Мембранные (диафрагменные ) приводы

Мембранные пневмодвигатели состоят из камеры -1, крышки -2, между которой зажата мембрана-3 тарельчатой формы из прорезиненной ткани.

Сжатый воздух поступает в нижнюю полость и перемещает диск-4 со штоком -5, при выпуске воздуха пружина-6 возвращает шток в исходное положение . Пневмокамера закрепляется на корпусе с помощью шпилек-7 и центрируется по выступу (выточке) D. Отверстие А служит для выпуска воздуха. В большинстве случаев пневмокамеры бывают одностороннего действия, но применяются и двухсторонние (во вращательных) приводах. Корпус и крышка выполняются из алюминия или серого чугуна, а так же из пластмассы волокнистой. Тарельчатые мембраны прессуют в прессформах. Материал из 4-х слойной ткани бельтинг ГОСТ 2924-77. С двух сторон покрыт маслостойкой резиной. Толщина мембраны 6-7мм. Иногда мембраны вырезают из листов технической резины с тканевыми прокладками до 3 мм, так же транспортерной ленты или прорезиненного ремня 4-6 мм.В настоящее время большое распространение получили пневмокамеры встраиваемые в корпуса переналаживаемых универсальных приспособлений. Диапазон применяемости от единичного до массового производства (пневмотиски, пневмостолы и т.д.)

В сравнении с поршневыми двигателями пневмокамеры имеют ряд преимуществ:

· у камер одностороннего действия отсутствуют и исключаются утечки воздуха, а у камер двухстороннего действия уплотнитель действует со стороны штока

· компактность и имеют малый вес

· технологичны в изготовлении

· отсутствует смазка

· более долговечны, выдерживают от 600 тыс. до 1 млн включений; манжетные уплотнители (10000-150000 включений)

Недостатки:

ü небольшой ход штока 35-40 мм

ü непостоянство развиваемых усилий на штоке с изменением длины хода (усилие на штоке падает с увеличением перемещения)

D: 130;148;178

D₁: 174;198;228

L=2h

h-стрела выпуклости диафрагмы

- см. Корсаков стр.129

- для защемленной диафрагмы

- перемещение штока от исходного положения в долях

D и d – диаметры мембраны и опорной шайбы

р- давление сжатого воздуха.

Силовые приводы механизмов зажима.

К главным задачам организации современного производства, наряду с повышением производительности труда и повышением качества продукции, относится также снижение доли ручного труда за счет внедрения и использования механизированной и автоматизированной оснастки. В настоящее время механизируют и автоматизируют установку и закрепление обрабатываемой детали, включение и выключение станков, поворот и фиксацию приспособлений в процессе обработки, снятия деталей после обработки и транспортировку, удаление стружки и т.д. Для привода устройств, выполняющих выше перечисленные операции в отечественном серийном, крупносерийном и массовом производстве главным образом используют сжатый воздух, жидкости под давлением и электроэнергию. Наибольшее применение получили приводы с использованием энергии сжатого воздуха.

Пневматические приводы.

Пневматические приборы получили наибольшее распространение из-за ряда преимуществ:

1. быстрота действия и легкость управления;
2. надежность и стабильность в работе;
3. сравнительно легко осуществляется централизованное снабжение;
4. простота конструкции;
5. нечувствительность к изменению температуры окружающей среды;
6. отсутствие необходимости отвода после использования.

Для сравнения скорость течения масла по трубопроводам 2,5 – 4,5 м/сек; воздуха до 180 м/сек и более. Усилие руки при повороте распределительного крана 1,5 кг, в ручных до 15-20 кг.

1. сила пневматического зажима легко поддается расчету;
2. сила зажима от пневмопровода легко регулируется (редукционные клапана) и контролируется (манометры);
3. позволяет нормализовать ряд узлов пневмопровода
4. легко автоматизировать;
5. дают широкую возможность применения комбинированных установочно-зажимных механизмов;
6. постоянство силы зажима (при ручном зажиме не постоянство сил зажима составляет 30%, кроме того, усилие зажима должно быть больше чем требуется для удержания детали, из-за колебания сил резание, которое может привести к ослаблению зажима).

Для применения механизированной оснастки с пневмоприводом необходимы компрессорные установки, дающие давление 6–7 атм. и воздухопроводы в цехах. Вследствие потерь и утечек воздуха в воздухопроводе давление на рабочих местах составляет 4–5 атм.

К недостаткам относят: большие габариты, из-за давления в системе не превышающего 4-5 атм. невысокий К.П.Д. и не обеспечение плавности хода зажимных элементов в работе.

Общие технические требования на пневмоприводы регламентированы ГОСТ 18460-73.

Пневматические приводы состоят из пневмодвигателя, пневмоаппаратуры и воздухопроводов. В качестве двигателя применяются цилиндры или поршневой двигатель, диафрагменные двигатели (пневмокамеры), камерные двигатели.

В приборостроении применяют лопастные и сильфонные пневмоприводы.

По методам компоновки с приспособлениями как поршневые, так и диафрагменные двигатели могут быть встроенными, прикрепляемыми или приставными. Камерные преимущественно встроены, прикрепляемые – монтируются на корпусе приспособления, приставные – выделены в самостоятельный агрегат и многократно используются в различных компоновках.

Пневмодвигатели бывают двух стороннего действия, в которых рабочий и холостой ход осуществляется сжатым воздухом, и одностороннего, в котором рабочий ход осуществляется сжатым воздухом, а холостой – усилием пружины. Двухсторонний применяется при наличии в приспособлениях самотормозящих механизмов, требующих больших усилий на истоке не только во время работы, но и при холостом ходе. Односторонние – когда усилие холостого хода невелико.

Схемы исполнения пневматических двигателей:

Одностороннего Двустороннего Двустороннего действия

действия действия с двусторонним штоком

Плунжерные Телескопические

С торможением

Втулки 1 входят в выточки 2 и

перекрывают свободный выход

воздуха, создавая воздушную

подушку.

Мембранные

Пневмоприводами оснащаются:

1. стационарные приспособления, закрепляемые на столах фрезерных, сверлильных, расточных и других станков;

2. вращающиеся приспособления (патроны, оправки, цанговые оправки и патроны, оправки на шлице и зубофрезерные станки);

3. приспособления, устанавливаемые на вращающихся и делительных столах, при непрерывной и позиционной обработке. Требования к воздушной среде см. стр 73 «А»

Пневмоцилиндры (поршневые двигатели)

Основным рабочим органом, преобразующим энергию сжатого воздуха в зажимное усилие в поршневом приводе, является поршень со штоком, который помещен в цилиндре, герметически закрытом крышкой.

Основные особенности поршневого привода:

1. величина хода поршня может быть любой в зависимости от длины цилиндра;

2. на протяжении всей длины хода поршня зажимное усилие постоянно; небольшая часть давления сжатого воздуха расходуется на преодоление силы трения;

3. конструкция основного рабочего органа сложнее диафрагмы из-за необходимости обеспечения герметичности в подвижном соединении;

4. габаритные размеры развиты в направлении главной оси;

5. предъявляются высокие требования к чистоте обработке детали привода;

6. стойкость на износ уплотнений поршня ниже работоспособности диафрагмы; наблюдаются утечки сжатого воздуха, которые возрастают во время работы привода;

7. стоимость изготовления поршневого привода выше диафрагменного и камерного.

Стационарные цилиндры.

Стационарные цилиндры большей частью выполняются по ГОСТ 15608-70 и рассчитаны на номинальное давление 10 кгс/кв.см., или по ГОСТ 16029-70 для цилиндров телескопических, гидравлических и других. Стандартные цилиндры (ГОСТ 15608-70) предназначены привода перемещений узлов различного оборудования, технологической оснастки, а т.ж. устройств автоматизации и механизации. Они работают при температуре от - 45°С до + 60°С. Скорость перемещения штока не более 0,5 м/сек. Сжатый воздух должен быть очищен от паров кислот и щелочей, влаги и насыщен распыленным маслом вязкостью от 10-32 кв. мм/сек (сантисктокс сСт.) с концентрацией 2…4 капли на 1 куб.м. при t= 50°С. Механические частицы, содержащиеся в воздухе, по размеру не должны быть более 40 мм, при концентрации их 20 мг/куб.м.

Цилиндры выпускают следующих исполнений: без торможения и с торможением; по виду крепления: на удлиненных стяжках (основное использование), лапах, переднем или заднем фланцах, проушине, запоре. (Ансеров табл.4.1. Основные рабочие параметры пневмоцилиндров).

Цилиндры всех типов имеют унифицированные детали (гильзы, штоки, направляющие втулки и др.)

Крепление цилиндров см. Ансеров изд. 75г. Стр. 208-211.

Встроенные пневмоцилиндры нормализованы для станочных приспособлений (см. приложение к МН2937-62…МН2951-62). Встроенные пневмоцилиндры целесообразно применять в специальных приспособлениях в массовых и крупносерийных производствах, а т.ж. в базовой части переналаживаемых приспособлений в серийном и мелкосерийном производстве.

Механизированные вращающиеся приводы.

Эти приводы предназначены для применения их в качестве силового узла патронов, оправок и др. приспособлениях токар., револьв., круглошл., станках зубообрабатывающей группы, шлиценарезных и специальных, где это требуется. Конструкции их регламентированы в ГОСТ 16683-71. Предусматривается два исполнения : одинарный цилиндр с одним поршнем и сдвоенные с двумя поршнями. По направлению действия развиваемого усилия вращающиеся приводы имеют два режима: толкающий и тянущий.

Вращающиеся пневмоцилиндры в отличие от стационарных имеют воздухоподводящую муфту с помощью, которой они соединяются с пневмосетью. Кроме стандартных применяются и цилиндры, изготовленные по нормалям: одинарные МН 3450-62 и сдвоенные МН 3451-62. Нормализованные цилиндры имеют два исполнения:

1. с муфтой для максимальной частоты вращения цилиндра h max = 1200 об/мин;

2. с муфтой для максимальной частоты вращения цилиндра h max = 2000 об/мин.

Конструкция муфт по МН 3452-62 см. стр. 214

Специальные цилиндры.

Все многообразие специальных цилиндров можно разделить на следующие группы:

1. однопоршневые плавающие, у которых цилиндр и поршень одновременно перемещаются в разные стороны;

2. двухпоршневые с расходящимися поршнями;

3. двух и трехпоршневые с повышенным усилием на общем штоке.

Плавающие цилиндры и цилиндры с расходящимися поршнями позволяют заменять одну деталь в двух точках или две детали одновременно

Плавающий цилиндр. Двух сторонний цилиндр

с расходящимися поршнями

В серийном производстве для привода специальных приспособлений используются приставные цилиндры, а для закрепления деталей на фрезеровочных, строчных, сверлильных и расточных станках используются универсальные пневмоприхваты.

Детали пневмоцилиндров.

Схема:

Пневмоцилиндр одностороннего действия

1- шток

2- отверстия для крепления цилиндра

3- пружина

4- гильза

5- поршень

6- уплотнения ( резиновые кольца )

7- герметизирующая прокладка

8- отверстие для подачи сжатого воздуха

9- нижняя крышка

10- корпус цилиндра

11- стяжная шпилька

12- верхняя крышка

13- втулка

Длину цилиндра следует выбирать так, чтобы ход штока был на 10…20 мм больше потребного перемещения зажимных элементов. Диаметр определяется по ГОСТ.

КОРПУС. Он состоит из гильзы или втулки, передних и задних крышек. Крышки центрируются в корпусе по выступам «С». Крышки со втулкой соединяются несколькими способами:

· стяжными болтами

· отдельными винтами.

Гильза может быть литая, точеная, сварная. Выполняется из чугуна, стали и алюминия – используется для вращающихся патронов. Для предварительного накопления сжатого воздуха в мертвых точках положения поршня, в крышках делаются выточки глубиной 3 мм.

Нормализованные цилиндры имеют рабочий диаметр 50; 60; 75; 100; 125; 150; 200; 250; 300. Зеркало цилиндра или внутренняя поверхность обрабатывается до шероховатости 1.25 – 0.63. – под уплотняющие кольца, 0,32 – 0,16 кл. – для манжет. Посадка поршня в цилиндр:

· в случае применения колец А/Х(Н7/f7) ; А3/Х3(Н8/f9);

· при наличии манжет А4/Х4(Н11/d11) ; А5/Х5(Н12/b13);

отверстие под шток в передней крышки обрабатывают до 0,64 шерохов. поверхн., конусность и овальность – 0,02 мм. Допустимая несоосность цилиндра и отверстие под шток при наличие колец 0,02 мм., манжет 0,06-0,08 мм. Хромирование внутренней поверхности применяют для защиты против коррозии. Крышки и торцы поршня, соприкасающиеся с воздухом, окрашиваются суриком.

Диаметр цилиндра определяют исходя из необходимой силы зажима (см. формулы определения усилия на штоке) при р=4атм Д ≈ 0.72

Толщина стенки определяется из условия прочности на разрыв материала цилиндра:

где р – максимально возможное давление;

– допустимое напряжение на разрыв; сталь R= 400-600 кг/кв.см, чугун 150кг/кв.см.

Минимальная толщина стенки 5-7 мм

С4 → S = 7-16 мм; сталь 45 → S = 5-12,5 мм; AL → S =10-18 мм.

Стяжные болты: Z = 4; 6; 8 – рассчитываются на разрыв. Сила, действующая на болты с учетом предварительной затяжки, принимается на 25% больше расчетной силы на первом болте.

Р =

где Р – усилие нагружения болтов;

Z – количество болтов;

D – внутренний диаметр резьбы;

– допустимая напряжение (480 кг/кв.см).

ШТОКИ. Предназначены для передачи силы давления поршня. На заготовленный шток может непосредственно передавать усилие на зажимаемую деталь закаленным сменным наконечником или соединяться с зажимным механизмом.

Величина хода штока 30-55мм при d = 22-40 мм.

Шток изготавливается из стали 45 с HRE 30-35. Поверхность штока рекомендуется хромировать (от износа и коррозии). Диаметр штока изготавливают по насадке Х(F8).

От соединения штока с поршнем зависит плавность движения, стойкость уплотнений, потери на трение.

Требования к соединению:

1. соосность штока и поршня не более 0,1 мм;

2. не параллельность осей штока и поршня не более 0,1 на 100мм длины.

Соединения поршня со штоком могут быть:

· с конической резьбой (нецелесообразно, сложность изготовления, неэкономично, малая точность);

· с конической посадкой (точно, но сложно);

· с цилиндрической посадкой.

УПЛОТНЕНИЯ.

Назначение:

1. максимальная герметичность;

2. простота конструкции, сборки и ремонта;

3. высокая износостойкость, минимальные потери на трение (высокий КПД);

4. надежность работы при высоких и низких температурах и способность не разрушаться в результате химического взаимодействия с уплотняемой средой;

5. экономичность.

Качество уплотнения зависит от конструкции, материала, поверхности втулки и штока, смазки и качества сжатого воздуха.

Типы уплотнений:

1. уплотнения подтягиванием;

2. – самоуплотняющиеся манжеты;

– манжеты уголкового сечения;

– манжеты V-образного сечения;

– резиновые кольца;

– металлические кольца.

3. не разжимающиеся металлические уплотнения.

В современных конструкциях приспособлений применяются в большинстве случаев два типа уплотнений:

1. манжеты-воротники V-образного сечения для штока поршня

2. кольца круглого сечения для поршня штока и неподвижных соединений (крышки)

3.

Уплотнение подтягиванием.

Изготавливается из прорезиненной ткани, графитированной асбестовой набивки, наборы кожаных колец применяются мало, т.к. Пневмоцилиндры многих приспособлений встроены внутри корпуса и регулирование затруднено.

Схема: