Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Мембранные пневмодвигатели






Лекция 3

Выбор и расчет мембранных пневмодвигателей (ИМ). Специальные пневмодвигатели металлорежущих станков, ПР, манипуляторов

 

План

3.1. Мембранные пневмодвигатели.. 1

3.2. Вращающиеся пневмоцилиндры.. 4

3.3. Многопозиционные пневмодвигатели.. 5

3.4. Поворотные пневмодвигатели.. 7

 

Мембранные пневмодвигатели

 

Мембранные ИМ относятся к ПД дискретного действия с возвратно- поступательным движением выходного звена. Они менее трудоемки, имеют высокую герметичность рабочей камеры, не требуют смазки и качественной очистки воздуха, но имеют ограниченную величину хода, непостоянство развиваемого усилия, меньшую долговечность

В основном применяются мембранные ИМ одностороннего действия с возвратной пружиной для зажима, фиксации, переключения, торможения, те при малых перемещениях и больших усилиях.

Мембраны изготавливают из резины или синтетических материалов, эластичних и прчных. Они могут быть плоскими и фигурными.

 

 

Рис.1. Конструкция мембранного ИМ: крышка; 2-мембрана; 3-корпус; 4-опорный диск.

 

Мембрана защемлена по контуру между корпусом и крышкой. Внутренний диаметр защемления D называют диаметром заделки мембраны. При подводе сжатого воздуха в рабочую полость, давление, действуя на поверхность мембраны, создает усилие, часть из которого передается через опорный диск выходному штоку, а другая часть воспринимается заделкой, вызывая в ней соответствующую реакцию.

Выходное усилие на штоке мембранного ПЦ с D меньше усилия, развиваемого ПЦ с поршнем такого же диаметра. Оно зависит от диаметра d – опорного диска, а при значительной длине хода является функцией прогиба мембраны.

Поэтому усилие рассчитывают по эффективной площади мембраны Fэ.

При малых прогибах мембраны

Fэ = (p/12) (D2 + Dd + d2) = (pD2/12) (1 + b + b2) (1)

Где b - = d/D, b = 0, 6…0, 8

С ростом d увеличивается и Fэ.

В пределе, когда d = D - Fэ =p D2/4, т.е. мембрана – поршень,

Если d®0, то Fэ ®p D2/12 - большой прогиб.

При больших прогибах мембраны ее эффективную площадь определяют по формуле Ликтана

 

 

где x – прогиб мембраны (ход),

xmax – фиктивный прогиб мембраны, при котором ее образующая становится прямолинейной, а сама мембрана принимает форму усеченого конуса.

Величина xmax зависит от конструктивных размеров и механических свойств материала мембраны, косвенно учитываемых статической характеристикой xст:

 

 

Статическая характеристика мембраны представляет ее свободный прогиб под действием данного давления.

 

Определяется xст экспериментально. Предварительно мембрану несколько раз нагружают, чтобы стабилизировалась ее вытяжка xн.

Выражение (1) частный случай формулы Ликтана при нулевом прогибе x = 0. Применение (1) допустимо если рабочий ход штока S мембранной камеры не превышает (1/2) xст (с учетом вытяжки).

В статическом расчете мембранного привода определяют диаметр DЭ условного поршня, что и для поршневых пневмоцилиндров.

 
 

Рис.2. Статическая характеристика мембраны

 

Для мембранного ПЦ одностороннего действия с возвратной пружиной

 

 

Где P2 – технологическая нагрузка; m – масса всех подвижных частей; P0 – усилие предварительного натяжения пружины; c – жесткость пружины; S – ход; pм – абсолютное давление; pa – атмосферное давление.

Если нагрузка приложена на всей длине хода

 

 

 

Это выражение отличается от выражения для поршневых ПЦ, так как не учитывается трение (преимущество)

Найдя значение DЭ, определяют эффективную площадь поршня

Fэ =p D2эф/4,

По которой задавшись b получаем диаметр заделки D и диаметр опорного диска d, используя (1) и (2).

Ход поршня S для pм = (0, 4 …0, 8)Мпа

S = (0, 08…0, 15) D. Большие значения соответствуют большим давлениям.

Для мембран с гофром S = (0, 2…0, 25) D.

 

Мембранные ИМ подразделяются на мембранно-пружинные (МИМП, МИМ) и мембранно- безпружинные (МИМБ).

Мембранно-пружинные делятся:

Для регулирующих устройств (МИМ);

Для запорных (отсечных) и запорно-регулирующих устройств (МИМП).

В зависимости от направления движения выходного элемента:

Прямого действия (ППХ), в которых при повышении давления в рабочей полости конец штока удаляется от плоскости заделки мембраны;

Обратного действия (ОПХ), в которых при повышении давления конец штока приближается к плоскости заделки мембраны.

Жесткость пружины

C = Fэф /S (pк – pн)

где pн – давление в рабочей полости ИМ, при котором начинается движение штока;

pк –давление в конце хода.

Стандартные ИМ имеют параметры:

Диаметр заделки D = 160 - 500мм;

Условный ход (ненагруженного) S у = 4 - 100 мм;

Fэф = 160 – 1600 мм2;

усилие Р2 = 10 – 100 Н;

диаметр опорного диска d = 125 – 400 мм.

Уравнение равновесия сил, действующих на шток

(p –pн)Fэ – cS = Pт + Pро

Pт –усилие

Pро- усилие статической и динамической неразгруженности затвора рабочего органа.

(p –pн)Fэ – cS = Pп.с. – перестановочное усилие

Для прямого хода: Pп.с. = Рм - Рп –(мембраны, пружины) (1)

 

Для обратного хода: Pп.с. = Рп - Рм

Рм = pFэ – усилие пружины:

В начале хода Рп.н = pнFэ

В конце хода Рп к = pкFэ

Из формул (1) и (2) видно, что перестановочное усилие в конце хода значительно меньше, чем в начале.

Внешние усилия, действующие на подвижную систему, вводят в систему нелинейность и гистнерезис.

Динамические характеристики не очень высокие из-за длины командных линий и большого объема рабочих полостей ИМ.

На получение линейной статической характеристики механизмов МИМ и МИМП оказывает влияние пружина, оптимальные размеры которой определяют из соотношения

C =(Gd4п) / (8 Dср n K2)

G – модуль сдвига, (кГс/мм2);

d4п – диаметр проволоки, мм;

Dср – средний диаметр пружины, мм;

n - число витков;

K2 – коэффициент, по таблице 8 [ 1]. K2 = 1, 1148 … 1, 0388.

Или K2 = 1/(2С) – 1/(2С3),

Где С = Dср/d - индекс пружины.

Для ИМ применяются пружины с С = 3…10,

При С < 3 – трудно навивать,

С > 10 – неустойчивы.

 

Напряжения от кручения и изгиба

tпр = (2, 55 Dср K1Pпр) / d3п < [t ]пр

Pпр = 1, 25 Fэpк –нагрузка, максимальная.

 

K1 – табл. 8 [1 ] или K1 = (4С – 1) / (4С – 4) + (0, 615 /С)

1, 1220 < K1 < 1, 6363 2, 8 < С < 11, 8 [1] табл.8.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.