Прашање: Како да се пресмета максималната дозволена „бочна оптовареност“ за стандардни цилиндри од серијата DNC за спречување на извивување на шипката?

Одговор: Пресметување на максималната дозволена бочна оптовареност за цилиндри од серијата DNC според ISO 15552 стандардни Цилиндри се бара проценка на должината на ходот, пречникот на шипот на клипното тело, работниот притисок и ориентацијата на монтирање. Бочната сила е секоја сила која се применува нормално на оската на шипот на клипното тело. За пресметување на дозволената граница, инженерите за B2B дизајн користат физички формули за отстапување на шипот, Еулерови граници за извивност и графици на производителот за бочни сили. Прекорачувањето на овие граници води до отстапување на шипот на клипното тело, локализирано носење на цилиндричната куќа и со временска употреба до трајно извивање на шипот. За спречување на ова, инженерите мора да применијат надворешни водачки единици, да имплементираат саморамнувачки спојници за шипови или да преминат на поголем пречник на шипот на клипното тело.

Вовед: Скриената закана од бочното оптоварување

Во B2B индустријалната автоматизација, стандардниот цилиндар од серијата DNC е работна коњица, дизајниран за да се придржува до широко прифатениот ISO 15552 стандарт. Овие цилиндри со врзни шипки или профилни жлебови се идеални за тежок товар на потиснување и влечење. Меѓутоа, во многу реални машински дизајни, цилиндрите неправилно се изложени на странични или дијагонални сили. Овие сили се познати како странични товари.

Пневматичките цилиндри фундаментално се дизајнирани за осеви (праволиниски) сили. Кога страничните сили делуваат врз издадената бутална шипка, тие создаваат момент на свиткување. Без точни пресметки, овој момент на свиткување може да го надмине границата на течност на челичната бутална шипка, предизвикувајќи трајна деформација (свиткување) и уништувајќи внатрешните запчаници и водачките будници. AIRWORK, премиерен производител на индустријални пневматички компоненти, обезбедува аналитички рамки и инженерски решенија за спречување на овие катастрофални неуспеси.

Механички последици од премногу голем страничен товар

Разбирањето на тоа што се случува внатре во цилиндар од серијата DNC под бочен товар е клучно за менаџерите за набавка Б2Б и изградбата на панели:

• Носечкиот лежиште на шипката: Носечкото лежиште (или водечката цилиндрична кутија) во предниот капак на цилиндарот е дизајнирано за водење на шипката на клип. Бочните товари ја притискаат шипката силно кон едната страна на ова лежиште, што предизвикува брзо изношување, триење и генерирање на топлина.
• Поместување на уплотнителот на клипот: Додека шипката се отклонува бочно, внатрешниот клип исто така е принуден да се наклони. Ова деформира гумениот уплотнител на клипот, создавајќи празнина на едната страна што води до внатрешна протечност, поместување и губење на притисок.
• Цртање на цилиндричниот корпус: Кога клипот се наклонува, носечката лента или металниот дел од клипот може директно да додирне внатрешниот алуминиумски зид на цилиндричниот корпус, што предизвикува цртање на цилиндричниот отвор и трајно оштетување на цилиндарот.
• Постојано оштетување на шипката: Ако бочната сила надмине механичкиот еластичен лимит на материјалот од кој е изработена шипката на цилиндричниот клип (обично јаглероден челик со хромирано покривало или нерѓослив челик), шипката ќе остане постојано оштетена, што ќе доведе до заклучување на цилиндарот.

Основни инженерски променливи за пресметување на бочни товари

За да се извршат пресметки за бочни товари за цилиндри од серијата DNC, мора да се соберат четири клучни параметри:

• Параметар 1: Пречник на шипката на клипот (d). Обичните цилиндри од серијата DNC имаат стандардни пречници на шипката во зависност од пречникот на цилиндричниот цилиндар. На пример, цилиндарот DNC-50 (со пречник од 50 мм) обично има шипка со пречник од 20 мм, додека цилиндарот DNC-100 има шипка со пречник од 25 мм или 32 мм.
• Параметар 2: Испружената должина на ходот (S). Поради подолгиот ход, моментот на свиткување (свивен момент) од бочниот товар станува поголем. Цилиндрите со должина на ходот поголема од 300 мм се особено подложни на неуспеси предизвикани од бочни товари.
• Параметар 3: Начин на монтирање на цилиндарот. Начинот на кој цилиндарот е фиксиран значително влијае врз неговата крутина. Крутиот преден фланец за монтирање по-добро го отпорува страничниот товар во споредба со задниот шарнирски зглоб, кој се однесува како зглобен греда.
• Параметар 4: Тип на врска на шипката. Крутите вински врски пренесуваат 100 проценти од секое несоосност или страничен товар директно до шипката на буталото, додека сферичните или пливачките врски овозможуваат мал аголен отстап, неутрализирајќи ја сила на свитнување.

Поетапно математичко пресметување на отстапувањето и свитнувањето

За шипката на буталото третирана како конзолна греда (што претставува цилиндар со крута монтажа и издадена шипка подложена на точкаст страничен товар на крајот), се користи класична механика на конструкции. Стандардното отстапување (y) на конзолна греда под точкаст товар (F) на слободниот крај се пресметува со следнава формула:

y = (F × L³) / (3 × E × I)

Каде што:

• y е отстапувањето на шипката во милиметри.
• F е страничниот товар во Њутни (N).
• L е неподдржаната продолжена должина на шипот во милиметри. Во пракса, ова е должината на ходот плус растојанието од предниот капак до крајот на шипот.
• E е модулот на еластичност на материјалот од шипот. За стандарден челик, E изнесува приближно 200.000 њутна по квадратен милиметар (N/mm²).
• I е моментот на инерција на цврстиот кружен шип на клип. За кружно напречно пресек, формулата е:

I = (π × d на четврт степен) / 64

Каде што d е дијаметарот на шипот на клип во милиметри.

Да пресметаме го моментот на инерција (I) за цилиндар DNC-50 со шип на клип со дијаметар 20 мм:

• I = (3,14159 × 20 на четврт степен) / 64 = 7.854 mm⁴.

Сега, да претпоставиме дека цилиндарот има должина на ход (L) од 300 мм и е подложен на бочна сила (F) од 100 њутна на целосно истегнување. Можеме да пресметаме очекваното отстапување (y):

• y = (100 N × 300 на трет степен) / (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 милиметри.

Во високо-прецизна автоматизација, отклон од 0,573 мм е исклучително опасен. Веројатноста за брзо оштетување на лежиштата и протекување на внатрешните запечатувања е многу голема. Индустријските стандарди препорачуваат максималниот отклон на шипката да биде помал од 0,15 мм за стандардни операции. Затоа, за ход од 300 мм, странична сила од 100 Њутна е неприфатлива. За да се реши овој проблем, потребно е или да се намали ходот, или да се зголеми пречникот на шипката, или да се инсталира надворешен водач.

Користење на дијаграми за товар од производителот (брз метод за B2B)

Бидејќи рачното пресметување за секој дизајн може да биде временски зафатено, AIRWORK обезбедува инженерски графици за страничен товар за нашите цилиндри од серијата DNC. Овие криви ги прикажуваат Максималната дозволена странична сила (во Њутни) по Y-оската според должината на проширен ход (во милиметри) по X-оската за секој пречник на цилиндарот.

При употреба на овие дијаграми, секогаш применувајте фактор на сигурност од најмалку 1,5 за статички товари и 3,0 за динамички/ударни товари. Ако вашите работни параметри се над кривата за избраниот цилиндар, мора да го промените механичкиот дизајн.

Решенија со докажана примена во индустријата за спречување на свитнувањето на шипката под бочен товар

Ако вашиот механички дизајн бара неизбежни странични сили, користете ги овие инженерски стратегии за заштита на вашите DNC цилиндри:

• Стандардизирајте ги водачките единици: AIRWORK нуди тежок тип FENG и HLQ серија плазмачки водачи кои се прикачуваат на телото на DNC цилиндарот. Овие единици имаат двојни надворешни челични шипки кои минуваат низ линеарни куглични лежишта. Надворешните шипки го апсорбираат 100 проценти од бочниот товар, целосно изолирајќи ја шипката на клипното тело од страничните сили.
• Инсталирајте саморегулирачки спојници: Саморегулирачки спојник за шипка (плавајќи вратил) треба да се завитка на крајот на шипката на цилиндарот. Овој вратил овозможува аголна несоосност до 5 степени и паралелна несоосност до 2 мм. Со овозможување на ротација на врската, се спречува преносот на странични товари и моменти на свиткување на шипката на цилиндарот.
• Применете цилиндри со двојна шипка: За примени каде што е потребно линеарно водење, но просторот е ограничен, изберете цилиндри со двојна шипка или со повеќе монтажни точки и двојна шипка. Конфигурацијата со двојна шипка природно распределува страничните товари преку две точки на контакт, удвојувајќи ги отпорноста кон свиткување.
• Зголемете го пречникот на цилиндарот и шипката: Ако ниту една од горенаведените опции не е изводлива, едноставно зголемете го цилиндарот. Ажурирањето од DNC-50 до DNC-63 ја зголемува пречникот на шипката на цилиндарот од 20 мм на 25 мм. Бидејќи моментот на инерција расте со четвртиот степен на пречникот, ова помала ажурирање зголемува отпорноста кон свиткување за повеќе од 140 проценти.

Заклучок: Оптимизирајте ги вашите автоматизирани дизајни со AIRWORK

Точното пресметување и управување со страничните товари е клучно за проширување на работниот век на стандардните цилиндри од серијата DNC. Со избор на високо-прецизни пневматски делови од AIRWORK и интеграција на надворешни водачи или саморамнувачки врски, B2B дизајнерите можат да елиминираат оштетувања предизвикани од извивување на шипката и да намалат трошоците за одржување.

Истражете ги нашите интерактивни CAD конфигуратори и техничката документација за странични товари на jzpnu.com за точно дименционирање на вашиот следен автоматизационен проект.