Общие положения

Пневматические цилиндры – наиболее распространенные в станкостроении и роботостроении пневматические исполнительные механизмы. В пневмоцилиндрах одностороннего действия поршень со штоком перемещается под действием усилия, создаваемого давлением сжатого воздуха, только в одном направлением, а возврат его в исходное положение осуществляется механически или под действием собственного веса.

Типовая конструкция пневмоцилиндра двустороннего действия показана на рис.8.

Рис.8. Пневмоцилиндр двустороннего действия

В гильзе, закрытой с двух сторон крышками 1 и 14 , расположен поршень 8, закрепленный на штоке 7. Крышки стягиваются шпильками 3. Удлиненные шпильки используются для крепления пневмоцилиндра при его установке. В крышках выполнены резьбовые отверстия 4 и 13 для присоединения воздухопроводов. Отверстия имеют выходы в полости пневмоцилиндра. В передней крышке запрессована направляющая втулка 6 для штока и установлены манжетные уплотнения 2, герметизирующие полость цилиндра и защищающие ее от попадания загрязнений из внешней среды. Неподвижные соединения крышка-гильза и поршень-шток уплотнены резиновыми кольцами 5, 11, 12 круглого сечения. Соединения поршень-гильза уплотняются манжетами 9 U-образного сечения со встречным расположением. Центрирующий поясок поршня имеет капроновую наплавку 10. Исключение металлического контакта между поршнем и зеркалом гильзы цилиндра повышает механический КПД и увеличивает срок службы пневмоцилиндра, способствует быстрой приработке центрирующего пояска при возможных погрешностях изготовления гильзы.

При расчете пневмоцилиндров исходными данными являются: абсолютное давление сжатого воздуха p_м, технологическая нагрузка P₂ , длина хода S, масса, присоединяемых к пневмоцилиндру подвижных частей m₁ , пространственное расположение пневмоцилиндра, требуемое или допустимое время срабатывания или средняя скорость движения.

Для ПЦ зажимных устройств, развивающих усилие в конце хода, диаметр цилиндра рассчитывается по формуле

D = 1,13  (P₂ mg) / (0,9 p_м - p_а),

где m – масса всех подвижных частей, связанных с поршнем.

Массу поршня и штока вначале учитывают приближенно. Вес подвижных частей mg учитывают при вертикальном и наклонном расположении ПЦ.

В формуле принято, что требуемое усилие зажима создается при давлении 0,9 p_м, т.е. принят запас.

Для ПЦ транспортирующих, переключающих и других устройств, у которых технологическая нагрузка приложена по всей длине хода или на значительной его части, D определяют по расчетному значению безразмерного параметра _р при косвенном учете силы трения с помощью коэффициента К_Т

З начение _р выбирают в зависимости от подводимого давления

Рм ,Мпа	0,3	0,4	0,5
р	0,25 -0,6	0,3-0,65	0,35-0,7

Меньшим значениям _р соответствуют большие диаметры цилиндров и большее быстродействие из-за недонагрузки.

К_{Т –} выбирают в зависимости от технологического усилия.

Р2, МПа	До 0,6	0,6-6
Кт	0,5-0,2	0,2-0,12

Данные определены для Р_м = 0,5-0,6 Мпа. Считается, что К_т изменяется пропорционально давлению.

Знак «+» перед К_т принимают, когда сила трения дополняет усилие, создаваемое давлением воздуха, например, при опускании груза с пневматическим торможением.

Силу, развиваемую пневмоцилиндром, будем определять по второй формуле с учетом, что обе полости пневмоцилиндра штоковые

P₂ = 0,785 (D² – d²) p_м _р (1 - К_Т)

Для проведения исследований воспользуемся установкой, схема которой приведена на рис.9.

Рис.9. Схема лабораторной установки