回转(摆动)气缸的选型
回转(摆动)气缸的选型
在进行非标设计时,回转气缸以其独特的功能和灵活性得到了机械工程师的钟爱。不同于直线作用的气缸,回转气缸能够提供旋转运动,以适应更加复杂的动作需求。本文将通过详细的理论介绍以及详细的案例分析,带你深入了解如何科学选型并计算回转气缸,确保你的设计既高效又可靠。
基础知识回顾
1.什么是回转气缸?
回转气缸作为一种气动执行器,它能将压缩空气的能量转换为旋转运动,广泛应用于自动化控制领域。
回转气缸细节图
2.回转气缸类型简介:
市面上常见的回转气缸有叶片式、齿轮齿条式等不同类型,每种都有其特点和适用场合,而齿轮齿条式的回转气缸用的比较常见:就拿旋转气缸有齿轮式和叶片式两大类,如下图所示。
叶片式旋转气缸:通过内部止动块或外部挡块来改变其摆动角度。止动块和缸体固定在一起,叶片和转轴连在一起。气压作用在叶片上,带动转轴回转,并输出转矩。
齿轮式旋转气缸:气压力推动活塞带动齿条做直线运动,齿条带动齿轮做回转运动,有齿轮轴输出转矩并带动外负载摆动。
叶片式摆动气缸
齿条式摆动气缸
齿轮式和叶片式摆动气缸特点对比
3.回转气缸的原理
3.1旋转气缸的原理
旋转气缸,又称为摆动气缸或旋转执行器,是一种特殊类型的气动执行元件。它的主要功能是使活塞或执行机构在一个平面内进行旋转运动,而不是传统气缸的直线运动。旋转气缸广泛应用于各种自动化设备中,可以提供更为灵活和高效的动作执行方式。
旋转气缸的工作原理可以基于其结构特点进行解释。它通常由气缸体、活塞、旋转轴和导向机构等部分组成。当压缩空气进入气缸体时,推动活塞沿气缸轴线移动。活塞与旋转轴连接,当活塞受到气压推动时,它会带动旋转轴进行旋转运动。同时,导向机构确保活塞在移动过程中的稳定性,防止其偏离预定路径。旋转气缸分为单作用和双作用两种类型,单作用旋转气缸只有一端有进气口,需要外部弹簧或重力帮助返回;而双作用旋转气缸两端都有进气口,可以实现双向旋转。
3.2旋转气缸的选型
选择合适的旋转气缸对于实现设备的预期功能至关重要。在选型过程中,需要考虑以下几个关键因素:
- 旋转角度:根据设备的工作需求,确定所需的旋转角度。常见的旋转角度有90度、180度和270度,但也可以根据特殊需求定制其他角度。
- 负载能力:旋转气缸需要承受的工作负载是一个重要的考虑因素。选型时,需要确保所选气缸的负载能力大于或等于实际工作负载,以确保设备的稳定运行。
- 速度要求:不同的设备对旋转气缸的速度有不同的要求。一些设备需要快速响应,而另一些设备则更注重平稳运行。因此,在选择旋转气缸时,需要根据设备的速度要求来选择合适的型号。
- 安装空间:旋转气缸的尺寸和形状因制造商和型号而异。在选型时,需要考虑设备的安装空间,确保所选气缸能够顺利安装并与其他部件协调工作。
- 工作环境:旋转气缸的工作环境也是一个重要的考虑因素。例如,如果气缸需要在高温或低温环境中工作,就需要选择能够适应这些环境条件的特殊材料或设计。
- 安全性:在选型过程中,需要考虑旋转气缸的安全性。这包括选择具有可靠安全保护装置的气缸,以及在设备设计和使用过程中遵循相关的安全标准和规范。
- 维护和保养:旋转气缸的维护和保养也是选型过程中需要考虑的因素。一些气缸设计更易于维护和保养,而另一些则可能需要更多的维护工作。在选择气缸时,需要考虑维护成本和便利性。
3.3总结
旋转气缸作为一种特殊的气动执行元件,在自动化设备中发挥着重要作用。了解其工作原理和选型要点对于设备的稳定运行和高效运行至关重要。在选型过程中,需要综合考虑旋转角度、负载能力、速度要求、安装空间、工作环境、安全性和维护保养等因素,以选择最适合的旋转气缸型号。同时,在实际使用过程中,还需要遵循相关的操作和维护规范,确保设备的长期稳定运行。
回转气缸选型要点
1.工作扭矩:根据负载大小和作用半径来确定所需扭矩。
2.旋转角度:依据实际应用需要选择90°、180°或360°等规格。
3.工作速度:评估设备运行效率,确定合理的转速范围。
4.工作压力:参考气源条件,选择适配的工作压力级别。
5.尺寸与安装方式:结合空间布局和安装环境,选取适宜的产品尺寸和连接方式。
回转气缸计算详解
1.扭矩计算:T=F×r
其中,T为扭矩(Nm),F为负载力(N),r为力臂长度(m);
2.耗气量计算:Q=V/t
Q是耗气量(L/min),V是气缸容积(L),t是时间(min);
3.功率计算:P=T×ω
P代表功率(W),ω是角速度(rad/s)。
案例分析
某自动化装配线需要一个回转气缸来拧紧螺丝,螺丝的扭矩要求为5NM,装配的周期不超过5秒。
1.选型步骤:
a.根据扭矩要求,预选一个扭矩输出至少为5Nm的回转气缸;
b.考虑到工作效率,选取能在5秒内完成一次往复旋转的型号;
c.结合装配线的空间布局,挑选适合的安装方式和尺寸。
2.计算过程:
a.确认负载力F和力臂长度r,计算出所需扭矩T;
b.估算气缸容积V,并根据工作周期t计算出耗气量Q;
c.确定回转气缸的工作压力,根据P=T×ω反推出气缸应达到的最低转速ω。
校准合格
3.结果应用:
经过计算和对比,选择了一款叶片式回转气缸,其扭矩输出为7Nm,满足5秒完成一次旋转的要求,且外形尺寸和安装方式均符合现场条件。
最大允许负载
实际操作中的注意事项
1.安全系数:在最终选型时考虑一定的安全系数,以应对突发状况。
2.控制系统匹配:选择合适的阀件和控制器以确保精准控制。
3.维护保养:定期进行润滑和检查,延长使用寿命。
旋转气缸选型案例2
已知:真空吸取机构重量为1KG,吸盘安装支架直径φ45mm,长度70mm,取料手爪旋转180°,旋转时间为1S,取料手爪机构选择一款合适的旋转气缸。
工作图示
5.1根据工况确定工作条件
确定回转角度θ:实际回转角度必须小于气缸的最大回转角度;
已知取料手爪旋转180°,而这里的回转角度θ指的是弧度,180°换算为弧度为π。
回转时间t:必须在气缸所允许的回转时间内;
回转时间t=1s
气缸安装位置:
预留足够安装空间,确保气缸及工件有回转余地;
确定负载质量及负载形状;
负载质量为真空吸取机构的重量1KG,也就是10N,从外形可以看出真空吸取机构为一个圆柱体,因此可以得出负载形状是一个直径φ45的圆柱体。
5.2计算负载回转所需力矩T(N*m)
根据公式计算负载回转所需必要力矩,结合实效力矩图,选择输出力矩合适的气缸;
力矩计算
惯性计算
根据已知条件得出:
计算过程
然后根据气缸实际输出力矩图,选择输出力矩合适的气缸。
5.3计算最大运动能量Emax(J)
根据下表公式计算负载实际最大运动能量Emax,且务必保证最大动能在所选取气缸允许能量范围内,动能过大会导致内部零件损坏,动能较大时请选用附油压缓冲器的回转缸。
Emax=0.00025*(23.14/1)(2*3.14/1)/2=0.0049298J
5.4计算负载率
根据以下公式计算负载率,且负载率必须≤1
负载率计算公式
在只考虑回转气缸进行回转运动时,旋转气缸只考虑最大轴向负载,根据已知条件,结合下图中气缸允许的最大轴向负载符合计算得出:
实际负载率值
备注:选用HRQ7计算
5.5判定方法
所选气缸必须同时满足2、3、4步规定的条件,方可使用。经计算HRQ7同时满足条件2.3.4,但考虑回转气缸安全性会选择大一号的,因此可以选用旋转气缸HRQ10。
备注:以下为各种情况下惯性矩的计算方法
惯性矩计算方法