تعیین اندازه یک محرک خطی به معنای تعیین نیرو، سرعت و ضربه مورد نیاز و سپس تطبیق این اعداد با آنچه محرکها میتوانند ارائه دهند، است. شما همچنین به چرخه وظیفه، محل عملکرد و نحوه نصب آن توجه میکنید. حاشیه ایمنی را فراموش نکنید زیرا شما ۱.۵ تا ۲ برابر آنچه که به عنوان حداقل الزامات خود محاسبه کردهاید، میخواهید.
مرحله 1: تعیین الزامات نیرو و محاسبه ورودی موتور
اولین چیزی که باید مشخص کنید این است که محرک شما به چه میزان نیروی فشار یا کشش نیاز دارد. در اینجا نیروهای مختلفی نقش دارند و همه آنها با هم جمع میشوند.
نیروی استاتیک
این بخش سادهی ماجرا است. وزن چیزی که در حال حرکت هستید را در نظر بگیرید، جرم را در گرانش ضرب کنید و هر اصطکاکی که با آن مواجه هستید را به آن اضافه کنید. اگر چیزی را مستقیماً بلند میکنید، گرانش در تمام مسیر با شما مبارزه میکند. اگر چیزها را به صورت افقی حرکت میدهید؟ در عوض، شما عمدتاً با اصطکاک مبارزه میکنید.
نیروی دینامیکی ناشی از اینرسی
اینجاست که موضوع جالبتر میشود. وقتی سرعت بار خود را کم یا زیاد میکنید، اینرسی وارد عمل میشود و این به نیروی اضافی نیاز دارد. محاسبه آن بسیار ساده است:
- نیرو برابر است با جرم ضربدر شتاب
- برای پیدا کردن شتاب، سرعت مورد نظر خود را بر مدت زمان رسیدن به آن تقسیم کنید
- پروفایلهای حرکتی مثلثی (از صفر تا حداکثر سرعت، سپس بلافاصله به صفر برمیگردند) به بالاترین نیروهای شتاب نیاز دارند
- پروفیلهای ذوزنقهای (افزایش سرعت، حرکت با سرعت ثابت، سپس کاهش سرعت) نیروها را پخش کرده و حداکثر نیاز شما را کاهش میدهند.
بارهای زاویهدار و ضرایب ایمنی
اگر محرک شما به جای حرکت مستقیم، با زاویه فشار میدهد یا میکشد، باید مولفه نیرو را در امتداد خط مرکزی محرک محاسبه کنید. سختترین حالت معمولاً زمانی اتفاق میافتد که کاملاً جمع شده باشد زیرا در آنجا زاویه بیشترین شیب را دارد.
بعد از اینکه همه چیز را جمع کردید، آن را در یک ضریب اطمینان بین ۱.۵ تا ۲ ضرب کنید. این بالشتک، موقعیتهای غیرمنتظره را مدیریت میکند و باعث میشود همه چیز در درازمدت با اطمینان کار کند.
محاسبه ورودی مورد نیاز موتور
وقتی نیروها و سرعتهای هر مرحله از چرخه خود را بدانید، میتوانید آنچه را که موتور باید فراهم کند محاسبه کنید. برای هر مرحله از چرخه، به موارد زیر نیاز دارید:
گشتاور ورودی: حداقل = (F · p · 100) / (2π · ηscrew) · 100 / (i · ηcoupler)
کجا:
- F = نیروی مورد نیاز در این مرحله (N)
- p = سر پیچ (میلیمتر)
- ηscrew = راندمان پیچ (%)
- i = نسبت کاهش
- ηکوپلر = راندمان کوپلر (%)
سرعت ورودی: نین = (60 · i · v) / p
کجا:
- v = سرعت خروجی مورد نیاز پیچ در این مرحله (میلیمتر بر ثانیه)
- i = نسبت کاهش
- p = سر پیچ (میلیمتر)
این محاسبات به شما میگوید که موتور در هر نقطه از چرخه به چه گشتاور و سرعتی نیاز دارد، که به شما کمک میکند موتور مناسب را انتخاب کنید برای جفت شدن با محرک خود.
مرحله ۲: الزامات سرعت و ضربه را تعریف کنید
وقتی نیروی مورد نیاز خود را شناختید، وقت آن است که نحوهی حرکت واقعی بار خود را ترسیم کنید.
طول ضربه
اندازه بگیرید که بار شما چقدر از یک سر تا سر دیگر حرکت میکند. این فاصله، کورس مورد نیاز شماست و هر محرکی که انتخاب میکنید باید حداقل آن مقدار حرکت را تحمل کند.
سرعت و مشخصات حرکت
بار شما با چه سرعتی باید حرکت کند؟ معمولاً سرعت را با میلیمتر در ثانیه یا اینچ در ثانیه میبینید. نکتهای که باید به خاطر داشته باشید این است که در اکثر محرکها، سرعت و نیرو با یکدیگر کار میکنند. قدرت بیشتر در هل دادن معمولاً به معنای سرعت نهایی کمتر است، به دلیل نحوه تنظیم چرخدندهها.
بفهمید که برای سرعت گرفتن و توقف به چه سرعتی نیاز دارید. این موضوع مستقیماً به محاسبات نیروی شما مربوط میشود:
- پروفیلهای مثلثی سریعتر حرکت میکنند اما به نیروهای بیشتری نیاز دارند
- پروفیلهای ذوزنقهای زمان بیشتری میبرند اما نیازهای نیروی اوج را آسانتر میکنند.
- شتاب سریعتر همیشه برابر با نیروهای دینامیکی بالاتر است
مرحله 3: الزامات سرعت را در برابر محدودیتهای محرک تأیید کنید
محرک شما در شرایط آزمایشگاهی بینقص کار نمیکند، بنابراین شرایط دنیای واقعی و محدودیتهای مکانیکی در اینجا واقعاً اهمیت دارند. شما باید سه بررسی سرعت مختلف را تأیید کنید تا مطمئن شوید که محرک میتواند آنچه را که شما میخواهید، انجام دهد.
بررسی ۱: سرعت بحرانی در مقابل حداکثر سرعت
پیچهای لید اسکرو بلند میتوانند در سرعتهای خاصی، مانند ارتعاش سیم گیتار، رزونانس کنند. این سرعت بحرانی به طول کورس و نحوه پشتیبانی پیچ بستگی دارد. سرعت بحرانی استاندارد (Vcr_std) را میتوانید در برگه اطلاعات محرک بر اساس پیکربندی یاتاقان (تک پایه ثابت یا آزاد ثابت) پیدا کنید.
اگر سرعت شما با سرعت استاندارد متفاوت است، سرعت بحرانی واقعی را محاسبه کنید:
Vcr_l = Vcr_std · (lstd² / ls²)
کجا:
- Vcr_std = سرعت بحرانی استاندارد از روی برگه اطلاعات (میلیمتر بر ثانیه)
- lstd = طول کورس استاندارد (میلیمتر)
- ls = طول واقعی حرکت قلم (میلیمتر)
مطمئن شوید که حداکثر سرعت چرخه شما زیر این سرعت بحرانی باقی بماند، در غیر این صورت دچار لرزش و فرسایش سریع خواهید شد.
بررسی ۲: حداکثر سرعت خروجی در مقابل حداکثر سرعت مورد نیاز
به برگه اطلاعات فنی هر نسبت دنده موجود نگاه کنید و بررسی کنید که حداکثر سرعت خروجی (Vp max) از حداکثر سرعت مورد نیاز شما (Vmax) بیشتر باشد. همه نسبت دندهها کار نمیکنند زیرا نسبتهای نیروی بالاتر در مقابل قابلیت حداکثر سرعت، ضرر میکنند.
بررسی ۳: سرعت خروجی مداوم در مقابل سرعت متوسط
ممکن است عملگر شما سرعتهای اوج را به خوبی تحمل کند، اما اگر سرعت متوسط در کل چرخه از مقدار نامی مداوم آن بیشتر شود، بیش از حد گرم میشود. سرعت متوسط خروجی خود را در طول چرخه محاسبه کنید:
Vm = Σ(vi · ti / ttot)
کجا:
- vi = سرعت در هر مرحله از چرخه (میلیمتر بر ثانیه)
- ti = زمان صرف شده با آن سرعت (ثانیه)
- ttot = کل زمان چرخه (ثانیه)
این میانگین وزنی، قابلیت سرعت پیوسته مورد نیاز شما را به شما نشان میدهد. بررسی کنید که آیا نرخ سرعت خروجی پیوسته (حداکثر Vc) برای نسبت دنده انتخابی شما از این میانگین بیشتر است یا خیر.
ملاحظات چرخه وظیفه
چرخه وظیفه به شما میگوید که محرک چند درصد از زمان کار میکند در مقابل چند درصد استراحت میکند. چرخه وظیفه 25% به این معنی است که یک چهارم زمان کار میکند و سه چهارم دیگر بیکار میماند. کارهای سبک را میتوان با رتبهبندیهای پایینتر انجام داد، اما اگر مرتباً یا بدون توقف کار میکنید، به چیزی نیاز دارید که برای چرخههای وظیفه بالاتر یا عملکرد مداوم رتبهبندی شده باشد.
اگر یک محرک از چرخه کاری مجاز خود فراتر رود، بیش از حد گرم میشود. این گرما، روانکنندهها را تجزیه میکند و قطعات را سریعتر فرسوده میکند، به خصوص در طرحهای لید اسکرو و بال اسکرو که روانکاری باعث میشود همه چیز به نرمی کار کند.
مرحله ۴: الزامات نیرو و شرایط محیطی را تأیید کنید
حالا باید بررسی کنید که آیا محرک میتواند نیروها را بدون کمانش، اضافه بار یا خرابی در طول زمان تحمل کند یا خیر.
بررسی ۱: نیروی کمانش در مقابل حداکثر نیرو
ضربات طولانی تحت فشار میتوانند مانند ستونی که وزن زیادی را تحمل میکند، کمانش کنند. برگه اطلاعات، نیروی کمانش استاندارد (Fb_std) را برای پیکربندی یاتاقان به شما میدهد. اگر ضربه شما با استاندارد متفاوت است، نیروی کمانش واقعی را محاسبه کنید:
Fb_l = Fb_std · (lstd² / ls²)
کجا:
- Fb_std = نیروی کمانش استاندارد از برگه اطلاعات (N)
- lstd = طول کورس استاندارد (میلیمتر)
- ls = طول واقعی حرکت قلم (میلیمتر)
مطمئن شوید که این نیروی کمانش با یک حاشیه امن از حداکثر نیروی مورد نیاز شما (Fmax) بیشتر باشد. توجه کنید که ضربات طولانیتر چگونه به طور چشمگیری مقاومت کمانش را کاهش میدهند، زیرا طول ضربات در مخرج به توان دو میرسد.
بررسی ۲: حداکثر نیروی محوری در مقابل حداکثر نیروی مورد نیاز
برای هر نسبت دنده موجود، بررسی کنید که حداکثر نیروی محوری (Fp max) از حداکثر نیروی مورد نیاز شما (Fmax) بیشتر باشد. برگه اطلاعات فنی این محدودیتها را برای هر نسبت دنده و مرحله محرک نشان میدهد.
بررسی ۳: نیروی محوری پیوسته در مقابل نیروی متوسط
درست مانند سرعت، شما باید نیروی متوسط را در طول چرخه خود محاسبه کنید تا مطمئن شوید که از مقادیر پیوسته تجاوز نمیکند. برای این کار از محاسبه جذر میانگین مکعب استفاده میشود زیرا نیرو تأثیر بیشتری بر سایش نسبت به سرعت دارد:
Fm = ³√[Σ(Fj³ · nj · tj / ttot) / nm]
کجا:
- Fj = نیرو در هر مرحله از چرخه (N)
- nj = تعداد تغییر جهتها در آن سطح نیرو
- tj = زمان صرف شده در آن نیرو (ها)
- ttot = کل زمان چرخه (ثانیه)
- نانومتر = تعداد کل تغییر جهتها در یک سیکل
بررسی کنید که میزان نیروی محوری پیوسته (Fc max) برای نسبت دنده انتخابی شما از این نیروی میانگین محاسبه شده بیشتر باشد.
شرایط محیطی
به این فکر کنید که این دستگاه واقعاً کجا کار خواهد کرد. چه دمایی را تجربه خواهد کرد؟ آیا گرد و غبار در اطراف شناور است، رطوبت در هوا وجود دارد یا مواد شیمیایی که میتوانند مشکلساز شوند؟ همه اینها تعیین میکند که به چه رتبه حفاظتی نیاز دارید. IP67 به خوبی گرد و غبار و قرار گرفتن در معرض آب را کنترل میکند، در حالی که IP68 برای شرایط سختتر، محافظت را افزایش میدهد.
اگر با محیطهای خورنده یا مشکلات آلودگی سر و کار دارید، به دنبال پوششهای محافظ و ساختار آببندی شده باشید. محرکهای الکتریکی خطی مدرن معمولاً با درجه حفاظت IP67 به صورت استاندارد، با IP68 در صورت نیاز، به علاوه روکشهای مقاوم در برابر خوردگی که در محیطهای صنعتی سخت دوام میآورند.
امید به زندگی
این محرک در طول عمر خود چند بار باید کار کند؟ طرحهای بال اسکرو معمولاً دوام بیشتری دارند و موقعیتیابی آنها دقیقتر از مدلهای لید اسکرو است، اما هزینه اولیه بیشتری دارند. اگر به میلیونها چرخه نگاه میکنید، این موضوع بسیار مهم میشود.
مرحله ۵: محاسبه نیازهای برق و تأیید انتخاب
بررسی نهایی این است که مطمئن شوید محرک شما میتواند توان مکانیکی مورد نیاز برنامه شما را تأمین کند.
محاسبه توان مکانیکی
برای هر مرحله در چرخه خود، توان مکانیکی مورد نیاز را محاسبه کنید:
Pj = (vj · Fj) / 1000
کجا:
- vj = سرعت در این مرحله (میلیمتر بر ثانیه)
- Fj = نیرو در این مرحله (N)
- نتیجه بر حسب وات (W) است
حداکثر توان را در تمام مراحل چرخه پیدا کنید. این حداکثر توان (Pmax) باید برای نسبت دندهای که انتخاب کردهاید، کمتر از حد توان خروجی محرک (Pout_max) باشد. برگه اطلاعات این محدودیتهای توان را برای هر مرحله درایو نشان میدهد.
مشخصات را با مدلهای موجود مطابقت دهید
حالا شما در حال مقایسهی محاسبات خود با عملکرد واقعی عملگرها هستید. وقتی به برگههای اطلاعات نگاه میکنید، این مشخصات کلیدی را در نظر بگیرید:
| مشخصات | چه چیزی را باید جستجو کرد؟ |
| محدوده نیرو | 2000N تا 40000N بسته به نیاز شما |
| حالتهای کنترل | روشن خاموش، مدولاسیون یا عملکرد مداوم |
| یکپارچهسازی سیستم | در صورت نیاز، گزینههای کنترل هوشمند یا فیلدباس |
| حفاظت از محیط زیست | محفظه ضد انفجار برای مکانهای خطرناک |
الزامات قدرت و فیزیکی
بررسی کنید که ولتاژ و جریان مورد نیاز با منبع تغذیه شما مطابقت داشته باشد. چند نکته که نمیتوانید از آنها صرف نظر کنید:
- حداکثر جریان مصرفی در هنگام شتابگیری، زمانی که حداکثر توان مصرف میشود
- تناسب فیزیکی در هر دو حالت جمع شده و کاملاً باز
- فضا برای نصب براکتها و هرگونه سختافزار چرخشی
- فضای لازم برای مسیریابی کابل و دسترسی به تعمیر و نگهداری
سبک نصب و ویژگیهای ایمنی
بررسی کنید که پیکربندی نصب برای کاربرد شما مناسب باشد. گزینههای رایج شامل پایههای شیاردار در صورت نیاز به چرخش، پایههای فلنجی برای نصبهای ثابت و پایههای جناغی برای کاربردهایی که نیاز به چرخش حول خط مرکزی محرک دارند، میشود.
به دنبال ویژگیهای ایمنی داخلی باشید، مانند سوئیچهای محدودکننده الکتریکی که حرکت را به طور خودکار متوقف میکنند و از آسیب بیش از حد جلوگیری میکنند. اگر به کنترل دقیق نیاز دارید یا در حال ادغام با یک سیستم خودکار هستید، بازخورد موقعیت مهم میشود. طرحهای جمع و جور مدرن، نصب را آسانتر میکنند، اما هنوز هم باید سازگاری با تنظیمات خاص خود را تأیید کنید.
در صورت لزوم تکرار کنید
اگر پس از انجام این محاسبات، هیچ چیز تمام نیازهای شما را برآورده نکرد، گزینههای دیگری پیش رو دارید. سرعت یا شتاب را برای کاهش نیروی مورد نیاز کاهش دهید. هندسه نصب را برای مزیت مکانیکی بهتر تنظیم کنید. یا فناوریهای محرک را تغییر دهید، مانند تغییر از ساختار لید اسکرو به بال اسکرو. گاهی اوقات متوجه میشوید که یک نسبت دنده متفاوت، چندین مشکل را به طور همزمان حل میکند.
همه چیز را با هم جمع کنید
اندازه گیری صحیح به معنای انجام این پنج مرحله به ترتیب است. نیروها را با ضربه گیرهای ایمنی مناسب محاسبه کنید، مشخصات حرکت خود را با الزامات گشتاور و سرعت ورودی ترسیم کنید، محدودیت های سرعت بحرانی و کمانش را در برابر طول ضربه خود بررسی کنید، رتبه بندی های مداوم را با استفاده از فرمول های مناسب در برابر میانگین های محاسبه شده بررسی کنید، سپس خروجی توان و کارهای نصب را تأیید کنید.
احتمالاً قبل از پیدا کردن چیزی که تمام نیازهای شما را برآورده کند، چندین بار تکرار خواهید کرد و این طبیعی است. تا جایی که میتوانید، تنظیمات را تغییر دهید تا به راهحلی برسید که نیازهای واقعی شما را برآورده کند و در عین حال عملکرد قابل اعتمادی را در طول زمان ارائه دهد.
