Pneumatikus henger tervezési útmutató: furat, löket, szerelés, párnázás és kiválasztás

A pneumatikus munkahenger-kialakítás valójában mitől függ

A pneumatikus hengert megrendelő gépgyártó általában egy számmal kezd: mekkora a rakomány tömege, amelyet a hengernek el kell mozgatnia. De maga a henger kialakítása – a furat, a szerkezetcsalád, a rögzítés, a párnázás és a tömítési rendszer – dönti el, hogy a terhelés tízmillió cikluson keresztül megbízhatóan mozog-e, vagy az első évben meghibásodik. A pneumatikus henger jó kialakítása nem egyetlen képlet; ez olyan döntések láncolata, amelyeknek összhangban kell maradniuk az alkalmazással.

A közvetlen válasz: a pneumatikus hengertervezés a furatátmérő, a lökethossz, a konstrukció típusa, a szerelési, párnázó- és tömítőanyag szisztematikus hozzáigazítása a terheléshez, a rendelkezésre álló légnyomáshoz, a szükséges ciklusidőhöz és a munkakörnyezethez. Ha ez a hat érték megegyezik az alkalmazással, minden más – erődiagramok, tartozékok listák, érzékelők elhelyezése – részletmunkává válik.

Ez ugyanaz a tervezési logika CKT pneumatikus minden általunk gyártott és házon belül tesztelt hengersorozatra vonatkozik. Az alábbi útmutató ebből a mérnöki szempontból készült, a számokkal és a kompromisszumokkal, amelyek számítanak egy valódi rajztáblán.

Kezdje a terheléssel: furatméret és erő számítása

Minden hengerkialakítás az erőszükséglettel kezdődik. A kettős működésű henger úgy hoz létre erőt, hogy sűrített levegőt fejt ki a dugattyúfelületre, így az elméleti erő egyszerű: F = P × A, ahol P a mérőnyomás pascalban, A pedig az effektív dugattyúfelület négyzetméterben. A kiterjesztett löket esetén A = (π/4) × D².

Egy működő példa a számok rögzítésére

Vegyünk egy 63 mm-es furatú hengert, amelyet 0,6 MPa-val szállítanak. A dugattyú területe (π/4) × (0,063 m)² = 0,00312 m². 600 000 Pa-val megszorozva kapjuk 1870 N elméleti kiterjesztő erő . Mivel a tömítések, a rúdtömítés és az áramkör nyomásveszteségei elnyelik az energiát, a gyakorlati erő általában az elméleti érték 75–90%-a, így a tervező nagyjából 1400–1680 N-ra támaszkodhat a folyamatos működés során. Ugyanez a nagyságrend jelenik meg a Power & Motion „Pneumatikus henger tervezési tényezői” című útmutatójában szereplő erődiagramokon és az iparágban használt kiválasztási adatokban.

A visszahúzó erő soha nem azonos a kinyújtó erővel

A visszatérő löketnél a rúd a furat egy részét elfoglalja, így a hatásos terület kisebb. Egy 63 mm-es furat 20 mm-es rúddal a visszahúzási területe (π/4) × (0,063² − 0,020²) = 0,00281 m², ami 0,6 MPa-nál csak 1685 N erőt ad. Ha a visszatérő löket nagyobb terhelést hordoz, akkor a furatot méretezze meg a lassú visszahúzási tartományból, amely a rúddal közös visszahúzási tévedést mutat. rúdtömítés kopása.

Az ideális furat kiszámítása után adjon hozzá egy tervezési margót. Az elméleti erő feletti 1,25–1,5-ös biztonsági tényező az alapfelszereltség a dinamikus alkalmazásokhoz ; a margó elnyeli a nyomásingadozásokat, a tömítések kopását és a valódi gépeknél megjelenő sebességhatásokat.

A munkának megfelelő építőipari család kiválasztása

A henger felépítése – a cső, a végsapkák és a rúd összetartása – meghatározza a furattartományt, amelyet lefedhet, mennyire könnyű javítani, és mekkora oldalterhelést tud elviselni. A belső részek gyakorlati áttekintése érdekében a pneumatikus hengerek anatómiájának közelebbi pillantása elmagyarázza a cső, a kupak, a fej, a dugattyú és a tömítések szerepét. Az ipari formatervezést meghatározó három családnak külön logikája van.

Rúdhengerek: az ipari alapértelmezés

A kötőrúd-hengerek a végsapkákat a test teljes hosszában futó hosszú csavarokkal rögzítik. A legszélesebb furattartományt fedik le, jellemzően 32-320 mm, tömítéscseréhez szétszedhetők, és a legnagyobb tolóerőt is elviselik. SC sorozatú kötőrúd-hengerek Kövesse ezt a konstrukciót, és továbbra is ez marad a leginkább specifikált család katalógusunkban, mivel könnyen felszerelhető, könnyen javítható és egyszerűen összeilleszthető az ISO tartozékokkal.

SC sorozat (rúd típusú) szabványos hengerszállítók, OEM/ODM gyár – Zhejiang CKT pneumatikus is a China wholesale SC Series (Tie Rod Type) Standard Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The piston seal adopts a ... Termék megtekintése →

Kerek testű hengerek: kompakt és költségtudatos

A kerek testű, jellemzően 8-25 mm-es furatú hengerek menetes végkupakkal húzott vagy hengerelt csövet használnak. Könnyűek, olcsók és ideálisak kis gépek rövid löketű mozgásaihoz. A kompromisszum a kisebb oldalterhelés és a csekély vagy egyáltalán nem állítható párnázás, ezért ezeket tiszta, axiális mozgási feladatokra kell fenntartani.

Profilhengerek: modern érzékelős nehéz gépekhez készült

A profilhengerek extrudált alumínium testet használnak beépített levegőnyílásokkal és érzékelőnyílásokkal. Fő tervezési előnyük az integráció: a mágneses kapcsolók bepattannak a nyílásokba, a szelepek közvetlenül a testre fektethetők, a lapos felületek pedig sokkal tisztábbá teszik a gépi szerelést, mint a kerek csöveknél. Ezek az alapértelmezettek a modern szerelő- és csomagolósorokon, ahol az érzékelők, az elosztók és a védőelemek mind magához az aktuátorhoz kapcsolódnak.

Lökethossz, sebesség és ciklusidő

A löketet margókkal állítsa be, ne a pontos mozgást

A névleges löketnek meg kell egyeznie a szükséges úttal, plusz egy margóval mindkét végén, általában 5-10 mm végenként. Függőleges alkalmazásoknál adja hozzá a párna vagy a lökhárító teljes összenyomását is. Ha a dugattyú minden löket végén leereszkedik a zárósapkára, a henger sokkal gyorsabban fog elhasználódni, mint azt a katalógus élettartama sugallja. A 10 mm-rel túl rövid lökettel a 10 milliós ciklusú konstrukciót 200 000 ciklusú javítási cikkgé változtathatja.

A sebesség az egész áramkörtől függ, nem csak a hengertől

A henger sebességét a furat, a szelep áramlási együtthatója, a nyílás mérete és a tápvezeték együttesen állítja be. Egy jól kiegyensúlyozott áramkör egy szabványos hengert nagyjából 0,1–0,6 m/s sebességgel működtet. Amint azt a Fluid Power World tervezői útmutatója is megjegyzi, az U-kupakkal lezárt dugattyú várhatóan 20 hüvelyk/sec feletti sebességgel – körülbelül 0,5 m/s – túlzott súrlódási vagy kenési problémák nélkül működik. Ha a cél 1 m/s vagy nagyobb, a szelepet meg kell méretezni, és a nyílást a hengerrel együtt újra kell tervezni; a henger önmagában nem képes sebességet létrehozni.

A ciklusidő becslése egyszerű eljárással történik:

1. Határozza meg az utazást, és adja hozzá a körvonal margóját.
2. Állítsa be az átlagos sebességet a kinyújtási és visszahúzási irányokhoz.
3. Számítsa ki az időt irányonként, a löket elosztva a sebességgel.
4. Adja hozzá a várakozási időt és a szelep válaszidejét, hogy megkapja a teljes ciklusidőt.

Konkrét példaként egy 300 mm-es löket 0,5 m/s sebességgel mindkét irányban 0,6 s-ot vesz igénybe; 0,2 s várakozással a teljes kinyújtási-visszahúzási ciklus körülbelül 1,4 s, ami nagyjából 43 ciklus/percnek felel meg. Ha a gép 60 ciklus/perc sebességet igényel, akkor vagy a sebességnek körülbelül 0,6 m/s-ra kell emelkednie mindkét irányban, vagy a löketnek zsugorodnia kell – és mindkét változás hatással van a szelep méretére, a párnázásra és a szerelési merevségre.

Rögzítési stílusok és az eltolódás költségei

Négy szerelési család, négy igazítási viselkedés

• Lábtartók a legegyszerűbbek és a legolcsóbbak, de a karosszéria terhelés hatására meghajolhat, így a beállítás teljes mértékben a gépváztól függ.
• Karimás rögzítések (fej vagy hátsó) merevek és alkalmasak olyan nagy tolóerős alkalmazásokhoz, ahol a hengertest nem mozdulhat el.
• Clevis tart lehetővé teszi, hogy a henger egy síkban lendüljön, ami elengedhetetlen, ha a rúd ív mentén halad egy rudazaton keresztül.
• Csúcstartó tartók (középen vagy hátul) mindkét oldalon megtámasztják a karosszériát, és a legjobb választás nehéz hengerekhez, amelyek szabályozott forgást igényelnek.

Az oldalsó terhelések a leggyakoribb okai annak, hogy a hengertervezés meghibásodik

Ha a tolóerő nem a rúd középvonala mentén halad, a rúdnak és az első csapágynak fel kell vennie a hajlítónyomatékot. Még a névleges tolóerő néhány százalékával egyenlő oldalirányú erő is mérhetően lerövidíti a csapágy és a tömítés élettartamát. Ez az oka annak, hogy mind a Machine Design kiválasztási irányelvei, mind a Power & Motion hengertervezési tényezői ragaszkodnak ahhoz, hogy a henger tolóereje a lehető legközelebb maradjon a dugattyúrúd középvonalához.

Ha a geometria eltolást kényszerít, a helyes válasz egy irányított kialakítás – többtengelyes henger, csúszóhenger vagy kompakt henger vezetőrúddal –, nem pedig egyszerűen nagyobb szabványos henger választása. A nagyobb furat nagyobb erőt hoz létre, de semmi sem javítja a hajlítónyomatékot.

Kompakt hengeres kialakítás szűk helyekre

Ha a gép borítéka rögzített, a kompakt hengerek a standard megoldás. Ugyanazt az erőlogikát követik, mint a teljes méretű hengerek, de a dugattyút és a rudat egy rövid testbe csomagolják, általában az ISO 21287 szerint. A fő tervezési kompromisszum a löket: a nagyon rövid test nem tudja megvezetni a hosszú rudat extra csapágytámasz nélkül, így a legtöbb kompakt kialakítás nagyjából 100–150 mm alatti löketeknél működik a legjobban.

Ahol a kompakt hengerek keresik a helyüket

A befogás, az indexelés, az adagolás és az alkatrész kilökése mind rövid löketű, nagy ciklusú munkák. A kötőrúd-henger kompakt testre cseréje tengelyenként 30–50 mm-t takaríthat meg; egy hat-nyolc tengelyes gépen ez a mentés megváltoztatja a teljes keretet és az őrzés elrendezését. A kompakt test emellett csökkenti a mozgó tömeget, ami csökkenti a mozgási energiát a löket végén, és gyorsabb kerékpározást tesz lehetővé ugyanazzal a szeleppel.

Tartsa külön a vezető funkciót az erő funkciótól

Mivel a kompakt test korlátozott rúdtartást kínál, soha ne számítson arra, hogy egy kompakt henger elnyeli a hajlítási nyomatékokat. A tiszta axiális mozgáshoz egy sima, kompakt test tökéletesen megfelelő – CQ2 sorozatú kompakt vékony hengerek jól kezeli a szorító és toló feladatokat. Amikor a kialakítás tengelyen kívüli vagy nyomatékos terhelést generál, váltson egy megvezetett változatra, például a vezetőrúddal ellátott CQM-re, vagy egy olyan csúszóhenger családra, amely saját lineáris megvezetést hordoz.

CQ2 sorozatú vékony hengerszállítók, OEM/ODM gyár – Zhejiang CKT Pneumatic Co. CKT pneumatikus is a China wholesale CQ2 Series Thin Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The magnetic switch does not protrude: prev... Termék megtekintése →

Rúd nélküli hengeres kialakítás hosszú löketekhez

A rúd nélküli hengerek egy klasszikus tervezési problémát oldanak meg: a terhet hosszú löketen keresztül mozgatják anélkül, hogy rúd kinyúlna a gépből. Mivel a kocsi a dugattyúval együtt halad, a beépítési hossz nagyjából fele egy azonos löketű rúd típusú hengernek. Két dizájncsalád létezik, és a köztük való választás valódi mérnöki kompromisszum.

Mágneses csatolású rúd nélküli hengerek

Mágneses kivitelben egy erős mágnesekkel felszerelt dugattyú egy külső kocsit húz át a cső falán. A mechanikus horony hiánya tisztán és gazdaságosan tartja a kialakítást, de a tengelykapcsoló megcsúszhat, ha a kocsi lökésszerű terhelésnek ütközik, vagy nehéz függőleges tömeget kezel. Ezek a hengerek a könnyű kezelhetőséghez és a pick-and-place munkához illeszkednek, jellemzően 2-3 méteres lökettel.

Mechanikusan csuklós rúd nélküli hengerek

Egy mechanikusan csuklós henger köti össze a dugattyút közvetlenül a kocsival egy rozsdamentes acél szalaggal lezárt résen keresztül. Mindkét irányba nagyobb erőket ad át, és nem csúszik, ami elengedhetetlen a függőleges mozgásokhoz. MY1B mechanikus csuklós rúd nélküli hengerek reprezentatív példája ennek a családnak azon tervezők számára, akiknek megismételhető pozicionálásra van szükségük nagyobb teherbírással.

MY1B sorozatú mechanikus csuklós rúd nélküli henger (alaptípus) beszállítók, OEM/ODM Fa CKT pneumatikus is a China wholesale MY1B Series Mechanical Joint Rodless Cylinder (Basic Type) suppliers and OEM/ODM factory, MY1B Series ... Termék megtekintése →

Párnázás: Az ütés végi sokk megtervezése

A löket végén a legtöbb mechanikai kopás történik. A végsapkánál a dugattyúnak el kell oszlatnia az E = 0,5 × m × v² kinetikus energiát. Egy 50 kg-os kocsi 0,5 m/s sebességgel halad 6,25 joule mozgási energia ; párnázás nélkül ezt az energiát ezredmásodpercek alatt elnyeli a kupak és a tömítések.

Gyakorlati szabály: 0,1 m/s alatt kis terhelés mellett gumi vagy poliuretán lökhárító is elegendő; 0,1 és 0,5 m/s között mérsékelt terhelés mellett az állítható pneumatikus párnák az alapfelszereltség; nagyobb sebességnél vagy nagy terhelésnél szereljen fel külső hidraulikus lengéscsillapítót. A párnázásnak a tényleges kinetikus energiához való hozzáigazítása a henger kialakításának része, nem utólagos gondolat.

Tömítések, hőmérséklet és levegőminőség

A tömítés anyaga határozza meg a működési ablakot

A szabványos hengerek NBR tömítéseket használnak, jellemzően –20 °C és 80 °C között. Az FKM (Viton) tömítések a felső határt nagyjából 200 °C-ra terjesztik ki, ami szárítósoroknál és kemenceajtós alkalmazásoknál számít. A poliuretán ablaktörlők gyakori kiegészítők a poros környezetben. A tömítés kialakítása is befolyásolja a sebességet: az U-csésze tömítések alacsony fordulatszámon pozitív tömítést biztosítanak, míg a dinamikus O-gyűrűk előnyben részesítik a nagy sebességű kerékpározást, mivel kisebb súrlódást okoznak.

A szennyezett levegő mindennél jobban lerövidíti a henger élettartamát

A legtöbb hengerkopás szennyezett sűrített levegővel kezdődik. A víz, a maradék kompresszorolaj és a finom részecskék betörik a csövet, és tönkreteszik a rúdtömítéseket. Moduláris F.R.L. Az 5 µm-es szűrővel és a használat helyén megfelelő nedvességleválasztással rendelkező egység többet tesz a palack élettartamán, mint a palack márkájának megváltoztatása. A nyomást, az áramlást és a tömítést rendszerként kell kezelni, a levegő előkészítő egységtől kezdve a kipufogónyílásig.

Szabványok, amelyek alakítják a pneumatikus hengerek kialakítását

A tervezés a felcserélhetőségről is szól. Szinte minden világszerte értékesített pneumatikus henger megfelel a három ISO méretszabvány valamelyikének, és a konstrukciócsaládot általában a szabvány határozza meg. Az alábbi furattartományok a Tameson pneumatikus hengerek áttekintésében és az ezzel egyenértékű forrásokban szereplő referenciaútmutatóban használt általános iparági értelmezést tükrözik.

Az ISO-kompatibilis henger beszerzése azt jelenti, hogy egy másik márka csereegysége általában ugyanabba a tartókba esik, anélkül, hogy a gépet újrarajzolná. Ezzel szemben a nem szabványos löket vagy az egyedi rúdhossz általában hosszabb átfutási időt és magasabb árat jelent, ezért ellenőrizze a katalógus lökettartományát, mielőtt lefagyasztja a designt. -val több mint két évtizedes pneumatikus alkatrészek gyártási tapasztalata , szabványos és vékony hengercsaládjainkat ezekre a konvenciókra építjük, hogy az ügyfelek a szerelés újratervezése nélkül cserélhessenek szállítót.

Előrendelési ellenőrzőlista a pneumatikus hengerek tervezéséhez

Mielőtt egy hengeres modellt rögzítene, futtassa át ezt az ellenőrzőlistát. Minden elem tervezési bemenet, és az egyik kihagyása általában helyszíni hibaként vagy költséges változtatási rendelésként jelenik meg.

• Axiális terhelés kihúzáshoz és visszahúzáshoz, plusz az 1,25–1,5 biztonsági tényező.
• Tápnyomás nem csak a kompresszornál, hanem a hengernyílásnál is elérhető.
• Lökethossz egyenlő az utazási plusz végmargókkal.
• Sebesség és ciklusidő , a Cv szeleppel és a portok méreteivel egy áramkörként ellenőrizve.
• Szerelő család a tolóerő irányához és a gép geometriájához választva.
• Oldalsó terhelések kiküszöbölve vagy átvezetett hengeres kivitelre.
• Párnázás illeszkedik a löket végén a mozgási energiához.
• Környezet : hőmérséklet-tartomány, páratartalom, mosás vagy por.
• Pozícióérzékelés : mágneses dugattyú mágneskapcsolóval, vagy külső lineáris érzékelő.
• Karbantartási terv : átépíthető kötőrúd vagy cserélhető patronos henger.

Gyakran ismételt kérdések a pneumatikus hengerek tervezésével kapcsolatban

Hogyan számíthatom ki a pneumatikus henger által kiváltott erőt?

Használja az F = P × A értéket, ahol A az effektív dugattyúfelület. Egy 63 mm-es furatnál 0,6 MPa-nál az elméleti feszítőerő 1870 N. A gyakorlatban a tömítés súrlódásának figyelembevételéhez alkalmazzon 75–90%-os hatásfokot, majd alkalmazzon 1,25–1,5 biztonsági tényezőt a dinamikus terhelésekhez.

Milyen furatméretre van szükségem 500 kg-os terheléshez?

Egy 500 kg-os, nagyjából 4900 N erőt kifejtő terhelés körülbelül 6125 N elméleti erőt igényel 0,6 MPa mellett, ha 80%-os hatásfokot feltételezünk. Egy 100 mm-es furat 4712 N-t ad, ami nem elég; egy 125 mm-es furat 7363 N nyomatékot ad, ami elegendő. Mindig ellenőrizze a visszahúzási löketet is, mert a rúd csökkenti a hatásos területet.

Melyik hengerkialakítás a legjobb hosszú löketekhez?

A rúd nélküli hengerek a legjobb választás durván 500 mm-nél nagyobb löketeknél, mert a beépítési hossz körülbelül fele a rúd típusú hengerének. Használjon mágneses csatolású kialakítást a könnyű, tiszta kezeléshez, és mechanikusan csuklós kialakítást nagyobb terhelésekhez vagy függőleges mozgásokhoz, ahol a csúszás nem elfogadható.

Miért hibásodik meg a hengerem oldalsó terhelés miatt, pedig az erő megfelelő?

Mivel az oldalirányú terhelés olyan hajlítónyomatékot hoz létre a rúdon és az elülső csapágyon, amelyet semmilyen tengelyirányú erő nem tud kompenzálni. Még a névleges tolóerő néhány százalékának megfelelő oldalirányú erő is lerövidíti a csapágy és a tömítés élettartamát. A javítás az, hogy a tolóerőt a rúd középvonalához igazítsák, vagy használjon vezetett hengeres kialakítást.

Egy szabványos pneumatikus henger elbír-e terhelést a löket közepén?

Nem. A sűrített levegő összenyomható, így a szabványos kettős működésű henger nem tud állandó pozíciót tartani változó terhelés mellett. Használjon mechanikus rúdzárat, záróhengert vagy külső féket, ha a löket középső tartása szükséges.

Mi a különbség az egyszeres és a kettős működésű hengeres kivitelek között?

Az egyszeres működésű henger levegőt használ az egyik irányba, a rugót pedig a visszatéréshez, ami leegyszerűsíti az áramkört, de korlátozza a löketet, és rugóenergiát fogyaszt a visszatéréskor. A kettős működésű henger mindkét irányban levegőt használ, így mindkét irányban teljes mértékben szabályozható az erő, a sebesség és a csillapítás – ez a standard választás a legtöbb automatizáláshoz.