Прашање: Инженерството зад 'Ротационните актуатори': Избор на соодветен вртежен момент за пневматски ротационни примени?

Одговор: Избор на соодветен вртежен момент за пневматски ротационни актуатори бара пресметување на три основни ротациони сили: статички вртежен момент (за надвикнување на гравитацијата и надворешните физички отпори), динамички вртежен момент (за забрзување на ротационата инерција на товарот во целевото време) и трибологиски вртежен момент (генериран од лежиштата и внатрешните запечатувања). Пневматските ротациони актуатори генерираат вртежен момент со претворање на линеарниот притисок на флуидот во ротациони сили. Две основни механизми се зобен-зубчато колело и лопатичен дизајн. Бидејќи компресираниот воздух е компресибилен, изборот на актуатор со недоволен вртежен момент резултира со бавно ротирање, застој под товар или осцилирачко ротирање. Инженерите за проектирање треба да пресметаат вкупниот момент на инерција и да применат фактор на сигурност од 1,5 до 2,0 за да се осигура глатко и контролирано ротирање.

Вовед: Моќта на контролираната ротација

Во B2B индустријалната автоматизација, линеарното движење е само половина од приказната. Многу автоматизирани системи бараат компонентите да се вртат, ротираат, преовртуваат или замаваат. Чести примери вклучуваат ротирање на роботски шака за предавање на дел, вртење на кран на хемиска цевководна мрежа или превртување на пакет за 180 степени на брз конвејер.

Иако електричните серво-мотори можат да ги извршат овие задачи, тие често се скапи, бараат комплексно програмирање и се подложни на прашни, влажни или средини кои се чистат со вода. Пневматичките ротациони актуатори нудат моќна, издржлива и многу економична алтернатива. Меѓутоа, за да се осигура глатко вртење без заклучување, инженерите мора да ги разберат механичките принципи на пресметување на вртежниот момент. AIRWORK, водечки производител на пневматички компоненти високог квалитет, обезбедува инженерски алатки и издржливи актуатори потребни за постигнување сигурно вртење.

Инженерската основа на механизми за ротациони актуатори

За да се избере точниот вртежен момент, прво мора да се разгледа како актуаторот го претвора воздушниот притисок во ротациона сила.

• Актуатори со засечки и зобници: Оваа конструкција користи еден или два паралелни линеарни цилиндрични цевки. Шипките на цилиндарските плочи се дизајнирани како засечки со зоби. Додека компресираниот воздух турнува плочите, засечката се поместува преку кружниот зобник, што принудува излезниот вал да се врти. Актуаторите со засечки и зобници се многу популарни бидејќи нудат постојан, висок излезен вртежен момент низ целиот ротационен агол, се многу издржливи и овозможуваат интегрирани прилагодувања на аголот и амортизација на крајот на ходот.
• Актуатори со лопатички: Овој компактен дизајн содржи цилиндрична комора со централен вратил кој има радијална лопатичка. Кога притиснат воздух ќе биде насочен кон едната страна на комората, тој директно притиска врз лопатичката, што го врти вратилот. Актуаторите со лопатички се многу компактни, леки и практично немаат повратен зазор. Меѓутоа, бидејќи воздухот може полека да протекува низ запечатувањето на единствената лопатичка, тие генерираат помала вртлива сила и обично се користат за полесни товари.

Основната физика на дименционирање на вртливата сила: Трите компоненти

При дименционирање на актуатор за B2B примена, не гледајте само на тежината на товарот. Мора да ги процените три посебни компоненти на вртливата сила:

• Компонента 1: Статичка вртлива сила (Ts). Ова е вртливата сила потребна за задржување или дижење на товарот против гравитацијата. Ако товарот се врти во хоризонтална рамнина, гравитационата вртлива сила е нула. Меѓутоа, ако товарот се врти вертикално (како врата што се отвораат нагоре), гравитацијата создава значајна отпорна вртлива сила која варира со аголот.
• Компонента 2: Динамички вртежен момент (Td). Ова е вртежниот момент потребен за забрзување на ротационата маса на товарот од состојба на мирување до целната аголна брзина. Ова зависи од распределбата на масата на товарот.
• Компонента 3: Триење-предизвикан вртежен момент (Tf). Ова е отпорната сила создадена од надворешните лежишта, водечките цилиндри и внатрешните запчаници на актуаторот.

Поетапен математички водич за дименционирање

За да го дименционирате актуаторот математички, следете го овој поетапен инженерски протокол:

• Чекор 1: Пресметајте го масениот момент на инерција (I). Моментот на инерција претставува отпорноста на телото кон ротационото забрзување. Тој зависи од масата (m) и формата на товарот. За цврста правоаголна плоча со маса m, ширина w и должина h, која се врти околу нејзината централна оска, формулата е:

I = (1 / 12) × m × (w² + h²)

За цврст цилиндар со маса m и полупречник r, кој се врти околу неговата централна оска, формулата е:

I = 0,5 × m × (r²)

Имајте предвид дека сите димензии мора да бидат во килограми (kg) и метри (m) за да се добие моментот на инерција во килограм-метар на квадрат (kg × m²).

• Чекор 2: Определете ја потребната аголна забрзување (α). Претпоставете дека треба товарот да се заврти за агол θ (во радијани) во целно време t (во секунди), почнувајќи од состојба на мирување. Ако претпоставиме еднакво забрзување, формулата е:

α = (2 × θ) / (t²)

На пример, за да се заврти за 180 степени (што изнесува π или 3,1416 радијани) за 1,0 секунда:

• α = (2 × 3,1416) / (1,0 × 1,0) = 6,28 радијани по секунда на квадрат (rad/s²).
• Чекор 3: Пресметајте го динамичкиот вртежен момент за забрзување (Ta). Откако ќе го добиете моментот на инерција (I) и аголното забрзување (α), користете го Вториот Њутнов закон за ротација:

Ta = I × α

Ова ви дава вртежниот момент (во њутн-метри, или N·m) потребен само за забрзување на товарот.

• Чекор 4: Збир на вртежните моменти и примена на безбедносниот фактор за B2B. Додадете ги статичкиот, динамичкиот и трибологијата вртежни моменти за да го добиете теоретскиот вртежен момент што е потребен:

T вкупно = Ts + Td + Tf

При изградба на машини за B2B, секогаш применувајте безбедносен фактор од најмалку 1,5 за едноставни, добро насочени хоризонтални ротации и 2,0 за вертикални подигања или системи кои се подложни на променлива триење. Затоа, минималниот номинален вртежен момент на вашиот пневматски актуатор при стандардниот работен притисок (обично 5 до 6 бар) треба да биде:

T номинален = T вкупно × Безбедносен фактор

Практичен пример за димензионирање: Вртење на плоча за чепкање

Да пресметаме го вртежниот момент потребен за хоризонтално вртење на цврста челична правоаголна плоча за чепкање:

• Маса на товарот (m) = 4,0 кг.
• Димензии на плочата: Ширина (w) = 0,2 метри, Должина (h) = 0,1 метри.
• Целено вртење: 90 степени (1,57 радијани) за 0,5 секунди.

Прво, пресметајте го моментот на инерција (I):

• I = (1 / 12) x 4,0 кг x (0,2 на квадрат + 0,1 на квадрат) = 0,333 x (0,04 + 0,01) = 0,333 x 0,05 = 0,01665 кг x м².

Второ, пресметајте ја аголната забрзувања (алфа):

• алфа = (2 x 1,57 рад) / (0,5 x 0,5) = 3,14 / 0,25 = 12,56 рад/с².

Трето, пресметајте го динамичкиот вртежен момент (Та):

• Та = 0,01665 кг x м² x 12,56 рад/с² = 0,209 N-m.

Бидејќи ова е хоризонтална ротација, статичкото вртежно момент поради гравитација е нула. Претпоставуваме дека триењето на надворешните лежишта е занемарливо. Применуваме безбедносен фактор B2B од 1,5:

• Т номинален = 0,209 N-m x 1,5 = 0,314 N-m.

Затоа, мора да избереме ротационен пневматски актуатор од AIRWORK кој има номинално вртежно момент од најмалку 0,314 N-m при работниот притисок од 5 bar.

Ротациони актуатори со висока перформанса од AIRWORK

AIRWORK произведува комплексен спектар на пневматски ротациони актуатори со зобници и зупчеста летва, вклучувајќи ги многу популарните серии MSQ и ротациони табли. Нашиот актуатори се карактеризираат со:

• Високотврди легирани челични вратила и засечени колеса за поддржување на масивните смикувачки сили.
• Двојни цилиндрични дизајни со засечени колеса за двојно зголемување на излезниот вртежен момент, при што се одржува компактна големина.
• Вградени високоперформанти амортизери за апсорбирање на ротациската кинетичка енергија и спречување на отскокот на крајот на ротацијата.
• Внатрешни магнетни ленти за поддршка на прецизни тврдотелесни аголни сензори за повратна информација за позицијата на PLC.

Заклучок: Постигнете прецизно завртување со AIRWORK

Изборот на соодветен вртежен момент е разликата помеѓу машината која без проблеми се завртува и онаа која се заклучува или силно вибрира. Со внимателно пресметување на масениот момент на инерција, определување на стапките на забрзување и специфицирање на висококвалитетни засечени колеса и вратила од AIRWORK, инженерите-дизајнери можат да осигурат глатко, сигурно и енергетски ефикасно ротационно движење.

Посетете jzpnu.com за да пристапите до нашите бесплатни онлајн калкулатори за вртежен момент, да преземете целосни CAD цртежи на ротациони погони и да консултирате со нашиот инженерски тим за поддршка.