Питање: Инжењерство иза "ротационих актуатора": Избор правог крутног момента за пнеуматичко окретање?

Одговор: Избор правог торка за пневматични ротациони актуатори захтева израчунавање три примарна ротациона сила: статички тренутни момент (да би се превазишла гравитација и спољни физички отпор), динамички тренутни момент (да би се убрзала ротациона инерција корисног оптоварења у року од циљног времена) и тријењачки тренутни момент ( Пневматични ротациони актуатори генеришу вртежни момент претварајући линеарни притисак течности у ротациону силу. Два примарна механизма су конструкције типа рака и пиниона и типа лопате. Пошто је компресиони ваздух компресибилан, избор покретача са недостатним окретником резултира спорим окретањем, заглављањем под оптерећењем или откидањем. Инжењери пројектовања треба да израчунају укупни момент инерције и да примењују сигурносни фактор од 1,5 до 2,0 како би се осигурало глатко и контролисано окретање.

Увод: Моћ контролисаног ротације

У индустријској аутоматизацији B2B, линеарно кретање је само половина приче. Многи аутоматски системи захтевају да компоненте окрећу, окрећу, окрену или се клате. Уобичајени примери укључују ротирање роботизованог запца за предавање делова, окретање држећа клапана на хемијском цевоводњу или превртање пакета 180 степени на брзом конвејеру.

Иако електрични сервомотори могу да обављају ове задатке, они су често скупи, захтевају сложен програмски програм и ранљиви су на прашне, влажне или прање окружења. Пневматични ротациони покретачи нуде снажну, чврсту и веома економичну алтернативу. Међутим, да би се осигурала глатка ротација без заглављања, инжењери морају разумети механичке принципе израчунавања крутног момента. АИРВОРК, водећи произвођач висококвалитетних пневматичких компоненти, пружа инжењерске алате и снажне покретаче потребне за остваривање поузданог окретања.

Инжењерство иза ротационих механизама за актуацију

Да бисмо изабрали прави тренутни момент, прво морамо погледати како покретач претвара притисак ваздуха у ротациону снагу. Два главна дизајна која се користе у индустрији су:

• Рак и Пионион Актуатори: Овај дизајн користи један или два паралелна линеарна цилиндрова барела. Пестовни прсти су дизајнирани као рекордни рек. Како притиснути ваздух гура пистоне, рак се клизи преко кружног зубчаног зуба, присиљавајући излазну ваљу да се окреће. Рацк-ан-пинион актуатори су веома популарни јер нуде константан, висок излазни вртежни момент током целог угла ротације, веома су издржљиви и омогућавају интегрисано подешавање угла и ампулација крајева потеза.
• Актуатори типа ване: Овај компактен дизајн има цилиндричну комору која садржи централну валну са зрачним крилом или валом. Када се компресиони ваздух усмери у једну страну коморе, он притиска директно против лопате, окрећући ваљду. Актуатори са ванама су веома компактни, лагани и практично немају негативне реакције. Међутим, јер ваздух може полако пролазити поред једног пломбе, они генеришу мањи крутни момент и обично се користе за лакше полезне оптерећење.

Основна физика величине торка: три компоненте

Када одређујете величину покретача за Б2Б апликацију, не гледајте само на тежину корисног оптерећења. Морате проценити три различите компоненте крутног момента:

• Компонента 1: статички торк (Т). Ово је тренутни момент потребан за држање или подизање корисног оптерећења против гравитације. Ако се полезно оптерећење окреће у хоризонталној равни, гравитациони вртећи момент је нула. Међутим, ако се корисни оптерећење окреће вертикално (као што је враћање врата), гравитација ствара значајан отпорни тренутни момент који варира са углом.
• Компонента 2: Динамички торк (Тд). То је тренутни момент потребан за убрзавање ротационе масе корисног оптерећења од стајања до циљне угловне брзине. Ово је регулисано масовном дистрибуцијом оптерећења.
• Компонента 3: Трчани торк (Тф). Ово је отпорна сила коју стварају спољни лежаји, вођске бушице и унутрашње запечатање покретача.

Корак по корак Математички водич за величину

Да бисте математички величине актуатора, пратите овај поступан инжењерски протокол:

• Корак 1: Прорачунајте масовни момент инерције (I). Момент инерције представља отпор тела на убрзање ротације. Зависи од масе (м) и облика полезног оптерећења. За чврсту правоугаонску плочу са масом m, ширином w и дужином h, која се окреће око своје централне оске, формула је:

I = (1 / 12) х м х (w квадрата + h квадрата)

За чврсти цилиндр са масом m и радијусом r који се окреће око своје централне оси формула је:

I = 0,5 х м х (р квадрата)

Имајте на уму да све димензије морају бити у килограмима (кг) и метрима (м) да би се добио момент инерције у килограмима квадратним (кг х м квадратним).

• Корак 2: Одредите потребно угловно убрзање (алфа). Претпоставимо да вам је потребно да се полезни товар окреће у углу тета (у радијанима) у року од t (у секунди), почевши од заустављања. Претпостављајући равномерно убрзање, формула је:

алфа = (2 х тета) / (т квадрата)

На пример, да би се окренуло 180 степени (што је пи, или 3,1416 радијан) за 1,0 секунде:

• алфа = (2 х 3.1416) / (1.0 х 1.0) = 6.28 радијана у секунди на квадрат (радијани/с на квадрат).
• Корак 3: Прорачунајте динамички окретни момент (ТА). Када имате момант инерције (I) и угловно убрзање (алфа), користите други Њутнов закон ротације:

Ta = I х алфа

Ово вам даје вртећи момент (у Њутновим метрима, или Н-м) који је потребан само за убрзавање полезног оптерећења.

• Корак 4: Сумирајте вртеће тренутке и примените Б2Б фактор безбедности. Додајте статички, динамички и тријачки вртећи момент заједно да бисте пронашли теоријски потребан вртећи момент:

Т укуп = Ц + Тд + Тф

У Б2Б конструкцији машина, увек се примењује фактор безбедности од најмање 1,5 за једноставне, добро вођене хоризонталне ротације и 2,0 за вертикалне подизаче или системе подложне променљивом тријању. Стога, минимални номинални торк вашег пневматичног покретача на стандардном радном притиску (обично 5 до 6 бара) треба да буде:

Т номинал = Т укупни х Факултер безбедности

Пример практичног дизајне: Повртање плоче за држење

Препоручује се да се измери обртни момент потребан за ротацију масивне челичне правоугаоне плоче за запчање хоризонтално:

• Маса корисне оптерећења (м) = 4,0 kg.
• Димензије плоча: Ширина (w) = 0,2 метра, дужина (h) = 0,1 метра.
• Ротација циља: 90 степени (1,57 радијана) за 0,5 секунди.

Прво, израчунајте момант инерције (I):

• I = (1 / 12) x 4.0 kg x (0.2 на квадрат + 0.1 на квадрат) = 0.333 x (0.04 + 0.01) = 0.333 x 0.05 = 0.01665 kg x m на квадрат.

Друго, израчунајте угловно убрзање (алфа):

• алфа = (2 х 1,57 рада) / (0,5 х 0,5) = 3,14 / 0,25 = 12,56 рада/с квадрата.

Треће, израчунати динамички торк (ТА):

• Та = 0,01665 кг х м квадрата х 12,56 рад/с квадрата = 0,209 Н-м.

Пошто је ово хоризонтална ротација, статички гравитациони тренутни момент је нула. Претпоставимо да је спољна трчење лежања занемарљиво. Примјењујемо Б2Б фактор безбедности од 1,5:

• Т номинал = 0,209 Н-м х 1,5 = 0,314 Н-м.

Зато морамо изабрати ротациони актуатор Аирворк који је означен да изводи најмање 0,314 Н-м крутног момента на нашем радном притиску од 5 бара.

Врховни ротациони актуатори из АирВорка

Аирворк производи свеобухватну линију пневматичних ротационих покретача са раком и пинионом, укључујући веома популарну серију МСЦ и ротационих столова. Наши актуатори имају:

• Високопрочности агилације челика вала и пиниони да се носи са великим силама стризања.
• Дизајни са двоструким пистонима удвостручавају излазни вртежни момент, док одржавају компактен отпечатак.
• Интегрирани амортизатори високих перформанси за апсорбоцију кинетичке енергије ротације и спречавање одскока на крају ротације.
• Унутрашњи магнетни тракови за подршку прецизним сензорима углова у чврстом стању за повратну информацију о положају ПЛЦ-а.

Закључак: Добијте прецизно окретање са Аирворком

Избор правог тренутног момента је разлика између машине која се врти безгрешно и оне која се задржи или вибрира насилно. Узимајући време да израчунају масовни момент инерције, одреде стопе убрзања и да одреде врхунске актуаторе са раком и кочијем из Аирворка, инжењери за пројектовање могу осигурати глатко, поуздано и енергетски ефикасно ротационо кретање.

Посетите jzpnu.com да бисте добили приступ нашим бесплатним онлине калкулаторима крутног момента, преузели комплетне ЦАД цртеже ротационог покретача и консултовали се са нашим тимом инжењерске подршке.