擺動(dòng)氣缸的作用

擺動(dòng)氣缸是利用壓縮空氣推動(dòng)擺動(dòng)軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng), 并輸出力矩的氣動(dòng)執(zhí)行器。擺動(dòng)氣缸通常用于工件的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、搬運(yùn)、壓緊、供給或停止供給、閥門的開閉、彎管作業(yè)和驅(qū)動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)等。

擺動(dòng)氣缸如何選型？擺動(dòng)氣缸選型方法解析

1、選品種

兩種擺動(dòng)氣缸的特性比較見表1。它可作為選用擺動(dòng)氣缸品種的依據(jù)。表1中的比較項(xiàng)是在兩個(gè)品種擺動(dòng)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(shí), 擺動(dòng)角度的大小或擺角可調(diào)范圍必須滿足要求。有些場(chǎng)合, 如機(jī)械手上使用擺動(dòng)氣缸時(shí),還要求擺動(dòng)氣缸的體積小和重量輕。

2、預(yù)選名義缸徑(或型號(hào))

2.1按負(fù)載性質(zhì)估算擺動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)負(fù)載。如擺動(dòng)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(jì)算。圖2a中的力臂l可近似取為擺動(dòng)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(yùn)動(dòng)負(fù)載。如擺動(dòng)氣缸以一定的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)負(fù)載作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)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(dòng)慣量, kg●m2 

A——設(shè)負(fù)載作等加速擺動(dòng)時(shí)的角加速度, rad/s2

式中θ——轉(zhuǎn)角, 度
t——轉(zhuǎn)過θ角的擺動(dòng)時(shí)間, s

2.2按負(fù)載性質(zhì)選取負(fù)載率

擺動(dòng)氣缸的負(fù)載率

式中 M——擺動(dòng)氣缸承受的力矩, N●m
M0——擺動(dòng)氣缸的有效輸出力矩, N●m
對(duì)靜負(fù)載, 一般選 η= 0.9;對(duì)阻性負(fù)載, η在 0.2~ 0.5 之間選取;對(duì)慣性負(fù)載, η在 0.1~ 0.25 之間選取。η值的選取與擺動(dòng)速度高低有關(guān)。擺動(dòng)速度高, η應(yīng)選小值。

2.3選使用壓力
擺動(dòng)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(gè)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(hào))
估算出擺動(dòng)氣缸承受的力矩M和選取了負(fù)載率η后, 按式(4)計(jì)算出擺動(dòng)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(dòng)氣缸的名義缸徑(或型號(hào)) 。

表1擺動(dòng)氣缸的特性比較

3、檢驗(yàn)擺動(dòng)速度
擺動(dòng)速度是指擺過一定角度所需的時(shí)間。表1中的擺動(dòng)速度調(diào)節(jié)范圍是指擺過90°角所允許的擺動(dòng)時(shí)間范圍。擺動(dòng)速度太慢, 即擺過一定角度的時(shí)間過長(zhǎng),擺動(dòng)氣缸易出現(xiàn)爬行或擺動(dòng)速度不穩(wěn)定;擺動(dòng)速度太快, 即擺過一定角度的時(shí)間過短, 則葉片式擺動(dòng)氣缸的葉片外緣線速度太高, 或齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸的直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)氣缸的使用壽命。故擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)速度必須限制在允許擺動(dòng)速度范圍內(nèi)。

4、檢驗(yàn)緩沖能力
慣性負(fù)載一般擺至擺動(dòng)氣缸終端時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能 E最大。為防止過大的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的撞擊使擺動(dòng)氣缸受損傷, 負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能應(yīng)不大于擺動(dòng)氣缸的允許吸收功能EY。即E≤EY

慣性負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能E可按下式估算

為了增大擺動(dòng)氣缸吸收動(dòng)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(dòng)氣缸內(nèi)的活塞(或葉片)到達(dá)行程終端時(shí), 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(dòng)角度后, 擺動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞(或葉片)到達(dá)不了終端時(shí), 則墊緩沖或氣緩沖將失去緩沖作用。也有在擺動(dòng)氣缸外部設(shè)置液壓緩沖器, 以便吸收更大的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。

5、檢驗(yàn)軸向負(fù)載和徑向負(fù)載
擺動(dòng)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。