Siłowniki. Konstrukcja siłownika. pokrywa tylna. tylne przyłącze zasilania. cylinder (profil) przednie przyłącze zasilania. tuleja tylnej amortyzacji

Transkrypt

1 - Siłowniki - Informacje podstawowe - Schemat działania siłownika - Zużycie powietrza - Obciążenie osiowe - Tłumienie (amortyzacja) w położeniu końcowym - Siła pchająca / ciągnąca - Siła sprężyny w siłownikach jednostronnego działania - Śruby mocujące - maksymalny moment obrotowy

2 Zależności fizyczne i konstrukcja siłownika Zależności fizyczne: Siłowniki wraz z kilkoma innymi elementami tworzą układy automatycznie zmieniające energię pneumatyczną na pracę. W = F x s (Praca = Siła x Przemieszczenie) Teoretyczna siła siłownika jest wprost proporcjonalna do ciśnienia zasilającego oraz powierzchni tłoka, na którą działa. F = P x S (Siła = Ciśnienie x Powierzchnia) (Przy skoku powrotnym siłownika, powierzchnia, na którą działa ciśnienie jest pomniejszona o powierzchnię tłoczyska) Rzeczywista siła siłownika powinna być obliczana wziąwszy pod uwagę poniższe zjawiska: - występowanie tarcia w uszczelnieniach podczas działania - fakt konieczności pokonania statycznego tarcia uszczelnień przed rozpoczęciem ruchu. W sytuacji gdy siłownik przez jakiś czas pozostaje w spoczynku, sprężone powietrze, znajdujące się pomiędzy uszczelnieniami a tłokiem siłownika, powoduje przesunięcie środka smarnego. W efekcie podczas działania siłownika pojawiają się suche miejsca, które mogą następnie spowodować zwiększenie współczynnika tarcia statycznego. W związku z powyższym, rzeczywista siła występująca na tłoczysku siłownika jest o około 10-15% niższa od siły teoretycznej, obliczonej na podstawie wzorów matematycznych. Konstrukcja siłownika pokrywa tylna cylinder (profil) tylne przyłącze zasilania przednie przyłącze zasilania pokrywa przednia tłoczysko tuleja tylnej amortyzacji uszczelnienie tylnej amortyzacji tłok uszczelnienia tłoka tuleja przedniej amortyzacji uszczelnienie przedniej amortyzacji uszczelnienie tłoczyska śruba regulacji amortyzacji tuleja prowadząca tłoczysko 0.31

3 OPIS DZIAŁANIA SIŁOWNIKA Cykl pracy siłownika dzieli się na 4 fazy: faza startu, faza przyspieszenia, faza stała, faza hamowania. Na poniższym rysunku przedstawiono siłownik w spoczynku ( tłoczysko wsunięte) podłączony do zaworu 5/ (także będącego w spoczynku) gdzie port 1 połączony jest z portem : P1=ciśnienie atmosferyczne P=ciśnienie w obwodzie (Pr) poziom ciśnienia zasilania Ciśnienie P1 P start przyspieszanie faza stała faza hamowania - amortyzacji na końcu skoku czas Faza startu: - polega na uruchomieniu zaworu 5/ gdzie przyłącze 1 połączone jest z przyłączem 4 co zwiększa ciśnienie w tylnej komorze siłownika; w wyniku tego ciśnienie P1 wzrasta, a w tym czasie z przedniej komory siłownika powietrze pod wpływem ciśnienia wychodzi przez przyłącze 3 (przyłącze połączone z 3), co w efekcie zmniejsza ciśnienie P. - teoretycznie gdy P1 osiąga tę samą wartość co P siłownik mógłby się poruszyć, jednakże w rzeczywistości musi on pokonać jeszcze opór tarcia i obciążenie. Kiedy w wyniku różnicy ciśnień siłownik pokona tarcie i obciążenie zacznie się poruszać. Faza przyspieszenia: Maksymalna prędkość osiągana jest przy około 15-30% skoku siłownika i jest odwrotnie proporcjonalna do objętości komory wylotowej tj. siłownika. Dlatego też, biorąc pod uwagę elementy o takiej samej średnicy tłoka im krótszy skok tym większe przyspieszenie. Faza stała: 07 Prędkość siłownika nie jest zawsze stała i zależy od wielu czynników takich jak: tarcie, obciążenie, miejsca montażu, przepływu zaworu, itp. Prędkość tę można kontrolować przez regulowanie natężenia przepływu wylotowego, mając na uwadze konieczność stosowania zaworu z możliwie największą możliwą prędkością przepływu (patrz punkt 09 - Dobór silnika i zaworu) ponieważ w innym wypadku regulowana prędkość byłaby niższa od maksymalnej możliwej prędkości zaworu. Faza hamowania: Jest ostatnim etapem skoku gdy regulowany jest wylot z przedniej komory. W tych warunkach P rośnie i przeciwdziała P1 zmniejszając prędkość urządzenia do końca skoku, w którym P1 osiągnie maksymalną wartość podaną przez dopływ powietrza, a P zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym. 0.3

4 ZUŻYCIE POWIETRZA W SIŁOWNIKU Zużycie powietrza odpowiada objętości powietrza zużytego przez siłownik w ciągu jednego cyklu pracy (skok w jedną i drugą stronę) przy określonym ciśnieniu. ZUŻYCIE= Pa x C x (A+b) Pa= Ciśnienie całkowite (bar) C= siłownika (dm) A= Pole powierzchni tłoka ( w dm ) - zob. tab. 1 b= Pole pow. tłoka pomniejszone o powierzchnię tłoczyska ( w dm ) zob. tab. Zużycie powietrza jest mierzone w litrach Normalnych (Nl) gazu potrzebnej do wypełnienia przy ciśnieniu atmosferycznym. co odpowiada objętości określonej ilości (masy) Przykład obliczeń: ISO 1555 siłownik - seria 1319: Ciśnienie zasilające: 6 bar (Pa=7 bar) skok: 50mm (C=0,5 dm) tłok: Ø63 (A=0,31157 dm ) tłoczysko: Ø0 mm (b=0,8017 dm ) Zużycie = 7 (bar) x 0,5 (dm) x (0, ,8017) =,07 Nl (W celu obliczenia zużycia powietrza dla określonej liczby cykli wystarczy pomnożyć powyższą wartość przez liczbę cykli) Pole powierzchni tłoka Ø tłoka A Różnica pól powierzchni tłoka siłownika/ tłoczyska Ø Ø tłoka Ø 8 0,0050 dm Ø 8 - Ø 4 0,00377 dm Ø 10 0,00785 dm Ø 10 - Ø 4 0,00659 dm Ø 1 0,01130 dm Ø 1 - Ø 6 0,048 dm Ø 16 0,0010 dm Ø 16 - Ø 6 0,0177 dm Ø 0 0,03140 dm Ø 0 - Ø 8 0,0638 dm Ø 5 0,04906 dm Ø 5 - Ø 10 0,0411 dm Ø 3 0,038 dm Ø 3 - Ø 1 0,069 dm Ø 40 0,1560 dm Ø 40 - Ø 14 0,1101 dm Ø 50 0,1965 dm Ø 40 - Ø 16 0,10550 dm Ø 63 0,31157 dm Ø 40 - Ø 18 0,10017 dm Ø 80 0,5040 dm Ø 50 - Ø 14 0,186 dm Ø 100 0,78500 dm Ø 50 - Ø 18 0,17 dm Ø 15 1,656 dm Ø 50 - Ø 0 0,16485 dm Ø 160,00960 dm Ø 63 - Ø 0 0,8017 dm Ø 00 3,14000 dm Ø 63 - Ø 0,7357 dm tab.1 Ø 80 - Ø 0,46441 dm - Ø tłocz. b Ø 80 - Ø 5 0,45334 dm Ø Ø 5 0,73594 dm Ø Ø 30 0,71435 dm Ø 15 - Ø 30 1,15591 dm Ø 15 - Ø 3 1,14618 dm Ø Ø 40 1,88400 dm Ø 00 - Ø 40 3,01440 dm tab. 0.33

5 Dopuszczalne obciążenie osiowe (długość wyboczeniowa) To maksymalna wartość obciążenia jaka może oddziaływać osiowo na koniec tłoczyska. Powyżej tej wartości tłoczysko może się odgiąć pod wpływem nacisku. Wartość dopuszczalnego obciążenia zależy od kilku czynników takich jak wielkość obciążenia, średnica tłoczyska, odległości, na którą działa obciążenie ( długość wyboczeniowa L) oraz warunków w jakich obciążenie działa ( mocowanie siłownika ). Wśród wszystkich czynników, najczęściej spotykane są poniższe 3: Przykład 1 Przykład Siłownik umocowany na stałe Siłownik mocowany wahliwie Lo L Lo Lo Lo L L L Mocowanie za przednią/tylną flanszę Stopy mocujące Ucho przednie i głowica widełkowa Obejma wahliwa i głowica widełkowa Mocowanie wahliwe i głowica widełkowa Maksymalne obciążenie osiowe można wyznaczyć na sposoby : Metodą empiryczną ( zob. równania) lub za pomocą poniższego schematu zakładającego najgorsze możliwe warunki (przypadek 1 i ) Dla wszystkich pozostałych sposobów mocowania obciążenie osiowe będzie większe. Fk= d= L= p 3 x E x d 4 64 x L x C (N) Fk x 64 x L x C p 3 x E p 3 x E x d 4 Fk x 64 x C (cm) (cm) Np.: Weryfikacja obciążenia osiowego Taki sam wynik można osiągnąć Siłownik ø80 mm za pomocą tabeli na kolejnej stronie: Średnica tłoczyska ø0 mm jesli długość wyboczeniowa wynosi 600 mm do 900mm a średnica tłoczyska do Mocowanie w Przykładzie bezpośrednim czopem 0mm Ø wartość siły to 4000N. L0=90 mm Siła 000 N L( odległość)= 9+60=89 cm Fk= (p x,1 x 10 x ) : (64 x 89 x 5) = 4104 N ( Powyżej 000 N) Np.: wyznaczanie średnicy tłoczyska E= moduł Young a (N/cm ) 7 ( dla stali =,1x10 N/cm ) Zakładając takie same warunki jak powyżej możemy wyznaczyć odpowiednią średnicę tłoczyska, aby mogła ona wytrzymać ładunek 4000N. d= średnica tłoczyska (cm) L= długość wyboczeniowa (cm) C= czynnik bezpiecze ń. ( od,5 do 5) d = 3 7 (4000 x 64 x 89 x 5) / (p x,1 x 10 ) = cm Należy wybrać średnicę najbliższą tej wartości aż do Ø5 mm. Również w tym przykładzie można posłużyć się tabelą z kolejnej strony: zakładając długość wyboczeniową 900mm przy ładunku maks. 4000N otrzymujemy wynik Ø0 mm. Za pomocą trzeciego równania możemy natomiast policzyć długość wyboczeniową. Można ją wyznaczyć także za pomocą tabeli (nomogramu) pokazanego na kolejnej stronie. 0.34

6 Diagram obciążenia osiowego 4000 Średnica tłoczyska (mm) 3000 Ø18 Ø16 Ø0 Ø5 Ø30 Ø3 Ø40 Ø Ø Ø Ø10 Długość wyboczeniowa (mm) Ø8 Ø6 Ø TŁUMIENIE NA KOŃCACH SKOKU Tłumienie na końcach skoku ma na celu zmniejszenie energii kinetycznej powstałej przy ruchu ładunku oraz zapobieżenie uszkodzeniu urządzenia w wyniku dużej prędkości tłoków. Stosowanie siłowników bez funkcji hamowania nie jest zalecane w urządzeniach działających z dużą prędkością, chyba że dodatkowo zastosowane zostaną zewnętrzne sposoby hamowania prędkości (np. amortyzatory). Maksymalna wartość ładunku możliwa do wyhamowania zależy od prędkości elementu oraz zdolności hamujących siłownika. Poniższa tabela przedstawia wartości zgodne z ISO 1555 dla siłowników biorąc pod uwagę ruch wysuwający tłoka i zasilanie 6 bar. Wartości dopuszczalne dla poszczególnych rozmiarów to te znajdujące się poniżej każdej z linii danego rozmiaru Rozmiar otworu siłownika (mm) Prędkość tłoka (m/s) Ø5 Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 Ø15 Ø160 Ø00 Ø Siła (N) Poruszany ładunek (Kg) 0.35

7 TEORETYCZNA SIŁA PCHAJĄCA wyrażona w Newtonach (N) - tłoczysko wysuwające się Średnica tłoka (mm) Ø6 Ø8 Ø10 Ø1 Ø16 Ø0 Ø5 Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 Ø15 Ø160 Ø00 Ø50 Powierzchnia tłoka (mm ) Ciśnienie zasilające (bar) ,5 4,5 7, ,5 9, , ,5 30, ,5 4, ,57,463 3,849 6, ,5 9, , Poniższe równanie jest wykorzystywane do obliczania siły generowanej w skoku powrotnym (tłoczysko wsuwające się): F [N] =(powierzchnia tłoka - powierzchnia tłoczyska) [mm ] x Ciśnienie [bar] x 9,81 W celu wyznaczenia realnej siły siłownika należy wartość teoretyczną obniżyć o 10-15% , , , , b - różnica powierzchni tłoka i tłoczyska: Ø tłoka - Ø tłocz. b Ø 8 - Ø 4 0,377 cm Ø 10 - Ø 4 0,659 cm Ø 1 - Ø 6 0,848 cm Ø 16 - Ø 6 1,77 cm Ø 0 - Ø 8,638 cm Ø 5 - Ø 10 4,11 cm Ø 3 - Ø 1 Tabella da inserire Ø 40 - Ø 14 Ø 40 - Ø 16 Ø 40 - Ø 18 6,9 cm 11,01 cm 10,550 cm 10,017 cm Ø 50 - Ø 14 18,6 cm Ø 50 - Ø 18 17, cm Ø 50 - Ø 0 16,485 cm Ø 63 - Ø 0 8,017 cm Ø 63 - Ø 7,357 cm Ø 80 - Ø 46,441 cm Ø 80 - Ø 5 45,334 cm Ø Ø 5 73,594 cm Ø Ø 30 71,435 cm Ø 15 - Ø ,591 cm Ø 15 - Ø 3 114,618 cm Ø Ø ,400 cm Ø 00 - Ø ,440 cm 0.36

8 CHARAKTERYSTYKA SIŁOWNIKÓW JEDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA Z POWROTEM SPRĘŻYNOWYM - SIŁA POCZĄTKOWA I KOŃCOWA Mikrosiłowniki ISO seria 160 Stan początkowy (N) Siłownik niezasilony Stan końcowy (N) Siłownik zasilony sprężyna z przodu sprężyna z tyłu Ø1 Ø16 Ø0 Ø5 Ø3 Ø40 Ø50 9,9 10,8 10,8 7,9 19,7 39,3 39,3 6,5,6,6 49,1 53,0 106,0 106,0 (skok 0-40 mm) Mikrosiłowniki ISO seria 180 "MIR" Stan począ tkowy (N) siłownik niezasilony Stan koń cowy (N) siłownik zasilony sprężyna z przodu sprężyna z tyłu Ø8 Ø10 Ø1 Ø16 Ø0 Ø5 Ø3,, 4,0 7,5 11,0 16,5 3,0 4, 4, 8,7 1,0,0 30,7 5,5 ( skok 0-50 mm) Siłowniki ISO seria Stan począ tkowy (N) siłownik niezasilony Stan koń cowy (N) siłownik zasilony sprężyna z przodu sprężyna z tyłu Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 17, 4,6 51,0 51,0 98,1 98,1 41,7 83,4 114,8 114,8 194, 194, (skok 0-50 mm) Siłowniki kompaktowe krótkoskokowe sprężyna z przodu sprężyna z tyłu Ø0 Ø5 Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 Stan począ tkowy(n) siłownik niezasilony Stan koń cowy (N) siłownik zasilony 7,9 9,9 34,4 34,4 50,1 54,0 117,7 1,9 7,5 6,5 59,9 63,8 79,5 85,4 157,0 134,4 (skok 0-10 mm) Siłowniki kompaktowe Europe sprężyna z przodu sprężyna z tyłu Ø1 Ø16 Ø0 Ø5 Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 Stan począ tkowy (N) siłownik niezasilony 3,9 4,4 4,9 9,8 1,3 16,7 7,5 37,3 59,4 101,3 Stan koń cowy (N) siłownik zasilony 9,3 17,7 18,1 5,5 34,3 44,1 51,0 63,8 99,4 141,9 ( Æ1 skok 0-10 mm - Æ skok 0-5 mm) ZALECANE MOMENTY DOKRĘCANIA ŚRUB W POKRYWACH SIŁOWNIKÓW PROFILOWYCH Średnica Ø3 Ø40 Ø50 Ø63 Ø80 Ø100 Ø15 Ø160 Ø00 Moment (Nm)