Przy obliczaniu siły wytwarzanej przez siłownik pneumatyczny, ważne jest, abyś był w stanie obliczyć wielkość siły wywieranej na jego skok początkowy i końcowy, dla dowolnego rozmiaru otworu i ciśnienia w układzie. Dzięki temu możesz dobrać odpowiedni siłownik do konkretnego zastosowania.
Niedowymiarowanie siłownika do danego zadania może spowodować, że ładunek nie będzie w ogóle poruszany i wystąpią problemy z cyklem pracy. Z kolei przewymiarowanie może powodować zużycie większej ilości sprężonego powietrza, energii i miejsca niż jest to konieczne. W przypadku powtarzających się ruchów (oraz ruchów powtarzających się w różnych układach) straty energii mogą być znaczne.
Oblicz maksymalną siłę w siłowniku pneumatycznym
Siłownik pneumatyczny składa się z tłoka połączonego z prętem, umieszczonego wewnątrz korpusu cylindra.
Instrukcja obliczania siły w siłowniku pneumatycznym
W siłownikach dwustronnego działania występuje port wlotowy i port wylotowy. Gdy sprężone powietrze wpływa do portu wlotowego, wywiera ciśnienie na tę stronę tłoka, która nie jest połączona z prętem. Powierzchnia tej strony tłoka jest całkowicie zależna od wielkości otworu i jest określona następującym wyrażeniem: πR2, gdzie R jest promieniem
Przykład działania:
Cylinder z siłą wysuwu
Ponieważ wielkość otworu jest równa średnicy tłoka, cylinder o średnicy otworu 32 mm ma tłok o średnicy 32 mm. Stąd promień tłoka wynosi 16 (połowa średnicy). Możemy teraz obliczyć pole powierzchni tłoka cylindra o średnicy 32 mm za pomocą następującego wyrażenia: π162.
Pole powierzchni bocznej tłoka cylindra o średnicy 32 mm wynosi więc: 80,4248 mm2 lub 8,04 cm2. Siła działająca na cylinder pneumatyczny zależy również od ciśnienia manometrycznego i jest określona następującym wyrażeniem:
F = P x A
gdzie F wyrażana jest w niutonach, P w barach, a A powierzchnia tłoka w cm2.
Jeśli ciśnienie manometryczne wynosi 6 barów, to siła wynosi 48,8781 niutonów. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli ciśnienie wzrasta, to siła wywierana przez ten sam cylinder również wzrasta.
Siła uderzenia siłownika pneumatycznego
W przypadku suwu wylotowego, wytworzona siła będzie mniejsza. Dzieje się tak dlatego, że powierzchnia boku tłoka połączonego z tłoczyskiem jest mniejsza. Kiedy sprężone powietrze wchodzi do portu wylotowego w cylindrze dwustronnego działania, ma mniejszą powierzchnię, na której może wywierać siłę.
Lista kontrolna wymagań dotyczących siły w siłowniku pneumatycznym
Ważne jest, abyś sprawdził, czy siłownik pneumatyczny jest w stanie wykonać określone zadanie polegające na przeniesieniu ładunku. Należy użyć powyższej metody do określenia teoretycznej siły wytwarzanej przez siłownik.
Siła wywierana przez nieruchomy obiekt jest określana przez masę obiektu pomnożoną przez siłę grawitacji (dla ułatwienia i uproszczenia obliczeń można przyjąć wartość 10 m/s2). Jeśli masa ładunku wynosi 10 kg, to siła wywierana przez ten ładunek wynosi 100 niutonów. Cylinder o średnicy 32 mm pracujący pod ciśnieniem 6 barów będzie w stanie przepchnąć ładunek o masie 45 kg.
Należy jednak wziąć pod uwagę inne czynniki, które mogą mieć wpływ na wymaganą siłę.
1. Czy obiekt jest rzeczywiście nieruchomy?
Jeśli nie, to należy obliczyć rzeczywistą siłę wywieraną przez ładunek. Obiekty, które ulegają przyspieszeniu w dowolnym kierunku, mogą wpływać na siłę wywieraną przez ładunek.
2. Czy na obiekt działają jakieś siły tarcia?
Jeżeli przemieszczanie ładunku po trajektorii powoduje działanie sił tarcia na obiekt, wówczas siła potrzebna do przemieszczenia może być większa niż siła obliczona.
3. Tarcie wewnętrzne cylindra
Wiele elementów znajdujących się wewnątrz cylindra, takich jak uszczelnienia kanałowe i prętowe, tuleje, opaski ścieralne i inne uszczelnienia, zmniejsza siłę wytwarzaną przez cylinder. W zależności od metody zastosowania, może wystąpić dodatkowe obciążenie boczne, a te elementy będą wywierać jeszcze większe tarcie.
Praktyka nie pozwala na określenie rzeczywistej siły wywieranej przez obiekt w danym zastosowaniu. Na ogół jednak zadowalające jest przeprojektowanie do danego zadania poprzez wybór siłownika pneumatycznego, który z nawiązką uwzględnia wymagania dotyczące siły.
Skontaktuj się ze specjalistami Pneumatyka Łódź – chętnie pomożemy przy doborze właściwego siłownika pneumatycznego do Twojego zastosowania.
