Doğrusal bir aktüatörün boyutlandırılması, ihtiyaç duyduğunuz kuvveti, hızı ve strok mesafesini belirlemek ve ardından bu rakamları aktüatörlerin gerçekte sağlayabileceği değerlerle eşleştirmek anlamına gelir. Ayrıca çalışma döngüsünü, nerede çalışacağını ve nasıl monte edileceğini de göz önünde bulundurmalısınız. Minimum gereksinimlerinizin 1,5 ila 2 katı kadar güvenlik payına ihtiyacınız olduğu için bunu da unutmayın.
Adım 1: Kuvvet Gereksinimlerini Belirleyin ve Motor Girişini Hesaplayın
Öncelikle aktüatörünüzün ne kadar itme veya çekme gücüne ihtiyaç duyduğunu belirlemeniz gerekiyor. Burada farklı kuvvetler devreye giriyor ve hepsi bir araya geliyor.
Statik Kuvvet
Bu, işin en basit kısmı. Hareket ettirdiğiniz şeyin ağırlığını alın, kütleyi yerçekimiyle çarpın ve karşılaştığınız sürtünmeyi de ekleyin. Bir şeyi düz yukarı kaldırıyorsanız, yerçekimi tüm yol boyunca size karşı koyar. Şeyleri yatay olarak hareket ettiriyorsanız? Bunun yerine esas olarak sürtünmeyle mücadele ediyorsunuz.
Ataletten Kaynaklanan Dinamik Kuvvet
İşte işin daha ilginç kısmı burada başlıyor. Yükünüzü hızlandırdığınızda veya yavaşlattığınızda, atalet devreye girer ve bu da ekstra kuvvet gerektirir. Matematik oldukça basit:
- Kuvvet, kütle çarpı ivmeye eşittir.
- İvme değerini bulmak için, gitmek istediğiniz hızı oraya ulaşmak için gereken süreye bölün.
- Üçgen hareket profilleri (sıfırdan en yüksek hıza, ardından hemen sıfıra geri dönüş) en yüksek ivme kuvvetlerine ihtiyaç duyar.
- Trapezoidal profiller (hızlanma, sabit hızda seyir, ardından yavaşlama) kuvvetleri dağıtır ve en yüksek gereksinimlerinizi azaltır.
Açısal Yükler ve Güvenlik Faktörleri
Eğer aktüatörünüz düz bir hat yerine açılı bir şekilde itiyor veya çekiyorsa, aktüatörün merkez hattı boyunca kuvvet bileşenini hesaplamanız gerekir. En zor durum genellikle tamamen geri çekilmiş haldeyken ortaya çıkar, çünkü açı en dik olduğu yer orasıdır.
Her şeyi topladıktan sonra, 1,5 ile 2 arasında bir güvenlik faktörüyle çarpın. Bu pay, beklenmedik durumları karşılar ve uzun vadede işlerin güvenilir bir şekilde yürümesini sağlar.
Motor Giriş Gereksinimlerini Hesapla
Döngünüzün her adımı için kuvvetleri ve hızları bildiğinizde, motorun ne sağlaması gerektiğini hesaplayabilirsiniz. Her döngü adımı için şunlara ihtiyacınız olacak:
Giriş torku: Min = (F · p · 100) / (2π · ηvida) · 100 / (i · ηbağlantı elemanı)
Nerede:
- F = Bu aşamada gerekli kuvvet (N)
- p = Vida adımı (mm)
- ηvida = Vida verimliliği (%)
- i = İndirim oranı
- ηcoupler = Bağlayıcı verimliliği (%)
Giriş hızı: nin = (60 · i · v) / p
Nerede:
- v = Bu aşamada gerekli vida çıkış hızı (mm/s)
- i = İndirim oranı
- p = Vida adımı (mm)
Bu hesaplamalar, motorun çevrimin her noktasında hangi tork ve hızı sağlaması gerektiğini gösterir ve bu da size yardımcı olur. doğru motoru seçin Aktüatörünüzle eşleştirmek için.
Adım 2: Hız ve Strok Gereksinimlerini Tanımlayın
İhtiyaç duyduğunuz kuvveti belirledikten sonra, yükünüzün nasıl hareket edeceğini planlamanın zamanı geldi.
Vuruş Uzunluğu
Yükünüzün bir uçtan diğerine ne kadar mesafe kat ettiğini ölçün. Bu mesafe, gereken strok mesafesidir ve seçeceğiniz aktüatörün en az bu kadar strok mesafesini karşılayabilmesi gerekir.
Hız ve Hareket Profili
Yükünüzün ne kadar hızlı hareket etmesi gerekiyor? Hız genellikle milimetre/saniye veya inç/saniye cinsinden ölçülür. Şunu unutmayın: çoğu aktüatörde hız ve kuvvet birbirine zıt çalışır. Dişlilerin nasıl ayarlandığı nedeniyle, daha fazla itme gücü genellikle daha düşük azami hız anlamına gelir.
Hızlanmanız ve durmanız için gereken süreyi belirleyin. Bu, kuvvet hesaplamalarınızla doğrudan bağlantılıdır:
- Üçgen profiller en hızlı hareket eder ancak daha yüksek kuvvet gerektirir.
- Trapezoidal profillerin oluşturulması daha fazla zaman alır ancak tepe kuvvet ihtiyaçlarını azaltır.
- Daha hızlı ivmelenme her zaman daha yüksek dinamik kuvvetler anlamına gelir.
Adım 3: Hız Gereksinimlerini Aktüatör Limitlerine Göre Doğrulayın
Aktüatörünüz mükemmel bir laboratuvar ortamında çalışmıyor, bu nedenle gerçek dünya koşulları ve mekanik sınırlar burada gerçekten önemli. Aktüatörün istediğiniz performansı sağlayabildiğinden emin olmak için üç farklı hız kontrolü yapmanız gerekiyor.
Kontrol 1: Kritik Hız ve Maksimum Hız Karşılaştırması
Uzun vidalı miller, bir gitar telinin titreşmesi gibi, belirli hızlarda rezonansa girebilir. Bu kritik hız, strok uzunluğuna ve vidanın nasıl desteklendiğine bağlıdır. Standart kritik hızı (Vcr_std), yatak konfigürasyonuna (sabit serbest veya sabit tek destek) bağlı olarak aktüatör veri sayfasında bulabilirsiniz.
Vuruşunuz standarttan farklıysa, gerçek kritik hızı hesaplayın:
Vcr_l = Vcr_std · (lstd² / ls²)
Nerede:
- Vcr_std = Veri sayfasındaki standart kritik hız (mm/s)
- lstd = Standart strok uzunluğu (mm)
- ls = Gerçek vuruş uzunluğunuz (mm)
Maksimum çevrim hızınızın bu kritik hızın altında kalmasına dikkat edin, aksi takdirde titreşim ve hızlanmış aşınma meydana gelir.
Kontrol 2: En Yüksek Çıkış Hızı ile Gerekli Maksimum Hız Arasındaki İlişki
Mevcut her bir dişli oranı için veri sayfasına bakın ve en yüksek çıkış hızının (Vp max) gerekli maksimum hızınızı (Vmax) aştığını doğrulayın. Daha yüksek kuvvet oranları maksimum hız kapasitesiyle çeliştiği için tüm dişli oranları işe yaramayacaktır.
Kontrol 3: Sürekli Çıkış Hızı ve Ortalama Hız Karşılaştırması
Aktüatörünüz en yüksek hızlarda sorunsuz çalışabilir ancak tüm çevrim boyunca ortalama hız sürekli nominal değerini aşarsa aşırı ısınabilir. Çevrim boyunca ortalama çıkış hızınızı hesaplayın:
Vm = Σ(vi · ti / ttot)
Nerede:
- vi = Çevrimin her adımındaki hız (mm/s)
- ti = O hızda geçirilen süre (s)
- ttot = Toplam çevrim süresi (s)
Bu ağırlıklı ortalama, gerçekten ihtiyacınız olan sürekli hız kapasitesini gösterir. Seçtiğiniz dişli oranı için sürekli çıkış hızı değerinin (Vc max) bu ortalamayı aştığından emin olun.
Çalışma Döngüsü Hususları
Çalışma döngüsü, aktüatörün çalışma ve dinlenme sürelerinin yüzdesini gösterir. 25% çalışma döngüsü, zamanın dörtte birinde çalıştığı ve kalan dörtte üçünde boşta kaldığı anlamına gelir. Hafif işler için daha düşük değerler yeterli olabilir, ancak sık sık veya kesintisiz çalışıyorsanız, daha yüksek çalışma döngüleri veya sürekli çalışma için derecelendirilmiş bir şeye ihtiyacınız vardır.
Bir aktüatörü çalışma döngüsü değerinin ötesine zorlarsanız aşırı ısınır. Bu ısı, yağlayıcıları bozar ve özellikle yağlamanın her şeyin sorunsuz çalışmasını sağladığı kurşun vida ve bilyalı vida tasarımlarında bileşenlerin daha hızlı aşınmasına neden olur.
Adım 4: Kuvvet Gereksinimlerini ve Çevresel Koşulları Doğrulayın
Şimdi, aktüatörün zamanla burkulma, aşırı yüklenme veya arıza olmadan kuvvetleri kaldırabildiğinden emin olmanız gerekiyor.
Kontrol 1: Burkulma Kuvveti ve Maksimum Kuvvet
Sıkıştırma altında uzun stroklar, aşırı ağırlık taşıyan bir kolon gibi bükülebilir. Veri sayfası, yatak konfigürasyonu için standart bükülme kuvvetini (Fb_std) verir. Strokunuz standarttan farklıysa, gerçek bükülme kuvvetini hesaplayın:
Fb_l = Fb_std · (lstd² / ls²)
Nerede:
- Fb_std = Veri sayfasındaki standart burkulma kuvveti (N)
- lstd = Standart strok uzunluğu (mm)
- ls = Gerçek vuruş uzunluğunuz (mm)
Burkulma kuvvetinin, maksimum gerekli kuvvetinizi (Fmax) rahat bir marjla aştığından emin olun. Daha uzun strokların, paydada strok uzunluğunun karesi alındığı için burkulma dayanımını nasıl önemli ölçüde azalttığına dikkat edin.
Kontrol 2: En Yüksek Eksenel Kuvvet ile Gerekli Maksimum Kuvvet Arasındaki İlişki
Mevcut her dişli oranı için, maksimum eksenel kuvvet değerinin (Fp max) gerekli maksimum kuvvetinizi (Fmax) aştığını doğrulayın. Veri sayfası, her dişli oranı ve tahrik kademesi için bu limitleri göstermektedir.
Kontrol 3: Sürekli Eksenel Kuvvet ve Ortalama Kuvvet Karşılaştırması
Hızda olduğu gibi, sürekli değerleri aşmadığını doğrulamak için döngünüz boyunca ortalama kuvveti hesaplamanız gerekir. Kuvvet, aşınmayı hızdan daha dramatik bir şekilde etkilediği için bu hesaplamada kök ortalama küp yöntemi kullanılır:
Fm = ³√[Σ(Fj³ · nj · tj / ttot) / nm]
Nerede:
- Fj = Döngünün her adımındaki kuvvet (N)
- nj = O kuvvet seviyesindeki yön değişikliklerinin sayısı
- tj = O kuvvette geçirilen süre (s)
- ttot = Toplam çevrim süresi (s)
- nm = Döngüdeki toplam yön değiştirme sayısı
Seçtiğiniz dişli oranı için sürekli eksenel kuvvet değerinin (Fc max) hesaplanan ortalama kuvveti aştığından emin olun.
Çevresel Koşullar
Bu cihazın gerçekte nerede çalışacağını düşünün. Hangi sıcaklıklara maruz kalacak? Etrafta toz uçuşuyor mu, havada nem var mı veya sorunlara neden olabilecek kimyasallar var mı? Tüm bunlar, ihtiyacınız olan koruma derecesini belirler. IP67, toz ve kısa süreli su maruziyetine oldukça iyi dayanırken, IP68 daha zorlu koşullar için korumayı artırır.
Aşındırıcı ortamlara veya kirlenme sorunlarına maruz kalıyorsanız, koruyucu kaplamalar ve sızdırmaz yapılar arayın. Modern doğrusal elektrikli aktüatörler genellikle şunlarla birlikte gelir IP67 koruma Standart olarak sunulan bu ürünler, ihtiyaç duymanız halinde IP68 koruma sınıfına da sahiptir ve zorlu endüstriyel ortamlarda dayanıklılık sağlayan korozyona dayanıklı kaplamalara sahiptir.
Yaşam Beklentisi
Bu aktüatörün ömrü boyunca kaç kez devreye girmesi gerekiyor? Bilyalı vidalı tasarımlar genellikle kurşun vidalı modellere göre daha uzun ömürlü ve daha hassas konumlandırma sağlar, ancak başlangıç maliyetleri daha yüksektir. Milyonlarca döngüden bahsediyorsanız, bu oldukça önemli hale gelir.
Adım 5: Güç Gereksinimlerini Hesaplayın ve Seçimi Doğrulayın
Son kontrol, aktüatörünüzün uygulamanızın ihtiyaç duyduğu mekanik gücü sağlayabildiğinden emin olmaktır.
Mekanik Gücü Hesapla
Bisiklet döngünüzün her aşaması için gereken mekanik gücü hesaplayın:
Pj = (vj · Fj) / 1000
Nerede:
- vj = Bu kademedeki hız (mm/s)
- Fj = Bu adımda uygulanan kuvvet (N)
- Sonuç Watt (W) cinsindendir.
Tüm çevrim adımları boyunca maksimum gücü bulun. Bu tepe güç (Pmax), seçtiğiniz dişli oranı için aktüatörün güç çıkış limitinin (Pout_max) altında kalmalıdır. Veri sayfası, her tahrik aşaması için bu güç limitlerini göstermektedir.
Özellikleri Mevcut Modellerle Eşleştirin
Şimdi hesapladığınız değerleri aktüatörlerin gerçekte yapabildikleriyle karşılaştırıyorsunuz. Veri sayfalarına bakarken şu temel özelliklere dikkat edin:
| Özellikler | Nelere dikkat etmeli? |
| Kuvvet Aralığı | İhtiyacınıza bağlı olarak 2000N ile 40000N arasında değişir. |
| Kontrol Modları | Açma/kapama, modülasyonlu veya sürekli çalışma |
| Sistem Entegrasyonu | İhtiyaç duyulması halinde akıllı kontrol veya fieldbus seçenekleri |
| Çevre Koruma | Tehlikeli bölgeler için patlamaya dayanıklı muhafaza |
Güç ve Fiziksel Gereksinimler
Güç kaynağınızın voltaj ve akım gereksinimleriyle uyumlu olduğundan emin olun. Gözden kaçırmamanız gereken birkaç şey var:
- Hızlanma sırasında, maksimum güç çektiği anda, en yüksek akım çekimi.
- Hem tamamen geri çekilmiş hem de tamamen uzatılmış pozisyonlarda fiziksel uygunluk.
- Montaj braketleri ve döner donanımlar için yer
- Kabloların döşenmesi ve bakım erişimi için alan
Montaj Şekli ve Güvenlik Özellikleri
Montaj konfigürasyonunun uygulamanız için uygun olduğundan emin olun. Yaygın seçenekler arasında, döndürme gerektiğinde mafsallı montajlar, sabit kurulumlar için flanşlı montajlar ve aktüatörün merkez hattı etrafında dönme gerektiren uygulamalar için mafsallı montajlar bulunur.
Otomatik olarak hareketi durduran ve aşırı hareketten kaynaklanan hasarı önleyen elektrikli limit anahtarları gibi yerleşik güvenlik özelliklerine dikkat edin. Hassas kontrol gerekiyorsa veya otomatik bir sisteme entegre ediyorsanız, konum geri bildirimi önem kazanır. Modern kompakt tasarımlar kurulumu kolaylaştırır, ancak yine de özel kurulumunuzla uyumluluğunu doğrulamanız gerekir.
Gerekirse yineleyin.
Bu hesaplamaları yaptıktan sonra hiçbir şey tüm gereksinimlerinizi karşılamıyorsa, seçenekleriniz var. Kuvvet gereksinimlerini azaltmak için hızı veya ivmeyi düşürün. Daha iyi mekanik avantaj için montaj geometrisini ayarlayın. Veya kurşun vidadan bilyalı vidaya geçmek gibi aktüatör teknolojilerini değiştirin. Bazen farklı bir dişli oranının birden fazla sorunu aynı anda çözdüğünü görürsünüz.
Her Şeyi Bir Araya Getirmek
Doğru boyutlandırma, şu beş adımı sırayla uygulamak anlamına gelir: Uygun güvenlik tamponlarıyla kuvvetleri hesaplayın, giriş torku ve hız gereksinimleriyle hareket profilinizi belirleyin, kritik hız ve burkulma sınırlarını strok uzunluğunuza göre doğrulayın, sürekli değerleri uygun formülleri kullanarak hesaplanan ortalamalarla karşılaştırın, ardından güç çıkışını ve montajın düzgün çalıştığını doğrulayın.
Tüm gereksinimlerinizi karşılayan bir şey bulmadan önce muhtemelen birkaç kez deneme yapacaksınız ve bu normal. Gerçekten ihtiyaçlarınızı karşılayan ve zaman içinde güvenilir performans sağlayan bir çözüme ulaşana kadar mümkün olan yerlerde ayarlamalar yapın.
