuyển động.

Các thông số kỹ thuật về lực này nói chung là các yếu tố chính trong việc xác định thiết bị truyền động tuyến tính nào bạn cần cho dự án của mình. Nếu bạn không biết những yếu tố nào khác mà bạn có thể muốn xem xét khi chọn thiết bị truyền động tuyến tính, hãy xem bài đăng của chúng tôi về điều này đây.  

Khi cố gắng di chuyển một vật bằng thiết bị truyền động tuyến tính, bạn sẽ cần xác định lực động tối thiểu mà thiết bị truyền động tuyến tính của bạn có thể có là gì. Lực này sẽ không chỉ phụ thuộc vào khối lượng mà bạn đang cố gắng di chuyển mà còn phụ thuộc vào số lượng bộ truyền động liên quan và hình dạng vật lý của thiết kế của bạn. Để xác định yêu cầu lực chính xác trong bất kỳ ứng dụng nào, bạn sẽ cần áp dụng định luật chuyển động đầu tiên của Newton. Luật này tuyên bố rằng một vật thể ở trạng thái nghỉ có xu hướng đứng yên trừ khi bị tác động bởi một lực không cân bằng. Đối với chúng tôi, điều này có nghĩa là lực từ thiết bị truyền động tuyến tính của chúng tôi cần phải lớn hơn tổng của tất cả các lực tác động lên hướng chuyển động mong muốn của chúng tôi. Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn bạn cách tính toán các lực liên quan bằng cách sử dụng một số ví dụ cơ bản.

Ngoài lề: Biểu đồ vật thể tự do là biểu đồ đơn giản hóa của các vật thể được sử dụng để hình dung các lực tác dụng lên nó. Sử dụng các sơ đồ này là một phương pháp hay để hình dung tất cả các lực liên quan và định hướng của chúng.

Chuyển động một chiều

Sơ đồ cơ thể tự do 1D Trường hợp đơn giản nhất của việc sử dụng bộ truyền động tuyến tính để cung cấp chuyển động là sử dụng một bộ truyền động để di chuyển một đối tượng dọc theo một trục. Như được thể hiện trong sơ đồ vật tự do bên cạnh đoạn này, lực tác dụng bởi cơ cấu truyền động thẳng có nhãn là F và trọng lượng của vật có nhãn là W. Để xác định lực động cần thiết đối với cơ cấu truyền động thẳng, bạn chỉ cần trừ tổng của các lực theo hướng âm từ tổng các lực theo hướng dương, lực này cần lớn hơn 0 để dẫn đến motio \ n. Đối với ví dụ này, nó trở thành F - W> 0. Sau đó, bạn cần giải quyết cho F, trở thành F> W.  Điều này có nghĩa là yêu cầu lực động từ cơ cấu truyền động thẳng cần lớn hơn trọng lượng của vật.     

Trong trường hợp bạn đang sử dụng nhiều hơn một bộ truyền động tuyến tính, như trong phần thân tự do2 Ví dụ về bộ truyền độngsơ đồ hiển thị ở đây, bạn làm theo quy trình tương tự như trên. Đối với ví dụ này, tổng các lực trở thành F + F - W> 0 hoặc 2 * F - W> 0. Khi đó việc giải F trở thành F> ½ * W. Điều này có nghĩa là lực tác dụng bởi một thiết bị truyền động có thể nhỏ hơn trọng lượng của vật thể, nhưng tổng lực từ cả hai cần phải lớn hơn.

 

 

 

ma sát

Các trường hợp trên đã bỏ qua ma sát trong các tính toán cân bằng lực của chúng, có thể có hoặc không trong trường hợp ứng dụng của bạn. Lực ma sát (f) bằng hệ số ma sát (u) nhân với lực pháp tuyến (N). Hệ số ma sát thường nằm trong khoảng từ 0 đến 1 (mặc dù nó có thể lớn hơn 1) và sẽ phụ thuộc vào vật liệu nào đang trượt qua nhau cũng như việc có sử dụng chất bôi trơn hay không.
Hệ số ma sát cũng sẽ thay đổi khi một vật chuyển động và thường được cho dưới dạng giá trị tĩnh và động. Giá trị tĩnh sẽ luôn lớn hơn giá trị động (do định luật thứ nhất của Newton) và khi chúng ta đang cố gắng di chuyển một vật thể, bạn sẽ muốn sử dụng giá trị tĩnh của hệ số ma sát. Lực pháp tuyến là lực kết quả được sử dụng để hỗ trợ một vật thể trên một vật thể hoặc bề mặt khác. Ví dụ, nếu bạn đang đứng trên sàn trong nhà, sàn của bạn sẽ hỗ trợ bạn bằng cách tác dụng một lực hướng lên bạn bằng trọng lượng của bạn, đây là lực bình thường. Lực pháp tuyến sẽ luôn tác dụng vuông góc với lực ma sát và lực ma sát sẽ luôn tác dụng ngược lại với hướng chuyển động mong muốn của bạn.

Trong các tình huống, giống như các trường hợp trên, khi vật bạn đang chuyển động không trượt dọc theo một bề mặt, có thể bỏ qua ma sát. Về mặt kỹ thuật, các thành phần hỗ trợ đối tượng của bạn, cho dù chúng là chuyển động thẳng hỗ trợ như đường ray trượt hoặc bản thân bộ truyền động tuyến tính, sẽ có một số ma sát bên trong mà bạn cần phải vượt qua để bắt đầu chuyển động, nhưng nó sẽ tương đối nhỏ.

Sơ đồ cơ thể tự do của một ngăn kéo

Nếu bạn đang di chuyển một vật dọc theo một bề mặt, thì ma sát sẽ cần được tính đến trong tính toán lực của bạn. Sơ đồ phần thân tự do ở trên cho thấy một ví dụ về ngăn kéo được đẩy bởi một bộ truyền động tuyến tính. Mỗi trượt ngăn kéo sẽ có một lượng ma sát đáng chú ý khi chúng đang hỗ trợ một tải trọng vuông góc (W). Vì có hai đường trượt ngăn kéo, lực thông thường (N) do một trong các đường trượt ngăn kéo tác dụng sẽ bằng một nửa tải trọng (W). Tổng các lực và giải F trong ví dụ này sẽ cho kết quả:

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

Như vậy, lực bạn yêu cầu từ bộ truyền động thẳng cần phải lớn hơn tổng lực ma sát. Phần khó trong những trường hợp này là xác định hệ số ma sát. Nếu bạn có thể xác định chính xác hệ số ma sát trong ứng dụng của mình, thì bạn có thể chỉ cần sử dụng công thức trên để giải cho lực động tối thiểu của mình. Nếu bạn không thể xác định hệ số ma sát, bạn có thể giả sử nó bằng 1. Điều này có thể sẽ lớn hơn hệ số ma sát thực tế, do đó, đây là một giả định an toàn để sử dụng để xác định lượng lực bạn yêu cầu từ bộ truyền động tuyến tính .

Chuyển động hai chiều

Cho đến nay, chúng ta mới chỉ xem xét việc di chuyển một đối tượng dọc theo một trục, nhưng bạn có thể yêu cầu chuyển động theo hai trục hoặc theo một góc. Trong những trường hợp này, bạn vẫn có thể sử dụng tính tổng lực để xác định lực động cần thiết nhưng chúng ta sẽ cần xem xét nhiều trục và sử dụng một số lượng giác. Trong ví dụ dưới đây về việc đẩy một vật lên một đoạn đường dốc, hướng của chuyển động là một góc (theta). Để đơn giản hóa tính toán của chúng tôi, bạn có thể chọn để một trục song song với hướng chuyển động và trục kia sau đó sẽ vuông góc, như được hiển thị.

Sơ đồ cơ thể tự do cho ví dụ đường dốc

Bây giờ các trục được dịch chuyển, bạn sẽ cần phải chia trọng lượng của vật thể thành hai thành phần lực bằng cách sử dụng lượng giác và độ dốc của đoạn đường nối (theta). Một trong những lực này sẽ tác động ngược lại hướng chuyển động của chúng ta và một lực sẽ tác động vuông góc với bề mặt của đoạn đường nối. Lực pháp tuyến, được dùng để xác định lực ma sát, sẽ bằng thành phần vuông góc của trọng lượng của vật. Giải tổng các lực để xác định F sẽ cho kết quả:

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

Chuyển động quay

Trong khi bộ truyền động tuyến tính cung cấp chuyển động tuyến tính, chúng cũng có thể được sử dụng để cung cấp chuyển động quay trong các ứng dụng như mở nắp hoặc cửa sập. Lực động cần thiết để cung cấp chuyển động quay sẽ cần tạo ra một mômen không cân bằng hơn là một lực không cân bằng. Mômen là lực quay gây ra chuyển động quay và bằng lực tác dụng nhân với khoảng cách vuông góc với điểm quay. Vì vậy, để gây ra chuyển động quay, thiết bị truyền động tuyến tính phải cung cấp một mômen xoắn lớn hơn tổng của tất cả các mômen làm việc ngược lại với hướng quay mong muốn.

Ví dụ về sơ đồ cơ thể miễn phí của Hatch

Lượng mô-men xoắn mà bộ truyền động tuyến tính của bạn áp dụng sẽ phụ thuộc vào hai yếu tố, lực tác dụng và khoảng cách từ điểm quay. Trong các ví dụ trên, tổng các mômen xoắn trông giống nhau:

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

Khoảng cách từ điểm quay đến lực từ cơ cấu truyền động thẳng là y và khoảng cách từ điểm quay đến trọng tâm của cửa sập là x. Khi cửa sập ở một góc (alpha), chúng ta có thể xác định khoảng cách vuông góc với mỗi lực nhân với khoảng cách theo cosin của góc. Giải lực động của cơ cấu truyền động thẳng F, kết quả là:

F> (W * x) / y

Trong trường hợp ở bên trái, lực động của cơ cấu truyền động thẳng, F, có thể nhỏ hơn hoặc bằng trọng lượng của cửa sập, W, vì nó tác dụng cách xa điểm quay (y> x). Trong trường hợp ở bên phải, F sẽ phải lớn hơn W vì F tác động gần điểm quay hơn, (y

Nắm bắt với Bộ truyền động ở một góc

Trong một số ứng dụng, lực tác dụng bởi bộ truyền động thẳng sẽ cần phải ở một góc như trong hình trên. Điều này làm cho các phép tính phức tạp hơn một chút vì lực tác dụng bởi bộ truyền động tuyến tính sẽ cần được chia nhỏ thành các thành phần dọc và ngang. Sơ đồ cơ thể miễn phí cho hình ảnh trên được hiển thị bên dưới:

Nở bằng lực tác dụng ở một góc

Tổng kết của các mômen cho ví dụ này là:

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

Vì lực từ cơ cấu truyền động thẳng (F) được tác dụng theo một góc (beta), nên nó cần được chia thành thành phần thẳng đứng (F * sin (beta)) và thành phần nằm ngang (F * cos (beta)), như hình minh họa trong ví dụ về đoạn đường nối ở trên. Thành phần thẳng đứng của lực gây ra mômen quay đối với bản lề khi có khoảng cách nằm ngang giữa lực và bản lề; tương tự, thành phần ngang của lực cũng gây ra một mômen quay đối với bản lề vì có một khoảng cách thẳng đứng giữa lực và bản lề. Bạn có thể xác định các khoảng cách này dựa trên chiều dài của cửa sập (L) và góc của cửa sập (alpha), như trong ví dụ về cửa sập trước. Để xác định lực động cần thiết, bạn cần giải phương trình trên cho F. Thật không may, lực từ bộ truyền động tuyến tính (F) sẽ là một hàm phụ thuộc vào góc của cửa sập (alpha). Vì góc này sẽ thay đổi khi bạn mở cửa sập, nên lực tối thiểu cần thiết từ bộ truyền động tuyến tính cũng sẽ thay đổi. Điều này có nghĩa là bạn sẽ cần giải phương trình trên qua nhiều góc độ khác nhau để tìm lực tối thiểu cao nhất cần thiết để sử dụng cho đặc điểm kỹ thuật lực động của bạn. Điều này thậm chí có thể khó khăn hơn nếu góc mà lực tác dụng (beta) cũng thay đổi khi cửa sập mở ra, điều này có nghĩa là nó cũng sẽ là một hàm của góc nở (alpha). Nếu bạn biết rõ về toán học của mình, bạn có thể xác định chính xác yêu cầu lực động mà bạn cần từ thiết bị truyền động tuyến tính của mình. Nhưng nếu không, bạn có thể sử dụng Máy tính truyền động tuyến tính, được thiết kế chỉ dành cho những tình huống khó khăn này.

Tình huống tĩnh

Trong tình huống tĩnh, tổng các lực và tổng các mômen sẽ bằng 0 vì không có lực hoặc mômen không cân bằng gây ra chuyển động. Nếu bạn muốn đảm bảo thiết kế của mình ổn định đối với một tải nhất định hoặc đảm bảo thiết bị truyền động tuyến tính của bạn sẽ giữ một tải nhất định, bạn vẫn có thể sử dụng các kỹ thuật trên để đảm bảo tất cả các lực và mômen được cân bằng. Khi kiểm tra các tình huống tĩnh, bạn sẽ sử dụng thông số kỹ thuật lực tĩnh cho bộ truyền động tuyến tính của mình thay vì thông số kỹ thuật lực động.

Bây giờ bạn đã biết cách xác định mức độ mạnh mẽ của thiết bị truyền động tuyến tính của bạn, bạn có thể tìm thấy thiết bị truyền động phù hợp với nhu cầu của mình trong lựa chọn tại Firgelli Automations.

Tags:

Share this article

Sản phẩm nổi bật

TVL-170 Giá treo TV bật lên phía sau
TVL-170 Giá treo TV bật lên phía sau In Stock
On Sale From $590.00USD

Bạn cần trợ giúp tìm thiết bị truyền động phù hợp?

Chúng tôi thiết kế chính xác và sản xuất các sản phẩm của chúng tôi để bạn có được giá cả nhà sản xuất trực tiếp. Chúng tôi cung cấp vận chuyển cùng ngày và hỗ trợ khách hàng am hiểu. Hãy thử sử dụng Máy tính truyền động của chúng tôi để nhận trợ giúp chọn thiết bị truyền động phù hợp cho ứng dụng của bạn.