4.4 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.
4.5 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 ц – коэффициент, учитывающий силы трения внутри цилиндра, 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 Fт – теоретическое усилие цилиндра;
S – площадь поршня;
D – диаметр поршня выбранного цилиндра.
Если окажется, что L0 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 Smin и диаметр Dmin цилиндра привода
(4.15)
где r – радиус шестерни.
Привод с поворотной лопастью выбирается аналогично приводу с механизмом рейка-шестерня.