שאלה: כיצד מחשבים את העומס הצדדי המרבי המותר לצילינדרים תקניים מסדרת DNC כדי למנוע עקימת מוט?

תשובה: חישוב העומס הצדדי המרבי המותר לצילינדרים מסדרת DNC תקן ISO 15552 צילינדרים סטנדרטיים דורש הערכת אורך המהלך, קוטר מוט הפיסטון, הלחץ הפעלי והכיוון ההרכבה. עומס צדדי הוא כל כוח שמופעל בניצב לציר מוט הפיסטון. כדי לחשב את הגבול המותר, מהנדסי עיצוב B2B משתמשים בנוסחאות פיזיקליות לעקימת המוט, בגבולי עקיצת אוילר ובעצמי תרשימים של עומסים צדדיים שסופקו על ידי היצרן. חציית גבולות אלו מובילה לעקימת מוט הפיסטון, לבלאי מקומי בחרטום הצילינדר ולעיוות קבוע סופי של המוט. כדי למנוע זאת, על המהנדסים להתקין יחידות הנחיה חיצוניות, ליישם מחברים עצמאיים למישור מוט הפיסטון או להגביר לקוטר גדול יותר של מוט הפיסטון.

מבוא: האיום הסמוי של העומס הצדדי

בסדרת הגלילים הסטנדרטית DNC באוטומציה תעשייתית B2B, גליל זה הוא גליל עמיד ואמין, שתוכנן כדי להתאים לתקן הבינלאומי המוכר ISO 15552. גלילים מסוג קשורים-במקלחת או בעלי חריץ פרופיל מתאימים במיוחד למשימות דחיפה ומושך כבדות. עם זאת, בעיצובים אמיתיים של מכונות, לעיתים קרובות מפעילים על הגלילים כוחות צידיים או אלכסוניים באופן לא נכון. כוחות אלו נקראים 'כוחות צדדיים'.

הגלילים הפניאומטיים מתוכננים ביסודם לפעול בכוחות ציריים (בקו ישר). כאשר כוחות צידיים פועלים על מוט הפיסטון המוארך, הם יוצרים מומנט כפיפה. ללא חישובים מדויקים, מומנט הכפיפה הזה עלול לעלות על חוזק הזרימה של מוט הפיסטון הפלדה, מה שיגרום לעיוות קבוע (כיפוף) ולשבירת החותמים הפנימיים והמערכת המנחה. AIRWORK, יצרנית מובילה של רכיבי פניאומטיקה תעשייתית, מספקת את המסגרת האנליטית והפתרונות ההנדסיים למניעת תקלות קטסטרופליות אלו.

ההשלכות המכניות של כוח צדדי מופרז

הבנת מה קורה בתוך צילינדר סדרת DNC תחת עומס צדדי היא קריטית למנהלי רכש B2B ולבניית פאנלים:

• בלאי של גלגלת המוט: גלגלת המוט (או חוגרת הנחיה) במכסה הקדמי של הצילינדר נוצרה כדי לכוון את מוט הפיסטון. עומסים צדדיים דוחפים את המוט בכוח רב לעבר צד אחד של גלגלת זו, מה שגורם לבלאי מהיר, לחציצה ויצירת חום.
• הסטת החותם של הפיסטון מהמרכז: כאשר המוט מתעקל לצד, הפיסטון הפנימי גם הוא נדחף להטיה. הדבר מעוות את חותם הפיסטון ויוצר רווח באחד הצדדים, אשר גורם לтеק_internal (דליפת פנימית), זרימה לא מבוקרת (drift) ואובדן לחץ.
• כתיבת קנה הצילינדר: כאשר הפיסטון מוטה, טבעת הבלאי או הגוף המתכתי של הפיסטון עלולים ליצור מגע ישיר עם קיר התיבה האלומיניום הפנימי, מה שגורם לכתיבת קנה הצילינדר ומביא להרסו לצמיתות.
• עֲקִמָּה קַיַּימַת שֶׁל הַמַּטֶּה: אִם כֹּחַ צִדְדִּי חָרֵג מֵהַגְבֵּל הָאֵלָסְטִי הַמְכָנִי שֶׁל חֹמֶר הַמַּטֶּה (בְּיָחִיד, פְּלַד כַּרְבּוֹן מְצֻפֶּהֶת בְּכֶרֹם קָשֶׁה אוֹ פְּלַד לֹא־מְגֻלְגֶּלֶת), הַמַּטֶּה יִשָּׁאֵר עָקוּם קַיָּימִית, וְיַעֲצֹר אֶת הַצִּלִינְדֶּר.

הַמְשָׁנִים הַמְּהַנְדְּסִיִּים הָעִקָּרִיִּים לְחִשּׁוּבֵי כֹּחַ צִדְדִּי

כְּדֵי לְבַצֵּעַ חִשּׁוּבֵי כֹּחַ צִדְדִּי לְצִלִינְדְּרִים מִסִּרַת DNC, צְרִיכִים לְאַסּוֹף אַרְבַּע תְּכוּנוֹת מְהִימָנוֹת:

• תְּכוּנָה 1: קֶטֶר מַטֶּה הַפִּיסְטוֹן (d). לְצִלִינְדְּרִים סְטַנְדָּרְטִיִּים מִסִּרַת DNC יֵשׁ קְטָרִים סְטַנְדָּרְטִיִּים לְמַטֶּה, שֶׁנִּמְצְאִים בְּתַלְמוּד לְקֶטֶר הַצִּלִינְדֶּר. לְמִשְׁאוֹל, לְצִלִינְדֶּר DNC-50 (קֶטֶר 50 מ״מ) יֵשׁ לְעָתִים קֶטֶר מַטֶּה שֶׁל 20 מ״מ, בְּעֵת שֶׁל-DNC-100 יֵשׁ קֶטֶר מַטֶּה שֶׁל 25 אוֹ 32 מ״מ.
• תְּכוּנָה 2: אֹרֶךְ הַמַּהֲלָךְ הַמֻּמְשָׁךְ (S). כָּל שֶׁהַמַּהֲלָךְ אָרֹךְ יוֹתֵר, כָּל שֶׁהַזְּרוֹעַ הַמְּכַנִּית (מְשִׁיק הָעֲקִמָּה) שֶׁל הַכֹּחַ הַצִּדְדִּי גָּדוֹל יוֹתֵר. צִלִינְדְּרִים שֶׁאֹרֶךְ הַמַּהֲלָךְ שֶׁלָּהֶם חָרֵג מִ-300 מ״מ נִמְצָאִים בְּסַכָּנָה גְּדוֹלָה מִפְּגִיעוֹת כֹּחַ צִדְדִּי.
• פרמטר 3: סגנון הרכבת הצילינדר. אופן ההתקנה של הצילינדר משפיע במידה רבה על קשיחותו. התקנת ציר חזקה בפיהק הקדמי עוצרת עומסים צדדיים טוב יותר מאשר התקנת ציר עם מנגנון צירוב באחורי הצילינדר, אשר מתנהג כמו קורה עם ציר תנועה.
• פרמטר 4: סוג חיבור המוט. חיבורים חיצוניים קשיחים מעבירים 100 אחוז מכל אי-יישור או כוח צדדי ישירות למטלטל הפיסטון, בעוד שחיבורים כדוריים או חיבורים צפים מאפשרים סטייה זוויתית קלה, מה שמבטל כוחות כיפוף.

חישוב מתמטי של הסטייה וכיפוף – שלב אחר שלב

עבור מטלטל פיסטון שמתואר כקורה נשלפת (אשר מייצגת צילינדר מותקן בצורה קשיחה עם מטלטל מוארך הנושא עומס צדדי נקודתי בקצהו), אנו משתמשים במכניקה מבנית קלאסית. הסטייה הסטנדרטית (y) של קורה נשלפת תחת עומס נקודתי (F) בקצה החופשי שלה מחושבת באמצעות הנוסחה הבאה:

y = (F × L³) ÷ (3 × E × I)

כאשר:‏

• y היא הסטייה של המטלטל במילימטרים.
• F הוא העומס הצדדי בניוטונים (N).
• L הוא האורך המורחב הלא נתמך של המוט במילימטרים. בפועל, זהו אורך ההנעה בתוספת המרחק מהכיסוי הקדמי לקצה המוט.
• E הוא מודולוס האלסטיות של חומר המוט. עבור פלדה סטנדרטית, E הוא כ-200,000 ניוטון למילימטר רבוע (N/מ"מ בריבוע).
• I הוא מומנט ההתמד של שטח החתך של מוט הפיסטון העגול המוצק. עבור חתך עגול, הנוסחה היא:

I = (פאי × d בחזקת 4) ÷ 64

כאשר d הוא קוטר מוט הפיסטון במילימטרים.

נחשב את מומנט ההתמד (I) עבור צילינדר מסוג DNC-50 שקוטר מוט הפיסטון שלו הוא 20 מ"מ:

• I = (3.14159 × 20 בחזקת 4) ÷ 64 = 7,854 מ"מ בחזקת 4.

כעת נניח שהצילינדר בעל אורך הנעה (L) של 300 מ"מ ונתון לכוח צדדי (F) של 100 ניוטון בנקודת ההארכה המרבית. נוכל לחשב את הסטייה הצפויה (y):

• y = (100 N × 300 בחזקת 3) ÷ (3 × 200,000 × 7,854)
• y = (100 × 27,000,000) ÷ (4,712,400,000)
• y = 2,700,000,000 ÷ 4,712,400,000 = 0.573 מילימטר.

באוטומציה בעלת דיוק גבוה, סטייה של 0.573 מ״מ היא מסוכנת ביותר. קיימת סבירות גבוהה שיגרמו לתקלה מהירה במערכת הגלילים ולדליפת אטמים פנימיים. תקני התעשייה ממליצים לשמור על הסטייה המקסימלית של המוט מתחת ל-0.15 מ״מ בתפעול רגיל. לפיכך, עומס צדדי של 100 ניוטון עבור מחזור של 300 מ״מ הוא בלתי מקובל. כדי לפתור זאת, יש לצמצם את המחזור, להגביר את קוטר המוט או להתקין מדריך חיצוני.

שימוש בתרשימים של עומסי היצרן (השיטה המהירה למסחר בין עסקים)

מכיוון שעריכת חישובים ידניים לכל עיצוב עלולה להיות משימה טרחה, AIRWORK מספקת גרפים מהונדסים לעומסי צדדית לסדרת הצילינדרים שלנו DNC. עקומות אלו מציגות את העומס הצדדי המרבי המותר (בניוטונים) בציר Y באשר לאורך המחזור המורחב (במילימטרים) בציר X עבור כל קוטר של הצילינדר.

בעת השימוש בטבלאות אלו, יש תמיד ליישם מקדם בטחון של לפחות 1.5 למשימות סטטיות ו-3.0 למשימות דינמיות או מפגיעות. אם פרמטרי הפעולה שלכם נמצאים מעל העקומה עבור הצילינדר שנבחר על ידכם, עליכם לשנות את העיצוב המכני שלכם.

פתרונות מוכחים בתעשייה למניעת עקימה של המוט תחת עומס צדדי

אם העיצוב המכני שלכם קובע שכוחות צדדיים אינם ניתנים להימנעות, השתמשו באסטרטגיות ההנדסיות הבאות כדי להגן על צילינדרי DNC:

• השתמשו ביחידות מדריך סטנדרטיות: AIRWORK מציעה יחידות מדריך חזקות מסדרות FENG ו-HLQ שמתאמות לגוף הצילינדר מסוג DNC. יחידות אלו כוללות שתי ציריות פלדה חיצוניות שעוברות דרך גלגלות כדור ליניאריות. הציריות החיצוניות נושאות 100 אחוז מהעומס הצדדי, ומבודדות לחלוטין את מוט הפיסטון מכוחות צדדיים.
• התקנת מתחברים מתאימים לעצמם: מתחבר מוט מתאים לעצמו (מפרק צף) יש לחרות בקצה מוט הפיסטון. מפרק זה מאפשר סטייה זוויתית של עד 5 מעלות וסטייה מקבילית של עד 2 מ"מ. בכך שהוא מאפשר לחיבור להסתובב, הוא מונע העברת עומסי צד ומומנטי כיפוף למוט הפיסטון.
• יישום צילינדרים עם שני מוטות: עבור יישומים הדורשים הנחיה ליניארית אך בהם יש מגבלה בשטח, יש לבחור בצילינדרים עם שני מוטות או צילינדרים תאומים עם מספר נקודות הרכבה. תצורת המוט הכפולה מחלקת באופן טבעי את עומסי הצד על שתי נקודות מגע, מה שמכפיל את התנגדות הציר לכיפוף.
• הגדלת קוטר הצילינדר וקוטר המוט: אם אף אחת מהאפשרויות לעיל אינה אפשרית, ניתן פשוט לבחור בצילינדר גדול יותר. מעבר מצילינדר DNC-50 לצילינדר DNC-63 מגדיל את קוטר מוט הפיסטון מ-20 מ"מ ל-25 מ"מ. מכיוון שמנת האינרציה גדלה בחזקה הרביעית של הקוטר, שדרוג קטן זה מגביר את התנגדות הכיפוף ביותר מ-140 אחוז.

מסקנה: אופטימיזציה של העיצובים האוטומטיים שלכם עם AIRWORK

חישוב וניהול מדויקים של עומסי צד הם המפתח להארכת תקופת הפעולה של הצילינדרים הסטנדרטיים בסדרת DNC. על ידי בחירת חלקים פנאומטיים בעלי דיוק גבוה מ-AIRWORK והטמעת מדריכים חיצוניים או צירים מתאזנים באופן עצמאי, מעצבים B2B יכולים למנוע כשלים הנגרמים מעקמומיות המוט ולחסוך בהוצאות לתיקון ותחזוקה.

גלו את קונפיגורטורים ה-CAD האינטראקטיביים שלנו ואת מסמכי התיעוד הטכניים על עומסי הצד באתר jzpnu.com כדי לבחור את המידות המדויקות לפרויקט האוטומציה הבא שלכם.