Hvordan velge riktig pneumatisk aktuator for din applikasjon?

Sliter du med feil i pneumatiske systemer eller ineffektiv drift? Problemet ligger ofte i feil valg av aktuator, noe som fører til redusert produktivitet og økte vedlikeholdskostnader. En riktig valgt pneumatisk aktuator kan løse disse problemene umiddelbart.

Den rette pneumatisk aktuator bør samsvare med applikasjonens kraftkrav, hastighetsbehov og belastningsforhold, samtidig som det tas hensyn til miljøfaktorer og lang levetid. Valg av maskin krever forståelse av kraftberegninger, lasttilpasning og spesielle krav til bruksområdet.

La meg dele noe fra mine mer enn 15 år i pneumatikkbransjen. I forrige måned sparte en kunde fra Tyskland over $15 000 i nedetidskostnader ved å velge en stangløs sylinder i stedet for å vente i ukevis på en OEM-del. La oss se nærmere på hvordan du kan ta lignende smarte valg.

Innholdsfortegnelse

• Formler for beregning av kraft og hastighet
• Referansetabeller for tilpasning av stangendebelastning
• Analyse av bruksområder for antirotasjonssylindere

Hvordan beregner du kraften og hastigheten til en pneumatisk sylinder?

Når du skal velge en pneumatisk aktuator, er det avgjørende å forstå forholdet mellom kraft og hastighet for å oppnå optimal ytelse i applikasjonen din.

Kraften til en pneumatisk sylinder beregnes ved hjelp av formelen F = P × A, der F er kraft (N), P er trykk¹ (Pa), og A er det effektive stempelarealet (m²). Hastigheten avhenger av strømningshastigheten og kan beregnes med v = Q/A, der v er hastigheten, Q er strømningshastigheten og A er stempelarealet.

Grunnleggende formler for kraftberegning

Kraftberegningen er forskjellig mellom ut- og inntrekksslagene på grunn av forskjellen i effektivt areal:

Forlengelseskraft (fremre slag)

For forlengelsesslaget bruker vi hele stempelområdet:

F₁ = P × π × (D²/4)

Hvor?

• F₁ = Strekkraft (N)
• P = Driftstrykk (Pa)
• D = Stempelets diameter (m)

Tilbaketrekkingskraft (returslag)

For tilbaketrekkingsslaget må vi ta hensyn til stangens areal:

F₂ = P × π × (D² - d²)/4

Hvor?

• F₂ = Tilbaketrekkingskraft (N)
• d = stangdiameter (m)

Beregning og kontroll av hastighet

Hastigheten til en pneumatisk sylinder avhenger av:

• Luftstrømningshastighet
• Størrelse på sylinderboring
• Belastningsforhold

Den grunnleggende formelen er

v = Q/A

Hvor?

• v = hastighet (m/s)
• Q = Strømningshastighet (m³/s)
• A = Stempelareal (m²)

For stangløse sylindere² som Bepto-modellene våre, er hastighetsberegningen enklere siden det effektive arealet forblir konstant i begge retninger.

Praktisk eksempel

La oss si at du trenger å flytte en last på 50 kg horisontalt med en stangløs sylinder med 40 mm boring og 6 bar trykk:

1. Beregn kraften: F = 6 × 10⁵ × π × (0,04²/4) = 754 N
2. Med 50 kg belastning (490 N) og friksjon gir dette tilstrekkelig kraft
3. For en hastighet på 0,5 m/s med denne åpningen trenger du ca. 38 l/min luftstrøm

Husk at disse beregningene gir teoretiske verdier. I virkelige anvendelser bør du ta hensyn til:

• Friksjonstap³ (vanligvis 10-30%)
• Trykkfall i systemet
• Dynamiske belastningsforhold

Hvilke spesifikasjoner for stangendebelastning bør matche dine applikasjonskrav?

Ved å velge riktig stangendekapasitet unngår du for tidlig slitasje, binding og systemfeil i pneumatiske systemer.

For å matche stangendebelastningen må du sammenligne applikasjonens sidelaster, momentlaster og aksiallaster⁴ med produsentens spesifikasjoner. For sylindere uten stang er lagersystemets bæreevne avgjørende, ettersom den har direkte innvirkning på sylinderens levetid og ytelse.

Forstå lasttyper

Når du skal matche stangendebelastninger, må du ta hensyn til tre primære belastningstyper:

Aksial belastning

Dette er kraften som virker langs aksen til sylinderstangen:

• Direkte relatert til sylinderens borestørrelse og driftstrykk
• De fleste sylindere er primært konstruert for aksiale belastninger
• For sylindere uten stang er dette den primære arbeidsbelastningen

Sidebelastning

Dette er en kraft vinkelrett på sylinderaksen:

• Kan føre til for tidlig slitasje på tetningen og bøying av stangen
• Kritisk ved valg av stangløse sylindere
• Ofte undervurdert i søknader

Momentbelastning

Dette er rotasjonskraft som forårsaker vridning:

• Kan skade lagre og tetninger
• Spesielt viktig i applikasjoner med lengre slaglengde
• Målt i Nm (Newtonmeter)

Tabell for tilpasning av stangendebelastning

Her er en forenklet referansetabell for å matche vanlige sylinderstørrelser uten stang med passende lastekapasitet:

Betraktninger rundt bæresystemet

Spesielt for sylindere uten stang er det lagersystemet som bestemmer lastekapasiteten:

1. Kulelagersystemer⁵
      - Høyere lastekapasitet
      - Lavere friksjon
      - Bedre for høyhastighetsapplikasjoner
      - Dyrere

2. Glidelagersystemer
      - Mer økonomisk
      - Bedre for skitne miljøer
      - Generelt lavere lastekapasitet
      - Høyere friksjon

3. Rullelagersystemer
      - Høyeste lastekapasitet
      - Egnet for krevende bruksområder
      - Utmerket for lange slag
      - Krever nøyaktig justering

Jeg hjalp nylig en produksjonsbedrift i Storbritannia med å bytte ut sine førsteklasses stangløse sylindere med våre Bepto-ekvivalenter. Ved å tilpasse lagersystemet til applikasjonsbehovene løste de ikke bare det umiddelbare problemet med nedetid, men forlenget også vedlikeholdsintervallet med 30%.

Når bør du bruke pneumatiske sylindere med antirotasjon i systemet ditt?

Antirotasjonssylindere forhindrer uønsket rotasjon av stempelstangen under drift, noe som sikrer presis lineær bevegelse i spesifikke bruksområder.

Pneumatiske sylindere med antirotasjonsfunksjon bør brukes når applikasjonen krever presis lineær bevegelse uten rotasjonsavvik, ved håndtering av ikke-symmetriske laster, eller når sylinderen må motstå eksterne rotasjonskrefter som kan svekke posisjoneringsnøyaktigheten.

Vanlige antirotasjonsmekanismer

Det finnes flere metoder for å hindre rotasjon i pneumatiske sylindere:

Styrestangsystemer

• Ekstra stenger parallelt med hovedstempelstangen
• Gir utmerket stabilitet og presisjon
• Høyere kostnad, men svært pålitelig
• Vanlig i presisjonsproduksjon

Design av profilstaver

• Ikke-sirkulært stangtverrsnitt forhindrer rotasjon
• Kompakt design uten eksterne komponenter
• Bra for bruksområder med begrenset plass
• Kan ha lavere lastekapasitet

Eksterne føringssystemer

• Separate styringsmekanismer som arbeider sammen med sylinderen
• Høyeste presisjon og lastekapasitet
• Mer kompleks installasjon
• Brukes i automatisering med høy presisjon

Analyse av applikasjonsscenarier

Her er de viktigste bruksområdene der antirotasjonssylindere er avgjørende:

1. Asymmetrisk håndtering av last

Når lastens tyngdepunkt er forskjøvet fra sylinderaksen, kan standard sylindere rotere under trykk. Antirotasjonssylindere er avgjørende for:

• Robotgripere som håndterer uregelmessige objekter
• Monteringsmaskiner med offset-verktøy
• Materialhåndtering med ubalanserte laster

2. Presisjonsposisjoneringsapplikasjoner

Applikasjoner som krever nøyaktig posisjonering, drar nytte av antirotasjonsfunksjoner:

• CNC-komponenter til verktøymaskiner
• Automatisert testutstyr
• Presise monteringsoperasjoner
• Produksjon av medisinsk utstyr

3. Motstand mot eksternt dreiemoment

Når ytre krefter kan forårsake rotasjon:

• Bearbeidingsoperasjoner med skjærekrefter
• Pressing av applikasjoner med potensiell feiljustering
• Bruksområder med sidevirkende krefter

Casestudie: Anti-rotasjonsløsning

En kunde i Sverige hadde problemer med innrettingen av pakkeutstyret sitt. De stangløse standardsylindrene roterte litt under belastning, noe som førte til feilinnretting og produktskader.

Vi anbefalte våre Bepto sylindere uten stenger og med doble lagerskinner. Resultatene var umiddelbare:

• Eliminerte rotasjonsproblemer fullstendig
• Redusert produktskade med 95%
• Økt produksjonshastighet med 15%
• Redusert vedlikeholdsfrekvens

Tabell med utvalgskriterier

Konklusjon

For å velge riktig pneumatisk aktuator må du forstå kraftberegninger, matche spesifikasjonene for stangbelastningen og analysere bruksområdets behov for spesielle funksjoner, for eksempel antirotasjon. Ved å følge disse retningslinjene kan du sikre optimal ytelse, redusere nedetid og forlenge levetiden til de pneumatiske systemene dine.

Vanlige spørsmål om valg av pneumatiske aktuatorer