В пневмодвигателях энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и т.п. Различают пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена; поворотные с ограниченным углом поворота выходного звена; пневмодвигатели с неограниченным вращательным движением выходного звена (пневмомоторы).
Пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена разделяют на поршневые, мембранные, сильфонные, камерные и шланговые. Наибольшее распространение получили поршневые пневмодвигатели, которые называют также пневмоцилиндрами . Различают двухпозиционные и многопозиционные двигатели.
Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми или пластинчатыми. Пневмомоторы по конструктивным признакам разделяют на поршневые, мембранные, пластинчатые, винтовые и турбинные.
В пневмоцилиндрах происходит преобразование потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую энергию поршня.
В пневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого воздуха действует на поршень только в одном направлении, в другую сторону поршень со штоком перемещается под действием внешних сил или пружины. Такие пневмоцилиндры с пружинным возвратом обычно используют для выполнения небольших перемещений (0,8—1,5)D, так как встроенная пружина, сжимаясь, значительно снижает усилие, развиваемое поршнем.
В пневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком под действием сжатого воздуха происходит в двух противоположных направлениях. Пневмоцилиндры этого типа нашли наибольшее применение в промышленности. В зависимости от предъявляемых требований их различают как по конструктивным параметрам, так и по схемам соединения с пневматической системой и атмосферой.
На рисунке :
а. Пневмоцилиндр одностороннего действия без пружины
б. Пневмоцилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом
Пневмоцилиндры двустороннего действия изготовляют с ходом поршня от нескольких миллиметров до 6—7м. Пневмоцилиндры с ходом поршня более (8—10)D обычно изготовляют по индивидуальным заказам, так как для обработки гильз пневмоцилиндров и штоков необходимо специальное оборудование.
Сдвоенные пневмоцилиндры. В том случае, когда диаметр пневмоцилиндра ограничен из-за недостатка места, рекомендуют использовать два цилиндра или более последовательно соединенных между собой и работающих на один шток. В результате этого усилия сжатого воздуха, действующие на поршни, складываются. Недостатком сдвоенных пневмоцилиндров является увеличение длины цилиндра приблизительно в том же соотношении, в каком увеличивается усилие.
Вращающиеся пневмоцилиндры применяют в качестве силового привода патронов, оправок и других приспособлений, осуществляющих зажим штучных заготовок и пруткового материала на токарных, токарно-револьверных и других станках.
Эти пневмоцилиндры подразделяют на следующие типы: одностороннего действия, двустороннего действия и сдвоенные. В зависимости от исполнения штока вращающиеся цилиндры бывают со сплошным или полым штоком.
Рис. Вращающийся пневмоцилиндр со сплошным штоком
Вращающийся пневмоцилиндр со сплошным штоком имеет муфту 1 подвода воздуха, предохранительное устройство 2 и собственно цилиндр 3. При сообщении через пневмораспределитель входного канала А с магистралью, а канала Б с атмосферой, сжатый воздух через канал Г, шариковый клапан 6 и канал Д поступает в штоковую полость цилиндра. Отработанный воздух из штоковой полости проходит по каналу Е, открытому штоком поршня 5 предохранительного устройства шариковому клапану 4, каналы Ж, Б и через распределитель выбрасывается в атмосферу.
При подаче сжатого воздуха из магистрали к каналу Б сжатый воздух поступает в бесштоковую полость. Штоковая полость через канал А и распределитель сообщается с атмосферой. Предохранительное устройство 2 обеспечивает автоматическое отсечение (запирание) штоковой и бесштоковой полостей при падении давления на входных каналах А и Б, что предотвращает разжим детали при вращающемся шпинделе станка.
Конструктивная схема вращающегося пневмоцилиндра с полым штоком
Рис. Конструктивная схема вращающегося пневмоцилиндра с полым штоком
В этой конструкции сжатый воздух в полости цилиндра также подводится через муфту 1 подвода воздуха, клапаны 2 и 4 предохранительного устройства. Шток поршня 3 выполнен полым, что позволяет пропускать через цилиндр прутковый материал к зажимной цанге.
Поршневые позиционеры
Пневмоцилиндры можно использовать в качестве позиционеров, если не требуется высокая точность отработки положения (позиции) и если число позиций невелико.
На рисунке ниже показаны схемы соединения двух пневмоцилиндров для получения трех (I, II, III) и четырех (I, II, III, IV) фиксированных положений, причем, четыре позиции получают соединением двух пневмоцилиндров с различной длиной хода.
Рис. Поршневые позиционеры
Конструкция трехпозиционного пневмоцилиндра
Рис. Конструкция трехпозиционного пневмоцилиндра
Шток цилиндра 1 закреплен, а шток цилиндра 2 является исполнительным. При подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость цилиндра 1 исполнительный шток перемещается вместе с корпусом цилиндра 1, а при подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость цилиндра 2 исполнительный шток перемещается в следующую позицию. Таким образом, обеспечиваются три фиксированных положения исполнительного штока.
Рис. Трехпозиционный пневмоцилиндр
Несколько иная конструкция позиционера представляющего собой трехпозиционный пневмоцилиндр.
Здесь среднее положение штока обеспечивается при подаче сжатого воздуха в оба воздухоподводящих отверстия 1 и 2, при соединении подводного отверстия 1 с атмосферой шток втягивается, а при соединении отверстия 2 с атмосферой и отверстия 1 с источником давления шток выдвигается.
Пневмоцилиндры с гибким штоком
На рисунке ниже показан пневмоцилиндр, в котором шток выполнен из стального троса 2 с нейлоновым покрытием. Пневмоцилиндры этого типа позволяют получать большую длину хода, так как исключается деформация штока, свойственная цилиндрам с большими ходами. Трос 2 прикреплен к поршню 3 цилиндра и переброшен через ролики 1, установленные в крышках цилиндра. Для уплотнения поршня и троса служат манжеты V-образного типа. К концам троса прикреплена каретка 4, служащая для соединения с перемещаемыми механизмами. Пневмоцилиндры с гибким штоком можно применять для различных операций перемещения, хонингования, шлифования, полирования и т. п., особенно в том случае, когда ограничено место для выдвижения длинного штока.
Рис. Пневмоцилиндры с гибким штоком
Ударные пневмоцилиндры
В промышленности нашли применение следующие типы ударных пневмоцилиндров: одностороннего действия со встроенным ресивером (рис. а), со встроенным ресивером, концентрично расположенным, и золотниковым распределением (рис. б); двустороннего действия (рис. в).
Конструкция ударного пневмоцилиндра со встроенным ресивером
Рис. Конструкция ударного пневмоцилиндра со встроенным ресивером
Пневмоцилиндр имеет ресивер 1, поршень 3 со встроенным клапаном, бесштоковую 2 и штоковую 4 полости. В исходном положении поршень давлением воздуха в штоковой полости прижат к седлу, закрывая доступ сжатого воздуха из ресивера в бесштоковую полость цилиндра. До начала хода поршня бесштоковая полость соединена с атмосферой через клапан. Для выполнения движения необходимо штоковую полость цилиндра соединить через клапан с атмосферой. В ресивере, предварительно соединенном с магистралью, давление равно магистральному.
Движение поршня начнется тогда, когда давление в штоковой полости упадет до уровня, близкого к атмосферному. На начальном участке хода давление в бесштоковой полости поддерживается близким к магистральному, а в штоковой полости продолжает уменьшаться, приближаясь к атмосферному. На этом участке хода обеспечены наилучшие условия для разгона поршня и связанных с ним частей механизма: магистральное давление по одну сторону поршня и атмосферное по другую. Вследствие этого поршень быстро разгоняется до скорости 4—7 м/с. При дальнейшем движении поршня давление в ресивере и бесштоковой полости падает, а в штоковой начинает возрастать. Скорость поршня уменьшается, ход заканчивается сравнительно плавно, без удара о переднюю крышку. Для возврата поршня в исходное положение сжатый воздух подают в штоковую полость пневмоцилиндра, а ресивер соединяют с атмосферой.
В пневмоцилиндре со встроенным концентрично расположенным ресивером (рис. б) рабочая полость сообщается с резервуаром посредством кольцевой щели 1 в гильзе цилиндра. В исходном положении поступлению сжатого воздуха из ресивера в рабочую полость препятствует уплотнительное кольцо 2 и воздух поступает только через дроссель 3. Когда поршень сдвигается с места и открывает щель 1, то через нее поступает воздух и поршень пневмоцилиндра разгоняется.
Рассмотренные типы ударных пневмоцилиндров обеспечивают высокую скорость движения поршня только в одном направлении. Показанный на рис. в ударный пневмоцилиндр имеет высокую скорость перемещения поршня в обоих направлениях. Но в отличие от пневмоцилиндра, изображенного на рис. а, в нем нельзя обеспечить эффективное торможение в конце хода из-за большого объема вредного пространства выхлопной полости.
Материал из справочника «Пневматические устройства и системы в машиностроении» под ред. Е.В.ГЕРЦ