Pneumaattisen sylinterin suunnitteluopas: poraus, isku, asennus, iskunvaimennus ja valinta

Mikä pneumaattisen sylinterin suunnittelu todella päättää

Pneumaattisen sylinterin tilaava koneenrakentaja aloittaa yleensä yhdestä numerosta: sen kuorman massasta, jota sylinterin on siirrettävä. Mutta itse sylinterin rakenne – poraus, rakenneperhe, kiinnitys, pehmustus ja tiivistysjärjestelmä – ratkaisee, liikkuuko kuorma luotettavasti kymmenen miljoonan syklin ajan vai epäonnistuuko se ensimmäisen vuoden sisällä. Hyvä pneumaattisen sylinterin suunnittelu ei ole yksittäinen kaava; se on päätösketju, jonka kaikkien on pysyttävä yhdenmukaisina hakemuksen kanssa.

Suora vastaus: pneumaattisen sylinterin suunnittelu on porauksen halkaisijan, iskunpituuden, rakennetyypin, asennus-, pehmuste- ja tiivistemateriaalin systemaattista sovittamista kuormaan, käytettävissä olevaan ilmanpaineeseen, vaadittuun kiertoaikaan ja työympäristöön. Kun nämä kuusi arvoa vastaavat sovellusta, kaikki muu – voimakaaviot, lisävarusteluettelot, anturin sijoitus – muuttuu yksityiskohtatyöksi.

Tämä on sama suunnittelulogiikka CKT Pneumatic koskee kaikkia valmistamiamme ja itse testaamiamme sylinterisarjoja. Alla oleva ohje on kirjoitettu tuosta suunnittelun näkökulmasta, ja siinä on tärkeitä numeroita ja kompromisseja todellisella piirustuspöydällä.

Aloita kuormituksella: porauskoon ja voiman laskenta

Jokainen sylinterisuunnittelu alkaa voimavaatimuksesta. Kaksitoiminen sylinteri tuottaa voimaa kohdistamalla paineilmaa männän alueelle, joten teoreettinen voima on yksinkertainen: F = P × A, jossa P on ylipaine pascaleina ja A on tehollinen männän pinta-ala neliömetrinä. Jatketun iskun osalta A = (π/4) × D².

Toimiva esimerkki numeroiden ankkuroimiseksi

Tarkastellaan 63 mm:n sylinteriä, joka toimitetaan 0,6 MPa:lla. Männän pinta-ala on (π/4) × (0,063 m)² = 0,00312 m². Kertomalla 600 000 Pa:lla saadaan 1 870 N teoreettisesta laajennusvoimasta . Koska tiivisteet, tankojen tiivisteet ja piirien painehäviöt imevät energiaa, käytännön voima on normaalisti 75–90 % teoreettisesta arvosta, joten suunnittelija voi luottaa jatkuvaan käyttöön noin 1 400–1 680 N. Sama suuruusluokka näkyy Power & Motionin "Pneumatic Sylinder Design Factors" -ohjeissa olevissa voimakaavioissa ja koko toimialalla käytetyissä valintatiedoissa.

Vetovoima ei ole koskaan sama kuin ulosvetovoima

Paluuiskulla sauva vie osan reiästä, joten tehollinen pinta-ala on pienempi. 63 mm:n reiän, jossa on 20 mm sauva, sisäänvetoala on (π/4) × (0,063² − 0,020²) = 0,00281 m², mikä tuottaa 0,6 MPa:lla vain 1 685 N. Jos paluuisku kantaa raskaampaa kuormaa, mitoi reikä poistumisnopeudesta ennenaikaisena palautusalueena ja takaisinvetämisvirhettä käyttämällä tangon yhteistä palautusvirhettä. sauvan tiivisteen kuluminen.

Kun olet laskenut ihanteellisen porauksen, lisää suunnittelumarginaali. Turvallisuuskerroin 1,25–1,5 yli teoreettisen voiman on vakiona dynaamisissa sovelluksissa ; marginaali vaimentaa paineenvaihteluita, tiivisteiden kulumista ja todellisissa koneissa ilmeneviä nopeusvaikutuksia.

Työhön sopivan rakennusperheen valitseminen

Sylinterin rakenne – miten putki, päätykappaleet ja tanko pidetään yhdessä – määrittää sen kattaman porausalueen, kuinka helppoa se on korjata ja kuinka paljon sivukuormitusta se kestää. Käytännön näkymä sisäosista Tarkempi katsaus pneumaattisten sylintereiden anatomiaan selittää putken, kannen, pään, männän ja tiivisteiden roolin. Teollista muotoilua hallitsevilla kolmella perheellä on jokaisella oma logiikkansa.

Raidetangon sylinterit: teollinen oletus

Raidetangon sylinterit kiinnittävät päätykappaleet pitkillä pulteilla, jotka kulkevat rungon koko pituudelta. Ne kattavat laajimman porausalueen, tyypillisesti 32-320 mm, ne voidaan purkaa tiivisteen vaihtoa varten ja ne kestävät suurimmat työntövoimat. SC-sarjan raidetangon sylinterit noudata tätä rakennetta, ja se on edelleen luettelomme tarkin tuoteperhe, koska se on helppo asentaa, helppo korjata ja helppo yhdistää ISO-lisävarusteiden kanssa.

SC-sarjan (raidetankotyyppi) vakiosylinterien toimittajat, OEM/ODM-tehdas - Zhejiang CKT Pneumatic on kiinalainen tukkumyyjä SC Series (Tie Rod Type) vakiosylinterien toimittaja ja OEM/ODM-tehdas, 1. Männän tiiviste käyttää ... Näytä tuote →

Pyöreärunkoiset sylinterit: kompaktit ja kustannustietoiset

Pyöreärunkoisissa sylintereissä, joiden reikä on tyypillisesti 8-25 mm, käytetään vedettyä tai valssattua putkea kierteitetyillä päätykappaleilla. Ne ovat kevyitä, edullisia ja ihanteellisia pienten koneiden lyhyttahtiliikkeisiin. Kompromissi on pienempi sivukuormituskyky ja vähän tai ei ollenkaan säädettävää pehmustetta, joten ne tulisi varata puhtaaseen, aksiaaliseen liiketehtävään.

Profiilisylinterit: rakennettu nykyaikaisiin anturiraskaisiin koneisiin

Profiilisylintereissä käytetään suulakepuristettua alumiinirunkoa, jossa on integroidut ilma-aukot ja anturiraot. Niiden tärkein suunnitteluetu on integrointi: magneettikytkimet kiinnittyvät koloihin, venttiilit voidaan kallistaa suoraan runkoon ja tasaiset pinnat tekevät koneasennuksesta paljon puhtaamman kuin pyöreät putket. Ne ovat oletusarvoja nykyaikaisilla kokoonpano- ja pakkauslinjoilla, joissa anturit, jakoputket ja suojukset kiinnitetään itse toimilaitteeseen.

Iskun pituus, nopeus ja sykliaika

Aseta veto marginaaleilla, älä tarkkalla liikeradalla

Nimellisiskun tulee olla yhtä suuri kuin vaadittu liike ja marginaali molemmissa päissä, normaalisti 5–10 mm per pää. Pystysuuntaisissa sovelluksissa lisää myös tyynyn tai puskurin täysi puristus. Jos mäntä laskeutuu päätykannen pohjaan jokaisen iskun lopussa, sylinteri kuluu paljon nopeammin kuin mikään luettelon käyttöikä ehdottaa. 10 mm liian lyhyt isku voi muuttaa 10 miljoonan syklin suunnittelun 200 000 jaksoa kestäväksi korjaustuotteeksi.

Eipeus riippuu koko piiristä, ei yksin sylinteristä

Sylinterin nopeus asetetaan yhdessä reiän, venttiilin virtauskertoimen, portin koon ja syöttöjohdon mukaan. Hyvin tasapainotettu piiri pyörittää vakiosylinteriä noin 0,1–0,6 m/s. Kuten Fluid Power Worldin suunnittelijan oppaassa todetaan, U-kuppisuljetun männän voidaan odottaa käyvän yli 20 tuumaa sekunnissa – noin 0,5 m/s – ilman liiallista kitkaa tai voiteluongelmia. Jos tavoite on 1 m/s tai korkeampi, venttiili on suurennettava ja aukko suunniteltava uudelleen yhdessä sylinterin kanssa; sylinteri ei yksin voi luoda nopeutta.

Jakson aika arvioidaan yksinkertaisella menettelyllä:

1. Määritä liike ja lisää vetomarginaali.
2. Aseta keskinopeus ulos- ja sisäänvetosuuntaan.
3. Laske aika suuntaa kohti jaettuna nopeudella.
4. Lisää viipymäaika ja venttiilin vasteaika saadaksesi täyden syklin ajan.

Konkreettisena esimerkkinä 300 mm:n isku nopeudella 0,5 m/s kestää 0,6 s kumpaankin suuntaan; 0,2 s viiveellä koko ojenta-sisäänveto -sykli on noin 1,4 s, mikä vastaa noin 43 sykliä/min. Jos kone vaatii 60 kierrosta/min, joko nopeuden on noustava noin 0,6 m/s kumpaankin suuntaan tai iskun tulee kutistua – ja molemmat muutokset vaikuttavat venttiilin kokoon, iskunvaimennuksen ja asennuksen jäykkyyteen.

Asennustyylit ja kohdistusvirheen hinta

Neljä kiinnitysperhettä, neljä kohdistuskäyttäytymistä

• Jalkatelineet ovat yksinkertaisimpia ja edullisimpia, mutta runko voi taipua kuormituksen alaisena, joten kohdistus riippuu täysin koneen rungosta.
• Laippakiinnikkeet (pää tai taka) ovat jäykkiä ja soveltuvat korkean työntövoiman sovelluksiin, joissa sylinterin runko ei saa liikkua.
• Clevis kiinnikkeet antaa sylinterin heilua yhdessä tasossa, mikä on välttämätöntä, kun tanko kulkee kaaria pitkin vivuston läpi.
• Kiinnikkeet (keskellä tai takana) tukevat runkoa molemmilta puolilta ja ovat paras valinta raskaille sylintereille, jotka tarvitsevat hallitun nivelen.

Sivukuormat ovat yleisin syy sylinterin suunnittelun epäonnistumiseen

Kun työntövoima ei ole tangon keskiviivaa pitkin, tangon ja etulaakerin on otettava vastaan taivutusmomentti. Jopa sivuvoima, joka on vain muutama prosentti nimellistyöntövoimasta, lyhentää laakerin ja tiivisteen käyttöikää huomattavasti. Tästä syystä sekä Machine Designin valintaohjeet että Power & Motionin sylinterin suunnittelutekijät vaativat sylinterin työntövoiman pitämistä mahdollisimman lähellä männän varren keskilinjaa.

Kun geometria pakottaa siirtymän, oikea vastaus on ohjattu rakenne – moniakselinen sylinteri, liukusylinteri tai kompakti sylinteri ohjaustangolla – sen sijaan, että valitsisi vain suuremman vakiosylinterin. Isompi reikä luo enemmän voimaa, mutta ei korjaa taivutusmomenttia.

Kompakti sylinterirakenne ahtaisiin tiloihin

Kun koneen kirjekuori on kiinteä, pienikokoiset sylinterit ovat vakioratkaisu. Ne noudattavat samaa voimalogiikkaa kuin täysikokoiset sylinterit, mutta pakkaavat männän ja varren lyhyen rungon sisään, joka on yleensä valmistettu ISO 21287 -standardin mukaisesti. Suurin suunnittelukompromissi on isku: erittäin lyhyt runko ei voi ohjata pitkää tankoa ilman ylimääräistä laakeritukea, joten useimmat kompaktit mallit toimivat parhaiten alle 100–150 mm:n iskunpituuksilla.

Missä kompaktit sylinterit ansaitsevat tilansa

Kiinnitys, indeksointi, syöttö ja osan irrotus ovat kaikki lyhyttahtisia, korkean työkierron töitä. Raidetangon sylinterin vaihtaminen kompaktiin runkoon voi säästää 30–50 mm akselia kohden; kuuden tai kahdeksan akselin koneessa tämä tallentaminen muuttaa koko rungon ja suojauksen asettelua. Kompakti runko vähentää myös liikkuvaa massaa, mikä alentaa liike-energiaa iskun lopussa ja mahdollistaa nopeamman pyöräilyn samalla venttiilillä.

Pidä ohjaustoiminto erillään voimatoiminnosta

Koska kompakti runko tarjoaa rajoitetun tangon tuen, älä koskaan odota kompaktin sylinterin vaimentavan taivutusmomentteja. Puhdasta aksiaalista liikettä varten pelkkä kompakti runko on täysin riittävä - CQ2-sarjan kompaktit ohuet sylinterit hoitaa puristus- ja työntötehtävät hyvin. Aina kun rakenne synnyttää akselin ulkopuolisen tai momenttikuorman, siirry ohjattuun versioon, kuten CQM:iin, jossa on ohjaustanko, tai liukusylinteriperheeseen, jossa on oma lineaariohjain.

CQ2-sarjan ohut sylinteritoimittajat, OEM/ODM-tehdas - Zhejiang CKT Pneumatic Co. CKT Pneumatic on Kiinan tukkumyyjä CQ2-sarjan ohutsylintereiden toimittajat ja OEM/ODM-tehdas, 1. Magneettinen kytkin ei työnty esiin: Edellinen... Näytä tuote →

Tankoton sylinterimuotoilu pitkille iskuille

Varrettomat sylinterit ratkaisevat klassisen suunnitteluongelman: kuorman siirtämisen pitkällä iskulla ilman, että koneesta ulkonee tanko. Koska vaunu kulkee männän mukana, asennuspituus on suunnilleen puolet samalla iskulla toimivan tankotyyppisen sylinterin pituudesta. Suunnitteluperheitä on kaksi, ja niiden välillä valitseminen on todellinen insinöörin kompromissi.

Magneettisesti kytketyt sauvattomat sylinterit

Magneettisessa rakenteessa vahvoilla magneeteilla varustettu mäntä vetää ulkoisen kelkan putken seinämän läpi. Mekaanisen uran puuttuminen pitää suunnittelun puhtaana ja taloudellisena, mutta kytkin voi luistaa, kun vaunu kohtaa iskukuormituksen tai käsittelee raskaan pystysuoran massan. Nämä sylinterit sopivat kevyeen käsittelyyn ja keräilytyöhön, tyypillisesti jopa 2–3 metrin iskuilla.

Mekaanisesti nivelletyt sauvattomat sylinterit

Mekaanisesti nivelletty sylinteri yhdistää männän suoraan vaunuun ruostumattomalla teräsnauhalla tiivistetyn raon kautta. Se siirtää suurempia voimia molempiin suuntiin eikä luista, mikä on välttämätöntä pystysuuntaisissa liikkeissä. MY1B mekaaniset sauvattomat sylinterit ovat edustava esimerkki tästä perheestä suunnittelijoille, jotka tarvitsevat toistettavaa sijoittelua raskaammalla hyötykuormalla.

MY1B-sarjan mekaaniset sauvaton sylinteri (perustyyppi) toimittajat, OEM/ODM Fa CKT Pneumatic on kiinalainen tukkumyyjä MY1B-sarjan mekaanisen sauvattoman sylinterin (perustyyppi) toimittaja ja OEM/ODM-tehdas, MY1B-sarja ... Näytä tuote →

Pehmustus: Iskun loppushokin suunnittelu

Iskun lopussa suurin osa mekaanisesta kulumisesta tapahtuu. Päätykannen kohdalla männän tulee haihduttaa liike-energiaa E = 0,5 × m × v². Nopeudella 0,5 m/s liikkuva 50 kg vaunu kantaa 6,25 joulea liike-energiaa ; ilman pehmustetta, korkki ja tiivisteet absorboivat energian millisekunneissa.

Käytännön sääntö: alle 0,1 m/s kevyillä kuormilla riittää kumi- tai polyuretaanipuskuri; 0,1 - 0,5 m/s kohtuullisilla kuormituksilla säädettävät pneumaattiset tyynyt ovat vakiona; asenna ulkoinen hydraulinen iskunvaimennin suuremmilla nopeuksilla tai raskaalla kuormituksella. Pehmusteen sovittaminen todelliseen kineettiseen energiaan on osa sylinterin suunnittelua, ei jälkikäteen.

Tiivisteet, lämpötila ja ilmanlaatu

Tiivistemateriaali määrittelee käyttöikkunan

Vakiosylintereissä käytetään NBR-tiivisteitä, joiden lämpötila on tyypillisesti -20 °C - 80 °C. FKM (Viton) tiivisteet laajentavat ylärajan noin 200 °C:een, mikä on tärkeää kuivauslinjoissa ja uunin ovisovelluksissa. Polyuretaanipyyhkimet ovat yleinen lisä pölyisissä ympäristöissä. Tiivisteen rakenne vaikuttaa myös nopeuteen: U-kuppitiivisteet antavat positiivisen tiivistyksen pienillä nopeuksilla, kun taas dynaamiset O-renkaat ovat suositeltavia nopeassa pyöräilyssä, koska ne aiheuttavat vähemmän kitkaa.

Likainen ilma lyhentää sylinterin käyttöikää enemmän kuin mikään muu

Suurin osa sylinterin kulumisesta alkaa saastuneesta paineilmasta. Vesi, jäännöskompressoriöljy ja hienot hiukkaset tunkeutuvat putkeen ja tuhoavat tankojen tiivisteet. Modulaarisen F.R.L. Yksikkö, jossa on 5 µm suodatin ja oikea kosteuserotus käyttöpaikassa, pidentävät sylinterin käyttöikää enemmän kuin sylinterin merkin vaihtaminen. Painetta, virtausta ja tiivistystä on käsiteltävä järjestelmänä alkaen ilmankäsittelyyksiköstä ja päättyen poistoaukkoon.

Standardit, jotka muokkaavat pneumaattisen sylinterin suunnittelua

Suunnittelussa on kyse myös vaihtokelpoisuudesta. Lähes jokainen maailmanlaajuisesti myytävä pneumaattinen sylinteri noudattaa yhtä kolmesta ISO-mittastandardista, ja rakennusperhe määräytyy yleensä standardin mukaan. Alla olevat porausalueet heijastavat alan yleistä tulkintaa, jota on käytetty Tamesonin pneumaattisten sylinterien yleiskatsauksessa ja vastaavissa lähteissä.

ISO-yhteensopivan sylinterin hankkiminen tarkoittaa, että toisen merkin vaihtoyksikkö putoaa yleensä samoihin kiinnikkeisiin ilman koneen uudelleenpiirtämistä. Epätyypillinen isku tai mukautettu sauvan pituus sitä vastoin tarkoittaa yleensä pidempää toimitusaikaa ja korkeampaa hintaa, joten tarkista luettelon iskualue ennen mallin jäädyttämistä. kanssa yli kahden vuosikymmenen kokemus pneumaattisten komponenttien valmistuksesta , rakennamme standardi- ja ohut sylinterivalikoimamme näiden käytäntöjen mukaisesti, jotta asiakkaat voivat vaihtaa toimittajaa ilman asennusta uudelleen.

Ennakkotilauksen tarkistuslista pneumaattisten sylinterien suunnitteluun

Ennen kuin sylinterimalli korjataan, käy läpi tämä tarkistuslista. Jokainen tuote on suunnittelusyöte, ja sen ohittaminen näkyy yleensä kenttävirheenä tai kalliina muutostilauksena.

• Aksiaalinen kuorma ulos- ja sisäänvetämiselle sekä turvakerroin 1,25–1,5.
• Syöttöpaine saatavilla sylinteriportissa, ei vain kompressorissa.
• Iskun pituus yhtä suuri kuin matka plus loppumarginaalit.
• Nopeus ja sykliaika , venttiilin Cv ja porttien koot tarkistettu yhtenä piirinä.
• Asennusperhe valittu työntösuunnan ja koneen geometrian mukaan.
• Sivukuormat poistettu tai siirretty ohjatun sylinterin malliin.
• Pehmustus sovitettu kineettiseen energiaan iskun lopussa.
• Ympäristö : lämpötila-alue, kosteus, pesu tai pölyaltistus.
• Asennon tunnistus : magneettinen mäntä magneettikytkimellä tai ulkoinen lineaarinen anturi.
• Huoltosuunnitelma : uusittava raidetanko tai vaihdettava patruunan sylinteri.

Usein kysyttyjä kysymyksiä pneumaattisten sylinterien suunnittelusta

Kuinka lasken voiman, jonka pneumaattinen sylinteri voi tuottaa?

Käytä F = P × A, jossa A on tehollinen männän pinta-ala. 63 mm:n reiällä 0,6 MPa:lla teoreettinen venymisvoima on 1 870 N. Käytännössä tiivisteen kitkan huomioon ottamiseksi käytetään 75–90 %:n hyötysuhdetta ja dynaamisille kuormituksille turvakerrointa 1,25–1,5.

Minkä koon tarvitsen 500 kg:n kuormaan?

500 kg:n kuorma, joka kohdistaa noin 4 900 N, vaatii noin 6 125 N teoreettista voimaa 0,6 MPa:lla, kun oletetaan 80 %:n hyötysuhde. 100 mm:n reikä antaa 4 712 N, mikä ei riitä; 125 mm:n reikä antaa 7 363 N, mikä on riittävä. Tarkista aina myös sisäänvetoisku, koska sauva pienentää tehollista pinta-alaa.

Mikä sylinterimalli on paras pitkille iskuille?

Tankottomat sylinterit ovat paras valinta noin 500 mm:n iskunpituuksille, koska asennuspituus on noin puolet sauvamaisen sylinterin pituudesta. Käytä magneettikytkettyä rakennetta kevyeen, puhtaaseen käsittelyyn ja mekaanisesti nivellettyä rakennetta raskaammille kuormille tai pystysuuntaisille liikkeille, joissa liukuminen ei ole hyväksyttävää.

Miksi sylinterini ei toimi sivukuormituksen takia, vaikka voima on oikea?

Koska sivukuormitus luo tankoon ja etulaakeriin taivutusmomentin, jota mikään aksiaalivoima ei pysty kompensoimaan. Jopa muutaman prosentin sivuvoima nimellistyöntövoimasta lyhentää laakerin ja tiivisteen käyttöikää. Korjaus on, että työntövoima pidetään tangon keskilinjassa tai käytetään ohjattua sylinterimallia.

Kestääkö tavallinen pneumaattinen sylinteri kuorman keskitahdissa?

Ei. Paineilma on kokoonpuristuvaa, joten tavallinen kaksitoiminen sylinteri ei voi pitää kiinteää asentoa vaihtelevalla kuormituksella. Käytä mekaanista tankilukkoa, lukitussylinteriä tai ulkoista jarrua, kun tarvitaan pitoa puolivälissä.

Mitä eroa on yksi- ja kaksitoimisilla sylintereillä?

Yksitoimisylinteri käyttää ilmaa liikkumiseen yhteen suuntaan ja jousta palatakseen, mikä yksinkertaistaa piiriä, mutta rajoittaa iskua ja kuluttaa jousienergiaa paluussa. Kaksitoiminen sylinteri käyttää ilmaa molempiin suuntiin, mikä antaa täyden hallinnan voimasta, nopeudesta ja pehmusteesta molempiin suuntiin – vakiovalinta useimmille automaatioille.