我需要多大的线性执行器?

我在找什么?

实力一 线性执行器 是它可以提供的力量。通常以公制单位的牛顿(N)和英制单位的磅(lbs)表示。线性执行器制造商将提供两种类型的力规格:动态和静态。

动态力 (或动态负载)是执行器用来移动物体的最大力。

静力 (或静态负载)是执行器不移动时可以保持的最大重量。

这些力规格通常是确定项目所需的线性执行器的关键因素。如果您不知道选择线性执行器时还需要​​考虑哪些其他因素,请查看我们关于此的文章 这里.  

尝试使用线性执行器移动物体时,您需要确定线性执行器可以承受的最小动态力是多少。该力不仅取决于您要移动的重量,还取决于所涉及的执行器数量和设计的物理几何形状。要确定任何一种应用中的确切力要求,您需要应用牛顿的第一运动定律。该法律规定,静止物体趋于静止,除非受到不平衡力作用。对我们来说,这意味着来自线性执行器的力必须大于所有与我们期望的运动方向相反的力之和。本指南将通过一些基本示例逐步指导您如何计算所涉及的力。

快速离开:自由主体图是对象的简化图,用于可视化对其施加的力。利用这些图是可视化所有涉及的力及其方向的良好实践。

一维运动

一维自由人体图 利用线性致动器提供运动的最简单情况是使用一个致动器沿一个轴移动对象。如本段旁边的自由机构图中所示,线性执行器施加的力标记为F,物体的重量标记为W.要确定线性执行器所需的动态力,只需减去总和负方向的力与正方向的力之和,必须大于零才能产生运动。对于此示例,它变为F – W>0。然后您需要求解F,即F>W。  这意味着来自线性致动器的动态力需求必须大于物体的重量。     

在使用多个线性执行器的情况下,例如在自由体内2执行器示例在此处显示的图表中,您将执行与上述相同的过程。对于此示例,力的总和变为F + F – W> 0或2 * F – W>0。然后求解F变为F>½* W。这意味着一个执行器施加的力可以小于物体的重量,但是两个执行器的总力需要更大。

 

 

 

摩擦

上述情况在其力平衡计算中忽略了摩擦,在您的应用中可能会或可能不会。摩擦力(f)等于摩擦系数(u)乘以法向力(N)。摩擦系数通常在0到1之间(尽管它可以大于1),并且将取决于正在滑动的材料彼此通过以及是否使用润滑。
一旦物体运动,摩擦系数也将改变,并且通常以静态和动态值给出。静态值将始终大于动态值(由于牛顿第一定律),并且在我们尝试移动对象时,您将需要使用摩擦系数的静态值。法向力是用于将一个物体支撑在另一个物体或表面上的合力。例如,如果您站在家里的地板上,那么地板将通过向您施加等于您的体重的向上力来支撑您,这是正常力。法向力将始终垂直于摩擦力起作用,而摩擦力将始终与所需的运动方向相反。

在上述情况下,当您正在移动的对象未沿着表面滑动时,可以忽略摩擦。从技术上讲,支撑对象的组件,无论它们是直线运动还是 滑轨 或线性执行器本身,会产生一些内部摩擦,您需要克服这些摩擦才能开始运动,但它相对较小。

抽屉的自由机构图

如果沿表面移动对象,则在计算力时需要考虑摩擦。上面的自由图显示了一个由线性致动器推动的抽屉的示例。每 抽屉滑轨 由于它们支撑垂直负载(W),因此会有明显的摩擦力。由于有两个抽屉滑片,其中一个抽屉滑片所施加的法向力(N)等于负载(W)的一半。在此示例中,对力求和并求解F将导致:

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

因此,您需要从线性执行器获得的力必须大于总摩擦力。在这些情况下,棘手的部分是确定摩擦系数。如果您能够确定应用中的确切摩擦系数,则只需使用以上公式即可解决最小的动态力。如果您无法确定摩擦系数,则可以假定它等于1。这可能大于实际的摩擦系数,因此可以安全地确定您要从线性执行器获得的力大小。

二维运动

到目前为止,我们只考虑了沿一个轴移动对象,但是您可能需要沿两个轴或以一定角度移动。在这种情况下,您仍然可以使用力求和来确定所需的动态力,但我们需要考虑多个轴并利用一些三角函数。在下面的将物体推上斜坡的示例中,运动方向成角度θ。为了简化我们的计算,您可以选择使一个轴平行于运动方向,然后使另一个轴垂直,如图所示。

斜坡示例的自由车体图

现在,轴已移动,您将需要利用三角函数和坡度(θ)将物体的重量分成两个力分量。这些力中的一种将与我们的运动方向相反,而另一种将垂直于坡道表面起作用。用于确定摩擦力的法向力将等于物体重量的垂直分量。解决力的总和以确定F将导致:

F> W *sinθ+ u * N = W *sinθ+ u * W * cos(θ)

旋转运动

线性致动器提供线性运动时,它们也可用于在打开盖子或舱口之类的应用中提供旋转。提供旋转所需的动态力将需要导致不平衡的扭矩而不是不平衡的力。转矩是引起旋转的旋转力,等于施加的力乘以到旋转点的垂直距离。因此,为了引起旋转,线性致动器必须提供的扭矩要大于与所需旋转方向相反的所有扭矩之和。

舱口盖的免费车身图示例

线性执行器施加的扭矩大小取决于两个因素,即施加的力和距旋转点的距离。在以上示例中,扭矩总和看起来相同:

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

从旋转点到线性致动器的力的距离为y,从旋转点到舱口的重心的距离为x。由于舱口处于某个角度(α),我们可以确定到每个力的垂直距离乘以该距离乘以该角度的余弦。求解线性执行器的动态力F,得出:

F>(宽* x)/ y

在左边的情况下,线性致动器F的动态力可以小于或等于舱口W的重量,因为它的作用距离旋转点更远(y> x)。在右边的情况下,F必须大于W,因为F的作用更接近旋转点(y

与执行器成一定角度的舱口

在某些应用中,线性致动器施加的力将需要与上图中的角度相同。由于线性致动器施加的力需要在垂直和水平分量中分解,因此这会使计算更加复杂。上图的自由主体图如下所示:

以一定角度施加力的舱口盖

此示例的扭矩总和为:

((F *cosβ)*(L *sinα))+(F *sinβ)*(L *cosα)-W *(x *cosα> 0

由于来自线性致动器(F)的力以角度β施加,因此需要将其分解为垂直分量(F *sinβ)和水平分量(F *cosβ),如图所示在上面的斜坡示例中。力的垂直分量会在铰链周围产生扭矩,因为力和铰链之间存在水平距离。类似地,由于力和铰链之间存在垂直距离,因此力的水平分量也会在铰链周围产生扭矩。您可以根据剖面线的长度(L)和剖面线的角度(alpha)确定这些距离,如前面的剖面线示例所示。要确定所需的动态力,您需要解决上述的F方程。不幸的是,来自线性执行器(F)的力将是取决于舱口角度(α)的函数。由于打开舱口时该角度会发生变化,因此线性执行器所需的最小力也会发生变化。这意味着您需要在各个角度上求解上述方程式,以找到用于动态力规格所需的最大最小力。如果施加力的角度(β)也随着舱门打开而改变,则这甚至会更加困难,这将意味着它也将是舱口角(α)的函数。如果您精通数学,则可以从线性执行器中确定所需的确切动态力要求。但是,如果没有,您可以使用我们的便捷工具 线性执行器计算器, 专为这些困难的情况而设计。

静态情况

在静态情况下,力的总和和转矩的总和将等于零,因为不存在导致运动的不平衡力或转矩。如果要确保设计在给定负载下稳定,或者要确保线性执行器能够承受给定负载,您仍然可以使用上述技术来确保所有力和扭矩保持平衡。检查静态情况时,将对线性执行器使用静态力规格,而不是动态力规格。

现在,您知道如何确定线性执行器的强度,您可以在我们的系统中找到适合您的需求 Firgelli Automations选择.

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