Пневмодвигатели, их назначение и область применения.

Пневмодвигатель-это устройство для преобразования энергии движущейся струи воздуха в энергию движения твердого тела. Наибольшее распространение получили пневмоцилиндры(одностороннего и двустороннего действия). Различают следующие типы пневмоцилиндров:

-одностороннего действия(применяются в подъемниках и устройствах, где обратное движение поршня обеспечивается внешними силами).

-одностороннего действия с пружинным возвратом(обратное движение обеспечивается пружиной. Применяются в зажимных, переключающих и фиксирующих устройствах).

-двустороннего действия с односторонним штоком(применяются в транспортирующих, погрузочных и разгрузочных устройствах).

-двустороннего действия с двусторонним штоком(применяются в случаях, когда необходимо получить одинаковые усилия в обе стороны от поршня).

-сдвоенные одно- и двустороннего действия.(применяются в тех случаях, когда ограничен диаметр цилиндра). Схема:

---Многопозиционные пневмоцилиндры:

-двухпоршневые(для получения определенных позиций выходного звена). Схема:

-однопоршневой с отверстиями в гильзе:

также в практике используют многоцилиндровые пневмоцилиндры(обеспечивают получение нескольких фиксированных положений рабочего органа), с ресивером(обеспечивают получение высокой скорости в одном или обоих направлениях), с гибким шкивом(используются в транспортерных устройствах, малый диаметр штока).

Кроме пневмоцилиндров используются другие виды пневмодвигателей:

-мембранные(используются в зажимных устройствах; у них ограничено перемещение и давление в полости).

-сильфонные(применяются в датчиках и устройствах с небольшой величиной усилия).

-камерные(используется для зажима деталей в нескольких точках)

-шланговые(применяются для передачи усилия на большие расстояния).

-пневмомоторы(шестеренные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые(высокий крутящий момент)).

-поворотные: поршневые двухпозиционные(используются в манипуляторах и загрузочных устройствах) и шиберные.

Расчет и выбор пневмодвигателя.

В пневмоприводах роботов в основном используют поршневые и поворотные исполнительные механизмы. Это обусловлено их простотой и надежностью. Расчет пневмопривода делится на 2 типа: проектный(определяют диаметры поршня и штока, пропускную способность подводящих частей, расход воздуха по заданным нагрузке, давлению и др.) и проверочный(определяется время срабатывания и возможность торможения поршня по необходимому усилию).

Диаметр поршня определяется из условия создания и реализации необходимого усилия в приводе. Усилия страгивания поршня из положения покоя определяют зависимостью: ; Рм-давление в полости нагнетания, те минимальное давление в магистрали или на выходе редукционного клапана; Ратм- давление в полости опорожнения; А-площадь поршня; -сумма сил, действующих на поршень. С учетом размещения цилиндра и режима работы привода сумма сил определяется: ; где F1- сила трения в цилиндре, F2- величина необходимого усилия на выходе цилиндра(полез. нагрузка), F3- вес порщня и перемещаемых частей привода при вертикальном расположении цилиндра, F4=Cп*S, Сп-жесткость пружины, S-ход поршня. Диаметр зажимного цилиндра без возвратной пружины можно определить: D_цил=1, 13((F₁+F₂+F₃)/(0, 9р_м-р_атм))^1/2, где F₁-сила трения в цилиндре, F₂-нагрузка на штоке, F₃-вес поршня и частей, если цилиндр с возвратной пружиной, то к силам добавляется еще и сила натяжения пружины. Для создания запаса принято, что усилие зажима создается при 0, 9р_м, тогда D_цил=1, 13(F₂/(cр_м(1-к_тр)))^1/2, где c-безразмерный параметр нагрузки, к_тр-коэффициент трения. При вертикальном расположении цилиндра к усилию F₂ добавляется усилие F₃. Для транспортирующих цилиндров c=0, 4..0, 5. Пир c> 0, 5 возрастает время задержки срабатывания. При c=0, 1..0, 2 указывает на неэффективное использование цилиндра, но их можно использовать, когда необходимо получить максимальную скорость срабатывания. Ктр находят из таблицы. Большие Ктр применяются для малых диаметров цилиндра с небольшими нагрузками.

При значительных нагрузках на штоке или при нестандартной длине штока необходимо проверять его на устойчивость. Диаметры присоединительных отверстий выбирают в зависимости от скорости перемещения поршня, диаметра поршня и т.д. Для получения максимальной скорости перемещения принимают d_шт=0, 1D Расход воздуха для цилиндра одностороннего действия с бесштоковой рабочей полостью можно определить: Q=0, 785D_ц²р_мn_д/р_атм, где n_д-число двойных ходов; для цилиндра двустороннего действия: Q=0, 785·(D_ц²-d_шт²)·2·р_мn_д/р_атм. Точное опред-ие расхода воздуха для моторов различного типа выполнить сложно на практике. Для пневмомоторов на практике используют формулы приближения для каждого типа двигателей. Также примерный расчет при давлении 0, 6 МПа и работе двигателя на максимальной мощности можно определить по средней эксплуатационной мощности на 1 кВт.