Воздушный цилиндр двойного действия (3 видео)

По конструкции можно выделить следующие типы пневматических цилиндров.

Двухстороннего действия

С односторонним штоком
С двухсторонним штоком
Телескопический двухсторонний

С пружинным возвратом
Плунжерный пневмоцилиндр
Телескопический односторонний

Содержание

Пневмоцилиндры двухстороннего действия
Пневмоцилиндр с односторонним штоком
Конструкция пневмоцилинра
Основные понятия
Принцип действия
Иллюстрация работы пневмоцилиндра
Пневмоцилиндр с двухсторонним штоком
Телескопический пневмоцилиндр двухстороннего действия
Пневмоцилиндры одностороннего действия
Пневмоцилиндр с пружинным возвратом
Плунжерный пневматический цилиндр
Телескопический пневматический цилиндр одностороннего действия
Пневматический цилиндр — Pneumatic cylinder
Операция
Общий
Сжимаемость газов
Отказоустойчивые механизмы
Цилиндры двустороннего действия
Многоступенчатый телескопический цилиндр
Другие типы
Бесштоковые цилиндры
Дизайн
Строительство
Материал
Крепления
Размеры
Соотношение давления, радиуса, площади и силы
Напряжения стержня
Инсульт и аут
Outstroke
Инстрок
📸 Видео

Видео:Пневмоцилиндр. Конструкция и принцип работы пневматического цилиндраСкачать

Пневмоцилиндры двухстороннего действия

В пневмоцилиндрах двухстороннего действия сжатый воздух подается как в поршневую полость, так и в штоковую.

Пневмоцилиндр с односторонним штоком

Пневмоцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком получили наиболее широкое распространение, благодаря простоте конструкции, универсальности, возможности регулирования скорости прямого и обратного хода, компактности.

Конструкция пневмоцилинра

В представленной конструкции крышки и гильза стягиваются анкерами 14 (шпильками) с гайками 15.

Основные понятия

Принципиальная схема пневматического цилиндра показана на рисунке.

При описании работы пнемоцилиндра наиболее часто используются следующие термины.

Поршневая полость — камера между поршнем и задней крышкой.

Штоковая полость — пространство между поршнем и передней крышкой.

Прямой ход — движение поршня, при подаче давления в поршневую полость.

Обратный ход — движение поршня при опорожнении поршневой полости.

Активная камера — камера под давлением.

Мертвый объем — пространство, остающееся между передней и задней крышками и в крайних положениях поршня.

Эффективная площадь — площадь поршня, на которую воздействует давление сжатого воздуха.

Принцип действия

Сжатый воздух от компрессора или другого источника подается в поршневую полость пневмоцилиндра, штоковая полость в этот момент с помощью распределителя соединяется с атмосферой, давление сжатого воздуха воздействует на поршень, заставляя его перемещаться, до тех пор, пока он не упрется в переднюю крышку. Пневмоцилиндр совершает прямой ход, его шток выдвигается. Усилие, развиваемое пневмоцилиндром во время прямого хода можно вычислить, используя зависимость:

где р — давление сжатого воздуха
D — диаметр поршня

Для осуществления обратного хода необходимо подать сжатый воздух в штоковую полость, а поршневую — соединить с атмосферой. По действием давления сжатого воздуха поршень станет перемещаться, шток будет задвигаться. Усилие развиваемое пневмоцилиндром во время обратного хода можно вычислить, используя формулу:

где р — давление сжатого воздуха
D — диаметр поршня
d — диаметр штока

Направление потоков сжатого воздуха в поршневую и штоковую полости, а также соединение их с атмосферой или линией сброса осуществляется с помощью специальных устройств — пневматических распределителей.

Иллюстрация работы пневмоцилиндра

Пневмоцилиндр с двухсторонним штоком

Размеры эффективных площадей и объемы полостей при прямом и обратном ходах пневматического цилиндра различны. Это означает, что при прочих равных условия, пневмоцилиндр будет двигаться с разными скоростями, и создавать разные усилия при прямом и обратном ходах. Это не всегда желательное явление.

Если пневмоцидиндр должен действовать одинаково как при прямом, так и при обратном ходе, то используют пневмоцилиндр с двухсторонним штоком.

В пневмоприводах применяются конструкции с закрепленной гильзой или с закрепленным штоком. Во втором случае сжатый воздух подводится в рабочие полости через шток.

Телескопический пневмоцилиндр двухстороннего действия

Телескопическая конструкция, при которой, каждый последующий шток установлен внутри предыдущего, позволяет значительно уменьшить габариты пневмоцилиндра. Это актуально для тех цилиндров, у которых ход превышает диаметр поршня в 10 раз. В телескопических пневматических цилиндрах двухстороннего действия сжатый воздух в рабочие полости поступает через отверстия, выполненные в штоке.

Читайте также: Как определить что главный тормозной цилиндр неисправен

Видео:Пневматические цилиндры с автоторможениемСкачать

Пневмоцилиндры одностороннего действия

В пневмоцилиндрах одностороннего действия сжатый воздух подается только в одну полость, обратный ход осуществляется за счет пружины, или под действием внешнего воздействия.

Пневмоцилиндр с пружинным возвратом

На рисунке показан пневматический цилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом. Прямой ход осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, подводимого в полость цилиндра. Для осуществления обратного хода может использоваться пружина сжатия или растяжения. Пружина может устанавливать как в штоковой, так и в поршневой полости.

Плунжерный пневматический цилиндр

В пневоцилиндрах этого типа сжатый воздух воздействует на плунжер, заставляя его выдвигаться, преодолевая внешнее воздействие. Усилие, развиваемое плунжерным пневмоцилиндром при прямом можно вычислить, используя формулу:

где р — давление сжатого воздуха
D — диаметр плунжера

Обратный ход осуществляется под воздействием внешних сил. Плунжер может изготавливаться с внешним упором (как показано на рисунке) или без него.

Телескопический пневматический цилиндр одностороннего действия

В телескопическом цилиндре одностороннего действия сжатый воздух подводится через заднюю крышку, секции выдвигаются последовательно. Обратный ход штоков осуществляется под действием внешних сил.

Видео:Как работает пневмоцилиндр?Скачать

Пневматический цилиндр — Pneumatic cylinder

Пневматические цилиндры ( иногда называемые воздушными цилиндрами ) — это механические устройства, которые используют энергию сжатого газа для создания силы при возвратно-поступательном линейном движении.

Подобно гидроцилиндрам , что-то заставляет поршень двигаться в нужном направлении. Поршень представляет собой диск или цилиндр, и шток поршня передает развиваемую им силу на перемещаемый объект. Инженеры иногда предпочитают использовать пневматику, потому что она тише, чище и не требует большого пространства для хранения жидкости.

Поскольку рабочая жидкость представляет собой газ, утечка из пневматического цилиндра не будет вытекать и загрязнять окружающую среду, что делает пневматику более желательной там, где требуется чистота. Например, в механических куклах Disney Tiki Room пневматика используется для предотвращения попадания жидкости на людей, находящихся под куклами.

Видео:Пневмораспределитель - устройство и принцип работы.Скачать

Операция

Общий

После приведения в действие сжатый воздух входит в трубку на одном конце поршня и передает силу на поршень. Следовательно, поршень смещается.

Сжимаемость газов

Одна из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры при работе с пневматическими цилиндрами, связана со сжимаемостью газа. Было проведено множество исследований того, как можно повлиять на точность пневматического цилиндра, поскольку нагрузка, действующая на цилиндр, пытается еще больше сжать используемый газ. При вертикальной нагрузке, когда цилиндр принимает на себя полную нагрузку, точность цилиндра страдает больше всего. Исследование, проведенное в Национальном университете Ченг Кунг на Тайване, пришло к выводу, что точность составляет около ± 30 нм, что все еще находится в удовлетворительном диапазоне, но показывает, что сжимаемость воздуха влияет на систему.

Отказоустойчивые механизмы

Пневматические системы часто встречаются в условиях, когда даже редкие и кратковременные отказы системы недопустимы. В таких ситуациях замки иногда могут служить защитным механизмом в случае потери подачи воздуха (или падения его давления ) и, таким образом, устранять или уменьшать любой ущерб, возникающий в такой ситуации. Утечка воздуха из входа или выхода снижает давление на выходе.

Хотя пневматические цилиндры могут различаться по внешнему виду, размеру и функциям, они обычно относятся к одной из конкретных категорий, показанных ниже. Однако существует также множество других типов пневматических цилиндров, многие из которых предназначены для выполнения определенных и специализированных функций.

Цилиндры двустороннего действия

Цилиндры двойного действия (DAC) используют силу воздуха для движения как при выдвижении, так и при втягивании. У них есть два порта для впуска воздуха: один для прямого хода, а другой — для прямого. Длина хода для этой конструкции не ограничена, однако шток поршня более уязвим к короблению и изгибу. Также следует провести дополнительные расчеты.

Читайте также: Дидактический материал по геометрии 11 класс атанасян цилиндр

Многоступенчатый телескопический цилиндр

Телескопические цилиндры, также известные как телескопические цилиндры, могут быть одностороннего или двустороннего действия. Телескопический цилиндр включает шток поршня, расположенный внутри ряда полых ступеней увеличивающегося диаметра. При приведении в действие шток поршня и каждая последующая ступень «выдвигаются» как сегментированный поршень. Основное преимущество этой конструкции — допуск на значительно больший ход, чем был бы достигнут с одноступенчатым цилиндром такой же длины в сжатом (втянутом) состоянии. Одним из упомянутых недостатков телескопических цилиндров является повышенная вероятность изгиба поршня из-за сегментированной конструкции поршня. Следовательно, телескопические цилиндры в основном используются в тех случаях, когда поршень несет минимальную боковую нагрузку.

Другие типы

Хотя SAC и DAC являются наиболее распространенными типами пневматических цилиндров, следующие типы не являются особенно редкими:

Пневматические цилиндры со сквозным штоком: шток поршня проходит через обе стороны цилиндра, обеспечивая одинаковые силы и скорости с обеих сторон.
Пневматические цилиндры со стороны амортизатора: цилиндры с регулируемым выпуском воздуха для предотвращения ударов между штоком поршня и торцевой крышкой цилиндра.
Вращающиеся воздушные цилиндры: приводы, которые используют воздух для придания вращательного движения.
Бесштоковые пневмоцилиндры: у них нет поршневого штока. Это приводы, которые используют механическую или магнитную муфту для передачи силы, как правило, столу или другому телу, которое движется по длине корпуса цилиндра, но не выходит за его пределы.
Тандемный пневмоцилиндр: два цилиндра, соединенных последовательно
Ударный воздушный цилиндр: высокоскоростные цилиндры со специально разработанными торцевыми крышками, которые выдерживают удары выдвигающихся или втягивающихся штоков поршня.

Бесштоковые цилиндры

Бесштоковые цилиндры не имеют штока, только относительно длинный поршень. Тросовые цилиндры сохраняют отверстия на одном или обоих концах, но пропускают гибкий кабель, а не стержень. Этот кабель имеет гладкую пластиковую оболочку для герметизации. Конечно, нужно держать натянутый одиночный кабель. Другие бесштоковые цилиндры закрывают оба конца, соединяя поршень либо магнитно, либо механически с приводом, который движется по внешней стороне цилиндра. В магнитном типе цилиндр является тонкостенным и изготовлен из немагнитного материала, цилиндр представляет собой мощный магнит и тянет за собой магнитный бегунок снаружи.

В механическом варианте часть цилиндра выходит наружу через прорезь, сокращающую длину цилиндра. Затем щель закрывается гибкими металлическими уплотнительными лентами изнутри (для предотвращения утечки газа) и снаружи (для предотвращения загрязнения). Сам поршень имеет два торцевых уплотнения, а между ними кулачковые поверхности для «снятия» уплотнений перед выступающим рычагом и их замены сзади. Таким образом, внутреннее пространство поршня находится под атмосферным давлением.

Одно хорошо известное применение механического типа (хотя и с паровым двигателем) — это катапульты, используемые на многих современных авианосцах .

Видео:Регулировка скорости движения пневмоцилиндра. Пневмотиски смыкания пресс-формы ТПАСкачать

Дизайн

Строительство

В зависимости от должности доступны несколько форм кузовных конструкций:

Цилиндры с рулевой тягой: наиболее распространенные конструкции цилиндров, которые могут использоваться при многих типах нагрузок. Доказано, что это самая безопасная форма.
Цилиндры фланцевого типа: к концам цилиндра добавляются фиксированные фланцы, однако эта форма конструкции более распространена в конструкции гидроцилиндров.
Цельные сварные цилиндры: концы привариваются или обжимаются к трубе, такая форма недорогая, но делает цилиндр непригодным для обслуживания.
Цилиндры с резьбовым концом: Концы навинчиваются на корпус трубки. Уменьшение количества материала может ослабить трубу и вызвать проблемы соосности резьбы в системе.

Читайте также: Относительная влажность воздуха формула в цилиндре под поршнем

Материал

Материал может быть выбран в зависимости от задания. Диапазон материалов — от никелированной латуни до алюминия и даже стали и нержавеющей стали. В зависимости от указанного уровня нагрузок, влажности, температуры и длины хода может быть выбран соответствующий материал.

Крепления

В зависимости от места применения и обрабатываемости существуют различные виды креплений для крепления пневмоцилиндров:

Типы концов крепления
Конец стержня	Конец цилиндра
Простой	Простой
Резьбовой	Оплачивать
Clevis	Кронштейн: одинарный или двойной
Крутящий момент или глаз	Цапфа
Фланцевый	Фланцевый
Клевис и др.

Размеры

Пневматические цилиндры доступны в различных размерах и обычно могут варьироваться от небольшого воздушного цилиндра 2,5 мм ( 1 ⁄ 10 дюйма), который может использоваться для захвата небольшого транзистора или другого электронного компонента, до диаметра 400 мм (16 дюймов). баллоны с воздухом, которые будут передавать достаточно силы, чтобы поднять автомобиль. Некоторые пневматические цилиндры достигают 1000 мм (39 дюймов) в диаметре и используются вместо гидроцилиндров в особых случаях, когда утечка гидравлического масла может представлять серьезную опасность.

Видео:Гидроцилиндр - устройство и принцип работыСкачать

Соотношение давления, радиуса, площади и силы

Напряжения стержня

Из-за сил, действующих на цилиндр, шток поршня является наиболее напряженным компонентом и должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать большие изгибные, растягивающие и сжимающие силы. В зависимости от длины штока поршня, напряжения можно рассчитывать по-разному. Если длина стержня меньше чем в 10 раз превышает диаметр, то его можно рассматривать как твердое тело, на которое действуют сжимающие или растягивающие силы. В этом случае отношения следующие:

F сила сжатия или растяжения А площадь поперечного сечения штока поршня σ это стресс

Однако, если длина стержня в 10 раз превышает значение диаметра, стержень следует рассматривать как столб, а также необходимо рассчитать продольный изгиб.

Инсульт и аут

Хотя диаметр поршня и сила, прилагаемая цилиндром, взаимосвязаны , они не прямо пропорциональны друг другу. Кроме того, типичное математическое соотношение между ними предполагает, что подаваемый воздух не становится насыщенным . Из-за того, что эффективная площадь поперечного сечения уменьшается на площадь поршневого штока, сила прямого хода меньше, чем сила обратного хода, когда оба привода приводятся в действие пневматически и от одной и той же подачи сжатого газа.

Связь между силой, радиусом и давлением может быть получена из простого уравнения распределенной нагрузки:

Outstroke

Используя уравнение распределенной нагрузки, можно заменить площадь поверхности поршня, на которую действует давление. А е >

F р > представляет собой равнодействующую силу р представляет собой радиус поршня π равно пи , приблизительно равное 3,14159.

Инстрок

При прямом ходе применяется такое же соотношение между прилагаемой силой, давлением и эффективной площадью поперечного сечения, как описано выше для прямого хода. Однако, поскольку площадь поперечного сечения меньше площади поршня, соотношение между силой, давлением и радиусом другое. Однако расчет не является более сложным, поскольку эффективная площадь поперечного сечения — это просто площадь поверхности поршня за вычетом площади поперечного сечения штока поршня.

Таким образом, для прямого хода соотношение между прилагаемой силой, давлением, радиусом поршня и радиусом штока поршня выглядит следующим образом:

F р знак равно п ( π р 1 2 — π р 2 2 ) знак равно п π ( р 1 2 — р 2 2 ) = P (\ pi r_ ^ — \ pi r_ ^ ) = P \ pi (r_ ^ -r_ ^ )>

F р > представляет собой равнодействующую силу р 1 > представляет собой радиус поршня р 2 > представляет собой радиус штока поршня π равно пи , приблизительно равное 3,14159.