dag Johannes,

je eisenverhaal staat vol met tegenstrijdigheden
kracht die de cilinder moet uitoefenen zo klein mogelijk
resulterende (duw)kracht te hebben van 1000 Kilogram
de kracht van de cilinder(Bij 6 Bar) ..//.. zijn vrij te bepalen

Ook is het gewenst dat de assen, plus de slag van de cilinder zo klein mogelijk
De lengte van de assen,  en de slag zijn vrij te bepalen
De lengte van de assen, ..//..en de slag ..//.. liefst zo kort mogelijk.

Waar het op neerkomt als ik je schets bekijk is dat een voorwerp over een zekere afstand (s) met een zekere tegenkracht (F) opgeschoven moet worden

dat kost een zekere hoeveelheid arbeid W=F·s 

Datzelfde verhaal geldt in je cilinder, een zekere kracht F op de zuiger maal de door de zuiger afgelegde weg s (in dit geval de slag) zijn bepalend voor de arbeid die de cilinder levert. Je kunt dan kiezen voor een kleine kracht en een grote slag, of andersom een grote kracht en kleine slag, maar niet beide klein. Kracht en slag zijn omgekeerd evenredig dus, voor gelijke arbeid zal de een groter móeten worden als de ander kleiner wordt. 

Beste wat je doet is een tabel maken met alle denkbare cilinderkrachten, voor mijn part van 1 N tot 1 000 000 N, en daarbij steeds de bijbehorende slag te berekenen voor de nodige hoeveelheid arbeid . Zet dat in een grafiek, dat komt er ruwweg zó uit te zien:



complicerende factor is vervolgens dat je de cilinder zijn kracht laat uitoefenen op een schaarconstructie. De verhouding kracht van de cilinder tegen kracht op de last verandert naarmate de schaar van hoek wijzigt . Als de schaar heel steil staat heb je een grote cilinderkracht nodig voor een vrij kleine kracht op je last, maar geeft een kleine cilinderuitwijking ook een grote verplaatsing van je last.  En andersom natuurlijk. 
Kies je je schaar klein (beide schaardelen samen maar iéts groter dan de afstand die je last meot afleggen) dan heeft dat zo zijn gevolgen voor de maximale kracht die de cilinder moet kunnen leveren in een stand die steil genoeg is. Pak een extreem lange schaar (bijv 10 x zo groot als de nodige lastverplaatsing) en je kunt je schaar laten werken dichtbij een optimale hoek van 45° zodat over de hele verplaatsing de cilinderkracht redelijk constant is en binnen je marges blijft.

Je kunt dus álle kanten op met zo'n ontwerp. Zodra je maar eenmaal weet wat je beperkende factoren zijn. Je zult dus echt grenzen moeten gaan stellen aan maximaal wenselijke cilinderslag, maximaal wenselijke cilinderkracht, en maximaal wenselijke schaarlengte. En dan komen daar ongetwijfeld ook nog prijzen bij kijken. Binnen dat pakketje blijvende grenzen kun je dan naar optima toe gaan rekenen. Maar dan nog zullen dat arbitraire keuzes blijven, omdat je als je het een minimaliseert het andere weer juist zal moeten maximaliseren.

steek je data in een excelsheet: benodigde arbeid is gegeven. Kies een schaardeellengte en een starthoek, bereken maximale kracht bij steilste starthoek en totaal benodigde cilinderslag. Kijk of de uitslag je bevalt. 
Kies andere starthoeken. Kies een andere schaarlengte en weer een setje starthoeken. 
En herhaal dat proces nét zo lang tot je berekeningen een cilinder opleveren met acceptabele maximumkracht en acceptabele slag, voor een acceptabele prijs..... 

you pays your money and you takes your choice. En als het ontwerp met die schaar niet dwingend is opgelegd zijn er nog vele andere overbrengingen te bedenken waarmee je wéér alle kanten op kunt. 

Groet, Jan

Dag Jan,

Allereerst bedankt voor je duidelijk en snel antwoord! Zo zie je maar weer wat je vandaag de dag allemaal met het internet kan doen..

Het klopt dat in dit verhaal veel tegenstrijdigheden zitten. Dit omdat alles nog in ontwerp-fase is. Echter alleen de ''duwkracht(1000Kg)'' die de constructie moet leveren, en de slag van 550 millimeter staat vast.

De onderste, horizontale draaipunten(1 en 2) mag maximaal 1200 millimeter zijn in ''Uitgestoken'' positie, om toch een en ander te beperken.

De vraag is nu om een zo optimaal mogelijke start-hoek, en schaarlengte uit te rekenen, waar er zo weinig mogelijk kracht van de cilinder is benodigd.

Slag van de cilinder is vrij te bepalen, aangezien er genoeg (verticale)inbouwruimte beschikbaar is.

Als natuurkunde leek vraag ik mij af welke formule precies te gebruiken met de starthoeken etc.
Dan zal het ons als project-groep wel lukken om dit in een Excelbestand uit te werken.

Groet,

Johannes

Met W=F·s is de natuurkunde hier een heel eind uit de kant.

Algemene natuurwet die hiermee verband houdt: "de wet van behoud van ellende", oftewel, wat je wint aan kracht verlies je aan afstand en andersom. 
De rest is goniometrie, betrekkelijk eenvoudige hoekenwiskunde. Reken de kracht- en slagverhoudingen onder een paar hoeken uit, en verbind die punten in een grafiek.

Staat je schaar heel wijdbeens dan kun je met een heel kleine cilinderkracht een heel grote kracht op je last zetten. Nadeel is dan dat je om een klein eindje op te schuiven veel slag nodig hebt.
denkvoorbeeld:



in deze stand (8 breed 1 hoog, voor het gemak in meters maar het gaat om de verhouding) zien we dat als de cilinder 1 m uitschuift de last maar 25,6 cm zal opschuiven. Betekent wel dat in deze stand de cilinderkracht maar ruwweg ¼ zal hoeven zijn van wat er door de last aan wrijving wordt ondervonden, maar "voor straf" moet de cilinder wel 4 x zover uitschuiven als dat de last opschuift. Wet van behoud van ellende dus.

In de praktijk lijkt me een nadeel van deze constructie dat de nodige cilinderkracht dus sterk varieert met de hoek van de schaar, en dus ook tijdens de beweging, als de schaar niet véél groter is dan de afstand die de last moet opschuiven. Zoals hierboven bij 14° is dat 1/4 van de benodigde schuifkracht, maar onder een hoek van 45° is dat de volle schuifkracht (en dan schuift de last ook 1 cm op voor elke cm cilinderslag). 

Met schaarlengtes zoals hierboven, startend onder een hoek van 45° en eindigend op 14° ga je over een slag van 1,9 m dus 2,2 meter opzij.



Mogelijk probleem is dat je last bij een constant uitschuivende cilinder dus zeer onconstante snelheden zal krijgen. 

Bedenk ook dat je cilinder maar in één stand recht boven dat scharnierpunt zal hangen. en dat je dus bij een uitschuivende schaar steds onder een andere hoek tegen je schaar zal duwen:



Het kan beter dan zoals hierboven getoond, maar in de hoogste stand de cilinderkracht ontbindend over de twee schaarhelften komt niet de volle 100% van de cilinderkracht ten goede aan de nagenoeg verticale beweging die dat scharnier in die bovenhoek maakt. 

Kun je niet beter simpelweg die cilinder in rechte lijn horizontaal tegen die last laten duwen? Simpler is almost always better.

Dag Jan,

Klopt helemaal dat het voor de eenvoud beter is om een cilinder horizontaal te plaatsen. Echter moeten wij dan 2 cilinders toepassen, wat problemen geeft met zoals de gelijkloop.

Wij hebben door middel van uw antwoord een en ander kunnen uitwerken, en zijn inderdaad tot de conclusie gekomen dat dit helaas niet de oplossing is. Wij gaan nu uitzoeken dat een en ander mogelijk is met tandheugels.

Bedankt voor uw uitleg!

Groet,

Johannes

Als je dan richting tandheugels gaat denken, denk dan ook aan een elektromotor met vertragingskast in plaat van cilinders.

Ik zat ook zo eens even emt een scheef oog naar je cilinder te kijken, maar zelfs als die 1 op 1 mag duwen betekent dat voor 10 000 N (wat ik aanneem dat je bedoelt met een kracht van 1000 kg) bij 6 baro een zuiger met een diameter van bijna 15 cm. Toch ook niet echt een kleine jongen, en al helemaal niet meer als je de slag zou willen halveren, dus de kracht zou willen verdubbelen en dus de diameter nog eens met een factor √2 zult moeten vergroten. 

Ongeacht het overbrengingssysteem, de wet van behoud van ellende blijft geldig. 

Klopt helemaal wat je zegt.
Stel je voor hoeveel (pneumatische, niet efficiente,dure) energie dit gaat kosten als je een takt-tijd van 45 seconden hebt. Niet echt verantwoord vandaag de dag met al die hype over energie besparing.

Ook zitten denken aan hydrauliek, maar aangezien dit systeem in de Pharmaceutische industrie kan worden toegepast werd dit niet als idiaale oplossing gezien qua safety van het produkt, ook is hydrauliek een betrekkelijk dure oplossing en niet zo efficient met energie.

Vandaag zijn we bezig dus geweest met tandheugels. Hierbij hadden wij de keus tussen een tandwiel met een steekcircellijn van ø 160, of 200 (Moduul 4)

Met de volgende formule konden wij het koppel uitrekenen wat de aandrijving zal moeten kunnen leveren:



Dit kwam tot de volgende conclusies met de verschillende tandwielen:



Maakt een koppel van 800Nm.

Of,



Maakt een koppel van 1000Nm.

Stel ik wil de slag van 550mm in 6 seconden kunnen maken, en gebruik het tandwiel met een steekcircel van ø160mm.

Steekcircel tandwielxPI


Hiervoor moet het tandwiel 1.1 rondje draaien:

Dit maakt,


Met de volgende gegevens kan ik de benodigde kW uitrekenen voor de motor:





Dit maakt 0.92kW.

In de brochure van een motoren en reductiekasten leverancier kwam ik de volgende samenstelling tegen (Zie bijlage). Volgens mij moet dit het in deze situatie makkelijk kunnen doen.

Of zit ik hiermee mis?

Soms zit ik ook nog te denken, om dit op te lossen door middel van katrollen.. dit dan aan te drijven door een snellopende spindel.. Qua constructie niet moeilijk te maken...

Hier word je een beetje te technisch voor me, ik ben ok weer geen werktuigbouwkundig ingenieur, deze voor praktijktoepassingen geschreven formules ken ik niet en ik zou ze moeten gaan uitzoeken.

Wat in elk geval - vanuit natuurkundig oogpunt - wél klopt is je vermogensberekening: 



en aangezien je daar geraakt bent via al je praktische formules mogen we aannemen dat die praktische formules ook correcte resultaten leveren. 

Ik heb echter geen idee hoeveel marge hier al zit ingebouwd, bijvoorbeeld in die 10 000 N. En het vermogen van de motor zoals in de link die je plaatst neem ik aan dat het elektrisch vermogen, en niet per se het asvermogen is. 

Dan nog is dit het asvermogen om naar ik aanneem wrijvingskrachten van 10 000 N te overwinnen. Zit je daarbovenop nog met een massa (1000 kg??) die op gang gebracht en afgeremd moet worden. Met die wrijving (als ik de cijfers juist interpreteer) is afremmen een eitje, maar gelukkig valt ook de kracht voor versnellen heel erg mee: stel dat je in 1 s naar een eindsnelheid van 0,1 m/s wil (a=0,1/1 =0,1 m/s²) dan kost dat een kracht van F=m·a = 1000 x 0,1 = 100 N. Een procent van je wrijvingskracht, bijna verwaarloosbaar. 

Ook, hoe "leuk" vindt die motor (en de overbrenging op je heugel) het om bijna tegenwerkingsloos tegen een blok aan te lopen en dan op een millimeter of minder afstand, in een fractie van een seconde dus, ineens 10 000 N te moeten leveren? Voor pneumatische systemen is dat geen probleem, opbouwende druk lost dat wel op, maar daarover (en over dat mogelijke gebrek aan reservevermogen) zou ik toch maar eens in de slag gaan met een elektromotorspecialist. En misschien gaan denken aan een soort van verende bumper aan mijn duwer, zodat de te leveren kracht bijvoorbeeld over 10 cm (invering) in 1 s redelijk geleidelijk oploopt van nagenoeg 0 tot 10 000 N. 

In theory there is no difference between theory and practice. In practice, there is....

Dag Jan,

Iedereen heeft zo'n zijn eigen specialisme, als ik deze vraagbaak eens doorspeur zie ik genoeg materie die u zo uit het hoofd tovert, maar wat mij het verstand ver te boven gaat!, haha.

De totale drukkracht heb ik als volgt berekend:
Ik heb een voorwerp(van hetzelfde materiaal wat we later gaan gebruiken), wat weggeschoven moet worden op een baan gezet van ook hetzelfde materiaal waar het later op moet gaan glijden.

Dit voorwerp gaat in de praktijk rond de 15 kilo wegen. Echter heb ik hier bovenop 10 kilo extra gedaan. 'Just to be save'
Dus het te verschuiven voorwerp had een totale massa van 25Kg.

Om dit voorwerp vanuit stilstand weg te schuiven(statisch) had ik circa 16 kilo nodig aan trekkracht. echter heb ik hier nog een keer 5 kilo bij op gerekend omdat in de praktijk de baan wel eens met een plakkerige vloeistof besmeurd kan worden, en dus de wrijving verhoogt. Dus dit maakt in het totaal 21 kilo aan trekkracht.
N.B. Klopt het dat het contactoppervlak niet van belang bij het berekenen van de wrijving?

Volgens ons berekening gaan later in de praktijk rond de 40 van deze voorwerpen achter elkaar geplaatst worden.

Dit maakt dus een theoretische duwkracht van
40x21= 840 kilo.
Echter om nogmaals een en ander wat over te dimensioneren heb ik hier een totaal van 1000Kg. van gemaakt.

Dus wat dat betreft denk ik dat ik hier wel aardig save mee zit.

Het klopt inderdaad dat dat het elektrisch vermogen is. Als ik de beschrijving van de motor leverancier goed begrijp, is dat het aantal kW van de motor die je nodig hebt om x Koppel te verkrijgen bij x toerental.

Een heel goed idee om via een 'Bumper' systeem geleidelijk aan de kracht op te bouwen. Dit scheelt inderdaad veel 'Stress' aan de motor. Echter door het toepassen van een veer, wordt het lastiger om de voorwerpen te positioneren, in de praktijk heb je een drukveer namelijk nooit echt 'onder controle'

Ik denk dat we via soft-starters, of een luxe frequentieregelaar de motor zodanig moeten aansturen dat tijdens het 'aangrijpmoment', wanneer de tandheugel tegen de voorwerpen aantkomt, de motor langzamer moet gaan draaien en dan geleidelijk aan de snelheid moet opbouwen. Idem met afremmen.

Wat nu nog rest is de berekening van de massieve as (ø40 materiaal Aisi 304 oftewel RVS304) op torsie, massatraagheid etc.. Heeft u hier de juist toe te passen formule voor?

PS. mooie uitspraak!

voor de meeste hardere stoffen klopt dat wel. Maar er zijn bijzondere stofjes die plakken: neem als voorbeeld die post-its: Je trekt het verticaal met niks los van het stapeltje, want feitelijk is het serendipisch ontstaan uit een fors mislukte lijmproef. Maar probeer het horizontaal te verschuiven en je moet toch met aardige krachten komen. 
In dit verband een beter voorbeeld is mogelijk een autoband, en dan vooral van de zachtere rubbersoorten (racebanden): Hier helpt een groter oppervlak écht wel.
Maar of een "plakkerige" vloeistof wrijving verhoogt hangt af van de vloeistof: ik vind suikerstroop plaktroep, maar op mijn keukenvloer glijdt dat toch beter dan zonder.  

Noch ikzelf noch andere mensen die ik hier wel eens vragen zie beantwoorden gaan je hiermee kunnen helpen. Je zou het elders kunnen proberen


ook niet van mezelf 


in elk geval succes ermee

Groet, Jan