5-sammuline juhend lineaarsete elektriajamite suuruse määramiseks

Sissejuhatus

Kas teil on raskusi õige valikuga elektriline ajam teie projekti jaoks? Õige täiturmehhanismi valimine on automatiseerimise optimaalse jõudluse jaoks hädavajalik. Selles artiklis käsitleme 5-astmelist juhendit lineaarsete elektriajamite suuruse määramiseks. Õpid, kuidas määrata jõudu, kiirust, käiku ja keskkonnanõudeid, et tagada töökindlus.

Elektrilise täiturmehhanismi suuruse mõistmine

Peamised tegurid elektriliste ajamite suuruse määramisel

Elektriliste ajamite suuruse määramisel tulevad mängu mitmed võtmetegurid. Nende hulka kuuluvad jõunõuded, kiirus, käigu pikkus ja keskkonnatingimused. Kõik need elemendid mõjutavad täiturmehhanismi jõudlust ja pikaealisust.

1. Jõunõuded : see on kõige kriitilisem tegur. Peate määrama täiturmehhanismile mõjuvad staatilised ja dünaamilised jõud. Staatiline jõud on koormuse kaal, dünaamiline jõud aga kiirendusest ja aeglustumisest töö ajal.

2. Kiirus : täiturmehhanismi nõutav kiirus mõjutab seda, kui kiiresti see suudab koormat liigutada. Seda mõõdetakse sageli mm/s või tollides/s. Pidage meeles, et suurem kiirus võib põhjustada suuremat kulumist.

3. Käigu pikkus : see viitab vahemaale, mille täiturmehhanism peab oma ülesande täitmiseks läbima. Oluline on valida ajam, mis mahutab vajaliku käigupikkuse.

4. Keskkonnatingimused : kaaluge, kus täiturmehhanism töötab. Toimivust võivad mõjutada sellised tegurid nagu temperatuur, niiskus ja kokkupuude saasteainetega. Veenduge, et täiturmehhanism vastaks konkreetsetele tingimustele, millega see kokku puutub.

Levinud vead suuruse määramisel

Paljud insenerid teevad elektriliste ajamite suuruse määramisel tavapäraseid vigu. Siin on mõned, millele tähelepanu pöörata:

• Ohutustegurite ignoreerimine : lisage alati ohutusvaru. Ootamatute koormuste või tingimustega toimetulekuks on soovitatav kasutada arvutuslikke vajadusi 1,5–2 korda.

• Dünaamiliste jõudude tähelepanuta jätmine : ainult staatilistele koormustele keskendumine võib kaasa tuua jõudude alahindamise kiirendamise ja aeglustamise ajal, mille tulemuseks on täiturmehhanismi rike.

• Keskkonnamõju tähelepanuta jätmine : keskkonnatingimuste arvestamata jätmine võib põhjustada enneaegset kulumist või rikkeid. Kontrollige alati täiturmehhanismi IP reitingut ja veenduge, et see vastab töökeskkonnale.

Täpse suuruse määramise tähtsus

Elektriliste täiturmehhanismide täpne suurus on oluline mitmel põhjusel:

• Jõudlus : sobiva suurusega täiturmehhanism töötab tõhusalt, tagades vajaliku jõu ja kiiruse ilma pingutuseta.

• Pikaealisus : õige suurus vähendab kulumist, pikendab täiturmehhanismi eluiga ja vähendab hoolduskulusid.

• Kulutõhusus : ülegabariidilised täiturmehhanismid võivad olla tarbetult kallid. Õige suuruse määramisega hoiate kokku algkuludelt ja tegevuskuludelt.

• Ohutus : Õige suurusega täiturmehhanismid vähendavad rikkeohtu, mis võib automatiseeritud süsteemides põhjustada ohutusriske.

1. samm: määrake kindlaks elektriajamite jõunõuded

Staatilised ja dünaamilised jõud

Elektriliste ajamite suuruse määramisel tuleb kõigepealt kindlaks määrata jõunõuded. See hõlmab nii staatiliste kui ka dünaamiliste jõudude mõistmist.

• Staatilised jõud : see on jõud, mis on vajalik koorma hoidmiseks paigal. Näiteks kui tõstate objekti, võrdub staatiline jõud selle objekti kaaluga, mis arvutatakse järgmise valemi abil:

  Staatiline jõud = mass × gravitatsioon

• Dünaamilised jõud : need tulevad mängu siis, kui koormus kiireneb või aeglustub. Dünaamiliste jõudude arvutamiseks kasutage Newtoni teist liikumisseadust:

  Dünaamiline jõud = mass × kiirendus

  Kiirenduse saab leida, jagades soovitud kiiruse selle kiiruse saavutamiseks kuluva ajaga.

  • Kolmnurksed liikumisprofiilid  nõuavad suurimaid kiirendusjõude, kuna need liiguvad nullist tippkiiruseni ja koheselt tagasi nulli.

  • Trapetsikujulised liikumisprofiilid  kiirendavad järk-järgult, vähendades tippjõuvajadust.

Jõuvajaduse arvutamine

Täiturmehhanismi kogujõuvajaduse arvutamiseks võtke arvesse nii staatilisi kui ka dünaamilisi jõude. Vajaliku kogujõu saamiseks lisage dünaamilisele jõule staatiline jõud.

Siin on lihtne näide:

• Kui teie koormus on 10 kg (mis avaldab staatilist jõudu umbes 98 N) ja soovite seda kiirendada väärtuseni 1 m/s⊃2;, on dünaamiline jõud 10 N. Seega oleks kogujõu nõue:

  Kogujõud = staatiline jõud + dünaamiline jõud = 98 N + 10 N = 108 N

Ohutustegurid jõu arvutamisel

Inseneritöös on ülioluline arvestada ootamatute tingimustega. Siin tulevadki mängu ohutustegurid. Levinud tava on rakendada ohutustegurit, mis on 1,5–2 korda suurem arvutatud jõunõuetest. See tagab, et täiturmehhanism saab tõrgeteta hakkama ootamatute koormuste või tingimustega. Näiteks kui teie kogujõu nõue on 108 N, peaksite oma täiturmehhanismi mõõtma nii, et see oleks 162 N ja 216 N vahel.

Põhipunktide kokkuvõte

• Määrake täiturmehhanismile mõjuvad staatilised ja dünaamilised jõud.

• Kogu jõuvajaduse arvutamiseks kasutage sobivaid valemeid.

• Kaasake alati ohutusfaktor, et võtta arvesse ootamatuid tingimusi.

Neid jõude hoolikalt arvutades saate tagada, et teie elektriline täiturmehhanism töötab teie rakenduses usaldusväärselt.

2. samm: määrake kiiruse ja käigu nõuded

Kui olete oma elektriajamile jõunõuded kindlaks määranud, on järgmine samm kiiruse ja käigu nõuete määratlemine. See on ülioluline tagamaks, et täiturmehhanism suudab tõhusalt vastata teie rakenduse nõuetele.

Löögi pikkuse mõistmine

Löögi pikkus on kogu vahemaa, mille täiturmehhanism peab oma ülesande täitmiseks läbima. Mõõtke seda kaugust hoolikalt, kuna see mõjutab otseselt täiturmehhanismi valikut. Kui nõutav käigu pikkus ületab täiturmehhanismi võimeid, ei saa see tõhusalt töötada.

Näiteks kui teie rakendus nõuab käigu pikkust 500 mm, peate valima täiturmehhanismi, mis suudab taluda vähemalt seda vahemaad. Arvestage alati veidi lisapikkusega, et võtta arvesse ettenägematuid asjaolusid või kohandusi.

Nõutavad kiirusarvutused

Järgmisena kaaluge, kui kiiresti peab täiturmehhanism koormat liigutama. Seda kiirust mõõdetakse tavaliselt millimeetrites sekundis (mm/s) või tollides sekundis (in/s). Oluline on märkida, et kiirus ja jõud töötavad sageli üksteisele vastu. Üldiselt võivad suuremad kiirused mehaaniliste piirangute tõttu vähendada jõudu.

Vajaliku kiiruse arvutamiseks mõelge järgmisele:

1. Kiirendus : kui kiiresti peab täiturmehhanism saavutama oma maksimaalse kiiruse?

2. Aeglustus : kui kiiresti peab see peatuma?

Nii kiirendus kui ka aeglustamine aitavad kaasa üldistele kiirusnõuetele ja võivad oluliselt mõjutada täiturmehhanismi jõudlust.

Liikumisprofiilid: kolmnurkne vs trapetsikujuline

Liikumisprofiili mõistmine on kiirusnõuete arvutamisel ülioluline. Levinud on kaks profiili:

• Kolmnurkse liikumise profiil : sellel profiilil on kiire kiirendus, mis saavutab tippkiiruse peaaegu kohe ja aeglustub seejärel tagasi nullini. Kuigi see profiil võimaldab kiiremat liikumist, nõuab see kiirendamise ja aeglustamise ajal suuremaid jõude, mis võib põhjustada täiturmehhanismi suuremat kulumist.

• Trapetsikujuline liikumisprofiil : see profiil tõuseb järk-järgult, säilitab teatud aja konstantse kiiruse ja seejärel aeglustab. See lähenemine vähendab tippjõude ja on üldiselt täiturmehhanismi jaoks lihtsam. Seda eelistatakse sageli rakendustes, mis nõuavad sujuvamat tööd ja väiksemat mehaanilist pinget.

3. samm: kontrollige kiirusnõudeid täiturmehhanismi piirangute suhtes

Elektrilise täiturmehhanismi valimisel on oluline tagada, et kiirusnõuded oleksid vastavuses täiturmehhanismi piirangutega. See samm on jõudluse säilitamiseks ja mehaaniliste rikete ärahoidmiseks ülioluline. Siin läbime kolm kriitilist kontrolli, et kontrollida kiiruse nõudeid täiturmehhanismi piirangute suhtes.

Kontroll 1: kriitiline kiirus vs maksimaalne kiirus

Igal täiturmehhanismil on kriitiline kiirus, mis on maksimaalne kiirus, mille juures see võib töötada ilma resonants- või vibratsiooniprobleemideta. Seda kriitilist kiirust mõjutavad käigu pikkus ja kruvitugede konfiguratsioon.

Selle kriitilise kiiruse leidmiseks vaadake täiturmehhanismi andmelehte. Kui teie käigu pikkus erineb standardsest, saate tegeliku kriitilise kiiruse arvutada järgmise valemi abil:

Vcrl = Vcrstd ⋅( ls 2lstd 2)

Kus:

• Vcrstd  = standardne kriitiline kiirus andmelehel (mm/s)

• lstd  = standardne käigupikkus (mm)

• ls  = teie tegelik käigu pikkus (mm)

Veenduge, et teie maksimaalne tsükli kiirus oleks sellest kriitilisest kiirusest väiksem. Selle ületamine võib põhjustada vibratsiooni, mis võib põhjustada täiturmehhanismi enneaegset kulumist või isegi rikke.

Kontroll 2: maksimaalne väljundkiirus vs nõutav maksimaalne kiirus

Järgmisena kontrollige täiturmehhanismi väljundi tippkiirust. See on maksimaalne kiirus, mida täiturmehhanism oma tippjõudlusega saavutab. Igal täiturmehhanismi ülekandearvul on erinev maksimaalne väljundkiirus.

Ühilduvuse tagamiseks veenduge, et maksimaalne väljundkiirus ( Vpmax ) ületab teie nõutava maksimaalse kiiruse ( Vmax ). Andmeleht annab selle teabe ja see on ülioluline, sest suurema jõuülekande ülekandearvud on sageli kompromissitud maksimaalse kiiruse võimalustega.

Kontroll 3: pidev väljundkiirus vs keskmine kiirus

Lõpuks kaaluge pidevat väljundkiirust võrreldes töö ajal vajaliku keskmise kiirusega. Pidev väljundkiirus viitab kiirusele, mida täiturmehhanism suudab pikka aega säilitada ilma ülekuumenemiseta.

Kogu tsükli keskmise kiiruse arvutamiseks kasutage valemit:

Vm = ttot ∑( vi ⋅ ti )

Kus:

• vi  = kiirus tsükli igal etapil (mm/s)

• ti  = sellel kiirusel veedetud aeg (s)

• ttot  = tsükli koguaeg (s)

Veenduge, et pidev väljundkiirus ( Vcmax ) ületaks seda keskmist kiirust. teie valitud ülekandearvu Kui seda ei juhtu, võib täiturmehhanism töö ajal üle kuumeneda või ebaõnnestuda.

Töötsükli kaalutlused

Ärge unustage töötsüklit, mis näitab, kui kaua täiturmehhanism võib enne jahtumist töötada. Näiteks 25% töötsükkel tähendab, et täiturmehhanism töötab 25% ajast ja on tühikäigul ülejäänud 75%. Kui teie rakendus nõuab sagedast kasutamist, valige ülekuumenemise vältimiseks täiturmehhanism, mis on ette nähtud kõrgema töötsükli jaoks.

Kokkuvõtteks võib öelda, et kiirusnõuete kontrollimine täiturmehhanismi piirväärtustega on usaldusväärse ja tõhusa töö tagamiseks ülioluline. Kontrollides kriitilist kiirust, tippväljundkiirust ja pidevat väljundkiirust, saate kindlalt valida täiturmehhanismi, mis vastab teie rakenduse nõuetele.

4. samm: kontrollige jõunõudeid ja keskkonnatingimusi

Selles etapis on oluline tagada, et elektriline täiturmehhanism saaks hakkama töö ajal kokku puutuvate jõududega ilma paindumise, ülekoormamise või aja jooksul tõrgeteta. See kontrollimine hõlmab mitmeid kontrolle, et kinnitada täiturmehhanismi võimeid võrreldes eeldatavate töötingimustega.

Kontroll 1: painutusjõud vs. maksimaalne jõud

Pikad tõmbed kokkusurumisel võivad põhjustada paindumist, sarnaselt sellele, kuidas sammas võib liigse raskuse korral painduda. Täiturmehhanismi andmeleht esitab tavaliselt standardse paindejõu ( Fbstd ), mis põhineb selle laagri konfiguratsioonil. Kui teie käigu pikkus erineb standardsest, saate tegeliku paindejõu arvutada järgmise valemi abil:

Fbl = Fbstd ⋅( ls 2lstd 2)

Kus:

• Fbl  = tegelik paindejõud (N)

• lstd  = standardne käigupikkus (mm)

• ls  = teie tegelik käigu pikkus (mm)

Veenduge, et arvutatud paindejõud ületab teie maksimaalse vajaliku jõu ( Fmax ) mugava varuga. Oluline on märkida, et pikemad löögid vähendavad oluliselt paindetugevust, kuna löögi pikkus on võrrandi nimetaja ruudus.

Kontroll 2: maksimaalne telgjõud vs nõutav maksimaalne jõud

Iga saadaoleva ülekandearvu puhul veenduge, et maksimaalne telgjõu nimiväärtus ( Fpmax ) ületaks teie maksimaalse vajaliku jõu ( Fmax ). Täiturmehhanismi andmelehel kuvatakse need piirid iga ülekandearvu ja ajamiastme kohta. Mehaanilise rikke vältimiseks töö ajal on ülioluline tagada, et täiturmehhanism talub tippjõude.

Kontroll 3: pidev telgjõud vs. keskmine jõud

Sarnaselt kiirusega on tsükli keskmise jõu arvutamine oluline, et veenduda, et see ei ületaks pidevaid hinnanguid. Keskmise jõu leidmiseks kasutage järgmist valemit:

Fm =3 ttot ∑( Fj 3⋅ nj ⋅ tj )

Kus:

• Fj  = jõud tsükli igal etapil (N)

• nj  = suunamuutuste arv sellel jõutasemel

• tj  = sellel jõul kulutatud aeg (s)

• ttot  = tsükli koguaeg (s)

Kontrollige, et pidev aksiaaljõud ( Fcmax ) ületaks seda arvutatud keskmist jõudu. teie valitud ülekandearvu See tagab täiturmehhanismi töökindluse ilma ülekuumenemise või rikketa.

Keskkonnatingimused

Sama oluline on keskkonna mõistmine, kus täiturmehhanism töötab. Võtke arvesse selliseid tegureid nagu temperatuur, niiskus, tolm ja kokkupuude kemikaalidega. Need elemendid võivad oluliselt mõjutada täiturmehhanismi jõudlust ja eluiga.

• Temperatuur : veenduge, et täiturmehhanism talub eeldatavat temperatuurivahemikku. Äärmuslikud temperatuurid võivad põhjustada materjali lagunemise või mehaanilise rikke.

• Niiskus ja tolm : otsige sobiva IP-reitinguga ajamid. Näiteks IP67 reiting talub tolmu ja lühiajalist kokkupuudet veega, samas kui IP68 pakub paremat kaitset karmimates tingimustes.

• Söövitav keskkond : kui täiturmehhanism puutub kokku kemikaalidega, kaaluge kahjustuste vältimiseks kaitsekatte või suletud konstruktsiooni võimalusi.

Eeldatav eluiga

Lõpuks kaaluge, mitu tsüklit peab täiturmehhanism oma eluea jooksul tegema. Kuulkruvide konstruktsioonid kestavad tavaliselt kauem ja pakuvad paremat täpsust kui juhtkruvide mudelid, kuid nende algkulud on sageli kõrgemad. Kui teie rakendus nõuab miljoneid tsükleid, muutub see tegur teie valikuprotsessis kriitiliseks.

5. samm: arvutage elektriajamite võimsusnõuded

Mehaanilise võimsuse arvutused

Elektrilise täiturmehhanismi mehaanilise võimsuse nõuete arvutamine on ülioluline, et tagada selle vastavus teie rakenduse nõuetele. Võimsus on töö tegemise kiirus ja täiturmehhanismide puhul on oluline see sobitada teie süsteemi mehaaniliste vajadustega.

Täiturmehhanismi tsükli iga etapi mehaanilise võimsuse arvutamiseks kasutage valemit:

Pj =1000 vj ⋅ Fj

Kus:

• Pj  = võimsus sellel etapil (W)

• vj  = kiirus sellel etapil (mm/s)

• Fj  = jõud sellel sammul (N)

See arvutus annab teile võimsuse vattides. Maksimaalse vajaliku võimsuse määramiseks korrake seda täiturmehhanismi tsükli iga etapi puhul.

Tehniliste andmete sobitamine saadaolevatele mudelitele

Kui olete võimsusnõuded välja arvutanud, on järgmine samm võrrelda oma tulemusi saadaolevate ajamite mudelitega. Täiturmehhanismi andmelehelt leiate peamised tehnilised andmed, sealhulgas:

• Jõuvahemik : veenduge, et täiturmehhanism talub vajalikku jõudu, mis võib olenevalt teie rakendusest olla vahemikus 2000 N kuni 40 000 N või rohkem.

• Juhtrežiimid : otsige oma vajadustele vastavaid valikuid, nagu sisse-välja, moduleerimine või pidev töö.

• Süsteemi integreerimine : kaaluge, kas vajate automatiseerimiseks intelligentset juhtimist või väljasiini valikuid.

• Keskkonnakaitse : kui teie rakendus asub ohtlikus kohas, kontrollige plahvatuskindlat korpust.

Võimsus ja füüsilised nõuded

Lisaks võimsuse arvutamisele veenduge, et täiturmehhanismi pinge- ja voolunõuded ühtivad teie toiteallikaga. Peamised kaalutlused hõlmavad järgmist:

1. Peak Current Draw : see toimub kiirenduse ajal, kui täiturmehhanism tõmbab maksimaalset võimsust. Veenduge, et teie toiteallikas saaks selle nõudlusega hakkama.

2. Füüsiline sobivus : kontrollige mõõtmeid nii sissetõmmatud kui ka täielikult väljatõmmatud asendis, et tagada täiturmehhanismi sobivus teie paigaldusruumiga.

3. Paigaldusruum : arvestage ruumi kinnitusklambrite ja mis tahes pöörleva riistvara jaoks.

4. Kaabli marsruutimine : jätke ruumi hooldusele juurdepääsuks ja kaablite nõuetekohaseks haldamiseks.

Paigaldusstiil ja ohutusfunktsioonid

Veenduge, et täiturmehhanismi paigalduskonfiguratsioon sobib teie rakendusega. Levinud valikud hõlmavad järgmist:

• Clevise kinnitused : Ideaalne pööratavateks rakendusteks.

• Äärikukinnitused : Parimad fikseeritud paigalduste jaoks.

• Trunnion kinnitused : kasutatakse siis, kui on vaja pöörata täiturmehhanismi keskjoont.

Otsige sisseehitatud turvafunktsioone, nagu elektrilised piirlülitid, mis peatavad sõidu automaatselt, et vältida üleliikumise kahjustusi. Kui on vaja täpset juhtimist, kaaluge asukoha tagasiside võimalusi.

Vajadusel korrake

Kui leiate, et ükski saadaolevatest mudelitest ei vasta teie nõuetele, kaaluge oma spetsifikatsioonide kohandamist. Võite vähendada kiirust või kiirendust, et vähendada jõuvajadust või muuta paigaldusgeomeetriat parema mehaanilise eelise saavutamiseks. Teise võimalusena võib täiturmehhanismi tehnoloogiate vahetamine, näiteks juhtkruvilt kuulkruvile, lahendada mitu probleemi korraga.

Järeldus

Selles juhendis kirjeldatakse lineaarsete elektriajamite suuruse määramise viieastmelist protsessi. See algab jõunõuete määramisega, võttes arvesse nii staatilisi kui ka dünaamilisi jõude. Järgmiseks on kiiruse ja käigu nõuete määratlemine optimaalse jõudluse jaoks ülioluline. Nende nõuete kontrollimine täiturmehhanismi piirväärtuste suhtes tagab töökindluse. Lisaks aitab võimsusvajaduse arvutamine sobitada täiturmehhanismi teie rakendusega. FDR  pakub kvaliteetseid elektrilisi ajamid, mis tagavad erakordse jõudluse, pikaealisuse ja ohutuse. Nende tooted on loodud vastama tõhusalt erinevatele tegevusnõuetele.

KKK

K: Mis on elektriline ajam?

V: Elektriline täiturmehhanism on seade, mis muudab elektrienergia mehaaniliseks liikumiseks, mida tavaliselt kasutatakse liikumiste juhtimiseks erinevates rakendustes.

K: Kuidas määrata elektrilise täiturmehhanismi suurust?

V: Elektrilise täiturmehhanismi suuruse määramiseks määrake kindlaks jõunõuded, kiirus, käigu pikkus ja keskkonnatingimused, mis mõjutavad selle jõudlust.

K: Miks on elektriajamite täpne suurus oluline?

V: Elektriliste ajamite täpne suurus tagab tõhusa jõudluse, pikaealisuse, kulude kokkuhoiu ja vähendab mehaaniliste rikete ohtu.

K: Millised on elektriajamite kasutamise eelised?

V: Elektrilised ajamid pakuvad täpset juhtimist, energiatõhusust, vähest hooldust ja hõlpsat integreerimist automatiseeritud süsteemidesse.

K: Kuidas teha elektrilise täiturmehhanismi tõrkeotsingut?

V: Elektrilise ajamiga tõrkeotsing hõlmab toiteallika probleemide kontrollimist, ühenduste kontrollimist ning jõu- ja kiirusnõuete täitmise tagamist.