Méthode de calcul des charges de moment sur les actionneurs linéaires

Jul 08, 2023

Avec l'équipement réel, il existe différents types de conditions d'équipement et de conditions de conduite pour les actionneurs et vérins électriques et il est donc très difficile d'expliquer toutes les conditions de fonctionnement.

Contribué par | Moteur oriental

Un actionneur linéaire électrique est un produit combiné composé d'un mécanisme linéaire et d'un moteur électrique, et lorsqu'il est pré-assemblé, il offre une conception plus facile, un temps d'installation plus court et une haute qualité.

Pendant que l'actionneur fonctionne, des charges de moment se produisent non seulement en raison de la gravité, mais également en raison de l'accélération et de la décélération de la charge. Étant donné que les charges de moment peuvent endommager les actionneurs, il est essentiel de confirmer qu'ils sont conformes aux spécifications. Cependant, le calcul des charges de moment sur les actionneurs linéaires peut être compliqué et prendre du temps.

Cet article décrit une méthode pour calculer les charges de moment d'une manière simple et facilite la sélection de l'actionneur.

En combinant un moteur avec des composants mécaniques linéaires, les actionneurs linéaires électriques profitent aux ingénieurs concepteurs en raccourcissant le temps de conception, d'installation et de réglage de l'équipement (voir la figure 1).

Lorsque les actionneurs linéaires électriques fonctionnent, des charges de moment se produisent en raison de la gravité appliquée à la charge et de l'accélération de la charge. Étant donné que les charges de moment ont une grande influence sur la durée de vie des actionneurs, il est essentiel de s'assurer qu'elles sont conformes aux spécifications de l'actionneur. Cependant, le calcul des charges de moment des actionneurs linéaires électriques peut être compliqué et prendre du temps, car les directions et les mouvements d'installation sont généralement pris en compte pour les actionneurs linéaires.

La figure 2 montre le déroulement de la sélection de l'actionneur linéaire. Tout d'abord, vérifiez la taille et la masse transportable d'un actionneur linéaire. Ensuite, vérifiez le temps de positionnement afin de déterminer les conditions de fonctionnement qui répondent au temps de positionnement requis. Enfin, vérifiez si le moment appliqué à l'actionneur se situe dans la plage autorisée.

En utilisant la série EAS comme exemple, la structure de l'actionneur linéaire électrique est illustrée à la figure 3. De plus, la figure 4 montre sa structure en coupe.

La charge appliquée à une table et les charges de moment sont toutes supportées par un guide linéaire composé d'un rail de guidage et d'un bloc de guidage. Ces charges ont une influence sur la durée de vie du guide linéaire et sont donc importantes à prendre en compte lors du processus de sélection.

Le moment appliqué à un actionneur linéaire électrique est expliqué dans la section suivante.

Comme le montre la figure 5, lorsque le centre de gravité de la charge transportée est en surplomb du centre de la table de l'actionneur linéaire électrique, le moment est appliqué depuis le centre de la table comme point d'appui. Le moment appliqué à un actionneur linéaire électrique peut être obtenu à partir de la formule suivante.

À partir de ce moment, l'accélération gravitationnelle est estimée à 9,807 m/s2 dans cet article.

Il existe trois directions différentes des moments appliqués à l'actionneur linéaire électrique : la direction de tangage, la direction de lacet et la direction de roulement (voir la figure 6). Les points d'appui du moment se trouvent sur la face inférieure (surface d'installation) de l'actionneur linéaire et au centre de la table.

Les directions des moments appliqués aux actionneurs linéaires électriques peuvent changer en fonction de la condition d'installation de la charge et de la direction d'installation de l'actionneur lui-même. La figure 7 montre comment la direction d'un moment change lorsque la direction d'installation d'un actionneur est modifiée dans les mêmes conditions d'installation de la charge.

Le moment appliqué à l'actionneur linéaire à l'arrêt est appelé moment statique. La valeur admissible du moment statique d'un actionneur linéaire est appelée moment statique admissible et elle est déterminée par les facteurs de résistance mécanique d'un guide linéaire et d'une table. Lorsqu'une force externe est appliquée alors que l'actionneur linéaire est à l'arrêt, il est nécessaire de vérifier que le moment statique se situe dans la plage autorisée dans chaque direction.

Le moment appliqué à l'actionneur linéaire lors du transport d'une charge est appelé moment dynamique. Étant donné que l'accélération est appliquée pendant le fonctionnement, le moment est appliqué en fonction de la distance en porte-à-faux par rapport à la table.

Les méthodes de calcul du moment dans chaque direction, lors du transport d'une charge avec un actionneur linéaire comme illustré à la figure 8, sont présentées dans les formules suivantes. Chaque dénotation dans la Figure 8 indique la signification comme suit :

La masse du bras et la position du centre de gravité sont omises sur cette figure.

La formule 2 calcule le moment de direction de tangage ; la formule 3 calcule le moment de direction de lacet ; et la formule 4 calcule le moment de direction de roulement.

Calculez le rapport en divisant les valeurs de moment calculées par ces formules (2), (3) et (4) par les moments dynamiques admissibles dans chaque direction, qui sont les spécifications du produit. Ensuite, ajoutez tous les rapports de moment calculés dans chaque direction. Si la somme totale est inférieure à 1, comme indiqué dans la formule du moment (5), elle peut être utilisée.

Dans cette section, des exemples de calcul de charges de moment sont expliqués par direction d'installation. Un actionneur linéaire à arbre unique est utilisé comme exemple. Ce qui suit montre un exemple de calcul des charges de moment lors de la sélection de l'actionneur linéaire électrique EASM4XD020ARAC avec une largeur de glissière de 45 mm (1,771 po) et une hauteur de table de 60 mm (2,362 po) :

La figure 9 montre un actionneur linéaire électrique installé horizontalement avec la charge suspendue dans la direction de l'axe Y. Le moment dynamique admissible de l'actionneur linéaire électrique est indiqué ci-dessous :

Le centre de gravité de la charge depuis l'actionneur et la distance de surplomb du centre de gravité du bras sont indiqués ci-dessous : La masse de la charge, la masse du bras et l'accélération sont indiquées ci-dessous :

À partir de la formule du moment admissible (5) :

Sur la base des résultats, le moment se situe dans le moment dynamique admissible et, par conséquent, il peut être utilisé.

La figure 10 montre un exemple de calcul du moment dynamique lorsqu'un actionneur linéaire est installé dans la direction verticale. Les dimensions d'installation, les charges et les conditions de fonctionnement sont exactement les mêmes qu'en 5.1.

Le moment de direction de roulement MR n'est pas appliqué, il est donc de 0 [N·m]. À partir de la formule du moment admissible (5) :

Sur la base des résultats, le moment se situe dans le moment dynamique admissible et, par conséquent, il peut être utilisé.

Ensuite, à titre d'exemple de combinaison de 2 axes, le calcul des charges de moment de la combinaison XY des actionneurs linéaires électriques est expliqué. Avec la combinaison XY, l'axe Y unique, qui transfère la charge, est calculé en premier, afin de déterminer si l'axe Y est utilisable. Ensuite, pour le calcul des charges de moment de l'axe X, la charge de moment de la masse totale de l'axe Y et la charge de moment générée lorsque l'axe Y accélère pour transférer la charge sont ajoutées au calcul.

La figure 11 montre un exemple de la combinaison XY d'actionneurs linéaires électriques. EASM6XD030ARAK est fixé sur la glissière de l'axe X et EASM4YD020ARAK est combiné sur l'axe Y. L'axe Y est fixé sur la plaque de fixation de l'axe Y, puis fixé sur la table de l'axe X.

Tout d'abord, la charge de moment appliquée à l'axe Y est calculée (voir Figure 12). Les moments dynamiques admissibles de l'actionneur de l'axe Y EASM4YD020ARAK sont indiqués ci-dessous.

La distance en porte-à-faux du centre de gravité de la charge par rapport à l'axe Y, la masse de la charge et l'accélération de l'axe Y sont indiquées comme suit.

Du fait que le moment MY n'est pas appliqué à la direction de lacet, il vaut 0 [N·m].

À partir de la formule du moment admissible (5) :

Le moment de la glissière de l'axe Y se situe dans la plage de spécifications et peut donc être utilisé.

Ensuite, la charge de moment appliquée à la glissière de l'axe X est calculée. Les moments dynamiques admissibles de la glissière de l'axe X EASM6XD030ARAK sont indiqués ci-dessous.

La charge de l'axe X, le centre de gravité de charge de l'axe Y et la distance en porte-à-faux du centre de gravité de charge de la plaque fixe coulissante de l'axe Y sont indiqués comme suit.

La masse de la plaque fixe de l'axe Y, la masse de la glissière de l'axe Y et l'accélération de fonctionnement de l'axe X sont indiquées comme suit.

La figure 13 montre la flèche A de la figure 11 et la figure 14 montre la flèche B de la figure 11.

Lors du calcul des charges de moment, simulez la condition de la charge de moment appliquée à l'axe X à son maximum et calculez dans la condition où Y1 est à son maximum.

À partir de la formule du moment admissible (5) :

Le moment appliqué à l'axe X est inférieur à la valeur de spécification et peut donc être utilisé. Sur la base des résultats, les axes X et Y respectent les moments dynamiques admissibles respectifs et, par conséquent, il est déterminé qu'ils sont utilisables. Les mêmes étapes de calculs sont prises pour la combinaison X–Y–Z avec l'ajout d'un axe Z ; commencez à calculer le moment à partir de l'axe le plus extrême, qui est l'axe Z, puis passez à l'axe Y et à l'axe X.

Lorsque le moment est appliqué à la glissière, la table s'incline dans la direction du moment. Cette inclinaison provoque un déplacement vers la position en porte-à-faux. Le tableau 1 montre la quantité de déflexion lors de l'application des moments dynamiques admissibles dans chaque direction à la table coulissante de la série EAS, comme illustré à la figure 15. Les mesures sont prises à la position en porte-à-faux de 100 mm (3,94 in.) du centre de la table, et les valeurs sont fournies à titre indicatif uniquement.

Lors de l'utilisation d'un vérin électrique, il est nécessaire d'installer à l'extérieur un guide pour supporter la tige afin qu'elle puisse supporter les charges de moment. La série d'un vérin électrique avec un guide (guide d'arbre) qui peut être utilisé tout en appliquant des charges à la tige est également disponible (voir Figure 16). Dans cette section, des exemples de calcul de charges de moment pour un vérin électrique avec un guide sont expliqués.

Pour un vérin électrique avec guide, il existe des directions pour lesquelles des moments sont appliqués, tout comme un vérin électrique linéaire. La figure 17 montre les directions des moments qui sont appliquées au cylindre avec un guide.

Un exemple de calcul des charges de moment appliquées à une douille linéaire, lorsqu'un cylindre avec un guide transfère les charges dans la direction verticale, est illustré ci-dessous. Les éléments suivants sont illustrés à la figure 18.

Comme le montre la Figure 18, lors de l'indication du moment de direction de tangage en tant que Mp, qui est appliqué à la douille linéaire installée verticalement, il peut être calculé avec la formule suivante (6).

Il s'agit de confirmer que la valeur calculée du moment de direction de tangage se situe dans la plage du moment dynamique admissible.

Ensuite, avec le vérin avec un guide d'arbre comme illustré à la figure 18, la position d'origine est définie lorsque la tige est insérée à fond. La figure 19 montre la relation entre la distance de positionnement et la masse transportable lors du transfert de la charge dans le sens horizontal.

La charge dans le sens horizontal comprend la charge elle-même ainsi que le poids propre de la tige du vérin et du guide de l'arbre. Ceci est appliqué à la douille linéaire en tant que moment. Ces aspects sont pris en compte et inclus dans la figure.

Le concept et les procédures des méthodes de calcul de la charge de moment pour les actionneurs linéaires électriques et les vérins ont été expliqués dans cet article. Avec l'équipement réel, il existe différents types de conditions d'équipement et de conditions de conduite pour les actionneurs et vérins électriques et il est donc très difficile d'expliquer toutes les conditions de fonctionnement. Oriental Motor propose des calculs de sélection basés sur les conditions de fonctionnement. Pour plus de détails, veuillez contacter le bureau de vente Oriental Motor le plus proche.

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