What Pneumatic Cylinder Design Really Decides
Výrobca stroja, ktorý si objedná pneumatický valec, zvyčajne začína jedným číslom: hmotnosťou nákladu, ktorým musí valec pohybovať. Ale samotný dizajn valca – vŕtanie, konštrukčná skupina, upevnenie, tlmenie a tesniaci systém – rozhoduje o tom, či sa toto zaťaženie spoľahlivo pohybuje počas desiatich miliónov cyklov alebo zlyhá počas prvého roka. Dobrý dizajn pneumatického valca nie je jediný vzorec; je to reťaz rozhodnutí, ktoré všetky musia zostať v súlade s aplikáciou.
Priama odpoveď: konštrukcia pneumatického valca je systematické prispôsobenie priemeru otvoru, dĺžky zdvihu, typu konštrukcie, montáže, materiálu tlmenia a tesnenia nákladu, dostupnému tlaku vzduchu, požadovanému času cyklu a pracovnému prostrediu. Akonáhle sa týchto šesť hodnôt zhoduje s aplikáciou, všetko ostatné – grafy sily, zoznamy príslušenstva, umiestnenie senzorov – sa stane detailnou prácou.
Toto je rovnaká logika dizajnu CKT Pneumatic platí pre každú sériu valcov, ktoré vyrábame a testujeme vo vlastnej réžii. Pokyny uvedené nižšie sú napísané z tohto inžinierskeho hľadiska s číslami a kompromismi, na ktorých záleží na skutočnej rysovacej doske.
Začnite so zaťažením: Veľkosť otvoru a výpočet sily
Každá konštrukcia valca začína požiadavkou na silu. Dvojčinný valec generuje silu pôsobením stlačeného vzduchu na plochu piesta, takže teoretická sila je jednoduchá: F = P × A, kde P je pretlak v pascaloch a A je efektívna plocha piesta v metroch štvorcových. Pre predĺžený zdvih platí A = (π/4) × D².
Spracovaný príklad na ukotvenie čísel
Uvažujme valec s priemerom 63 mm dodávaný s tlakom 0,6 MPa. Plocha piesta je (π/4) × (0,063 m)² = 0,00312 m². Multiplying by 600,000 Pa gives 1 870 N teoretickej vysúvacej sily . Pretože tesnenia, tesnenie tyče a tlakové straty v okruhu absorbujú energiu, praktická sila je zvyčajne 75–90 % teoretickej hodnoty, takže konštruktér sa môže spoľahnúť na približne 1 400–1 680 N pre pokračujúcu prevádzku. Rovnaká rádová veľkosť sa objavuje v silových grafoch v príručke Power & Motion „Pneumatic Cylinder Design Factors“ a vo výberových údajoch používaných v celom odvetví.
Sila sťahovania nie je nikdy rovnaká ako sila vyťahovania
Pri spätnom zdvihu tyč zaberá časť otvoru, takže účinná plocha je menšia. Vŕtanie 63 mm s 20 mm tyčou má zasúvaciu plochu (π/4) × (0,063² − 0,020²) = 0,00281 m², čo pri tlaku 0,6 MPa produkuje iba 1 685 N. Ak spätný zdvih nesie upravenú väčšiu oblasť tyče – bežnú chybu pri spätnom vŕtaní pomocou vŕtania nahor zo zasúvania nastavte ako speed and premature rod seal wear.
| Priemer otvoru (mm) | Plocha piesta (cm²) | Sila pri 0,4 MPa (N) | Sila pri 0,6 MPa (N) | Sila pri 0,7 MPa (N) |
|---|---|---|---|---|
| 32 | 8.04 | 322 | 483 | 563 |
| 40 | 12.57 | 503 | 754 | 880 |
| 50 | 19.63 | 785 | 1178 | 1374 |
| 63 | 31.17 | 1247 | 1870 | 2182 |
| 80 | 50.27 | 2011 | 3016 | 3519 |
| 100 | 78.54 | 3142 | 4712 | 5498 |
Po výpočte ideálneho vývrtu pridajte návrhovú rezervu. Pre dynamické aplikácie je štandardom bezpečnostný faktor 1,25–1,5 nad teoretickú silu ; okraj absorbuje kolísanie tlaku, opotrebovanie tesnenia a rýchlostné efekty, ktoré sa objavujú v skutočných strojoch.
Výber stavebnej rodiny, ktorá sa hodí pre danú prácu
Konštrukcia valca – ako sú rúrka, koncové uzávery a tyč držané pohromade – definuje rozsah vŕtania, ktorý môže pokryť, ako ľahko sa opravuje a aké veľké bočné zaťaženie znesie. Pre praktický pohľad na vnútorné časti, bližší pohľad na anatómiu pneumatických valcov vysvetľuje úlohu trubice, uzáveru, hlavy, piestu a tesnení. Všetky tri rodiny, ktoré dominujú priemyselnému dizajnu, majú odlišnú logiku.
Valce spojovacej tyče: priemyselné predvolené nastavenie
Tie-rod cylinders clamp the end caps with long bolts running the full length of the body. Pokrývajú najširší rozsah dier, zvyčajne 32–320 mm, dajú sa rozobrať pri výmene tesnenia a tolerujú najvyššie tlakové zaťaženie. Valce spojovacej tyče série SC postupujte podľa tejto konštrukcie a zostáva najšpecifikovanejšou skupinou v našom katalógu, pretože sa ľahko montuje, ľahko sa opravuje a ľahko sa kombinuje s príslušenstvom ISO.
Dodávatelia štandardných valcov série SC (typ spojovacej tyče), továreň OEM/ODM - Zhejiang CKT Pneumatic je veľkoobchodný dodávateľ štandardných valcov SC Series (Tie Rod Type) v Číne a továreň OEM / ODM, 1. Tesnenie piestu prijíma ... Zobraziť produkt → Round-body cylinders: compact and cost-conscious
Valce s okrúhlym telom, zvyčajne s otvorom 8-25 mm, používajú ťahanú alebo valcovanú rúrku s koncovými uzávermi so závitom. Sú ľahké, lacné a ideálne pre pohyby s krátkym zdvihom v malých strojoch. Kompromisom je nižšia kapacita bočného zaťaženia a malé alebo žiadne nastaviteľné odpruženie, takže by mali byť vyhradené pre úlohy čistého axiálneho pohybu.
Profilové valce: vyrobené pre moderné stroje s vysokou hmotnosťou
Profilové valce používajú telo z extrudovaného hliníka s integrovanými vzduchovými otvormi a štrbinami pre senzory. Ich hlavnou konštrukčnou výhodou je integrácia: magnetické spínače sa zacvaknú do štrbín, ventily sa dajú nasunúť priamo na telo a vďaka plochým povrchom je montáž stroja oveľa čistejšia ako pri okrúhlych rúrach. Sú štandardom v moderných montážnych a baliacich linkách, kde sa snímače, rozdeľovače a ochranné prvky pripájajú k samotnému pohonu.
Dĺžka zdvihu, rýchlosť a čas cyklu
Nastavte ťah s okrajmi, nie s presným zdvihom
Nieminálny zdvih by sa mal rovnať požadovanému zdvihu plus okraj na oboch koncoch, zvyčajne 5–10 mm na koniec. In vertical applications, add the full compression of the cushion or bumper as well. Ak sa piest na konci každého zdvihu vysunie na koncovom uzávere, valec sa opotrebuje oveľa rýchlejšie, ako uvádza akákoľvek katalógová životnosť. Zdvih, ktorý je o 10 mm príliš krátky, môže zmeniť dizajn s 10 miliónmi cyklov na opravu s 200 000 cyklami.
Rýchlosť závisí od celého okruhu, nie od samotného valca
Rýchlosť valca sa nastavuje spoločne vŕtaním, koeficientom prietoku ventilu, veľkosťou otvoru a prívodným potrubím. A well-balanced circuit runs a standard cylinder at roughly 0.1–0.6 m/s. Ako je uvedené v príručke dizajnéra Fluid Power World, možno očakávať, že utesnený piest v tvare U bude bežať rýchlosťou nad 20 palcov/s – približne 0,5 m/s – bez nadmerného trenia alebo problémov s mazaním. Ak je cieľová rýchlosť 1 m/s alebo vyššia, ventil sa musí zväčšiť a otvory musia byť prerobené spolu s fľašou; samotný valec nedokáže vytvoriť rýchlosť.
Čas cyklu sa odhaduje jednoduchým postupom:
- Definujte dráhu a pridajte okraj ťahu.
- Nastavte priemernú rýchlosť pre smer vysúvania a zasúvania.
- Vypočítajte čas v smere ako zdvih vydelený rýchlosťou.
- Pridajte čas zotrvania a čas odozvy ventilu, aby ste získali celý čas cyklu.
Ako konkrétny príklad možno uviesť, že zdvih 300 mm pri rýchlosti 0,5 m/s trvá 0,6 s v každom smere; s 0,2 s zotrvania je cyklus úplného vysunutia-zatiahnutia asi 1,4 s, čo zodpovedá približne 43 cyklom/min. Ak stroj vyžaduje 60 cyklov/min, rýchlosť sa musí zvýšiť na približne 0,6 m/s v každom smere alebo sa zdvih musí zmenšiť – a obe zmeny ovplyvňujú veľkosť ventilu, odpruženie a tuhosť montáže.
Štýly montáže a náklady na nesúosovosť
Four mounting families, four alignment behaviours
- Držiaky na nohy are the simplest and cheapest, but the body can flex under load, so alignment depends entirely on the machine frame.
- Prírubové držiaky (hlava alebo zadná časť) sú pevné a vhodné pre aplikácie s vysokým ťahom, kde sa telo valca nesmie pohybovať.
- Clevis montáže umožňujú, aby sa valec kýval v jednej rovine, čo je nevyhnutné, keď sa tyč pohybuje po oblúku cez spojenie.
- Čapové držiaky (v strede alebo vzadu) podopierajú telo na oboch stranách a sú najlepšou voľbou pre ťažké valce, ktoré potrebujú riadený čap.
Bočné zaťaženie je najčastejším dôvodom zlyhania konštrukcie valca
Keď línia ťahu nie je pozdĺž osi tyče, tyč a predné ložisko musia absorbovať ohybový moment. Dokonca aj bočná sila rovnajúca sa iba niekoľkým percentám menovitého ťahu merateľne skráti životnosť ložiska a tesnenia. This is why both Machine Design’s selection guidelines and Power & Motion’s cylinder design factors insist on keeping the cylinder thrust as close as possible to the centreline of the piston rod.
Keď si geometria vynúti posun, správnou odpoveďou je riadený dizajn – viacosový valec, posuvný valec alebo kompaktný valec s vodiacou tyčou – namiesto jednoduchého výberu väčšieho štandardného valca. Väčší otvor vytvára väčšiu silu, ale nerobí nič na fixáciu ohybového momentu.
Kompaktná konštrukcia valca pre stiesnené priestory
Keď je obal stroja pevný, štandardnou odpoveďou sú kompaktné valce. Riadia sa rovnakou logikou sily ako valce plnej veľkosti, ale piest a tyč sú uložené vo vnútri krátkeho tela, zvyčajne vyrobeného podľa ISO 21287. Hlavným konštrukčným kompromisom je zdvih: veľmi krátke telo nemôže viesť dlhú tyč bez dodatočnej podpory ložiska, takže väčšina kompaktných dizajnov funguje najlepšie pri zdvihoch pod približne 100–150 mm.
Kde si kompaktné valce zarobia svoj priestor
Upínanie, indexovanie, podávanie a vysúvanie dielov sú úlohy s krátkym zdvihom a vysokým cyklom. Výmena valca spojovacej tyče za kompaktné telo môže ušetriť 30–50 mm na os; on a machine with six or eight axes, that saving changes the whole frame and guarding layout. Kompaktné telo tiež znižuje pohyblivú hmotu, čo znižuje kinetickú energiu na konci zdvihu a umožňuje rýchlejšie bicyklovanie s rovnakým ventilom.
Udržujte funkciu vedenia oddelene od funkcie sily
Pretože kompaktné telo ponúka obmedzenú podporu tyče, nikdy nečakajte, že kompaktný valec absorbuje ohybové momenty. Pre čistý axiálny pohyb úplne postačuje obyčajné kompaktné telo — Kompaktné tenké valce radu CQ2 dobre zvláda upínanie a tlačenie. Kedykoľvek návrh generuje mimoosové alebo momentové zaťaženie, prejdite na riadený variant, ako je CQM s vodiacou tyčou, alebo na rodinu posuvných valcov, ktorá nesie svoje vlastné lineárne vedenie.
CQ2 Series Thin Cylinder Suppliers, OEM/ODM Factory - Zhejiang CKT Pneumatic Co. CKT Pneumatic je veľkoobchodný dodávateľ tenkých valcov série CQ2 v Číne a továreň OEM / ODM, 1. Magnetický spínač nevyčnieva: prev... Zobraziť produkt → Dizajn bezpiestového valca pre dlhé zdvihy
Bezpiestové valce riešia klasický konštrukčný problém: presun bremena na dlhý zdvih bez toho, aby tyč vyčnievala zo stroja. Pretože sa vozík pohybuje spolu s piestom, montážna dĺžka je zhruba polovičná ako dĺžka tyčového valca s rovnakým zdvihom. Existujú dve konštrukčné rodiny a výber medzi nimi je skutočným inžinierskym kompromisom.
Magneticky spojené valce bez tyče
V magnetickom prevedení ťahá piest vybavený silnými magnetmi vonkajší vozík cez stenu rúrky. Absencia mechanickej štrbiny udržuje dizajn čistý a ekonomický, ale spojka môže skĺznuť, keď sa vozík stretne s rázovým zaťažením alebo zvládne ťažkú vertikálnu hmotu. These cylinders suit light handling and pick-and-place work, with strokes typically up to 2–3 metres.
Mechanicky spojené bezpiestové valce
Mechanicky spojený valec spája piest priamo s vozíkom cez štrbinu utesnenú páskou z nehrdzavejúcej ocele. Prenáša vyššie sily v oboch smeroch a nešmýka sa, čo je nevyhnutné pre vertikálne pohyby. MY1B mechanicko-kĺbové bezpiestové valce sú reprezentatívnym príkladom tejto rodiny pre dizajnérov, ktorí potrebujú opakovateľné polohovanie s väčším užitočným zaťažením.
Dodávatelia beztyčnicového valca s mechanickým kĺbom série MY1B (základný typ), OEM/ODM Fa CKT Pneumatic je veľkoobchodný dodávateľ beztyčnicových valcov s mechanickým kĺbom série MY1B (základný typ) v Číne a továreň OEM / ODM, séria MY1B ... Zobraziť produkt → | Dizajnový prvok | Magnetic coupled | Mechanický spoj |
|---|---|---|
| Nosnosť | Nízka až stredná | Stredná až vysoká |
| Typický rozsah zdvihu | 100–3000 mm | 100–5000 mm |
| Nebezpečenstvo pošmyknutia pri nárazovom zaťažení | áno | No |
| Tesnenie a prašnosť | Čistý, nízky únik | Vyžaduje sa stierač z oceľového pásu |
| Relatívna cena | Nižšia | Vyššie |
Tlmenie: Navrhovanie rázu na konci zdvihu
Na konci zdvihu dochádza k najväčšiemu mechanickému opotrebovaniu. Na koncovom uzávere musí piest rozptýliť kinetickú energiu E = 0,5 × m × v². Preváža 50 kg vozík pohybujúci sa rýchlosťou 0,5 m/s kinetická energia 6,25 joulov ; bez odpruženia je táto energia absorbovaná v priebehu milisekúnd uzáverom a tesnením.
| Typ odpruženia | Absorpcia energie | Typické použitie |
|---|---|---|
| Pevný gumový alebo polyuretánový nárazník | Nízka | Nízka záťaž, nízka rýchlosť |
| Nastaviteľný pneumatický vankúš | Stredná | Štandardná automatizácia pri 0,1–0,6 m/s |
| Vankúš plus ventil na reguláciu rýchlosti | Stredná-high | Presné polohovanie a vertikálne zaťaženie |
| Vonkajší hydraulický tlmič | Vysoká | Vysoká speed, high mass, high cycle rates |
Praktické pravidlo: pod 0,1 m/s pri malom zaťažení postačuje gumový alebo polyuretánový nárazník; od 0,1 do 0,5 m/s pri miernom zaťažení sú štandardom nastaviteľné pneumatické vankúše; pri vyšších rýchlostiach alebo pri veľkom zaťažení namontujte externý hydraulický tlmič. Prispôsobenie odpruženia skutočnej kinetickej energii je súčasťou konštrukcie valca, nie dodatočným nápadom.
Tesnenia, teplota a kvalita vzduchu
Materiál tesnenia definuje prevádzkové okno
Štandardné valce používajú tesnenia z NBR, typicky dimenzované od -20 °C do 80 °C. Tesnenia FKM (Viton) rozširujú hornú hranicu na približne 200 °C, čo je dôležité v sušiacich linkách a aplikáciách na dverách pecí. Polyuretánové stierače sú bežným doplnkom v prašnom prostredí. Konštrukcia tesnenia tiež ovplyvňuje rýchlosť: tesnenia v tvare U poskytujú pozitívne utesnenie pri nízkych rýchlostiach, zatiaľ čo dynamické tesniace krúžky sú preferované pre vysokorýchlostné cyklovanie, pretože vytvárajú menšie trenie.
Špinavý vzduch skracuje životnosť valca viac ako čokoľvek iné
Väčšina opotrebovania valcov začína kontaminovaným stlačeným vzduchom. Voda, zvyškový olej z kompresora a jemné častice poškriabajú rúrku a zničia tesnenia tyče. Inštalácia modulárneho F.R.L. jednotka s 5 µm filtrom a správnym odlučovaním vlhkosti v mieste použitia urobí pre životnosť valca viac ako zmena značky valca. S tlakom, prietokom a tesnením sa musí zaobchádzať ako so systémom, počnúc jednotkou na prípravu vzduchu a končiac pri výstupe.
Normy, ktoré tvarujú dizajn pneumatického valca
Dizajn je aj o zameniteľnosti. Takmer každý celosvetovo predávaný pneumatický valec sa riadi jednou z troch rozmerových noriem ISO a konštrukčná skupina je zvyčajne diktovaná normou. Nižšie uvedené rozsahy vŕtania odrážajú bežnú priemyselnú interpretáciu použitú v referenčnom návode v prehľade pneumatického valca Tameson a ekvivalentných zdrojoch.
| norma ISO | Typický rozsah vŕtania | Typická konštrukcia |
|---|---|---|
| ISO 6432 | 8–25 mm | Okrúhle telo |
| ISO 15552 (predtým VDMA 24562) | 32–320 mm | Telo spojovacej tyče alebo profilu |
| ISO 21287 | 20-100 mm | Kompaktné alebo tenké telo |
Získanie valca v súlade s normou ISO znamená, že náhradná jednotka inej značky zvyčajne zapadne do rovnakých držiakov bez prekresľovania stroja. Neštandardný zdvih alebo vlastná dĺžka prúta, naopak, zvyčajne znamená dlhší dodací čas a vyššiu cenu, preto si pred zmrazením dizajnu skontrolujte katalógový rozsah zdvihu. s viac ako dve desaťročia skúseností s výrobou pneumatických komponentov , staviame naše rady štandardných a tenkých valcov podľa týchto konvencií, takže zákazníci môžu zmeniť dodávateľa bez prepracovania montáže.
Kontrolný zoznam predobjednávky pre dizajn pneumatického valca
Pred opravou modelu valca si prečítajte tento kontrolný zoznam. Každá položka je návrhový vstup a preskočenie jednej sa zvyčajne prejaví ako zlyhanie poľa alebo nákladná zmena objednávky.
- Axiálne zaťaženie pre vysúvanie a zasúvanie plus bezpečnostný faktor 1,25–1,5.
- Prívodný tlak k dispozícii na porte valca, nielen na kompresore.
- Dĺžka ťahu rovná sa cestovnému plus konečné marže.
- Rýchlosť a čas cyklu , s ventilom Cv a veľkosťou portov kontrolovaných ako jeden okruh.
- Montážna rodina zvolený pre smer ťahu a geometriu stroja.
- Bočné zaťaženie eliminované alebo prenesené do konštrukcie riadeného valca.
- Odpruženie prispôsobené kinetickej energii na konci zdvihu.
- Životné prostredie : teplotný rozsah, vlhkosť, umývanie alebo vystavenie prachu.
- Snímanie polohy : magnetický piest s magnetickým spínačom, alebo externý lineárny snímač.
- Plán údržby : prestaviteľná spojovacia tyč alebo vymeniteľný nábojový valec.
Často kladené otázky o dizajne pneumatického valca
Ako vypočítam silu, ktorú dokáže vyvinúť pneumatický valec?
Použite F = P × A, kde A je efektívna plocha piesta. Pre dieru 63 mm pri 0,6 MPa je teoretická sila predĺženia 1 870 N. V praxi použite účinnosť 75–90 % na zohľadnenie trenia tesnenia, potom použite bezpečnostný faktor 1,25–1,5 pre dynamické zaťaženie.
Aký rozmer vŕtania potrebujem na zaťaženie 500 kg?
Záťaž 500 kg pôsobiaca približne 4 900 N si vyžaduje približne 6 125 N teoretickej sily pri 0,6 MPa, keď sa predpokladá účinnosť 80 %. Vŕtanie 100 mm dáva 4 712 N, čo je málo; 125 mm vŕtanie dáva 7 363 N, čo je dostatočné. Vždy si overte aj zdvih zatiahnutia, pretože tyč zmenšuje účinnú plochu.
Ktorý dizajn valca je najlepší pre dlhé zdvihy?
Bezpístnicové valce sú najlepšou voľbou pre zdvihy nad približne 500 mm, pretože montážna dĺžka je približne polovičná ako pri tyčovom valci. Použite magneticky spojený dizajn pre ľahkú a čistú manipuláciu a mechanicky spojený dizajn pre väčšie bremená alebo vertikálne pohyby, kde je neprijateľný sklz.
Prečo môj valec zlyhá pri bočnom zaťažení, aj keď je sila správna?
Pretože bočné zaťaženie vytvára ohybový moment na tyči a prednom ložisku, ktorý nemôže kompenzovať žiadna axiálna sila. Dokonca aj bočná sila vo výške niekoľkých percent menovitého ťahu skracuje životnosť ložiska a tesnenia. Opravou je udržať ťah zarovnaný s osou tyče alebo použiť dizajn riadeného valca.
Dokáže štandardný pneumatický valec udržať záťaž v strede zdvihu?
Nie. Stlačený vzduch je stlačiteľný, takže štandardný dvojčinný valec nemôže udržať pevnú polohu pri premenlivom zaťažení. Ak sa vyžaduje držanie v strede zdvihu, použite mechanický zámok tyče, blokovací valec alebo externú brzdu.
Aký je rozdiel medzi konštrukciou jednočinného a dvojčinného valca?
Jednočinný valec využíva vzduch na pohyb v jednom smere a pružinu na návrat, čo zjednodušuje okruh, ale obmedzuje zdvih a spotrebúva energiu pružiny pri spätnom chode. Dvojčinný valec využíva vzduch pre oba smery, čím poskytuje plnú kontrolu nad silou, rýchlosťou a odpružením v oboch smeroch – štandardná voľba pre väčšinu automatizácie.
