Питање: Како израчунати максимално дозвољено "страно оптерећење" за стандардне цилиндре серије ДНЦ како би се спречило савијање штапа?

Одговор: Прорачунавање максимално дозвољеног бочног оптерећења за ДНЦ серију ИСО 15552 стандардни цилиндри захтева процену дужине течања, пречника стабла гума, радног притиска и оријентације монтаже. Бочно оптерећење је свака сила која се примењује перпендикуларно на оску стакла гума. Да би израчунали дозвољену границу, инжењери за пројектовање Б2Б користе физичке формуле одвијања шипке, Ојлерове границе нагиба и графике произвођача бочних оптерећења. Превазилажење ових граница доводи до одвијања пистоне, локализованог зноја цилиндра и коначног трајног савијања штапа. Да би се то спречило, инжењери морају да примењују спољне управљачке јединице, да примењују самоизређивачке спајача за прстење или да повећају дијаметар прстена.

Увод: Скривена претња од бочног оптерећења

У индустријској аутоматизацији Б2Б, стандардни цилиндр серије ДНЦ је радни коњ, дизајниран да одговара широко прихваћеном стандарду ИСО 15552. Ови цилиндри са везу или профилским жлебом су идеални за тешке задате гушења и вучења. Међутим, у многим стварним машинама, цилиндри су погрешно подложени латералним или дијагоналним силама. Ово се назива бочним оптерећењем.

Пневматични цилиндри су у основи дизајнирани за аксијске (просте линије) силе. Када латералне силе делују на продужену штапљину, они стварају момент савијања. Без тачних израчунавања, овај момент савијања може прећи снагу сталног пистона, узрокујући трајну деформацију (свијање) и уништавање унутрашњих пломбица и вођског буша. Аирворк, највиши произвођач индустријских пневматичких компоненти, пружа аналитички оквир и инжењерска решења за спречавање ових катастрофалних неуспеха.

Механичке последице прекомерног бочног оптерећења

Разумевање шта се дешава унутар цилиндра серије ДНЦ под бочним оптерећењем је од кључног значаја за менаџер за куповину Б2Б и произвођаче панела:

• Износ лажица: Лажица лажица (или водич буш) у предњој капаци цилиндра је дизајнирана да води пистону. Бочни оптерећења снажно притискају штап на једну страну овог лежаја, узрокујући брзо хабање, тријање и производњу топлоте.
• Оф-Центрирање пистона: Како се штап одвија на страну, унутрашњи пистон је такође приморан да се нагине. То деформише пломбу пистона, стварајући јаз на једној страни који доводи до унутрашњег цурења, дрифта и губитка притиска.
• Порезивање цилиндра: Када се пистон нагине, прстен за зношење или метално тело пистона може директно да дође у контакт са унутрашњим зидом алуминијумског барела, порезивајући дубље и трајно оштећујући цилиндр.
• Постојан савијање штапа: Ако бочна сила прелази механичку еластичну границу материјала стапка за упис (обично угљенског челика са тврдом хромском покривком или нерђајућим челиком), стапка ће остати трајно савијана, закључавајући цилиндр.

Основне инжењерске променљиве за израчунавање бочног оптерећења

Да бисте извели прорачуне бочног оптерећења за цилиндре серије ДНЦ, морате сакупити четири витална параметра:

• Параметар 1: Дијаметар стабла сукоба (д). Уобичајени цилиндри ДНЦ имају стандардне дијаметре штапа у зависности од величине дугине. На пример, цилиндр ДНЦ-50 (50 мм дужина) обично има прст са дијаметром од 20 мм, док ДНЦ-100 има прст од 25 или 32 мм.
• Параметар 2: Проширена дужина потеза (S). Што је дужи потез, то је већа руку лопате (момент савијања) бочног оптерећења. Цилиндри са дужинама тежења већим од 300 мм су веома ранљиви на неуспех бочног оптерећења.
• Параметар 3: Стил монтаже цилиндра. Начин на који је цилиндр закрепљен веома утиче на његову крутост. Строг предњи фланж се држи бочног оптерећења боље од задњег кливса, који се понаша као шарени гребен.
• Параметар 4: Тип везе штапа. Строг нит преноси 100 посто било каквих погрешних изреда или бочних снага директно на стапало гума, док сферични зглобови или плутајући зглобови омогућавају мало угловно одступање, неутралишући силе савијања.

Математички израчунавање дефлекције и савијања корак по корак

За пистону прст који се третира као кантилеверна гређа (која представља круто монтирани цилиндр са продуженом прстом подложеном тачном бочном оптерећењу на крају), користимо класичну структурну механику. Стандардно одвијање (y) сталничке греде под точним оптерећењем (F) на њеном слободном крају израчунава се помоћу следеће формуле:

y = (F x L у кубу) / (3 x E x I)

Где:

• y је одвијање штапа у милиметрама.
• F је бочно оптерећење у Њутонима (Н).
• L је неподржан продужена дужина штапа у милиметрама. У пракси, ово је дужина удара плус удаљеност од предње капе до краја штапа.
• Е је модул еластичности материјала штапа. За стандардни челик, Е је око 200.000 Њутона по квадратном милиметру (Н/мм квадрата).
• I је Површински момант инерције чврстог кружног пистона. За кружни пресек формула је:

И = (пи х д на степен 4) / 64

Г) где је d пречник стабла гума у милиметрама.

Прерачунамо момант инерције (I) за цилиндр ДНЦ-50 са 20 мм стаплом пистона:

• I = (3,14159 x 20 подигнуто на степен 4) / 64 = 7,854 мм на степен 4.

Сада, претпоставимо да цилиндр има дужину течања (Л) од 300 мм и да је подложен бочним силама (Ф) од 100 Њутона при пуном проширењу. Можемо израчунати очекиване одвијања (y):

• y = (100 N x 300 кубичних) / (3 x 200,000 x 7,854)
• y = (100 x 27.000.000) / (4,712,400,000)
• y = 2.700.000.000 / 4.712.400.000 = 0.573 милиметара.

У високопрецизној аутоматизацији, одвијање од 0,573 мм је изузетно опасно. Веома је вероватно да ће изазвати брз неуспех лежаја и унутрашње цурење пломбе. Индустријски стандарди препоручују да се максимално одвијање штаба држи испод 0,15 мм за стандардне операције. Стога, за потез од 300 мм, 100 Нутн бочно оптерећење је неприхватљиво. Да бисте то решили, требало би да смањите ударац, повећате дијаметар штапа или инсталирате спољни водич.

Користећи дијаграме оптерећења произвођача (брза Б2Б метода)

Пошто ручно израчунавање за сваки дизајн може трајати дуго, Аирворк пружа графике инжењерских бочних оптерећења за цилиндре из серије ДНЦ. Ове криве нацртавају максимално дозвољено бочно оптерећење (у Њутонима) на И ос против продужене дужине потеза (у милиметрама) на Х ос за сваку величину дугине.

Када се користе ове табеле, увек се примењује фактор безбедности од најмање 1,5 за статичка оптерећења и 3,0 за динамичка/ударна оптерећења. Ако су ваши параметри рада изнад криве за изабрани цилиндр, морате да промените свој механички дизајн.

Проналазе се доказана решења за спречавање савијања штапа под бочним оптерећењем

Ако ваш механички дизајн диктира да су латералне снаге неизбежне, користите ове стратегије за заштиту цилиндра:

• Стандардизација на јединице за вођење: Аирворк нуди тешке FENG и HLQ серије слайд водича који се причвршћују на тело цилиндра DNC. Ове јединице имају двоструке спољне челичне ваље које пролазе кроз линеарне ложаре. Спољне ваље апсорбују 100 посто бочног оптерећења, потпуно изоловајући стап пистона од латералних снага.
• Уставити самоизређивачке спојке: Самоизређивачки спојкач за прстење (плавајући зглоб) треба да буде наврзан на крај прстена. Овај зглоб омогућава угловно неисправно излагање до 5 степени и паралелно неисправно излагање до 2 мм. Дозвољавајући да се веза окреће, спречава пренос бочних оптерећења и момента савијања на штап пистона.
• Уведите цилиндре са двоструком стапцом: За апликације у којима је потребно линеарно вођење, али простор је ограничен, изаберите цилиндре са двоструком стапом или више монтажа са двоструком стапом. Конфигурација двоструке шипке по својству распоређује бочна оптерећења преко две тачке контакта, удвостручавајући отпорност на савијање.
• Повећајте дужину цилиндра и величину штапа: Ако ниједно од горе наведеног није изводљиво, једноставно превели цилиндр. Понашање модернизације са ДНК-50 на ДНК-63 повећава пречник стабла у пистону са 20 мм на 25 мм. Пошто се инертни момант повећава са четвртом степеном дијаметра, ово мало унапређење повећава отпорност на савијање за преко 140 посто.

Закључак: Оптимизујте своје аутоматизоване пројекте помоћу Аирворка

Прецизно израчунавање и управљање бочним оптерећењима кључ је за проширење радног живота стандардних цилиндра серије ДНЦ. Избором прецизних пневматичких делова из Аирворка и интеграцијом спољних водича или само-изређивајућих зглобова, дизајнери Б2Б могу елиминисати неуспехе са савијањем шип и смањити трошкове одржавања.

Истражите наше интерактивне ЦАД конфигураторе и техничку документацију за бочну оптерећење на jzpnu.com да бисте савршено димензирали свој следећи пројекат аутоматизације.