Uniwersytet Śląski

Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach

Katedra Materiałoznawstwa

Systemy CAD/CAM

Pneumatyczny siłownik tłokowy

Wykonali:

PS

RK

Rok studiów: I

Grupa dziekańska: 1

Rok akademicki: 2010/2011

Sosnowiec 2011

Spis treści:

1. Wstęp

2. Główne założenia projektowe

3. Zastosowana norma

4. Podstawowe obliczenia projektowe

5. Dobór odpowiednich materiałów z uwzględnieniem analizy ekonomicznej

6. Rysunek projektu

7. Literatura

1. Wstęp

Siłownik pneumatyczny tłokowy (przedstawiony na rysunku 1) jest urządzeniem mechanicznym, zamieniającym ciśnienie powietrza lub innego gazu na ruch tłoka znajdującego się wewnątrz obudowy.

Doprowadzenie gazu pod ciśnieniem przewyższającym ciśnienie atmosferyczne (lub niższym od ciśnienia atmosferycznego) do jednej z komór siłownika powoduje przemieszczenie się tłoka wewnątrz cylindra siłownika, co skutkuje przemieszczeniem się końcówki roboczej zamocowanej do tego tłoka. Konstrukcja siłownika określa, czy przemieszczenie to będzie wzdłużne, czy kątowe, jak znaczne (jak duży będzie skok roboczy tłoka, a przy siłownikach obrotowych - jaki będzie roboczy kąt obrotu), czy po odłączeniu dopływu gazu pod ciśnieniem siłownik będzie wracał do położenia początkowego, czy nie, itd.

Rys. 1. Przykładowy model pneumatycznego siłownika tłokowego [1].

2. Główne założenia projektowe

Pneumatyczny siłownik tłokowy dwustronnego działania z amortyzacją i wkładką magnetyczną (rysunek 2).

Dane techniczne:

• Średnica tłoka: 32 [mm]

• Skok: 25 [mm]

• Medium: Powietrze przefiltrowane naolejone

• Ciśnienie robocze: 10 [bar] (max)

Rys. 2. Symbol graficzny siłownika tłokowego dwustronnego działania z amortyzacją [2].

Urządzenie ma za zadanie przemieszczenie frezu w płaszczyźnie pionowej umieszczonego na ramieniu frezarki.

3. Zastosowana norma

Siłownik pneumatyczny jest zgodny - z normą ISO 6431. Norma ta zawiera zatwierdzone wymiary poszczególnych części siłownika, które zostały pokazane w tabeli pod rysunkiem technicznym siłownika. W siłowniku zastosowano uszczelnienia poliuretanowe
o najwyższej odporności na ścieranie, co w znacznym stopniu podwyższa jego trwałość oraz umożliwia pracę siłownika w warunkach bezsmarowych. Siłownik może być wykonywany
z uszczelnieniami do pracy w podwyższonej temperaturze. Korpus siłownika stanowi precyzyjna aluminiowa tuleja kształtowa, do której bezpośrednio mocowane są pokrywy przy pomocy śrub specjalnych. Siłownik może mieć zabudowany element magnetyczny w tłoku umożliwiający stosowanie czujników pola magnetycznego (tzw. BSPT - Bezstykowa Sygnalizacja Położenia Tłoka).

Rzeczywista siła na tłoczysku siłownika zależy od zmian ciśnienia w czasie napełniania
i opróżniania komór siłownika oraz zmian siły tarcia w uszczelnieniach. W praktyce korzystne jest posługiwanie się współczynnikiem η, wyrażającym stosunek siły użytecznej F_u do siły teoretycznej F. Zalecane wartości współczynnika η wynoszą:

Tabela 1

Wartości współczynnika η [3].

Sposób pracy	Wartości współczynnika η
Ruch powolny, obciążenie działające na końcu skoku	0,8
Ruch szybki, obciążenie działające na końcu skoku lub ruch powolny, obciążenie działające na całym skoku	0,75
Ruch szybki, obciążenie działające w przybliżeniu na całym skoku	0,65

4. Podstawowe obliczenia projektowe

Obliczenia siły użytecznej

Teoretyczną siłę pchającą lub ciągnącą siłownika dwustronnego działania obliczamy ze wzoru:

F = S * p (1)

Gdzie:

p - ciśnienie powietrza [Pa]

S - czynna powierzchnia tłoka tzn. [cm²]

S = ¼ * π * D² - do obliczenia siły pchającej (2)

S = ¼ * π * (D² * d²) - do obliczenia siły ciągnącej (3)

D - średnica tłoka [cm]

d - średnica tłoczyska [cm]

Obliczanie siły pchającej:

S = ¼ * 3,14* 3,2² = 8,04 [cm²]

F = 8,04 ·10^-4 * 101300 = 81,45 [N]

Obliczanie siły ciągnącej:

S = ¼ * 3,14* (3,2² * 1,2²) = 11,58 [cm²]

F = 11,58 ·10^-4 * 101300 = 117,31 [N]

Obliczenia zużycia powietrza

Orientacyjne zużycie powietrza (sprowadzone do warunków normalnych) w czasie n pełnych suwów siłownika (wysunięcie i wsunięcie tłoczyska) obliczamy według wzoru:

V = ¼ * π * (2 * D² - d²) * s * n * (p_r/p_a + 1) + V₁ [cm³] (4)

Gdzie:

D, d, s - średnica tłoka, tłoczyska oraz skok siłownika [cm]

n - ilość pełnych suwów siłownika

p_r, p_a - ciśnienie robocze (nadciśnienie) i ciśnienie atmosferyczne [bar]

V₁ - objętość szkodliwa (np. objętość przewodów doprowadzających) [cm³]

V= ¼ *3,14*(2*10,24-4)*2,5*2*(6,91+1) + 0,7 = 0,785*16,48*5*7,91+0,7= 512,35 [cm³]

5. Dobór odpowiednich materiałów z uwzględnieniem analizy ekonomicznej

Materiały

• Cylinder: Aluminiowy

• Tłoczysko: Stal nierdzewna INOX AISI 304

• Pokrywy: Aluminiowe

• Tłok: Aluminiowy

• Uszczelnienia: VITON®

Analiza kosztów

Komponent	Cena
Aluminiowy cylinder	10 pln
Tłoczysko ze stali nierdzewnej	10 pln
Aluminiowe pokrywy	5 pln
Aluminiowy tłok	10 pln
Uszczelnienia	3 pln
Koszty stałe	2 pln
Suma	40 pln

Po uwzględnieniu cen poszczególnych komponentów + koszty stałe - cena jednego siłownika powinna oscylować w granicach 60 PLN. Cena ta pozwoli na osiągnięcie zysku.

6. Rysunek

7. Literatura

• Reymer B. „Mały poradnik mechanika” WNT 1994

Strony internetowe:

[1] http://www.pneumat.com.pl/silownik_isoline_jednotloczyskowy

[2] http://rapodajnia.com/?k=katalog&w=&d=1&d1=4&d2=38&d3=48

[3] http://www.pneumatyka.waw.pl/prema/pdf/informacje_ogolne.pdf

4

---