擺動氣缸的作用
擺動氣缸是利用壓縮空氣推動擺動軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動, 并輸出力矩的氣動執(zhí)行器。擺動氣缸通常用于工件的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、搬運、壓緊、供給或停止供給、閥門的開閉、彎管作業(yè)和驅(qū)動機械手回轉(zhuǎn)等。
擺動氣缸如何選型?擺動氣缸選型方法解析
1、選品種
兩種擺動氣缸的特性比較見表1。它可作為選用擺動氣缸品種的依據(jù)。表1中的比較項是在兩個品種擺動氣缸的名義缸徑相同的條件下進(jìn)行比較的。表1中所列數(shù)值取自SMC公司的產(chǎn)品樣本。
選取品種時, 擺動角度的大小或擺角可調(diào)范圍必須滿足要求。有些場合, 如機械手上使用擺動氣缸時,還要求擺動氣缸的體積小和重量輕。
2、預(yù)選名義缸徑(或型號)
2.1按負(fù)載性質(zhì)估算擺動氣缸承受的力矩
負(fù)載可分成靜負(fù)載、阻性負(fù)載和慣性負(fù)載。
靜負(fù)載是指處于靜止?fàn)顟B(tài)的負(fù)載。如擺動氣缸用于壓緊工件(圖1) , 所承受的力矩M= F●l
l——負(fù)載力的力臂, m
阻性負(fù)載是指慣性力可以忽略的運動負(fù)載。如擺動氣缸克服摩擦力(圖2a) 或重力(圖2b) 所承受的力矩。它仍按式(1)計算。圖2a中的力臂l可近似取為擺動氣缸軸與壓輪軸之間的中心矩。
慣性負(fù)載是指慣性力不能忽略的運動負(fù)載。如擺動氣缸以一定的轉(zhuǎn)速帶動負(fù)載作往復(fù)擺動時的負(fù)載。其所承受的力矩M=J●a
式中J——慣性負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量, kg●m2
A——設(shè)負(fù)載作等加速擺動時的角加速度, rad/s2
式中θ——轉(zhuǎn)角, 度
t——轉(zhuǎn)過θ角的擺動時間, s
2.2按負(fù)載性質(zhì)選取負(fù)載率
擺動氣缸的負(fù)載率
式中 M——擺動氣缸承受的力矩, N●m
M0——擺動氣缸的有效輸出力矩, N●m
對靜負(fù)載, 一般選 η= 0.9;對阻性負(fù)載, η在 0.2~ 0.5 之間選取;對慣性負(fù)載, η在 0.1~ 0.25 之間選取。η值的選取與擺動速度高低有關(guān)。擺動速度高, η應(yīng)選小值。
2.3選使用壓力
擺動氣缸的有效輸出力矩M0與使用壓力p成正比。產(chǎn)品樣本上給出的M0是在某個使用壓力下的值。使用壓力一般可選0.5MPa, 但不得低于最低使用壓力。
2.4預(yù)選名義缸徑(或型號)
估算出擺動氣缸承受的力矩M和選取了負(fù)載率η后, 按式(4)計算出擺動氣缸的有效輸出力矩M0。由產(chǎn)品樣本上, 按M0和選取的使用壓力p, 便可預(yù)選
擺動氣缸的名義缸徑(或型號) 。
表1擺動氣缸的特性比較
0.2~5 0.01 ~ 2.9 無嚙合間隙, 薄型 品種 特 點 擺度角度 擺動速度
調(diào)節(jié)范圍
(s/90°) 允許吸
收動能
(J) 有效輸
出力矩
( N●m) 最低使
用壓力
( MPa) 緩沖方式 體積 重量 擺角可調(diào)性 用于氣
缸中停 齒
輪
齒
條
式 單
齒
條
式 嚙合間隙小于
1°, 速度調(diào) 節(jié)
范圍寬 小于190° 1.9
~ 74 0.1
~ 0.15 有墊緩
沖或氣
緩沖 較大 較重 有可調(diào)式 幾乎無泄
漏故可用
于氣缸中
停 雙
齒
條
式 0.2~1 0.00025
~ 0.4 0.3
~ 5.3 較大 較重 有可調(diào)式 幾乎無泄
漏故可用
于氣缸中
停 葉
片
式 單
葉
片
式 小于280° 缸徑
30mm以下:
0.03~ 0.3
缸徑
50~ 100mm:
0.1~ 1 0.00015
~ 0.6 0.12
~ 35.9 0.15
~ 0.2 有外部
設(shè)置液
壓緩沖
器 較小 較輕 有可調(diào)式 有微漏不
宜長時間
用于氣缸
中停 雙
葉
片
式 輸出力矩比單
葉片式大一倍小于100° 0.0003
~
0.811 0.25
~ 72.6 較小 較輕 有可調(diào)式 有微漏不
宜長時間
用于氣缸
中停
3、檢驗擺動速度
擺動速度是指擺過一定角度所需的時間。表1中的擺動速度調(diào)節(jié)范圍是指擺過90°角所允許的擺動時間范圍。擺動速度太慢, 即擺過一定角度的時間過長,擺動氣缸易出現(xiàn)爬行或擺動速度不穩(wěn)定;擺動速度太快, 即擺過一定角度的時間過短, 則葉片式擺動氣缸的葉片外緣線速度太高, 或齒輪齒條式擺動氣缸的直線運動速度太高, 造成密封件發(fā)熱厲害, 出現(xiàn)異常磨損,從而降低擺動氣缸的使用壽命。故擺動氣缸的擺動速度必須限制在允許擺動速度范圍內(nèi)。
4、檢驗緩沖能力
慣性負(fù)載一般擺至擺動氣缸終端時的轉(zhuǎn)動動能 E最大。為防止過大的轉(zhuǎn)動動能的撞擊使擺動氣缸受損傷, 負(fù)載的轉(zhuǎn)動動能應(yīng)不大于擺動氣缸的允許吸收功能EY。即E≤EY
慣性負(fù)載的轉(zhuǎn)動動能E可按下式估算
為了增大擺動氣缸吸收動能的能力(即緩沖能力) , 通常在氣缸內(nèi)部設(shè)置緩沖墊或氣緩沖方式。但必須注意, 只有擺動氣缸內(nèi)的活塞(或葉片)到達(dá)行程終端時, 墊緩沖或氣緩沖才能發(fā)揮作用。若使用擺角調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)了擺動角度后, 擺動氣缸內(nèi)的活塞(或葉片)到達(dá)不了終端時, 則墊緩沖或氣緩沖將失去緩沖作用。也有在擺動氣缸外部設(shè)置液壓緩沖器, 以便吸收更大的轉(zhuǎn)動動能。
5、檢驗軸向負(fù)載和徑向負(fù)載
擺動氣缸的旋轉(zhuǎn)軸上能承受的軸向靜負(fù)載 F1(壓力) 、F1(拉力)和徑向靜負(fù)載F2(圖4) 都必須小于允許值, 以避免旋轉(zhuǎn)軸系受損傷。
若軸向負(fù)載或徑向負(fù)載超過允許值, 可采取不在軸上直接加載的方法來解決, 如圖5所示。
