Vodič za dizajn pneumatskog cilindra: provrt, hod, montaža, amortizacija i odabir

Što zapravo odlučuje dizajn pneumatskog cilindra

Proizvođač strojeva koji naručuje pneumatski cilindar obično počinje s jednim brojem: masom tereta koji cilindar mora pomaknuti. Ali sama konstrukcija cilindra - provrt, konstrukcijska obitelj, montaža, amortizacija i sustav brtvljenja - odlučuje hoće li se to opterećenje pouzdano kretati tijekom deset milijuna ciklusa ili će otkazati unutar prve godine. Dobar dizajn pneumatskog cilindra nije samo jedna formula; to je lanac odluka koje sve moraju ostati u skladu s aplikacijom.

Izravan odgovor: dizajn pneumatskog cilindra je sustavno usklađivanje promjera provrta, duljine hoda, vrste konstrukcije, materijala za montažu, amortizaciju i brtvljenje s opterećenjem, raspoloživim zračnim tlakom, potrebnim vremenom ciklusa i radnom okolinom. Jednom kada ovih šest vrijednosti odgovara primjeni, sve ostalo — dijagrami sila, popisi dodatne opreme, smještaj senzora — postaje rad na detaljima.

To je ista logika dizajna kao CKT pneumatski odnosi se na svaku seriju cilindara koju proizvodimo i testiramo u kući. Smjernice u nastavku napisane su s te inženjerske točke gledišta, s brojevima i kompromisima koji su važni na stvarnoj ploči za crtanje.

Počnite s opterećenjem: veličina provrta i izračun sile

Svaki dizajn cilindra počinje sa zahtjevom za silom. Cilindar s dvostrukim djelovanjem stvara silu primjenom komprimiranog zraka na područje klipa, tako da je teoretska sila jednostavna: F = P × A, gdje je P mjerni tlak u paskalima, a A efektivna površina klipa u kvadratnim metrima. Za produženi hod, A = (π/4) × D².

Odrađeni primjer za utvrđivanje brojeva

Razmotrite cilindar promjera 63 mm koji se napaja pri 0,6 MPa. Površina klipa je (π/4) × (0,063 m)² = 0,00312 m². Množenje sa 600 000 Pa daje 1.870 N teoretske istezajuće sile . Budući da brtve, pakiranje šipki i gubici tlaka u krugu apsorbiraju energiju, praktična sila je obično 75-90% teorijske vrijednosti, tako da se dizajner može osloniti na otprilike 1400-1680 N za tekući rad. Isti red veličina pojavljuje se u dijagramima sila u smjernicama Power & Motiona "Faktori dizajna pneumatskog cilindra" i podacima o odabiru koji se koriste u cijeloj industriji.

Sila uvlačenja nikada nije isto što i sila istezanja

U povratnom hodu šipka zauzima dio provrta, pa je efektivna površina manja. Provrt od 63 mm sa šipkom od 20 mm ima područje uvlačenja od (π/4) × (0,063² − 0,020²) = 0,00281 m², što pri 0,6 MPa proizvodi samo 1,685 N. Ako povratni hod nosi veći teret, odredite veličinu provrta iz kućišta za uvlačenje pomoću područja prilagođenog šipki — uobičajena pogreška koja se pokazuje kao mala povratna brzina i prerano trošenje brtve šipke.

Nakon izračuna idealnog provrta, dodajte proračunsku marginu. Faktor sigurnosti od 1,25–1,5 iznad teorijske sile standardan je za dinamičke primjene ; margina apsorbira fluktuacije tlaka, trošenje brtve i učinke brzine koji se pojavljuju u stvarnim strojevima.

Odabir građevinske obitelji koja odgovara poslu

Konstrukcija cilindra - kako se cijev, završni poklopci i šipka drže zajedno - definira raspon provrta koji može pokriti, koliko ga je lako popraviti i koliko bočnog opterećenja može podnijeti. Za praktičan pregled unutarnjih dijelova, bliži pogled na anatomiju pneumatskih cilindara objašnjava ulogu cijevi, poklopca, glave, klipa i brtvi. Tri obitelji koje dominiraju industrijskim dizajnom imaju različitu logiku.

Cilindri spone: industrijski zadani

Cilindri spone stežu završne kape dugim vijcima koji se protežu cijelom dužinom tijela. Pokrivaju najširi raspon provrta, obično 32–320 mm, mogu se rastaviti radi zamjene brtve i podnose najveća potisna opterećenja. Cilindri spone serije SC slijedite ovu konstrukciju i ostaje najčešće specificirana obitelj u našem katalogu jer se lako montira, lako se popravlja i jednostavno spaja s ISO dodacima.

Dobavljači standardnih cilindara serije SC (tip spone), OEM/ODM tvornica - Zhejiang CKT pneumatski is a China wholesale SC Series (Tie Rod Type) Standard Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The piston seal adopts a ... Pogledajte proizvod →

Cilindri s okruglim tijelom: kompaktni i ekonomični

Cilindri s okruglim tijelom, tipično provrta 8-25 mm, koriste izvučenu ili smotanu cijev s navojnim završnim poklopcima. Lagani su, jeftini i idealni za pokrete s kratkim hodom u malim strojevima. Kompromis je manji kapacitet bočnog opterećenja i malo ili nimalo podesive amortizacije, tako da ih treba rezervirati za čiste zadatke aksijalnog gibanja.

Profilni cilindri: izgrađeni za moderne strojeve s velikim senzorima

Profilni cilindri koriste tijelo od ekstrudiranog aluminija s integriranim otvorima za zrak i utorima za senzore. Njihova glavna prednost dizajna je integracija: magnetski prekidači učvršćuju se u utore, ventili se mogu postaviti izravno na tijelo, a ravne površine čine montažu stroja daleko čišćom nego s okruglim cijevima. Oni su standard u modernim linijama za sastavljanje i pakiranje gdje se senzori, razvodnici i zaštita pričvršćuju na sam pokretač.

Duljina hoda, brzina i vrijeme ciklusa

Postavite hod s marginama, a ne s točnim hodom

brminalni hod trebao bi biti jednak potrebnom hodu plus margina na oba kraja, normalno 5-10 mm po kraju. U okomitim primjenama također dodajte potpunu kompresiju jastuka ili odbojnika. Ako klip padne na završnu kapicu na kraju svakog takta, cilindar će se istrošiti mnogo brže nego što to bilo koji životni vijek predlaže u katalogu. Hod koji je 10 mm prekratak može pretvoriti dizajn od 10 milijuna ciklusa u predmet popravka od 200.000 ciklusa.

Brzina ovisi o cijelom krugu, a ne samo o cilindru

Brzina cilindra se zajedno postavlja provrtom, koeficijentom protoka ventila, veličinom priključka i dovodom. Dobro uravnotežen krug pokreće standardni cilindar brzinom od otprilike 0,1–0,6 m/s. Kao što je navedeno u vodiču za dizajnere Fluid Power World, može se očekivati ​​da klip sa zabrtvljenom U-čašicom radi brzinom većom od 20 in./s - oko 0,5 m/s - bez pretjeranog trenja ili problema s podmazivanjem. Ako je cilj 1 m/s ili viši, ventil se mora povećati, a priključci redizajnirati zajedno s cilindrom; cilindar sam ne može stvoriti brzinu.

Vrijeme ciklusa procjenjuje se jednostavnim postupkom:

1. Definirajte hod i dodajte marginu hoda.
2. Postavite prosječnu brzinu za smjer izvlačenja i uvlačenja.
3. Izračunajte vrijeme po smjeru kao zaveslaj podijeljen brzinom.
4. Dodajte vrijeme zadržavanja i vrijeme odziva ventila kako biste dobili puno vrijeme ciklusa.

Kao konkretan primjer, hod od 300 mm pri 0,5 m/s traje 0,6 s u svakom smjeru; s 0,2 s zadržavanja, puni ciklus izvlačenja-uvlačenja je oko 1,4 s, što odgovara otprilike 43 ciklusa/min. Ako stroj zahtijeva 60 ciklusa/min, ili brzina mora porasti na oko 0,6 m/s u svakom smjeru ili se hod mora smanjiti — a obje promjene utječu na veličinu ventila, amortizaciju i krutost montaže.

Stilovi montaže i cijena neusklađenosti

Četiri obitelji za montažu, četiri ponašanja poravnanja

• Nosači za noge su najjednostavniji i najjeftiniji, ali tijelo se može saviti pod opterećenjem, tako da poravnanje u potpunosti ovisi o okviru stroja.
• Nosači prirubnice (glava ili stražnji dio) kruti su i prikladni za primjene s velikim potiskom gdje se tijelo cilindra ne smije pomicati.
• Clevis nosači dopustiti da se cilindar njiše u jednoj ravnini, što je bitno kada šipka putuje duž luka kroz vezu.
• Nosači za osovine (središnji ili stražnji) podupiru tijelo s obje strane i najbolji su izbor za teške cilindre kojima je potrebno kontrolirano okretanje.

Bočna opterećenja su najčešći razlog neuspjeha dizajna cilindra

Kada linija potiska nije duž središnje crte šipke, šipka i prednji ležaj moraju apsorbirati moment savijanja. Čak će i bočna sila jednaka samo nekoliko postotaka nazivnog potiska mjerljivo skratiti vijek trajanja ležaja i brtve. Zbog toga i smjernice za odabir Machine Design-a i faktori dizajna cilindra Power & Motion-a inzistiraju na održavanju potiska cilindra što je moguće bliže središnjici klipnjače.

Kada geometrija nameće pomak, točan odgovor je vođeni dizajn - cilindar s više osi, klizni cilindar ili kompaktni cilindar s vodilicom - umjesto jednostavnog odabira većeg standardnog cilindra. Veći provrt stvara više sile, ali ništa ne popravlja moment savijanja.

Kompaktan dizajn cilindra za uske prostore

Kada je omotnica stroja fiksna, standardno rješenje su kompaktni cilindri. Slijede istu logiku sile kao i cilindri pune veličine, ali pakiraju klip i polugu unutar kratkog tijela, obično izrađenog prema ISO 21287. Glavni kompromis u dizajnu je hod: vrlo kratko tijelo ne može voditi dugačku šipku bez dodatne potpore ležaja, tako da većina kompaktnih dizajna najbolje funkcionira na hodovima manjim od otprilike 100–150 mm.

Gdje kompaktni cilindri zarađuju svoj prostor

Stezanje, indeksiranje, uvlačenje i izbacivanje dijelova su poslovi kratkog hoda i velikog ciklusa. Zamjena cilindra spone s kompaktnim tijelom može uštedjeti 30–50 mm po osi; na stroju sa šest ili osam osi, to spremanje mijenja cijeli okvir i izgled zaštite. Kompaktno tijelo također smanjuje pokretnu masu, što smanjuje kinetičku energiju na kraju hoda i omogućuje brži ciklus s istim ventilom.

Držite funkciju vođenja odvojenom od funkcije sile

Budući da kompaktno tijelo nudi ograničenu potporu šipki, nikada ne očekujte da će kompaktni cilindar apsorbirati momente savijanja. Za čisto aksijalno gibanje savršeno je prikladno obično kompaktno tijelo — Kompaktni tanki cilindri serije CQ2 dobro podnijeti dužnosti stezanja i guranja. Kad god dizajn generira opterećenje izvan osi ili moment, prijeđite na vođenu varijantu kao što je CQM s vodilicom ili na obitelj kliznih cilindara koja nosi vlastitu linearnu vodilicu.

Dobavljači tankih cilindara serije CQ2, tvornica OEM/ODM - Zhejiang CKT Pneumatic Co. CKT pneumatski is a China wholesale CQ2 Series Thin Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The magnetic switch does not protrude: prev... Pogledajte proizvod →

Dizajn cilindra bez poluge za duge hodove

Cilindri bez šipke rješavaju klasični problem dizajna: pomicanje tereta dugim hodom bez šipke koja viri iz stroja. Budući da se kolica kreću s klipom, ugradbena duljina je otprilike upola manja od dužine šipkastog cilindra s istim hodom. Postoje dvije dizajnerske obitelji, a odabir između njih pravi je inženjerski kompromis.

Magnetski spregnuti cilindri bez poluge

U magnetskom dizajnu, klip opremljen jakim magnetima vuče vanjski nosač kroz stijenku cijevi. Nedostatak mehaničkog utora održava dizajn čistim i ekonomičnim, ali spojka može skliznuti kada kolica naiđu na udarno opterećenje ili rukuju teškom okomitom masom. Ovi cilindri prikladni su za lagano rukovanje i rad na podizanju i postavljanju, s hodovima obično do 2-3 metra.

Mehanički spojeni cilindri bez poluge

Mehanički spojeni cilindar povezuje klip izravno s nosačem kroz prorez zabrtvljen trakom od nehrđajućeg čelika. Prenosi veće sile u oba smjera i ne klizi, što je bitno za vertikalne pomake. MY1B cilindri bez poluge s mehaničkim zglobom reprezentativan su primjer ove obitelji za dizajnere koji trebaju ponovljivo pozicioniranje s većim nosivostima.

Serija MY1B mehaničkih zglobova cilindra bez poluge (osnovni tip) Dobavljači, OEM/ODM Fa CKT pneumatski is a China wholesale MY1B Series Mechanical Joint Rodless Cylinder (Basic Type) suppliers and OEM/ODM factory, MY1B Series ... Pogledajte proizvod →

Amortizacija: dizajniranje amortizera na kraju zaveslaja

Kraj takta je mjesto gdje se događa najviše mehaničkog trošenja. Na završnoj kapici klip mora raspršiti kinetičku energiju E = 0,5 × m × v². Nose se kolica mase 50 kg koja se kreću brzinom od 0,5 m/s 6,25 džula kinetičke energije ; bez amortizacije, tu energiju kapica i brtve apsorbiraju u milisekundama.

Praktično pravilo: ispod 0,1 m/s s malim opterećenjem dovoljan je gumeni ili poliuretanski odbojnik; od 0,1 do 0,5 m/s s umjerenim opterećenjima, podesivi pneumatski jastuci su standard; pri većim brzinama ili velikim opterećenjima ugradite vanjski hidraulički amortizer. Usklađivanje amortizacije sa stvarnom kinetičkom energijom dio je dizajna cilindra, a ne naknadna misao.

Brtve, temperatura i kvaliteta zraka

Materijal brtve definira radni prozor

Standardni cilindri koriste NBR brtve, obično ocijenjene od -20 °C do 80 °C. FKM (Viton) brtve proširuju gornju granicu na otprilike 200 °C, što je važno u linijama za sušenje i primjenama na vratima peći. Brisači od poliuretana uobičajeni su dodatak u prašnjavim okruženjima. Dizajn brtve također utječe na brzinu: brtve u obliku slova U daju pozitivno brtvljenje pri niskim brzinama, dok su dinamički O-prstenovi poželjniji za vožnju pri velikim brzinama jer stvaraju manje trenja.

Prljavi zrak skraćuje životni vijek cilindra više nego išta drugo

Većina trošenja cilindara počinje kontaminiranim komprimiranim zrakom. Voda, preostalo ulje kompresora i sitne čestice zarezuju cijev i uništavaju brtve šipki. Ugradnja modularnog F.R.L. jedinica s filtrom od 5 µm i pravilnim odvajanjem vlage na mjestu uporabe učinit će više za radni vijek boce od promjene marke boce. Tlak, protok i brtvljenje moraju se tretirati kao sustav, počevši od jedinice za pripremu zraka i završavajući na ispušnom otvoru.

Standardi koji oblikuju dizajn pneumatskog cilindra

Dizajn se također odnosi na zamjenjivost. Gotovo svaki pneumatski cilindar koji se prodaje na globalnoj razini slijedi jedan od tri ISO standarda dimenzija, a obitelj konstrukcije obično je određena standardom. Rasponi provrta u nastavku odražavaju uobičajenu industrijsku interpretaciju korištenu u referentnim smjernicama u pregledu pneumatskih cilindara Tameson i ekvivalentnim izvorima.

Nabavljanje cilindra usklađenog s ISO standardom znači da će zamjenska jedinica druge marke obično upasti u iste nosače bez ponovnog crtanja stroja. Nasuprot tome, nestandardni hod ili prilagođena duljina šipke obično znači dulje vrijeme isporuke i višu cijenu, stoga provjerite raspon hoda u katalogu prije nego zamrznete dizajn. sa više od dva desetljeća iskustva u proizvodnji pneumatskih komponenti , gradimo naše standardne i tanke serije cilindara u skladu s ovim konvencijama tako da kupci mogu promijeniti dobavljača bez ponovnog projektiranja montaže.

Kontrolni popis za prednarudžbu za dizajn pneumatskog cilindra

Prije nego što se model cilindra popravi, prođite kroz ovaj kontrolni popis. Svaka stavka je input dizajna, a preskakanje jednog obično se pokazuje kao greška na terenu ili skupa narudžba za promjenu.

• Aksijalno opterećenje za izvlačenje i uvlačenje, plus faktor sigurnosti 1,25–1,5.
• Tlak napajanja dostupan na otvoru cilindra, ne samo na kompresoru.
• Duljina hoda jednako putu plus krajnje margine.
• Brzina i vrijeme ciklusa , s ventilom Cv i veličinama otvora provjerenim kao jednim krugom.
• Montažna obitelj odabrani za smjer potiska i geometriju stroja.
• Bočna opterećenja eliminirati ili prenijeti na dizajn vođenog cilindra.
• Amortizacija usklađena s kinetičkom energijom na kraju hoda.
• okoliš : raspon temperature, vlažnost, ispiranje ili izloženost prašini.
• Senzor položaja : magnetski klip s magnetskom sklopkom ili vanjski linearni senzor.
• Plan održavanja : ponovna spona ili zamjenjivi cilindar uloška.

Često postavljana pitanja o dizajnu pneumatskog cilindra

Kako izračunati silu koju pneumatski cilindar može proizvesti?

Koristite F = P × A, gdje je A efektivna površina klipa. Za provrt od 63 mm pri 0,6 MPa, teoretska rastezljiva sila je 1,870 N. U praksi, primijenite učinkovitost od 75-90% da biste uzeli u obzir trenje brtve, zatim primijenite faktor sigurnosti od 1,25-1,5 za dinamička opterećenja.

Koja veličina provrta mi je potrebna za opterećenje od 500 kg?

Opterećenje od 500 kg koje djeluje otprilike 4900 N zahtijeva oko 6125 N teorijske sile pri 0,6 MPa kada se pretpostavi učinkovitost od 80%. Provrt od 100 mm daje 4712 N, što nije dovoljno; provrt od 125 mm daje 7363 N, što je dovoljno. Uvijek provjerite i hod uvlačenja, jer šipka smanjuje efektivnu površinu.

Koji je dizajn cilindra najbolji za duge hodove?

Cilindri bez poluge najbolji su izbor za hodove veće od otprilike 500 mm jer je ugradbena duljina otprilike upola manja od duljine šipkastog cilindra. Koristite dizajn s magnetskom spregom za lagano, čisto rukovanje i mehanički spojeni dizajn za teža opterećenja ili okomite pomake gdje klizanje nije prihvatljivo.

Zašto moj cilindar otkazuje zbog bočnog opterećenja iako je sila ispravna?

Budući da bočno opterećenje stvara moment savijanja na šipki i prednjem ležaju koji nikakva količina aksijalne sile ne može kompenzirati. Čak i bočna sila od nekoliko postotaka nazivnog potiska skraćuje vijek trajanja ležaja i brtve. Rješenje je da potisak bude poravnat sa središnjom crtom šipke ili da se koristi dizajn vođenog cilindra.

Može li standardni pneumatski cilindar držati teret u srednjem hodu?

Ne. Komprimirani zrak je kompresibilan, tako da standardni cilindar s dvostrukim djelovanjem ne može držati fiksni položaj pod promjenjivim opterećenjem. Upotrijebite mehaničku bravu šipke, cilindar za zaključavanje ili vanjsku kočnicu kada je potrebno zadržavanje na sredini hoda.

Koja je razlika između jednoradnih i dvoradnih cilindara?

Cilindar s jednostrukim djelovanjem koristi zrak za kretanje u jednom smjeru i oprugu za povratak, što pojednostavljuje strujni krug, ali ograničava hod i troši energiju opruge pri povratku. Cilindar s dvostrukim djelovanjem koristi zrak u oba smjera, dajući potpunu kontrolu sile, brzine i amortizacije u oba smjera — standardni izbor za većinu automatizacije.