Grunder för val av pneumatiska cylindrar
Pneumatiska cylindrar är viktiga komponenter i pneumatiska system som genererar mekaniska rörelser med tryckluft. De används i en mängd olika applikationer, till exempel inom tillverkningsindustrin, i anläggningskonstruktion eller i anpassad maskinkonstruktion.
Vad är en pneumatisk cylinder?
En pneumatisk cylinder, eller tryckluftscylinder, är ett ställdon som använder tryckluft för att omvandla en kraft till en linjär rörelse. I pneumatiska system tillförs tryckluft genom rörledningar från kompressorn till konsumenterna. Där omvandlas den till mekaniska rörelser genom att aktivera element, såsom cylindrar. Dessa cylindrar utför i allmänhet linjära rörelser, men kan också utföra svängande rörelser med hjälp av transmissionskomponenter. De består vanligtvis av ett cylindriskt hölje, en kolv och en kolvstång och används i olika tillämpningar för att överföra krafter eller för att lyfta och flytta föremål. Valet av rätt pneumatisk cylinder beror på kraven för respektive applikation. Viktiga faktorer är exempelvis slaglängd, kraft, drifttryck och temperatur.
Konstruktion av pneumatiska cylindrar
Pneumatiska cylindrar består i allmänhet av följande huvudkomponenter:
- Cylindriskt hölje: Det cylindriska höljet liknar ett rör eller en ”trumma” och är vanligtvis gjord av stål. Den innehåller andra komponenter som kolv, kolvstång och tätningselement.
- Anslutningar: Anslutningar finns i ändarna på den pneumatiska cylindern. Tryckluft kan komma in eller ut genom den.
- Kolv: Kolven sitter inuti cylindern och flyttas med tryckluft.
- Kolvstång: Kolvstången sitter i cylinderröret och är ansluten till drivkolven. Kolvens linjära rörelse överförs till andra maskindelar med kolvstången.
- Tätningselement: Tätningsorganen säkerställer att trycket i cylindern bibehålls eller kompenseras.
(1) Kolvstång (2) Cylindriskt hus (3) Anslutningar (4) Kolv (5) Tätningselement
Differentiering av pneumatiska cylindrar enligt driftsprincip
Funktionsprincipen för pneumatiska cylindrar baseras på principen om tryck och volymförändring. Tryckluften som leds in i cylindern flyttar kolven. Beroende på driftsprincipen och tillämpningen av kraft görs en åtskillnad mellan pneumatiska cylindrar med en funktion och pneumatiska cylindrar med två funktioner.
En tryckluftscylinder med en funktion har en enda anslutning. Tryckluft kommer in genom denna anslutning och förlänger kolvstången. På grund av driftsprincipen för pneumatiska cylindrar med en åtgärd kan kraften endast utövas i en riktning. Om tryckluften släpps ut via samma anslutning återförs staven till sitt ursprungliga läge. Stavindragning kan styras med hjälp av en returfjäder eller extern kraft.
En dubbelverkande pneumatisk cylinder fungerar i båda riktningarna. Den har två tryckluftsanslutningar som växelvis trycksätter den pneumatiska cylindern från båda sidor. På så sätt flyttas kolvstången framåt och bakåt. Beroende på vilken sida som tillförs tryckluft styr den pneumatiska cylindern rörelseriktningen och vecklar ut sin fulla kraft i båda riktningarna.
Olika versioner av pneumatiska cylindrar
Det finns olika versioner av pneumatiska cylindrar. Förklaringarna som anges nedan är bland de vanligaste och/eller mest välkända varianterna som fungerar som exempel. Förutom dessa finns det andra varianter för olika speciella applikationer.
Pneumatisk cylinder med ändlägesdämpning
Tryckluftscylindrar med ändlägesdämpning är utrustade med elastiska buffertar eller justerbara gasreglage för att något bromsa kolvstångens rörelse innan den når sitt ändläge. Denna dämpning skyddar mot stötar och ökar systemets livslängd genom att förhindra att kolven slår emot cylinderns botten vid höga hastigheter.
Kolvstångslös cylinder
Kolvstångslösa tryckluftscylindrar är en speciell form av pneumatiska cylindrar som skiljer sig från konventionella cylindrar på grund av avsaknaden av en utskjutande kolvstång. Kolven rör sig inuti cylindern och överför sin kraft antingen genom en extern styrning, ett band eller genom den laterala infästningen av ett linjärt ställdon. Denna typ av konstruktion möjliggör längre slaglängder i en mer kompakt form, vilket gör dem särskilt lämpliga för exakta tillämpningar och rumsliga begränsningar.
Synkron pneumatisk cylinder
I en synkron tryckluftscylinder är cylindrarna utformade för att fungera synkront med varandra. Detta gör att alla cylindrar kan röra sig samtidigt och med samma hastighet. Detta gör att bearbetningsprocesser kan optimeras eftersom synkron rörelse möjliggör rörelser utöver intensiteten hos en encylindrig cylinder. Synkrona pneumatiska cylindrar används ofta i applikationer där exakta och enhetliga rörelser krävs, till exempel inom monteringsteknik eller förpackningsteknik.
Cylindrar med flera lägen
Denna typ av cylinder består också av flera dubbelverkande tryckluftscylindrar som är direkt anslutna till varandra. Beroende på tillämpningen av tryckluft sträcker sig de enskilda cylinderkolvarna i olika riktningar. Till exempel: När två cylindrar av olika slaglängder är anslutna, resulterar aktiveringen och slagdelningen i fyra positioner som cylindern kan anta. Flerpositionscylindrar används vanligtvis när flera målpositioner krävs, till exempel inom förpackningsteknik eller monteringsteknik.
Membrancylindrar
Membrancylindrar tillhör också den pneumatiska cylinderklassen och har till skillnad från tryckluftscylindern ett flexibelt membran eller en bälg istället för en kolv. Membranet expanderar som svar på tryckluftstillförseln, vilket skapar rörelse och kraft. En fördel med membrancylindrar är att de kan användas i miljöer där läckage- eller kontaminationsrisker måste undvikas genom att eliminera behovet av kolvstänger eller tätningar som skjuter ut från cylindern. De är därför idealiska för rena eller sterila tillämpningar.
Välja pneumatiska cylindrar
Vid val av pneumatisk cylinder spelar den kraft som krävs för att flytta lasten vid en viss hastighet en nyckelroll. Cylinderns kraft ska vara något högre än den kraft som krävs för att flytta lasten. Hur mycket kraft som genereras beror på olika faktorer, inklusive arbetstrycket och kolvens effektiva diameter. Grundformeln för beräkning av den pneumatiska cylinderns kraft F är:
Där p är trycket som utövas på kolven och a är den effektiva ytan som kommer i kontakt med luften. Diametern på kolven d används för att beräkna den effektiva ytan a:
Med användning av driftstrycket p och den fastställda ytan a kan nu den potentiella maximala kraften fastställas och därmed cylinderns maximala uteffekt. Den kraft som genereras i verkligheten kan dock vara något lägre på grund av aspekter som friktion eller tryckfall i linjer och ventiler. Det bör också nämnas att ovan nämnda formler och beräkningen av kraften avser pneumatiska cylindrar med en enda åtgärd. För pneumatiska dubbelverkande cylindrar måste beräkningen också ta hänsyn till returslaget utöver utplaceringsslaget.
Fördelar och nackdelar med pneumatiska cylindrar
Pneumatiska cylindrar kännetecknas av en mängd fördelar. En viktig faktor är deras robusta konstruktion. De tål olika miljöpåverkan och mekaniska påfrestningar. På grund av sin enkla design är tryckluftscylindrar för det första billigare eftersom de inte kräver komplex elektronik eller kontroller, och för det andra är deras underhåll och reparation också enklare än till exempel jämfört med elektroniska eller hydrauliska system. Dessutom bör det nämnas att pneumatiska cylindrar fungerar mycket rent, eftersom de bara använder med tryckluft. Även om en läcka skulle uppstå förekommer ingen förorening. Dessutom är monteringen mycket enkel, eftersom frånluften kan släppas ut direkt i miljön och därför behövs inga komplexa returledningar.
En av nackdelarna är att pneumatiska cylindrar kräver ren och torr luft för att fungera optimalt. Kontamination eller fukt i luften kan orsaka för tidigt slitage eller kondens i systemet, vilket i sin tur skulle försämra cylindrarnas effektivitet och livslängd. En annan aspekt att tänka på är den så kallade stick-slip-effekten. Denna effekt avser glidning av rörliga fasta kroppar mot varandra och uppstår när den statiska friktionen är betydligt större än glidfriktionen. Eftersom krafterna av statisk friktion i pneumatiska cylindrar är ungefär dubbelt så stora som de av glidfriktion, kan stick-slip-effekten ibland uppstå mycket snabbt.
Appliceringsområden för pneumatiska cylindrar
Pneumatiska cylindrar används i en mängd olika branscher och tillämpningar. De används ofta inom maskinteknik och anläggningsteknik för att utföra repetitiva rörelser, såsom automatiserade produktionslinjer. Tryckluftscylindrar används där för att utföra uppgifter som klämma, vrida eller lyfta. Pneumatiska cylindrar används dock också i transportsystem för att öppna eller stänga glidreglage, till exempel, eller för att flytta material från ett band till ett annat.
Klicka här för att läsa mer om denna ansökan.
MISUMI erbjuder en mängd olika högkvalitativa pneumatiska cylindrar. Välj lämplig pneumatisk cylinder för din applikation. Du kan också hitta många pneumatiska tillbehör som ventiler, adaptrar, sensorer eller kompressorer i MISUMI:s onlinebutik.
