Jautājums: Inženierzinātne par „rotācijas izpildmehānismiem”: kā izvēlēties pareizo momentu pneimatiskām pagrieziena lietojumprogrammām?

Atbilde: Pareizā momenta izvēle pneimatiskiem rotācijas izpildmehānismiem prasa aprēķināt trīs galvenās rotācijas spēku: statisko momentu (lai pārvarētu gravitāciju un ārējo fizisko pretestību), dinamisko momentu (lai paātrinātu slodzes rotācijas inerciju noteiktā laikā) un berzes momentu (ko rada bultiņas un iekšējās blīves). Pneimatiskie rotācijas izpildmehānismi rada momentu, lineāro šķidruma spiedienu pārvēršot rotācijas spēkā. Divi galvenie mehānismi ir zobrata un zoba stienīša un lāpstiņveida konstrukcijas. Tā kā kompresētais gaiss ir saspiežams, nepietiekama momenta izpildmehānisma izvēle izraisa lēnu pagriezienu, apstāšanos slodzes ietekmē vai nestabilu rotāciju. Konstruktors inženieriem vajadzētu aprēķināt kopējo inercijas momentu un piemērot drošības koeficientu 1,5–2,0, lai nodrošinātu gludu un kontrolētu pagriezienu.

Ievads: Kontrolētas rotācijas spēks

B2B rūpnieciskās automatizācijas jomā lineārā kustība ir tikai puse no stāsta. Dažādām automatizētām sistēmām bieži vien nepieciešams, lai komponenti pagrieztos, rotētu, apgrieztos vai svārstītos. Tipiski piemēri ir robotizētās saķeres pagriešana, lai nodotu detaļu, ķīmisko cauruļvadu vārsta roktura pagriešana vai 180 grādu pagriešana iepakojumam augstas ātruma transportiera līnijā.

Lai gan elektriskie servomotori var veikt šādas darbības, tie bieži vien ir dārgi, prasa sarežģītu programmēšanu un ir jutīgi pret putekļainām, mitrām vai mazgāšanas vidiem. Pneimatiskie rotācijas darbinieki piedāvā spēcīgu, izturīgu un ļoti rentablu alternatīvu. Tomēr, lai garantētu gludu rotāciju bez apstāšanās, inženieriem jāsaprot spēka momenta aprēķināšanas mehāniskie principi. AIRWORK, augstas klases pneimatisko komponentu vadošais ražotājs, nodrošina inženierijas rīkus un izturīgos darbiniekus, kas nepieciešami uzticamai pagriešanai.

Rotācijas darbinieku mehānismu inženierija

Lai izvēlētos pareizo momentu, mums vispirms jāapskatās, kā darbinātājs pārvērš gaisa spiedienu rotācijas spēkā. Rūpniecībā izmanto divus galvenos dizainus:

• Zobratņu un zobrata darbinātāji: Šajā dizainā tiek izmantots viens vai divi paralēli lineāri cilindra korpusi. Pistoņu stieņi ir izveidoti kā zobrata zobrats. Kad saspiestais gaiss pārvieto pistonus, zobrats slīd pa apļveida zobrata zobratiem, piespiežot izvades vārpstu pagriezties. Zobratņu un zobrata darbinātāji ir ļoti populāri, jo tie nodrošina pastāvīgu, augstu izvades momentu visā rotācijas leņķī, ir ļoti izturīgi un ļauj integrēt leņķa regulēšanu un gaitas beigu amortizāciju.
• Lāpstiņveida darbinieki: Šī kompakta konstrukcija sastāv no cilindriskas kameru, kurā atrodas centrālais vārsts ar starojumu lāpstiņu. Kad vienas kameras puses virzienā tiek novirzīts saspiests gaiss, tas tieši spiež pret lāpstiņu, pagriežot vārstu. Lāpstiņveida darbinieki ir ļoti kompakti, viegli un gandrīz pilnīgi bez atspēles. Tomēr, tā kā gaiss var lēni izplūst gar vienas lāpstiņas blīves malu, tie rada zemāku momentu un parasti tiek izmantoti vieglākiem slodzes apjomiem.

Momenta izmēru noteikšanas pamatfizika: Trīs sastāvdaļas

Izvēloties darbinieku B2B lietojumprogrammai, nevajadzētu orientēties tikai uz slodzes masu. Jums jānovērtē trīs atsevišķas momenta sastāvdaļas:

• Sastāvdaļa 1: Statiskais moments (Ts). Tas ir moments, kas nepieciešams, lai noturētu vai paceltu slodzi pret gravitāciju. Ja slodze rotē horizontālā plaknē, gravitācijas moments ir nulle. Tomēr, ja slodze pagriežas vertikāli (piemēram, durvis, kas atveras augšup), gravitācija rada ievērojamu pretestības momentu, kas mainās atkarībā no leņķa.
• Komponents 2: Dinamiskais momentālais spēks (Td). Tas ir momentālais spēks, kas nepieciešams, lai paātrinātu rotējošās slodzes masu no miera stāvokļa līdz vēlamajai leņķiskajai ātrumam. To nosaka slodzes masas sadalījums.
• Komponents 3: Berzes momentālais spēks (Tf). Tas ir pretestības spēks, ko rada ārējie gultņi, vadītājierīces un darbinātāja iekšējie blīves.

Solis pa solim matemātiskais izmēru noteikšanas pamācība

Lai matemātiski noteiktu darbinātāja izmērus, jāievēro šis soli pa solim veidotais inženierijas protokols:

• 1. solis: Aprēķināt masas inercijas momentu (I). Inercijas moments attēlo ķermeņa pretestību pret rotācijas paātrināšanu. Tas ir atkarīgs no masas (m) un slodzes formas. Cietas taisnstūra plāksnes ar masu m, platumu w un garumu h, kas rotē ap savu centra asi, inercijas moments ir:

I = (1 / 12) x m x (w kvadrātā + h kvadrātā)

Cilindra ar masu m un rādiusu r, kas rotē ap savu centra asi, inercijas moments ir:

I = 0,5 x m x (r kvadrātā)

Ņemiet vērā, ka visiem izmēriem jābūt kilogramos (kg) un metros (m), lai iegūtu inercijas momentu kilogramos reizināt ar metru kvadrātu (kg × m²).

• 2. solis: Nosakiet nepieciešamo leņķisko paātrinājumu (alpha). Pieņemsim, ka kravai jāpagriežas par leņķi theta (radiānos) noteiktā laikā t (sekundēs), sākot no miera stāvokļa. Pieņemot vienmērīgu paātrinājumu, formula ir:

alpha = (2 × theta) ÷ (t²)

Piemēram, lai pagrieztu par 180 grādiem (kas ir pi vai 3,1416 radiāni) 1,0 sekundē:

• alpha = (2 × 3,1416) ÷ (1,0 × 1,0) = 6,28 radiāni sekundē kvadrātā (rad/s²).
• 3. solis: Aprēķiniet dinamisko paātrināšanas momentu (Ta). Kad jums ir inercijas moments (I) un leņķiskais paātrinājums (alpha), izmantojiet Ņūtona otrā likuma rotācijas formulu:

Ta = I × alpha

Tas dod jums momentu (ньūtonmetros, N·m), kas nepieciešams tikai kravas paātrināšanai.

• 4. solis: Saskaitiet momentus un pielietojiet B2B drošības koeficientu. Saskaitiet statisko, dinamisko un berzes momentus, lai noteiktu teorētiski nepieciešamo momentu:

T kopā = Ts + Td + Tf

B2B mašīnu būvē vienmēr izmantojiet vismaz 1,5 lielu drošības koeficientu vienkāršiem, labi vadītiem horizontāliem pagriezieniem un 2,0 lielu drošības koeficientu vertikālām pacelšanām vai sistēmām, kurām raksturīga mainīga berze. Tāpēc jūsu pneumatiskā aktuatora minimālais reitings moments standarta darba spiedienā (parasti 5–6 bar) ir:

T reitings = T kopā × Drošības koeficients

Praktisks izmēru noteikšanas piemērs: āķa plāksnes pagriešana

Aprēķināsim momentu, kas nepieciešams, lai horizontāli pagrieztu cietas tērauda taisnstūra āķa plāksni:

• Pacelšanas masa (m) = 4,0 kg.
• Plāksnes izmēri: Platums (w) = 0,2 metri, Garums (h) = 0,1 metrs.
• Mērķis: pagriezt par 90 grādiem (1,57 radiāniem) 0,5 sekundēs.

Vispirms aprēķiniet inercijas momentu (I):

• I = (1 / 12) × 4,0 kg × (0,2 kvadrātā + 0,1 kvadrātā) = 0,333 × (0,04 + 0,01) = 0,333 × 0,05 = 0,01665 kg × m².

Otrkārt, aprēķiniet leņķisko paātrinājumu (alpha):

• alpha = (2 × 1,57 rad) / (0,5 × 0,5) = 3,14 / 0,25 = 12,56 rad/s².

Treškārt, aprēķiniet dinamisko momentu (Ta):

• Ta = 0,01665 kg × m² × 12,56 rad/s² = 0,209 N·m.

Tā kā šis ir horizontāls pagrieziens, statiskais gravitācijas moments ir nulle. Pieņemsim, ka ārējās bultu būvnes berze ir neievērojama. Mēs pielietojam B2B drošības koeficientu 1,5:

• T nominālais = 0,209 N·m × 1,5 = 0,314 N·m.

Tāpēc mums jāizvēlas AIRWORK rotācijas darbinātājs, kuram nominālais izvades moments ir vismaz 0,314 N·m darba spiedienā 5 bar.

Augstas veiktspējas rotācijas darbinātāji no AIRWORK

AIRWORK ražo plašu zobrata un zobeņa pneumatisko rotācijas darbinātāju klāstu, tostarp ļoti populāros MSQ un rotācijas galdiņu sērijas modeļus. Mūsu darbinātājiem ir šādas īpašības:

• Augstas izturības sakausējuma tērauda vārpsti un zobrati, lai izturētu lielās šķērsspēka slodzes.
• Divpistolu sviru konstrukcijas, lai dubultotu izvades momentu, saglabājot kompaktus gabarītus.
• Integrēti augstas veiktspējas amortizatori, lai absorbētu rotācijas kinētisko enerģiju un novērstu atlēcienu rotācijas beigās.
• Iekšējās magnētiskās joslas precīzu cietvielas leņķa sensoru atbalstam PLC pozīcijas atgriezeniskajai saitei.

Secinājums: sasniedziet precīzu pagriezienu ar AIRWORK

Pareizā momenta izvēle ir atšķirība starp mašīnu, kas pagriežas nevainojami, un to, kas apstājas vai stipri vibrē. Aprēķinot masas inercijas momentu, nosakot paātrinājuma ātrumus un norādot augstas kvalitātes sviru un zobratu darbinātājus no AIRWORK, konstruktors var nodrošināt gludu, uzticamu un enerģijas efektīvu rotācijas kustību.

Apmeklējiet vietni jzpnu.com, lai piekļūtu mūsu bezmaksas tiešsaistes momenta kalkulatoriem, lejupielādētu pilnīgus rotācijas darbinātāju CAD zīmējumus un konsultētos ar mūsu inženieru atbalsta komandu.