我需要多大的線性執行器?

我在找什麼?

實力一 線性執行器 是它可以提供的力量。通常以公制單位的牛頓(N)和英制單位的磅(lbs)表示。線性執行器製造商將提供兩種類型的力規格:動態和靜態。

動態力 (或動態負載)是執行器用來移動物體的最大力。

靜力 (或靜態負載)是執行器不移動時可以保持的最大重量。

這些力的規格通常是確定項目所需的線性執行器的關鍵因素。如果您不知道選擇線性執行器時還需要考慮哪些其他因素,請查看我們關於此的文章 這裡.  

嘗試使用線性執行器移動物體時,您需要確定線性執行器可以承受的最小動態力是多少。該力不僅取決於您要移動的重量,還取決於所涉及的執行器數量和設計的物理幾何形狀。要確定任何一種應用中的確切力要求,您需要應用牛頓的第一運動定律。該法律規定,靜止物體趨於靜止,除非受到不平衡力作用。對我們來說,這意味著來自線性致動器的力必須大於所有與我們期望的運動方向相反的力之和。本指南將通過一些基本示例逐步指導您如何計算所涉及的力。

快速離開:自由主體圖是對象的簡化圖,用於可視化對其施加的力。利用這些圖是可視化所有涉及的力及其方向的良好實踐。

一維運動

一維自由人體圖 利用線性致動器提供運動的最簡單情況是使用一個致動器沿一個軸移動對象。如本段旁邊的自由機構圖所示,線性執行器施加的力標記為F,物體的重量標記為W.要確定線性執行器所需的動態力,您只需減去總和從正方向的力之和減去負方向的力,該力必須大於零才能產生運動。對於此示例,它變為F – W>0。然後您需要求解F,即F>W。  這意味著來自線性致動器的動態力需求必須大於物體的重量。     

在使用多個線性執行器的情況下,例如在自由體內2執行器示例在此處顯示的圖表中,您將執行與上述相同的過程。對於此示例,力的總和為F + F – W> 0或2 * F – W>0。然後求解F變為F>½* W。這意味著一個執行器施加的力可以小於物體的重量,但是兩個執行器的總力需要更大。

 

 

 

摩擦

上述情況在其力平衡計算中忽略了摩擦,在您的應用中可能會或可能不會。摩擦力(f)等於摩擦係數(u)乘以法向力(N)。摩擦係數通常在0到1之間(儘管它可以大於1),並且將取決於正在滑動的材料彼此通過以及是否使用潤滑。
一旦物體運動,摩擦係數也將改變,並且通常以靜態和動態值給出。靜態值將始終大於動態值(由於牛頓第一定律),並且在我們嘗試移動對象時,您將需要使用摩擦係數的靜態值。法向力是用於將一個物體支撐在另一個物體或表面上的合力。例如,如果您站在家裡的地板上,那麼地板將通過向您施加等於您的體重的向上力來支撐您,這是正常力。法向力將始終垂直於摩擦力起作用,而摩擦力將始終逆著所需的運動方向起作用。

在上述情況下,當您正在移動的對象未沿著表面滑動時,可以忽略摩擦。從技術上講,支撐對象的組件,無論它們是直線運動還是類似 滑軌 或線性執行器本身,會產生一些內部摩擦,您需要克服這些摩擦才能開始運動,但它相對較小。

抽屜的自由機構圖

如果沿表面移動對象,則在計算力時需要考慮摩擦。上面的自由圖顯示了一個由線性致動器推動的抽屜的示例。每 抽屜滑軌 由於它們支撐垂直負載(W),因此會有明顯的摩擦力。由於有兩個抽屜滑軌,其中一個抽屜滑軌施加的法向力(N)等於負載(W)的一半。在此示例中,對力求和並求解F將導致:

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

因此,您需要從線性執行器獲得的力必須大於總摩擦力。在這些情況下,棘手的部分是確定摩擦係數。如果您能夠確定應用中的確切摩擦係數,則只需使用以上公式即可解決最小的動態力。如果無法確定摩擦係數,則可以假定它等於1。這可能大於實際的摩擦係數,因此可以安全地確定您需要從線性執行器獲得的力大小。

二維運動

到目前為止,我們只考慮了沿一個軸移動對象,但是您可能需要沿兩個軸或以一定角度移動。在這種情況下,您仍然可以使用力求和來確定所需的動態力,但我們需要考慮多個軸並利用一些三角函數。在下面的將物體推上斜坡的示例中,運動方向成角度θ。為了簡化我們的計算,您可以選擇使一個軸平行於運動方向,然後使另一個軸垂直,如圖所示。

斜坡示例的自由車體圖

現在,軸已移動,您將需要利用三角函數和坡度(θ)將物體的重量分成兩個力分量。這些力中的一種將與我們的運動方向相反,而另一種將垂直於坡道表面起作用。用於確定摩擦力的法向力將等於物體重量的垂直分量。解決力的總和以確定F將導致:

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

旋轉運動

線性致動器可提供線性運動,但也可用於在打開蓋子或艙口之類的應用中提供旋轉。提供旋轉所需的動態力將需要導致不平衡的扭矩而不是不平衡的力。轉矩是引起旋轉的旋轉力,等於施加的力乘以到旋轉點的垂直距離。因此,為了引起旋轉,線性致動器必須提供的扭矩要大於與所需旋轉方向相反的所有扭矩之和。

艙口蓋的免費車身圖示例

線性執行器施加的扭矩大小取決於兩個因素,即施加的力和距旋轉點的距離。在以上示例中,扭矩總和看起來相同:

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

從旋轉點到線性致動器的力的距離為y,從旋轉點到艙口的重心的距離為x。由於艙口處於某個角度(α),我們可以確定到每個力的垂直距離乘以該距離乘以該角度的餘弦。求解線性執行器的動態力F,得出:

F>(寬* x)/ y

在左側的情況下,線性致動器F的動態力可以小於或等於艙口W的重量,因為它的作用距離旋轉點更遠(y> x)。在右邊的情況下,F必須大於W,因為F的作用更接近旋轉點(y

與執行器成一定角度的艙口

在某些應用中,線性致動器施加的力將需要與上圖中的角度相同。由於線性致動器施加的力需要在垂直和水平分量中分解,因此這會使計算更加複雜。上圖的自由主體圖如下所示:

以一定角度施加力的艙口蓋

此示例的扭矩總和為:

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

由於來自線性致動器(F)的力以角度β施加,因此需要將其分解為垂直分量(F *sinβ)和水平分量(F *cosβ),如圖所示在上面的斜坡示例中。力的垂直分量會在鉸鏈周圍產生扭矩,因為力和鉸鏈之間存在水平距離。類似地,由於力和鉸鏈之間存在垂直距離,因此力的水平分量也會在鉸鏈周圍產生扭矩。您可以根據剖麵線的長度(L)和剖麵線的角度(alpha)確定這些距離,如前面的剖麵線示例所示。要確定所需的動態力,您需要解決上述的F方程。不幸的是,來自線性執行器(F)的力將是取決於艙口角度(α)的函數。由於打開艙口時該角度會發生變化,因此線性執行器所需的最小力也會發生變化。這意味著您需要在各個角度上求解上述方程式,以找到用於動態力規格所需的最大最小力。如果施加力的角度(β)也隨著艙門打開而改變,則這甚至會更加困難,這將意味著它也將是艙口角(α)的函數。如果您精通數學,則可以從線性執行器中確定所需的確切動態力要求。但是,如果沒有,您可以使用我們的便捷工具 線性執行器計算器, 專為這些困難的情況而設計。

靜態情況

在靜態情況下,力的總和和轉矩的總和將等於零,因為不存在導致運動的不平衡力或轉矩。如果要確保設計在給定負載下穩定,或者要確保線性執行器能夠承受給定負載,您仍然可以使用上述技術來確保所有力和扭矩保持平衡。檢查靜態情況時,將對線性執行器使用靜態力規格,而不是動態力規格。

現在,您知道如何確定線性執行器的強度,您可以在我們的系統中找到適合您的需求 Firgelli Automations選擇.

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