正しいものを選ぶのに苦労していますか 電動アクチュエータはありますか？ あなたのプロジェクトに自動化において最適なパフォーマンスを得るには、正しいアクチュエータを選択することが不可欠です。この記事では、リニア電動アクチュエーターのサイズを決定するための 5 つのステップのガイドを説明します。信頼性の高い動作を確保するために、力、速度、ストローク、環境要件を決定する方法を学びます。
電動アクチュエータのサイズを決定する際には、いくつかの重要な要素が関係します。これらには、力の要件、速度、ストローク長、環境条件が含まれます。これらの各要素は、アクチュエーターの性能と寿命に影響を与えます。
力の要件: これは最も重要な要素です。アクチュエータに作用する静的力と動的力の両方を決定する必要があります。静的な力は負荷の重量ですが、動的な力は動作中の加減速によって発生します。
速度: アクチュエータの必要な速度は、負荷をどれだけ速く移動できるかに影響します。多くの場合、これは mm/s またはインチ/s で測定されます。速度が高くなると、磨耗が増加する可能性があることに注意してください。
ストローク長: これは、アクチュエータがそのタスクを完了するために移動しなければならない距離を指します。必要なストローク長に対応できるアクチュエータを選択することが重要です。
環境条件：アクチュエータが動作する場所を考慮してください。温度、湿度、汚染物質への曝露などの要因がパフォーマンスに影響を与える可能性があります。アクチュエータが直面する特定の条件に対して定格されていることを確認してください。
多くのエンジニアは、電動アクチュエータのサイズを決定する際によくある間違いを犯します。注意すべき点がいくつかあります。
安全率の無視: 常に安全マージンを含めてください。予期しない負荷や条件に対処するには、計算された要件の 1.5 ～ 2 倍の係数が推奨されます。
動的力の見落とし: 静的荷重のみに注目すると、加減速時の力を過小評価することになり、アクチュエータの故障につながる可能性があります。
環境への影響の無視: 環境条件を考慮しないと、早期の摩耗や故障につながる可能性があります。アクチュエータの IP 定格を常に確認し、動作環境に適合していることを確認してください。
電動アクチュエータの正確なサイズ設定は、次のような理由から非常に重要です。
性能: 適切なサイズのアクチュエータは効率的に動作し、負担なく必要な力と速度を提供します。
長寿命: 適切なサイズ設定により磨耗が軽減され、アクチュエータの寿命が延び、メンテナンスコストが削減されます。
コスト効率: 大型のアクチュエータは不必要に高価になる可能性があります。適切なサイジングを行うことで、初期コストと運用コストを節約できます。
安全性: アクチュエータのサイズを適切に設定すると、自動化システムの安全上の問題につながる可能性がある故障のリスクが軽減されます。
電動アクチュエータのサイズを決定するときの最初のステップは、力の要件を決定することです。これには、静的な力と動的な力の両方を理解することが含まれます。
静力: これは、負荷を静止位置に保持するために必要な力です。たとえば、物体を持ち上げている場合、静的力はその物体の重量に等しく、次の式を使用して計算されます。
静力＝質量×重力
動的力: これらは、負荷が加速または減速するときに作用します。動的力を計算するには、ニュートンの運動の第 2 法則を使用します。
動的力＝質量×加速度
加速度は、希望の速度をその速度に到達するまでにかかる時間で割ることで求められます。
三角形の動作プロファイルは、 ゼロからピーク速度に達し、瞬時にゼロに戻るため、最も高い加速力を必要とします。
台形運動プロファイルは 徐々に速度を上げ、ピーク時の力の要件を軽減します。
アクチュエータに必要な総力を計算するには、静的力と動的力の両方を考慮してください。静的な力を動的な力に追加して、必要な合計の力を取得します。
簡単な例を次に示します。
10 kg の荷重 (約 98 N の静的力を発揮) があり、それを 1 m/s⊃2; まで加速したい場合、動的力は 10 N になります。したがって、合計の力の要件は次のようになります。
総力＝静的力＋動的力＝ 98N ＋ 10N ＝ 108N
エンジニアリングでは、予期せぬ状況を考慮することが重要です。ここで安全係数が役に立ちます。一般的には、計算された力要件の 1.5 ～ 2 倍の安全係数を適用します。これにより、アクチュエータが予期せぬ負荷や条件に故障することなく対処できることが保証されます。たとえば、総力要件が 108 N の場合、162 N ～ 216 N を処理できるようにアクチュエータのサイズを設定する必要があります。
アクチュエータに作用する静的力と動的力の両方を決定します。
適切な式を使用して、総力要件を計算します。
予期せぬ状況を考慮して安全係数を常に含めてください。
これらの力を慎重に計算することで、電動アクチュエータがアプリケーションで確実に動作することを保証できます。
電動アクチュエータの力要件を決定したら、次のステップは速度とストローク要件を定義することです。これは、アクチュエータがアプリケーションの要求を効果的に満たすことができるようにするために重要です。
ストローク長は、アクチュエータがそのタスクを完了するために移動する必要がある合計距離です。この距離はアクチュエータの選択に直接影響するため、慎重に測定してください。必要なストローク長がアクチュエータの能力を超えると、十分な性能を発揮できなくなります。
たとえば、アプリケーションで 500 mm のストローク長が必要な場合、少なくともその距離に対応できるアクチュエータを選択する必要があります。予期せぬ状況や調整を考慮して、常に少し長さを多めに考慮してください。
次に、アクチュエータが負荷を移動させるためにどれくらいの速度が必要かを検討します。この速度は通常、ミリメートル/秒 (mm/s) またはインチ/秒 (in/s) で測定されます。速度と力はしばしば相互作用することに注意することが重要です。一般に、速度が高くなると、機械的な制限により力の能力が低下する可能性があります。
必要な速度を計算するには、次の点を考慮してください。
加速度: アクチュエータが最高速度に達するまでにどのくらいの速さ必要ですか?
減速: どのくらいの速度で停止する必要がありますか?
加速と減速の両方が全体的な速度要件に寄与し、アクチュエータの性能に大きな影響を与える可能性があります。
速度要件を計算するには、動作プロファイルを理解することが不可欠です。 2 つの共通プロファイルがあります。
三角運動プロファイル: このプロファイルは急速な加速を特徴とし、ほぼ瞬時にピーク速度に達し、その後ゼロに減速します。このプロファイルにより、より高速な動きが可能になりますが、加速および減速中により大きな力が必要となり、アクチュエータの摩耗が増加する可能性があります。
台形移動プロファイル: このプロファイルは徐々に速度が上がり、一定時間一定の速度を維持した後、減速します。このアプローチにより、ピーク力が軽減され、一般にアクチュエーターへの負担が軽減されます。多くの場合、よりスムーズな動作と機械的ストレスの軽減を必要とするアプリケーションに好まれます。
電動アクチュエータを選択するときは、速度要件がアクチュエータの制限と一致していることを確認することが重要です。この手順は、パフォーマンスを維持し、機械的故障を防ぐために非常に重要です。ここでは、アクチュエータの制限に対する速度要件を検証するための 3 つの重要なチェックを実行します。
すべてのアクチュエータには臨界速度があり、これは共振や振動の問題が発生せずに動作できる最大速度です。この臨界速度は、ストローク長とスクリューサポートの構成によって影響されます。
この臨界速度を確認するには、アクチュエータのデータシートを参照してください。ストローク長が標準と異なる場合は、次の式を使用して実際の危険速度を計算できます。
Vcrl = Vcrstd ⋅( ls 2lstd 2)
どこ：
Vcrstd = データシートの標準臨界速度 (mm/s)
lstd ＝標準ストローク（mm）
ls = 実際のストローク長さ (mm)
最大サイクル速度がこの臨界速度よりも低いことを確認してください。それを超えると振動が発生し、早期の摩耗やアクチュエータの故障を引き起こす可能性があります。
次にアクチュエータのピーク出力速度を確認します。これは、アクチュエータがそのピーク性能で達成できる最大速度です。アクチュエーターの各ギア比は異なるピーク出力速度を持ちます。
互換性を確保するには、ピーク出力速度 ( Vpmax ) が必要な最大速度 ( Vmax ) を超えていることを確認してください。この情報はデータシートに記載されていますが、より高いフォースギア比は最大速度性能とトレードオフになることが多いため、この情報は非常に重要です。
最後に、連続出力速度と動作中に必要な平均速度を考慮します。連続出力速度とは、アクチュエータが過熱することなく長期間維持できる速度を指します。
サイクル全体の平均速度を計算するには、次の式を使用します。
Vm = ttot ∑( vi ⋅ ti )
どこ：
vi = サイクルの各ステップの速度 (mm/s)
ti = その速度で費やした時間 (秒)
ttot = 合計サイクル時間 (秒)
連続出力速度定格 ( Vcmax ) がこの平均速度を超えていることを確認してください。選択したギア比のそうしないと、アクチュエータが動作中に過熱したり故障したりする可能性があります。
デューティ サイクルを忘れないでください。デューティ サイクルは、冷却が必要になるまでアクチュエータが動作できる時間を示します。たとえば、25% のデューティ サイクルは、アクチュエータが時間の 25% で動作し、残りの 75% でアイドル状態になることを意味します。アプリケーションで頻繁な動作が必要な場合は、過熱を避けるために、より高いデューティ サイクル向けに定格されたアクチュエータを選択してください。
要約すると、信頼性の高い効率的な動作を確保するには、アクチュエータの制限に対する速度要件を検証することが重要です。臨界速度、ピーク出力速度、連続出力速度を確認することで、アプリケーションの要求を満たすアクチュエータを自信を持って選択できます。
このステップでは、電動アクチュエータが動作中に座屈、過負荷、または時間の経過とともに故障することなく遭遇する力に対処できることを確認することが重要です。この検証には、予想される動作条件に対するアクチュエータの能力を確認するための一連のチェックが含まれます。
圧縮下での長いストロークは、過剰な重量によってコラムが座屈するのと同様に、座屈を引き起こす可能性があります。アクチュエータのデータシートは通常、Fbstd ) を提供します。ベアリング構成に基づいて標準座屈力 ( ストローク長が標準と異なる場合は、次の式を使用して実際の座屈力を計算できます。
Fbl = Fbstd ⋅( ls 2lstd 2)
どこ：
Fbl = 実際の座屈力 (N)
lstd ＝標準ストローク（mm）
ls = 実際のストローク長さ (mm)
計算された座屈力が必要な最大力 ( Fmax ) を十分な余裕をもって超えていることを確認してください。ストロークの長さが方程式の分母で二乗されるため、ストロークが長くなると座屈強度が大幅に低下することに注意することが重要です。
利用可能な各ギア比について、最大軸力定格 ( Fpmax ) が最大必要力 ( Fmax ) を超えていることを確認してください。アクチュエータのデータシートには、各ギア比と駆動ステージに対するこれらの制限が示されています。動作中の機械的故障を防ぐには、アクチュエータがピーク力に対応できることを確認することが重要です。
速度と同様に、サイクル全体の平均力を計算して、それが連続定格を超えていないことを確認することが不可欠です。平均力を求めるには、次の式を使用します。
Fm =3 ttot ∑( Fj 3⋅ nj ⋅ tj )
どこ：
Fj = サイクルの各ステップでの力 (N)
nj = その力レベルでの方向変更の数
tj = その力で費やした時間 (s)
ttot = 合計サイクル時間 (秒)
連続軸力定格 ( Fcmax ) が、この計算された平均力を超えていることを確認してください。選択したギア比のこれにより、アクチュエータが過熱したり故障することなく確実に動作できるようになります。
アクチュエータが動作する環境を理解することも同様に重要です。温度、湿度、ほこり、化学物質への曝露などの要因を考慮してください。これらの要素は、アクチュエータの性能と寿命に大きな影響を与える可能性があります。
温度: アクチュエータが予想される温度範囲に対応できることを確認してください。極端な温度は材料の劣化や機械的故障につながる可能性があります。
湿気とほこり: 適切な IP 定格を持つアクチュエータを探してください。たとえば、IP67 定格は粉塵や短時間の水への曝露に耐えることができますが、IP68 はより過酷な条件に対してより優れた保護を提供します。
腐食環境: アクチュエータが化学薬品にさらされる場合は、損傷を防ぐために保護コーティングまたは密閉構造を備えたオプションを検討してください。
最後に、アクチュエータがその寿命全体で何サイクル実行する必要があるかを考慮します。ボールねじ設計は通常、親ねじモデルよりも寿命が長く、精度も優れていますが、多くの場合、初期コストが高くなります。アプリケーションが数百万サイクルを必要とする場合、この要素は選択プロセスにおいて重要になります。
電動アクチュエータの機械的動力要件を計算することは、アプリケーションの要求を確実に満たすために非常に重要です。電力は仕事が行われる速度であり、アクチュエータの場合、これをシステムの機械的ニーズと一致させることが不可欠です。
アクチュエータのサイクルの各ステップの機械動力を計算するには、次の式を使用します。
Pj = 1000vj ⋅ Fj
どこ：
Pj = このステップでの電力 (W)
vj = このステップでの速度 (mm/s)
Fj = このステップでの力 (N)
この計算により、電力がワット単位で得られます。アクチュエータのサイクルの各ステップでこれを繰り返し、必要な最大電力を決定します。
電力要件を計算したら、次のステップは、その結果を利用可能なアクチュエータ モデルと比較することです。以下を含む主な仕様については、アクチュエータのデータシートを確認してください。
力の範囲: アクチュエータが、用途に応じて 2000N から 40000N 以上の範囲の必要な力を処理できることを確認します。
制御モード: ニーズに合わせて、オン/オフ、変調、連続動作などのオプションを探してください。
システム統合: 自動化にインテリジェント制御またはフィールドバス オプションが必要かどうかを検討してください。
環境保護: 危険な場所にアプリケーションを使用する場合は、防爆ハウジングを確認してください。
電力の計算と並行して、アクチュエータの電圧と電流の要件が電源と一致していることを確認してください。主な考慮事項は次のとおりです。
ピーク電流引き込み: これは、加速中にアクチュエータが最大電力を引き出すときに発生します。電源がこの需要に対応できることを確認してください。
物理的な適合性: アクチュエータが設置スペースに適合することを確認するために、格納位置と完全に拡張した位置の両方の寸法を確認します。
取り付けスペース: 取り付けブラケットおよびピボット金具用のスペースを考慮してください。
ケーブル配線: メンテナンスアクセスと適切なケーブル管理のための余地を確保します。
アクチュエータの取り付け構成がアプリケーションに適合していることを確認してください。一般的なオプションは次のとおりです。
クレビス マウント: ピボット用途に最適です。
フランジ マウント: 固定設置に最適です。
トラニオンマウント：アクチュエータの中心線を中心に回転させる必要がある場合に使用します。
オーバートラベルによる損傷を防ぐために自動的に移動を停止する電気リミット スイッチなどの安全機能が組み込まれているものを探してください。正確な制御が必要な場合は、位置フィードバック オプションを検討してください。
利用可能なモデルのどれも要件を満たしていないことが判明した場合は、仕様を調整することを検討してください。速度や加速度を下げて力の要求を下げたり、機械的利点を高めるために取り付け形状を変更したりすることもできます。あるいは、親ネジからボールネジへなど、アクチュエータ技術を切り替えることで、複数の問題を一度に解決できる可能性があります。
このガイドでは、リニア電動アクチュエータのサイズを決定するための 5 段階のプロセスの概要を説明します。まず、静的な力と動的な力の両方を考慮して、力の要件を決定します。次に、最適なパフォーマンスを実現するには、速度とストロークの要件を定義することが重要です。これらの要件をアクチュエータの制限に対して検証することで、信頼性が確保されます。さらに、電力要件を計算すると、アクチュエータをアプリケーションに適合させるのに役立ちます。 FDR は 、優れた性能、寿命、安全性を実現する高品質の電動アクチュエータを提供します。同社の製品は、さまざまな運用上の要求を効果的に満たすように設計されています。
A: 電動アクチュエータは、電気エネルギーを機械的な動きに変換するデバイスであり、さまざまな用途で動きを制御するために一般的に使用されます。
A: 電動アクチュエータのサイズを決定するには、その性能に影響を与える力の要件、速度、ストローク長、および環境条件を決定します。
A: 電動アクチュエータのサイジングを正確に行うことで、効率的な性能、寿命、コスト削減が保証され、機械的故障のリスクが軽減されます。
A: 電動アクチュエータは、正確な制御、エネルギー効率、メンテナンスの負担の軽減、自動化システムへの統合の容易さを実現します。
A: 電動アクチュエータのトラブルシューティングには、電源の問題のチェック、接続の確認、力と速度の要件が満たされていることの確認が含まれます。
