摆动气缸如何选型？摆动气缸选型方法解析

摆动气缸的作用

摆动气缸是利用压缩空气推动摆动轴在一定角度范围内作往复摆动, 并输出力矩的气动执行器。摆动气缸通常用于工件的转位、翻转、搬运、压紧、供给或停止供给、阀门的开闭、弯管作业和驱动机械手回转等。

摆动气缸如何选型？摆动气缸选型方法解析

1、选品种

两种摆动气缸的特性比较见表1。它可作为选用摆动气缸品种的依据。表1中的比较项是在两个品种摆动气缸的名义缸径相同的条件下进行比较的。表1中所列数值取自SMC公司的产品样本。
选取品种时, 摆动角度的大小或摆角可调范围必须满足要求。有些场合, 如机械手上使用摆动气缸时,还要求摆动气缸的体积小和重量轻。

2、预选名义缸径(或型号)

2.1按负载性质估算摆动气缸承受的力矩

负载可分成静负载、阻性负载和惯性负载。 

静负载是指处于静止状态的负载。如摆动气缸用于压紧工件(图1) , 所承受的力矩M= F●l

l——负载力的力臂, m

阻性负载是指惯性力可以忽略的运动负载。如摆动气缸克服摩擦力(图2a) 或重力(图2b) 所承受的力矩。它仍按式(1)计算。图2a中的力臂l可近似取为摆动气缸轴与压轮轴之间的中心矩。

惯性负载是指惯性力不能忽略的运动负载。如摆动气缸以一定的转速带动负载作往复摆动时的负载。其所承受的力矩M=J●a

式中J——惯性负载的转动惯量, kg●m2 

A——设负载作等加速摆动时的角加速度, rad/s2

式中θ——转角, 度
t——转过θ角的摆动时间, s

2.2按负载性质选取负载率

摆动气缸的负载率

式中 M——摆动气缸承受的力矩, N●m
M0——摆动气缸的有效输出力矩, N●m
对静负载, 一般选 η= 0.9;对阻性负载, η在 0.2~ 0.5 之间选取;对惯性负载, η在 0.1~ 0.25 之间选取。η值的选取与摆动速度高低有关。摆动速度高, η应选小值。

2.3选使用压力
摆动气缸的有效输出力矩M0与使用压力p成正比。产品样本上给出的M0是在某个使用压力下的值。使用压力一般可选0.5MPa, 但不得低于最低使用压力。

2.4预选名义缸径(或型号)
估算出摆动气缸承受的力矩M和选取了负载率η后, 按式(4)计算出摆动气缸的有效输出力矩M0。由产品样本上, 按M0和选取的使用压力p, 便可预选
摆动气缸的名义缸径(或型号) 。

表1摆动气缸的特性比较

3、检验摆动速度
摆动速度是指摆过一定角度所需的时间。表1中的摆动速度调节范围是指摆过90°角所允许的摆动时间范围。摆动速度太慢, 即摆过一定角度的时间过长,摆动气缸易出现爬行或摆动速度不稳定;摆动速度太快, 即摆过一定角度的时间过短, 则叶片式摆动气缸的叶片外缘线速度太高, 或齿轮齿条式摆动气缸的直线运动速度太高, 造成密封件发热厉害, 出现异常磨损,从而降低摆动气缸的使用寿命。故摆动气缸的摆动速度必须限制在允许摆动速度范围内。

4、检验缓冲能力
惯性负载一般摆至摆动气缸终端时的转动动能 E最大。为防止过大的转动动能的撞击使摆动气缸受损伤, 负载的转动动能应不大于摆动气缸的允许吸收功能EY。即E≤EY

惯性负载的转动动能E可按下式估算

为了增大摆动气缸吸收动能的能力(即缓冲能力) , 通常在气缸内部设置缓冲垫或气缓冲方式。但必须注意, 只有摆动气缸内的活塞(或叶片)到达行程终端时, 垫缓冲或气缓冲才能发挥作用。若使用摆角调节单元调节了摆动角度后, 摆动气缸内的活塞(或叶片)到达不了终端时, 则垫缓冲或气缓冲将失去缓冲作用。也有在摆动气缸外部设置液压缓冲器, 以便吸收更大的转动动能。

5、检验轴向负载和径向负载
摆动气缸的旋转轴上能承受的轴向静负载 F1(压力) 、F1(拉力)和径向静负载F2(图4) 都必须小于允许值, 以避免旋转轴系受损伤。

若轴向负载或径向负载超过允许值, 可采取不在轴上直接加载的方法来解决, 如图5所示。