Pneumatisk cylinder - Pneumatic cylinder

Driftsdiagram over en enkeltvirkende cylinder. Fjederen (rød) kan også være uden for cylinderen, fastgjort til det emne, der flyttes.

Driftsdiagram over en dobbeltvirkende cylinder

3D animeret pneumatisk cylinder ( CAD )

Skematisk symbol for pneumatisk cylinder med fjederretur

Pneumatiske cylinder (er) (undertiden kendt som luftcylindre ) er mekaniske anordninger, der bruger kraften fra komprimeret gas til at producere en kraft i en frem- og tilbagegående lineær bevægelse.

Ligesom hydrauliske cylindre tvinger noget et stempel til at bevæge sig i den ønskede retning. Stemplet er en skive eller cylinder, og stempelstangen overfører den kraft, den udvikler, til det objekt, der skal flyttes. Ingeniører foretrækker undertiden at bruge pneumatik, fordi de er mere støjsvage, renere og ikke kræver store mængder plads til væskelagring.

Fordi driftsvæsken er en gas, vil lækage fra en pneumatisk cylinder ikke dryppe ud og forurene omgivelserne, hvilket gør pneumatik mere ønskeligt, hvor renlighed er et krav. For eksempel i de mekaniske dukker i Disney Tiki Room bruges pneumatik til at forhindre væske i at dryppe ned på mennesker under dukkerne.

Operation

Generel

Når den er aktiveret, kommer trykluft ind i røret i den ene ende af stemplet og tilfører kraft på stemplet. Følgelig bliver stemplet forskudt.

Kompressibilitet af gasser

Et stort problem ingeniører støder på at arbejde med pneumatiske cylindre har at gøre med komprimering af en gas. Mange undersøgelser er afsluttet om, hvordan præcisionen af ​​en pneumatisk cylinder kan påvirkes, når belastningen på cylinderen forsøger at komprimere den anvendte gas yderligere. Under en lodret belastning, et tilfælde, hvor cylinderen tager fuld belastning, påvirkes cylinderens præcision mest. En undersøgelse ved National Cheng Kung University i Taiwan konkluderede, at nøjagtigheden er ca. ± 30 nm, hvilket stadig er inden for et tilfredsstillende område, men viser, at luftens komprimerbarhed har en effekt på systemet.

Fejlsikre mekanismer

Pneumatiske systemer findes ofte i indstillinger, hvor selv sjældne og korte systemfejl er uacceptable. I sådanne situationer kan låse undertiden fungere som en sikkerhedsmekanisme i tilfælde af tab af lufttilførsel (eller dets tryk falder) og dermed afhjælpe eller dæmpe enhver skade, der opstår i en sådan situation. Lækage af luft fra input eller output reducerer udgangstrykket.

Typer

Selvom pneumatiske cylindre vil variere i udseende, størrelse og funktion, falder de generelt ind i en af ​​de specifikke kategorier vist nedenfor. Der findes imidlertid også mange andre typer pneumatisk cylinder, hvoraf mange er designet til at opfylde specifikke og specialiserede funktioner.

Dobbeltvirkende cylindre

Dobbeltvirkende cylindre (DAC) bruger luftens kraft til at bevæge sig i både forlængelse og tilbagetrækning af slag. De har to porte til at tillade luft i, en til udslagsstød og en til instroke. Slaglængde for dette design er ikke begrænset, men stempelstangen er mere sårbar over for knæk og bøjning. Yderligere beregninger bør også udføres.

Flertrins, teleskopcylinder

pneumatisk teleskopcylinder, 8-trins, enkeltvirkende, tilbagetrukket og forlænget

Teleskopcylindre, også kendt som teleskopcylindre, kan enten være enkelt- eller dobbeltvirkende. Teleskopcylinderen indeholder en stempelstang indlejret i en række hule trin med stigende diameter. Ved aktivering "stempelstangen og hvert efterfølgende trin" teleskoper "ud som et segmenteret stempel. Hovedfordelen ved dette design er godtgørelsen for et betydeligt længere slaglængde, end man ville opnå med en et-trins cylinder med samme sammenklappede (tilbagetrukne) længde. En citeret ulempe ved teleskopcylindre er det øgede potentiale for stempelbøjning på grund af det segmenterede stempeldesign. Følgelig anvendes teleskopcylindre primært til applikationer, hvor stemplet bærer minimal sidebelastning.

Andre typer

Selvom SAC'er og DAC'er er de mest almindelige typer pneumatisk cylinder, er følgende typer ikke særlig sjældne:

• Gennem stangluftcylindre: stempelstang strækker sig gennem begge sider af cylinderen og giver mulighed for lige kræfter og hastigheder på hver side.
• Pudeenden luftcylindre: cylindre med reguleret luftudstødning for at undgå stød mellem stempelstangen og cylinderenden.
• Roterende luftcylindre: aktuatorer, der bruger luft til at give en roterende bevægelse.
• Stangløse luftcylindre: Disse har ingen stempelstang. De er aktuatorer, der bruger en mekanisk eller magnetisk kobling til at overføre kraft, typisk til et bord eller et andet legeme, der bevæger sig langs cylinderlegemets længde, men ikke strækker sig ud over det.
• Tandem luftcylinder: to cylindre samlet i serie
• Slagluftcylinder: højhastighedscylindre med specialdesignede endehætter, der modstår påvirkningen af ​​forlængende eller tilbagetrækning af stempelstænger.

Stangløse cylindre

Stangløse cylindre har ingen stang, kun et relativt langt stempel. Kabelcylindere fastholder åbninger i den ene eller begge ender, men passerer et fleksibelt kabel frem for en stang. Dette kabel har en glat plastkappe til forseglingsformål. Selvfølgelig skal et enkelt kabel holdes spændt. Andre stangløse cylindre lukker begge ender af og kobler stemplet enten magnetisk eller mekanisk til en aktuator, der løber langs cylinderens yderside. I den magnetiske type er cylinderen tyndvægget og af et ikke-magnetisk materiale, cylinderen er en kraftig magnet og trækker langs en magnetisk rejsende på ydersiden.

I den mekaniske type strækker en del af cylinderen sig udad gennem en åbning, der skærer cylinderens længde ned. Slidsen forsegles derefter med fleksible metalforseglingsbånd på indersiden (for at forhindre gasudslip) og udvendigt (for at forhindre kontaminering). Selve stemplet har to endeforseglinger, og mellem dem, kamoverflader for at "skrælle" tætningerne foran den fremspringende forbindelse og erstatte dem bagved. Det indre af stemplet er altså ved atmosfærisk tryk.

En velkendt anvendelse af den mekaniske type (omend dampdrevet) er de katapulter, der bruges på mange moderne hangarskibe .

Design

Konstruktion

Afhængigt af jobspecifikationen er der flere former for kropskonstruktioner tilgængelige:

• Trækstangcylindre: De mest almindelige cylinderkonstruktioner, der kan bruges i mange typer belastninger. Det har vist sig at være den sikreste form.
• Flanger af cylindre: Faste flanger tilføjes til cylinderens ender, men denne konstruktionsform er mere almindelig i hydraulisk cylinderkonstruktion.
• Svejsede cylindre i ét stykke: Enderne er svejset eller krympet til røret, denne form er billig, men gør cylinderen ikke brugbar.
• Gevindede cylindre: Enderne er skruet fast på rørlegemet. Reduktion af materiale kan svække røret og kan føre systemkoncentricitetsproblemer med gevind.

Materiale

Efter jobspecifikation kan materialet vælges. Materiale spænder fra forniklet messing til aluminium og endda stål og rustfrit stål. Afhængigt af belastningsniveauet, fugtigheden, temperaturen og slaglængderne, der er angivet, kan det relevante materiale vælges.

Monteringer

Afhængigt af applikationens placering og bearbejdelighed findes der forskellige slags beslag til fastgørelse af pneumatiske cylindre:

Størrelser

Luftcylindre fås i forskellige størrelser og kan typisk variere fra en lille 2,5 mm ( 1 / 10  in) luftcylinder, som kan bruges til at samle en lille transistor eller anden elektronisk komponent op til 400 mm (16 in) diameter luftcylindre, som ville give nok kraft til at løfte en bil. Nogle pneumatiske cylindre når en diameter på 1.000 mm (39 in) og bruges i stedet for hydrauliske cylindre under særlige omstændigheder, hvor lækage af hydraulikolie kan udgøre en ekstrem fare.

Tryk, radius, areal og kraftforhold

Rod understreger

På grund af de kræfter, der virker på cylinderen, er stempelstangen den mest belastede komponent og skal konstrueres til at modstå store mængder bøjnings-, træk- og trykstyrker. Afhængigt af hvor lang stempelstangen er, kan spændinger beregnes forskelligt. Hvis stængernes længde er mindre end 10 gange diameteren, kan den behandles som et stift legeme, der har tryk- eller trækstyrker, der virker på det. I så fald er forholdet:

${\ displaystyle F = A \ sigma}$

Hvor:

${\ displaystyle F}$er den kompressionskraft eller træk- kraft

${\ displaystyle A}$ er stempelstangens tværsnitsareal

${\ displaystyle \ sigma}$ er stressen

Men hvis stangens længde overstiger de 10 gange værdien af ​​diameteren, skal stangen behandles som en søjle, og spænding skal også beregnes.

Instroke og outstroke

Selvom stemplets diameter og kraften, der udøves af en cylinder, hænger sammen , er de ikke direkte proportionale med hinanden. Derudover antager det typiske matematiske forhold mellem de to, at lufttilførslen ikke bliver mættet . På grund af det effektive tværsnitsareal, der reduceres med stempelstangens areal, er slagkraften mindre end stødkraften, når begge drives pneumatisk og ved samme forsyning af komprimeret gas.

Forholdet mellem kraft, radius og tryk kan stamme fra simpel, fordelt lastligning:

${\ displaystyle F_ {r} = PA_ {e}}$

Hvor:

${\ displaystyle F_ {r}}$er den resulterende kraft

${\ displaystyle P}$ er trykket eller den fordelte belastning på overfladen

${\ displaystyle A_ {e}}$ er det effektive tværsnitsareal, belastningen virker på

Udslag

Ved hjælp af den fordelte belastningsligning, forudsat at den kan erstattes med et område af stempeloverfladen, hvor trykket virker. ${\ displaystyle A_ {e}}$

${\ displaystyle F_ {r} = P (\ pi r^{2})}$

Hvor:

${\ displaystyle F_ {r}}$repræsenterer den resulterende kraft

${\ displaystyle r}$ repræsenterer stemplets radius

${\ displaystyle \ pi}$er pi , omtrent lig med 3,14159.

Instroke

På instroke gælder det samme forhold mellem udøvet kraft, tryk og effektivt tværsnitsareal som diskuteret ovenfor for outstroke. Da tværsnitsarealet er mindre end stempelområdet, er forholdet mellem kraft, tryk og radius imidlertid anderledes. Beregningen er dog ikke mere kompliceret, da det effektive tværsnitsareal kun er stempeloverfladens minus stempelstangens tværsnitsareal.

For instroke er forholdet mellem udøvet kraft, tryk, stempelets radius og stempelstangens radius således:

${\ displaystyle F_ {r} = P (\ pi r_ {1}^{2}-\ pi r_ {2}^{2}) = P \ pi (r_ {1}^{2} -r_ {2} ^{2})}$

Hvor:

${\ displaystyle F_ {r}}$repræsenterer den resulterende kraft

${\ displaystyle r_ {1}}$ repræsenterer stemplets radius

${\ displaystyle r_ {2}}$ repræsenterer stempelstangens radius

${\ displaystyle \ pi}$er pi , omtrent lig med 3,14159.

Se også

• Væskedynamik
• Flydende kraft
• Hydraulik
• Hydraulisk cylinder
• Pneumatisk motor
• Pneumatik
• Rørformet lineær motor

Referencer

eksterne links

• specielle cylindertyper (www.pneumatics.be)
• Tjekliste til pneumatisk (www.deltongroup.in)