Kérdés: Hogyan számítható ki a DNC sorozatú szabványos hengerek maximálisan megengedett „oldalterhelése”, hogy elkerüljük a tolórúd hajlítását?

Válasz: A DNC sorozatú ISO 15552-es hengerek maximálisan megengedett oldalterhelésének kiszámítása szabványos palackok a löfolyamathossz, a dugattyúrúd átmérője, az üzemelési nyomás és a felszerelési tájolás értékelését igényli. Az oldalirányú terhelés bármely olyan erő, amely merőlegesen hat a dugattyúrúd tengelyére. Az engedélyezett határérték kiszámításához a B2B tervezőmérnökök fizikai rúddeflexiós képleteket, Euler-kihajlási határokat és gyártói oldalirányú terhelési diagramokat használnak. A határértékek túllépése a dugattyúrúd deformációjához, a hengerház helyi kopásához és végül a rúd maradó megnyilásához vezet. Ennek megelőzésére a mérnökök külső vezető egységeket kell alkalmazniuk, önalakító rúdkapcsolókat kell bevezetniük, vagy nagyobb átmérőjű dugattyúrudat kell választaniuk.

Bevezetés: Az oldalirányú terhelés rejtett veszélye

A B2B ipari automatizálásban a DNC sorozatú szabványos henger egy megbízható munkaló, amelyet az ISO 15552 szabványnak megfelelően terveztek. Ezek a rögzítőcsavaros vagy profilhorpadásos hengerek kiválóan alkalmasak nehéz terhelésű toló- és húzófeladatokra. Azonban sok gyakorlati géptervezésben a hengereket helytelenül oldalirányú vagy átlós erők érik. Ezeket oldalirányú terheléseknek nevezzük.

A neumás hengerek alapvetően tengelyirányú (egyenes vonalú) erőkre vannak tervezve. Amikor oldalirányú erők hatnak egy kinyúlt dugattyúrúdra, hajlítónyomaték keletkezik. Pontos számítások hiányában ez a hajlítónyomaték meghaladhatja a dugattyúrúd acéljának folyáshatárát, ami maradandó deformációt (meghajlást) okoz, és tönkreteszi a belső tömítéseket és vezetőbush-t. Az AIRWORK, egy első osztályú ipari neumás alkatrészek gyártója, az elemzési keretrendszert és mérnöki megoldásokat biztosítja ezek elkerülésére.

A túlzott oldalirányú terhelés mechanikai következményei

Annak megértése, mi történik egy DNC-sorozatú henger belsejében oldalirányú terhelés hatására, elengedhetetlenül fontos a B2B beszerzési menedzserek és a panelépítők számára:

• A rúttámasz kopása: A henger elülső kupakjában található rúttámasz (vagy vezetőbush) a dugattyúrúd vezetésére szolgál. Az oldalirányú terhelés erősen a rúd egyik oldalára nyomja ezt a támaszt, ami gyors kopást, súrlódást és hőfejlődést eredményez.
• A dugattyú-tömítés középpontjának elmozdulása: Amikor a rúd oldalirányban elhajlik, a belső dugattyú is megdől. Ez deformálja a dugattyú-tömítést, és egy oldalon rés nyílik, amely belső átfolyási szivárgáshoz, elcsúszáshoz és nyomásveszteséghez vezet.
• A hengerpalást karcolása: Amikor a dugattyú megdől, a kopógyűrű vagy a dugattyú fémes teste közvetlenül érintkezhet az alumínium hengerpalást belső falával, karcolva annak belső felületét, és véglegesen tönkretéve a hengert.
• Állandó rúdhajlítás: Ha az oldalirányú erő meghaladja a dugattyúrúd anyagának mechanikai rugalmas határát (általában keménykróm bevonatú szénacél vagy rozsdamentes acél), a rúd állandóan meghajlik, és a henger lezáródik.

Oldalirányú terhelés kiszámításához szükséges alapmérnöki paraméterek

A DNC sorozatú hengerek oldalirányú terhelésének kiszámításához négy alapvető paramétert kell összegyűjtenie:

• 1. paraméter: Dugattyúrúd átmérője (d). A tipikus DNC hengerek rúdátmérője a hengerbore méretétől függően szabványos. Például egy DNC-50-es henger (50 mm-es bore) általában 20 mm átmérőjű rúddal rendelkezik, míg egy DNC-100-as henger 25 mm-es vagy 32 mm-es rúddal készül.
• 2. paraméter: Kinyílt állapotban mért lökethossz (S). Minél hosszabb a lökethossz, annál nagyobb a forgatónyomaték (hajlítónyomaték) az oldalirányú terhelés esetén. A 300 mm-nél hosszabb lökethosszú hengerek különösen érzékenyek az oldalirányú terhelés okozta meghibásodásokra.
• Paraméter 3: A henger rögzítési módja. A henger rögzítésének módja nagymértékben befolyásolja merevségét. Egy merev elülső peremes rögzítés jobban ellenáll a oldalirányú terhelésnek, mint egy hátsó csuklós rögzítés, amely egy csuklós gerendaként viselkedik.
• Paraméter 4: A rudacsatlakozás típusa. A merev menetes csatlakozások 100%-osan továbbítják bármely tengelyeltérést vagy oldalirányú erőt közvetlenül a dugattyúrúdra, míg a gömbcsuklók vagy úszócsuklók kis szögeltérést engednek meg, ezzel semlegesítve a hajlítóerőket.

Lépésről lépésre végzett matematikai számítás a lehajlás és a hajlítás meghatározására

Ha a dugattyúrudat konzolgerendaként kezeljük (ami egy mereven rögzített hengert jelent, amelynek kinyúló rúdja egy pontszerű oldalirányú terhelésnek van kitéve a végén), akkor a klasszikus szerkezeti mechanikát alkalmazzuk. A konzolgerenda szabványos lehajlása (y) egy pontszerű terhelés (F) hatására a szabad végén a következő képlettel számítható ki:

y = (F × L³) / (3 × E × I)

Ahol:

• y a rúd lehajlása milliméterben.
• F az oldalirányú terhelés newtonban (N).
• L a rúd támasztatlan kinyúló hossza milliméterben. Gyakorlatilag ez a lökethossz plusz a frontkupak és a rúdvég távolsága.
• E a rúd anyagának rugalmassági modulusa. A szokásos acél esetében az E értéke körülbelül 200 000 newton négyzetmilliméterenként (N/mm²).
• I a tömör körkeresztmetszetű dugattyúrúd másodrendű nyomatéka. Körkeresztmetszet esetén a képlet a következő:

I = (π × d negyediken) / 64

Ahol d a dugattyúrúd átmérője milliméterben.

Számítsuk ki a másodrendű nyomatékot (I) egy DNC-50 hengerhez, amelynek 20 mm-es dugattyúrúdja van:

• I = (3,14159 × 20 negyediken) / 64 = 7854 mm⁴.

Tegyük fel most, hogy a henger lökethossza (L) 300 mm, és teljes kinyúlásnál 100 newtonos oldirányú erő (F) hat rá. Kiszámíthatjuk a várható deformációt (y):

• y = (100 N × 300 harmadikon) / (3 × 200 000 × 7854)
• y = (100 × 27 000 000) / (4 712 400 000)
• y = 2 700 000 000 / 4 712 400 000 = 0,573 mm.

A nagy pontosságú automatizálásban egy 0,573 mm-es lehajlás rendkívül veszélyes. Nagyon valószínű, hogy gyors csapágyhibát és belső tömítési szivárgást okoz. Az ipari szabványok a maximális rúdlehetetlenséget szokták 0,15 mm alatt tartani szokásos működés esetén. Ezért egy 300 mm-es löketnél egy 100 newtonos oldalirányú terhelés elfogadhatatlan. Ennek megoldására vagy csökkenteni kell a löketet, vagy növelni a rúd átmérőjét, vagy külső vezetőt kell felszerelni.

Gyártói terhelési diagramok használata (a gyors B2B-módszer)

Mivel minden tervezéshez manuális számítások elvégzése időigényes lehet, az AIRWORK mérnöki oldalirányú terhelési görbéket biztosít a DNC sorozatú hengereihez. Ezek a görbék a Y-tengelyen a legnagyobb megengedett oldalirányú terhelést (newtonban), az X-tengelyen pedig a kinyújtott löket hosszát (milliméterben) ábrázolják minden furatméret esetében.

Amikor ezeket a diagramokat használja, mindig alkalmazzon legalább 1,5-ös biztonsági tényezőt statikus terhelések és 3,0-as biztonsági tényezőt dinamikus/ütközési terhelések esetén. Ha működési paraméterei a kiválasztott hengerre vonatkozó görbe fölé esnek, módosítania kell mechanikai tervezését.

Iparilag igazolt megoldások a dugattyúrúd hajlásának megelőzésére oldalirányú terhelés hatására

Ha mechanikai tervezése miatt az oldalirányú erők elkerülhetetlenek, alkalmazza az alábbi mérnöki stratégiákat DNC-hengereinek védelmére:

• Használjon vezetőegységeket szabványosan: Az AIRWORK nehézüzemű FENG és HLQ sorozatú csúszóvezetékeket kínál, amelyek a DNC-henger testére rögzíthetők. Ezek az egységek két külső acél tengelyt tartalmaznak, amelyek lineáris golyóscsapágyakon futnak. A külső tengelyek 100 százalékban felvegyék az oldalirányú terhelést, így teljesen izolálják a dugattyúrudat az oldalirányú erőktől.
• Önigazító csatlakozók felszerelése: Egy önigazító rúdcsatlakozó (lebegő csukló) csavarozható fel a dugattyúrúd végére. Ez a csukló lehetővé teszi legfeljebb 5 fokos szögeltérés és legfeljebb 2 mm-es párhuzamos eltolódás kiegyenlítését. A kapcsolat elforgatására való képessége megakadályozza az oldalirányú terhelések és hajlítónyomatékok átvitelét a dugattyúrúdra.
• Kettős rúddal ellátott hengerek alkalmazása: Olyan alkalmazások esetén, ahol lineáris vezetés szükséges, de korlátozott a rendelkezésre álló hely, válasszon kettős rúddal ellátott vagy többfunkciós, kettős rúddal rendelkező hengereket. A kettős rúd kialakítás természetes módon elosztja az oldalirányú terheléseket két érintkezési pont között, így a hajlítás elleni ellenállás kétszeresére nő.
• A henger átmérőjének és rúdjának növelése: Ha a fentiek egyike sem megvalósítható, egyszerűen nagyobb méretű hengert válasszon. A DNC-50-ről a DNC-63-ra történő frissítés a dugattyúrúd átmérőjét 20 mm-ről 25 mm-re növeli. Mivel a tehetetlenségi nyomaték az átmérő negyedik hatványával arányos, ez a csekély méretnövelés több mint 140 százalékkal növeli a hajlítás elleni ellenállást.

Következtetés: Optimalizálja automatizált terveit az AIRWORK segítségével

A mellékterhelések pontos kiszámítása és kezelése kulcsfontosságú a DNC sorozatú szabványos hengerek üzemeltetési élettartamának növeléséhez. Az AIRWORK nagy pontosságú neumás alkatrészeinek kiválasztásával, valamint külső vezetők vagy önaligazító csuklók integrálásával a B2B tervezők kiküszöbölhetik a rúd deformációjából eredő hibákat, és csökkenthetik a karbantartási költségeket.

Fedezze fel interaktív CAD-konfigurátorainkat és műszaki mellékterhelési dokumentációinkat a jzpnu.com oldalon, hogy tökéletesen méretezhesse következő automatizálási projektjét.