4.2 Поворотные пневмодвигатели

Эти двигатели выполняются по двум схемам: двигатель на основе механизма зубчатая рейка-шестерня и двигатель с поворотной лопастью. Схема первого из них изображена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Схема пневмодвигателя с механизмом рейка-шестерня:

1, 2 – поршень; 3 – рейка; 4 – шестерня; 5 – вал; 6 – опора

Двигатель содержит поступательный пневмоцилиндр с двумя поршнями 1 и 2. К поршням прикреплена рейка 3, которая входит в зацепление с шестерней 4. Шестерня посажена на вал 5 с опорами 6.

Сжатый воздух подается попеременно в правую и левую полости цилиндра, поршни под воздействием воздуха перемещаются вместе с рейкой. Благодаря механизму рейка-шестерня поступательное движение рейки преобразуется во вращательное движение вала.

Угол поворота вала

φ = H/r, (4.1)

где Н – ход рейки;

r – радиус шестерни.

Схема двигателя с лопастью (такой двигатель часто называют поворотным цилиндром) изображена на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Схема лопастного двигателя:

1 – цилиндрический корпус; 2 – лопасть; 3 – вал; 4 – перегородка; 5, 6 – уплотнения

Двигатель имеет цилиндрический корпус 1, лопасть 2, закрепленную на валу 3, и перегородку 4, разделяющую корпус с лопастью на две полости. Вал и лопасть относительно перегородки и корпуса герметизированы уплотнениями 5 и 6 сложной формы. При подаче сжатого воздуха в правую или левую полости лопасть с валом поворачиваются на угол, ограниченный перегородкой или внешними упорами, но не более чем на 270º. В перегородку встроен внутренний демпфер (на рисунке не показан). Часто этого демпфера не хватает для гашения кинетической энергии T = Jω²/2 при вращении, поэтому предусматривают наружные демпферы, сблокированные с внешними регулируемыми упорами крайних угловых положений вала.

Закон движения поршня (или лопасти) в пневмоцилиндре двухстороннего действия зависит от множества факторов, главными из которых являются перепад давления в полостях цилиндра, активная площадь поршня, инерционность нагрузки, выражаемая в виде массы или момента инерции перемещаемого объекта, статическая (не зависящая от ускорения) составляющая нагрузки. Если количество воздуха, поступающего в цилиндр в единицу времени (расход воздуха), не ограничивает скорость перемещения поршня, то сила, действующая на поршень

F_ц = pS = const, (4.2)

где p – давление воздуха на поршень;

S – площадь поршня,

а график V = f(t) выглядит, как и при равноускоренном движении (рис. 4.7, а).

а б

Рис. 4.7. Скорость штока пневмоцилиндра:

а – не ограничена расходом воздуха; б – ограничена расходом воздуха

Время перемещения штока на длине хода H

(4.3)

где a = (F_ц – F_ст)/m – ускорение перемещаемого объекта;

m – масса объекта;

F_ст – статическая сила нагрузки.

Скорость в конце хода

V_max 2V_ср = 2Н/t = . (4.4)

Если скорость перемещения поршня ограничена расходом воздуха, поступающего в цилиндр или выходящего из него (в случае подпора), то зависимость V = f(t) приобретает вид, как на рис. 4.7, б¹.

В начале движения скорость резко увеличивается, а затем стабилизируется на уровне, определяемом расходом сжатого воздуха

V_max = H/t = Q_р/S, (4.5)

где Q_р – расход сжатого воздуха.