Jak dobierać elementy mocujące do siłowników pneumatycznych?

Wstęp

W moim poprzednim artykule, dotyczącym doboru siłowników do aplikacji wspominałem o elementach mocujących niezbędnych do jego prawidłowego zamocowania w maszynie. W tym artykule szczegółowo zajmę się w jaki sposób to zrobić opierając się na praktycznych doświadczeniach związanych z tym tematem.

Zastosowanie właściwych elementów mocujących uwalnia nas od bardzo wielu problemów wynikających z eksploatacji urządzeń z napędem pneumatycznym, w tym od uszkodzenia siłownika lub części maszyn i mechanizmów.

Wiadomości zawarte w tym artykule pozwolą na uniknięcie większości problemów a zajmę się odpowiedziami na następujące pytania:

• Jakie sposoby mocowania siłowników wyróżnia się w praktyce inżynierskiej?
• Do jakich części siłownika mocuje się elementy montażowe? 
• W jaki sposób mocuje się siłownik w maszynie?
• Uwagi praktyczne w doborze mocowania do siłownika pneumatycznego.

Zapraszam do lektury!

Jakie sposoby mocowania siłowników stosuje się w praktyce inżynierskiej?

Na początek garść informacji z mechaniki i kinematyki. W przypadku siłownika umieszczonego w przestrzeni mówimy o tzw. stopniach swobody. Stopnie swobody pozwalają na umieszczenie siłownika w przestrzeni kartezjańskiej i determinują także jego ruch. Do opisania siłownika w przestrzeni potrzebne jest 6 stopni swobody:

• przemieszczenie wzdłuż osi X, Y, i Z (strzałki czerwone),
• jego obrót względem osi X, Y i Z.

Dla uproszczenia będziemy traktowali tłoczysko siłownika (które wykonuje swój ruch posuwisto- zwrotny) jako integralną część siłownika. Zastosowanie elementów mocujących tworzy tzw. więzy, które odbierają siłownikowi stopnie swobody ograniczając jego ruch tylko dla wybranych kierunków w przestrzeni.

W praktyce oznacza to następujące możliwości zamocowania siłownika:

• mocowanie “sztywne” – tłoczysko siłownika wykonuje ruch tylko w jednej płaszczyźnie XY (wzdłuż osi X) korpus siłownika przymocowany na stałe – 2 stopnie swobody.

Mocowanie sztywne siłownika ISO15552

• mocowanie wahliwe – siłownik wykonuje ruch wahliwy – czyli tłoczysko siłownika przesuwa się w płaszczyźnie XZ i jednocześnie zespół tłoczysko-siłownik wykonuje ruch kątowy względem osi Y – 3 stopnie swobody. 

Mocowanie wahliwe siłownika ISO15552

Do jakich części siłownika mocuje się elementy montażowe?

Elementy montażowe mogą być zamocowane:

• do tłoczyska siłownika (końcówki tłoczyska np. proste, widełkowe, z przegubem kulowym),
• do pokryw siłownika (np. łapy, kołnierze, ucha proste, ucha skośne),
• do korpusu (tulei) siłownika (np. jarzma).

W jaki sposób mocuje się siłownik w maszynie?

W praktyce spotykamy się z dwoma rozwiązaniami dla zamocowania siłownika w maszynie:

• zamocowanie z użyciem integralnych elementów mocujących, które posiada siłownik (bez stosowania dodatkowych elementów).

Siłowniki z integralnymi elementami mocującymi

• zamocowanie siłownika z zastosowaniem dodatkowych elementów mocujących.

Mocowania zintegrowane

Mocowania zintegrowane z siłownikiem wykorzystuje się do:

• mocowania sztywnego – np. gwinty zewnętrzne na pokrywach siłowników ISO 6432 i siłowników okrągłych,
• mocowania wahliwego – widełki zintegrowane z pokrywą tylną (siłownik do wulkanizacji), ucho na pokrywie tylnej dla siłownika ISO 6432.

Poniżej przedstawiam przykład zamocowania siłownika ISO 6432 z użyciem zintegrowanych elementów do zamocowania.

Przykłady wykorzystania integralnych mocowań w siłowniku ISO6432

Otwory gwintowane wykonane w pokrywach siłowników

Otwory gwintowane w pokrywach wykorzystywane są do mocowania bezpośredniego siłownika (mocowanie sztywne) lub do przykręcenia elementów mocujących (mocowanie sztywne i wahliwe).

Rodzaje siłowników posiadających otwory gwintowane w pokrywach:

• siłowniki znormalizowane ISO15552, ISO6431, VDMA),
• siłowniki kompaktowe (ISO21287, UNITOP),
• siłowniki dociskowe i krótkoskokowe.

Położenie otworów gwintowanych do zamocowania siłownika/elementu mocującego

Elementy montażowe przykręcane do siłownika

Dotyczy to większości siłowników znormalizowanych (ISO 15552, ISO 6431, ISO 21287, CNOMO, UNITOP. Zastosowanie elementów mocujących standardowych umożliwia ich późniejszą zamienność pomiędzy różnymi producentami.

Do każdego z typów siłowników znormalizowanych dostępne są różne elementy mocujące.

Uwaga:

Do siłowników ISO 15552 (ISO 6431)  i siłowników kompaktowych ISO 21287 stosujemy te same elementy mocujące. Poniżej przedstawiam przedstawiam standardowe elementy mocujące do siłowników znormalizowanych ISO 15552 oraz ISO 6432.

Standardowe elementy mocujące do siłowników ISO15552

Standardowe elementy mocujące do siłowników ISO6432

Dobór mocowania do siłownika pneumatycznego – uwagi praktyczne

Podzielę się kilkoma praktycznymi poradami związanymi z zamocowaniem siłownika pneumatycznego

• należy unikać „przesztywniania” konstrukcji, rozumianej jako trwałe zamocowanie zarówno siłownika jak i końcówki tłoczyska, w przypadku dodatkowych prowadzeń elementu przykręconego do tłoczyska. Może to spowodować w przypadku błędów montażowych (brak współosiowości, brak równoległości itp.) uszkodzenie uszczelnień w siłowniku lub jego prowadzeń,
• o ile to możliwe, w przypadku mocowań wahliwych stosować mocowanie przegubowe zarówno od strony siłownika jak i na tłoczysku,
• w przypadku ryzyka wystąpienia sił promieniowych powstających na skutek błędów w wykonaniu mocowań zalecam stosowanie końcówki z przegubem kulowym,
• końcówki przegubowe ograniczają ryzyko urwania gwintu na tłoczysku, co jest typowym uszkodzeniem dla siłowników miniaturowych ISO 6432,
• dla długich skoków w przypadku dużych tolerancji montażowych zalecane jest stosowanie końcówek przegubowych (elastycznych) prostych lub kątowych,
• dla siłowników pracujących poziomo o długich skokach występuje ryzyko ugięcia końcówki tłoczyska (zalecane dodatkowe prowadzenie),
• dla lepszego wyważenia siłownika zaleca się stosowanie jarzm zamontowanych na korpusie siłownika,
• stosowanie siłowników pneumatycznych z amortyzacją (zwłaszcza ISO 6432) zdecydowanie obniża poziom drgań spowodowanych dojściem tłoczyska do położeń krańcowych,
• w przypadku silnego ryzyka drgań zalecam zastosowanie elementów mocujących ze stali lub żeliwa.

Podsumowanie

Dobór właściwego mocowania do siłownika pneumatycznego gwarantuje prawidłową pracę całej maszyny oraz bezpośrednio wpływa na trwałość siłownika. Szeroki zakres dostępnych elementów montażowych oraz ich różne wykonania materiałowe znacznie ułatwia projektowanie maszyn i urządzeń. Stosowanie znormalizowanych elementów mocujących (ISO 15552, ISO 6431, ISO 6432 i ISO 21287) pozwala na dowolny wybór ich producenta. W przypadku trudności w doborze elementów mocujących zapraszam do kontaktu z pracownikami naszego Biura Obsługi Klienta.