Des considérations électriques et mécaniques doivent être prises en compte lors de la mise en œuvre d'un actionneur linéaire. Choisir la taille et la force adéquates peut parfois s'avérer difficile. Par exemple, un actionneur peut être conçu pour supporter deux fois le poids d'une trappe, mais avoir du mal à l'ouvrir. Cela peut être dû à l'angle d'application de la force ou à un effet de levier insuffisant.
Dans ce blog, nous partagerons un ensemble de calculs simplifiés qui donneraient un bon point de départ pour les exigences de force et de longueur de course pour un actionneur linéaire.
mouvement linéaire
Lorsqu'on parle de mouvement linéaire, on entend par là que le mouvement de la charge est linéaire et peut prendre la forme d'un ascenseur ou d'une pompe. Cet article traitera principalement du mouvement vertical, mais les mêmes techniques peuvent également être utiles pour analyser le mouvement horizontal. Prenons l'exemple de la figure ci-dessous.
Figure 1 : Mouvement linéaire avec actionneur à un angle
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Variable |
Explication |
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L1 |
Longueur de l'actionneur lorsqu'il est complètement rétracté. |
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L2 |
Longueur de l'actionneur lorsqu'il est complètement déployé. |
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Y1 |
Distance de l'axe Y entre le support avant de l'actionneur et le support arrière. |
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X1 |
Distance de l'axe X entre le support avant de l'actionneur et le support côté lecture. |
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Y2 |
La distance verticale que la charge devrait parcourir. |
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S |
Course de l'actionneur – distance parcourue par un actionneur. |
Nous avons ici un actionneur incliné qui tente de déplacer une masse vers le haut. Cette masse est munie de rouleaux de chaque côté, indiquant qu'elle ne peut se déplacer que vers le haut et vers le bas. Les points de fixation à l'avant et à l'arrière de l' actionneur sont fixes et ne peuvent donc que tourner.
Calcul de la longueur de course
Si X1 était 0, l' actionneur linéaire ne serait plus à un angle, donc la distance verticale que la charge parcourrait serait égale à la course.
Examinons un cas plus complexe où X1 est différent de 0. Pour obtenir un mouvement vertical de la charge, l' actionneur électrique devrait alors s'étendre et pivoter . Ceci est avantageux car l'actionneur occupera moins d'espace. La course ne sera alors pas égale au déplacement vertical. Pour trouver la course, il faudrait faire quelques calculs simples !
N'oubliez pas que la course est simplement la différence entre la longueur de l'actionneur entièrement déployé et la longueur de l'actionneur entièrement rétracté.
Les longueurs de l'actionneur entièrement rétracté et étendu sont l'hypoténuse d'un triangle qui constitue les supports arrière et avant.
Figure 2 : Recherche des longueurs rétractée (L1) et étendue (L2) d'un actionneur
Grâce à cette méthode, nous pouvons déterminer la longueur de course correspondant à la distance de déplacement vertical souhaitée de la masse. D'après la formule, plus la valeur de X1 est petite, plus la longueur de course correspond à la distance de déplacement vertical. Si X1 est grand, de petites augmentations de la longueur de course entraîneront d'importantes variations de la distance de déplacement vertical.
Si l'actionneur est positionné strictement verticalement, la variation de hauteur sera simplement égale à son extension. Positionner l'actionneur à un angle augmentera la plage de mouvement linéaire totale de la masse et l'actionneur occupera moins d'espace. Cela étant dit, cela entraînera également une charge latérale et il faudra veiller à ne pas plier la tige de l'actionneur . Des courses plus courtes sont recommandées pour un tel angle.
Figure 3 : Comparaison de la longueur de course et de la distance de déplacement pour un mouvement linéaire
Calcul de la force de l'actionneur
Nous pouvons continuer à utiliser la propriété des triangles pour déterminer la force de l'actionneur . Notez que si l'actionneur est incliné, la force qu'il applique sera divisée en une composante horizontale et une composante verticale. La composante horizontale de la force ne contribue pas au mouvement. La composante verticale de la force poussera la masse vers le haut ; il faut donc s'assurer que la force fournie par l'actionneur est suffisante à tout moment.
Figure 4 : Répartition des forces pour un mouvement linéaire
Nous commençons par calculer la force verticale de la masse.
Nous pouvons calculer la force verticale requise de l'actionneur comme suit :
Nous utilisons ici L1, car l'actionneur aura la force verticale la plus faible lorsqu'il sera complètement rétracté. Lors du choix d'un actionneur , nous devons nous assurer qu'il est capable de supporter une force dynamique et statique supérieure à la valeur F Total calculée.
mouvement rotatif
Lorsqu'on parle de mouvement rotatif, on entend la rotation d'une charge ou d'une masse autour d'un axe. Il peut s'agir d'une porte ou d'un hayon qui s'ouvre, ou même de l'inclinaison de la benne d'un camion.
Figure 5 : Mouvement rotatif avec un actionneur à un angle
La figure 5 présente une vue latérale d'une porte verticale ou d'une trappe conçue pour être ouverte par un actionneur linéaire. La position ① indique la rétraction complète de l'actionneur et la position ② son extension complète. Un actionneur est monté en biais, en extension et en rétraction complètes.
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Variable |
Explication |
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L1 |
Longueur de l'actionneur lorsqu'il est complètement rétracté. |
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L2 |
Longueur de l'actionneur lorsqu'il est complètement déployé. |
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Y1 |
Distance de l'axe Y entre le support arrière de l'actionneur et l'axe de rotation de la porte (charnière de porte). |
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X1 |
Distance de l'axe X entre le support arrière de l'actionneur et l'axe de rotation de la porte (charnière de porte). |
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Y2 |
Distance entre l'axe de rotation de la porte (charnière de porte) et le support avant de l'actionneur. |
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S |
Course de l'actionneur – distance parcourue par un actionneur. |
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L3 |
La longueur totale de la porte. |
Cet exemple utilise un actionneur linéaire monté en biais pour fournir un cas plus général. Pour déterminer la course et la force de l'actionneur monté perpendiculairement à la porte, vous pouvez utiliser le guide, mais en définissant les paramètres suivants :
Calcul de la longueur de course
Nous utiliserons cette fois la même méthode triangulaire que pour la section sur le mouvement linéaire. La seule différence réside dans la construction différente des triangles.
Figure 6 : Détermination de la longueur de l'actionneur rétracté (L1) et étendu (L2)
Comme précédemment, la course correspond à la différence entre la longueur entièrement déployée et la longueur entièrement rétractée de l'actionneur. Elle peut être calculée simplement comme suit :
Dans ce cas, la course de l'actionneur dépend fortement de l'emplacement des supports avant et arrière. Plus le support avant est proche de la charnière de la porte, moins la course de l'actionneur pour ouvrir ou fermer la porte est importante. De même, plus le support arrière est proche de la charnière, moins la course nécessaire pour ouvrir la porte est importante.
Il existe un point d'inflexion où l'éloignement de l'actionneur de la charnière n'entraîne plus de modifications importantes de la course de l'actionneur, car celle-ci correspond étroitement à la longueur de la porte et la majeure partie du mouvement s'effectue par rotation. Cette position n'est pas optimale pour l'actionneur, car l'effet de levier est très faible, mais nous y reviendrons dans les sections suivantes.
Figure 7 : Longueur de course par rapport à la position de montage avant (c'est-à-dire la distance entre le support avant et la charnière de porte)
Figure 8 : Longueur de course par rapport à la position de montage arrière
Nous pouvons voir sur la figure 8 que la variation de la position du support arrière affecte la longueur de course requise, mais l'effet a tendance à se stabiliser assez rapidement.
Calcul de la force de l'actionneur
Pour déterminer la force nominale de notre actionneur, nous devons déterminer la charge attendue de la porte. Comme la porte tourne autour de ses charnières, connaître sa masse ne suffit pas à déterminer la force exercée sur l'actionneur. Pour cette application, nous devons déterminer le moment d'inertie de la porte.
Intuitivement, nous savons qu’ouvrir une porte à l’aide d’une poignée de porte (située loin de la charnière) est beaucoup plus facile qu’ouvrir une porte en poussant quelque part près de la charnière.
Figure 9 : Représentation d'une porte s'ouvrant verticalement
Le moment d'inertie (noté I) de la porte à ouverture verticale autour de la charnière peut être trouvé comme suit :
Maintenant que nous connaissons le moment d'inertie, nous connaissons le couple que l'actionneur doit appliquer à la porte pour la faire bouger. Nous pouvons donc calculer la force comme suit :
Cette force est appelée F normale car elle ne représente qu'une composante de la force appliquée à l'actionneur et non la force totale. Elle est mieux illustrée à la figure 10. Comme vous pouvez le constater, F normale n'agit pas selon la ligne L1 ou L2, mais selon un angle.
Figure 10 : Emplacement de montage des actionneurs
Cela signifie que nous devons convertir la force F normale, qui passe d'une simple composante de force à la force totale de l'actionneur. Notre charge étant une porte rotative, la force F normale reste constante, mais la charge appliquée à l'actionneur varie. Par exemple, lorsque l'actionneur est complètement rétracté en position 1, la charnière de la porte supporte la majeure partie de la charge ; l'actionneur ne subit donc pas beaucoup de force jusqu'à ce qu'il doive déplacer la porte. En revanche, lorsque l'actionneur est en extension complète en position 2, la charnière de la porte ne supporte pas la porte autant. Dans ce cas, l'actionneur doit supporter l'essentiel de la charge.
Nous pouvons calculer la force nécessaire à l'actionneur en position rétractée et en position déployée. Selon les conditions de montage , la force en position déployée peut être supérieure à celle en position rétractée, ou inversement. Il est donc nécessaire de calculer les deux et de choisir la force la plus élevée pour garantir la robustesse de notre application.
Par exemple, dans la figure 10, la force la plus élevée serait appliquée à l'actionneur lorsqu'il est complètement déployé. La force nominale minimale de l'actionneur devrait alors être égale ou supérieure à F déployé .
Conclusion
Dans cet article, nous avons examiné des méthodes simplifiées pour calculer la force nominale et la course souhaitées pour les actionneurs linéaires . Les équations présentées ici permettent de calculer les exigences approximatives pour les mouvements linéaires et rotatifs de la charge. Pour toute question, n'hésitez pas à nous contacter à l' adresse sales@progressiveautomations.com ; notre équipe d'ingénieurs se fera un plaisir de vous aider.