Стыковка пневмодвигателя с механизмом

Если жестко соединить исполнительное звено привода, имеющее собственные опоры, и шток пневмоцилиндра, также имеющий собственные опоры, то (при всегда существующей непараллельности перемещений исполнительного звена и штока пневмоцилиндра) в опорах и того и другого возникнут дополнительные реакции аналогично реакциям, возникающим при соединении несоосных валов. Значительные реакции вызывают нестабильное трение, интенсивный износ направляющих и опор и, в худшем случае, потерю подвижности в опорах. Могут быть три способа уменьшения реакций в опорах.

Способ 1. Между штоком и исполнительным звеном должно быть установлено устройство, компенсирующее непараллельность движений. Существуют разные конструкции таких устройств-развязок, например, устройство на основе шарового шарнира и ползуна (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Соединение штока пневмоцилиндра с исполнительным звеном:

1 – ползун; 2 – шаровой шарнир;
e – линейное смещение, е = var; α – угловое смещение, α= var

Способ 2. Путем точного изготовления деталей привода и (или) путем регулировок добиваются достаточно высокой параллельности движений штока и исполнительного звена; при этом реакции в опорах сводятся к минимуму.

Способ 3. Шток соединяют с исполнительным звеном шаровым или обычным шарниром (рис. 4.16), корпус цилиндра соединяют с неподвижной стойкой шаровым или обычным шарниром.

а

б

Рис. 4.16. Качающийся цилиндр с шаровым шарниром:

а – в торце цилиндра; б – на гильзе цилиндра

В результате получают качающийся цилиндр. Шаровой шарнир цилиндра помещают в торце цилиндра или на гильзе цилиндра. Способ 3 имеет преимущественное распространение.

Выбор пневмодвигателя

При выборе любого двигателя надо помнить, что действие равно противодействию. Поэтому усилие, развиваемое двигателем, всегда равно сопротивлению присоединенного к двигателю устройства, оно не зависит от размеров двигателя, его мощности и номинального усилия, записанных в каталоге двигателей.

При выборе пневмоцилиндра прежде всего определяется внешнее усилие, преодолеваемое штоком цилиндра на прямом ходе

(4.6)

где – приведенные к штоку цилиндра на прямом ходе усилия нагрузки: технологическое, трения, возвратной пружины (если она есть, иначе ).

Минимальное усилие цилиндра

(4.7)

где h_ц – коэффициент, учитывающий силы трения внутри цилиндра, h_ц = 0,90…0,95.

Минимальная рабочая площадь цилиндра

(4.8)

где p – давление сжатого воздуха.

Соответственно диаметр поршня

(4.9)

Полученный диаметр поршня следует округлить до ближайшего большего из стандартного ряда 8, 10, 12…320 мм, затем по каталогу выбрать цилиндр нужного диаметра и с нужным ходом. Если требуется точное регулирование скорости и (или) нагрузка меняется в широких пределах, следует вычислить коэффициент нагрузки L₀, который характеризует запас по усилию пневмоцилиндра

(4.10)

где F_т – теоретическое усилие цилиндра;

S – площадь поршня;

D – диаметр поршня выбранного цилиндра.

Если окажется, что L₀ ³ 0,5…0,7, диаметр поршня следует увеличить.

При обратном ходе поршня внешнее усилие

(4.11)

где - усилия нагрузки при обратном ходе.

При расчете диаметра поршня следует учитывать, что в двухстороннем цилиндре рабочая площадь поршня в штоковой полости

(4.12)

где d – диаметр штока.

При выборе поворотного привода со встроенной зубчатой рейкой и шестерней (рис. 4.4) внешний момент, преодолеваемый приводом

(4.13)

где – приведенные к валу привода моменты нагрузки: технологической и трения.

Минимальный момент на валу привода

(4.14)

По этому моменту при известном или заданном давлении сжатого воздуха, приведенному моменту инерции нагрузки и желаемому времени поворота вала привода на заданный угол можно выбрать поворотный привод..

Минимальная рабочая площадь S_min и диаметр D_min цилиндра привода

(4.15)

где r – радиус шестерни.

Привод с поворотной лопастью выбирается аналогично приводу с механизмом рейка-шестерня.