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1、,NUMATICS 氣缸教育訓練手冊,This manual was prepared and published by:Numatics - Cornerstone, Inc.1450 North Milford RoadHighland, MI 48357810-887-4111,氣壓缸教育訓練手冊,Copyright * 1994 by Cornerstone, Inc.All rights reserved. ISBN 0-000000-00-0Printed in Taiwan OM- 04/96Numatics Co., Ltd. Asia,cornerstone,TM,基本資訊,
2、何謂驅動器 ?,氣壓驅動的線性驅動器 (氣缸),驅動器*- 可使物體運作的機械裝置,這一類型含有活塞及軸的氣缸設計是許多組成元件如氣壓爪,迴轉缸,無桿缸和滑軌氣缸的設計基礎- 讓我們來探討這個基本元件: 氣缸.,基本資訊,選擇氣缸是以他們做功的能力來區分.事實上,功的定義是以氣缸施力的大小而得.力量 = 壓力 x 面積,缸徑指的是氣缸的內徑. 活塞面積 x 壓力 = 力量,在此例,2缸徑 - r = 1 or d = 2= (3.1415)(1)2= (0.7854)(2)2= 3.1415 平方英吋,因此.,力量 = 80 PSIG x 3.1415 x 12 in力量 外伸 = 251.3
3、3 磅,基本資訊,基本資訊,2內徑氣缸接受80 PSIG 的氣壓源,其回縮力量有多少?,範例 #2:,F = P X A,80 PSIG,縮回,外伸,氣缸縮回時其有效面積為何?,有效面積,外伸活塞面積,= 桿的直徑,縮回時活塞面積,注意 :,縮回時活塞桿截面積須由活塞面積中減去.假如,在此例中;氣缸桿直徑為0.5 -活塞面積 = 3.14 Sq. In. (前例) 減 活塞桿面積 = 0.196 Sq. In. 有效面積 縮回 = 2.945 Sq. In.,F = P x AF = 80 PSIG x 2.945 Sq. In.,力量 = 235.62 磅,縮回,或者,於此例中,損失的力量相
4、當於15.71 磅.,外伸力量表,回縮力量表,基本資訊,缸徑為4氣缸,氣壓源為80psig 其施力應為多少?,使用此表 -,基本資訊,一個缸徑2的氣缸氣壓源為80 PSIG.請問氣缸可舉起多重的物體?,範例 # 3:,251.33磅,為什麼?,2 缸徑,80 PSIG,記住 - 例 #1 顯示一個缸徑2 的氣壓缸,氣壓源為80 PSIG 將可產生251.33 磅的力量.,F = P x A,為一可計算最大力量的公式:,任何: 移動中負載有多少磨擦力?任何: 氣缸磨擦力來自於,活塞油封活塞桿油封,這些都將減少氣缸的出力.,以任一速度去移動負載,需要多大的力量?,那麼需要多大的氣缸呢?最小 : 須
5、要能產生1.25倍的需求力量最大 : 須要能產生2倍的需求力量,基本資訊,摩擦力,氣缸在各種不同的負載下且必須完成各種反向情況下的作功.油封是氣缸中預防洩漏的角色且必定會產生磨耗 -如果它是動態油封,動態油封乃在防止兩移動元件間的洩漏;而靜態油封基本上無磨耗問題.為了使油封更有效率,他們必須先拉緊,使油封能適合各種狀況.預拉緊為摩擦產生因素之一 .,唇形,四方形,T字形(有支撐),O-環,動態活塞油封,靜態油封,基本資訊,側向負載,懸吊式負載,校準,正確運用: 懸垂負載 ,應使用活塞桿襯套. 於氣缸尾部裝置U型支架,以校準運用 避免衝擊負載.,側向負載易導致永久性的損壞,並產生危險.沒有任何一
6、個氣缸製造商保證,氣缸可安全使用於側向負載.,活塞桿易損壞,輸送帶上移動的物體,撞擊,負載,為減少側向負載,氣缸可裝置為轉軸方式,其路徑為一圓弧,轉軸方式裝置於氣缸後面或如圖裝於氣缸桿前端.減少側向負載的其他意義: 活塞桿外伸將減少抗力臂,或使用. 活塞桿襯套可避免氣壓缸的完全外伸.,非線性運動,基本資訊,不可修復式氣缸,不可修復式氣缸:,缸徑較小的氣缸經常是不可修復的;他們稱為不可修復式或筆型缸.,其氣缸管與前後端蓋係經由滾輪壓合而成,且壓合後不能再分離 - 因此,這種型式被稱為不可修復式. 此種氣缸的成本遠低於NFPA 型可修復式氣缸,.無標準尺寸 - 此型氣缸由不同的製造商製造,其樣式與
7、尺寸不具互換性 .,活塞桿,突出螺紋,氣缸管,氣壓源接續口,不可修復式氣缸,彈簧回縮單動氣缸,氣壓推動活塞桿外伸,彈簧作功回縮活塞桿.,注意:,這是單動作氣缸 - 僅有一氣壓源接續口,氣缸上有一個排氣孔. 選擇這種型式須注意彈簧力量的極限.,活塞桿,彈簧,活塞,氣源接續口,排氣孔,彈簧外伸單動氣缸,氣壓推動活塞桿縮回, 彈簧作功外伸活塞桿.,彈簧,活塞,氣壓源接續口,活塞桿,注意:,這是單動作氣缸. 此單動氣缸不適用於行程太長者,因為行程太長會造成彈簧使用長度過長,較不實用.,不可修復式氣缸,不可修復式氣缸,應用實例,單動氣壓缸需要一個3通路閥作動.,注意:,單動氣壓缸有一個通氣孔,當氣壓缸作
8、往復運動時允許空氣進入和離開彈簧室 - 此通氣孔不可塞住.彈簧力量為不可調整(一旦製造後) - 因此許多製造商提供不同彈力的彈簧.反應時間被彈簧所限制,因此雙動氣缸可以較快.,氣壓缸的淨出力 = 壓力 x 有效面積 - 彈簧力量,氣缸夾持,輸送帶檔板,不可修復式氣壓缸,活塞桿襯套,施力,活塞桿襯套會增加氣缸的長度. 但是當有側向負載時,它是需要的.,使用活塞桿襯套,應用實例:,不可修復式氣壓缸,雙動 - 需要氣壓使氣缸前進和縮回.,活塞,進出口,活塞桿,進出口,常用的缸徑在3以下. 適合輕到中型負載的應用.大部分的製造商對最大行程和氣缸速度都加以限制.,此種設計由於其有效面積相同,因此外伸和縮
9、回的力量相等,因此較單桿缸易於停在中間位置.稱為雙桿缸(不要和串列與並排桿氣缸相混淆) 於不可修復式和NFPA型式中都有提供的.對於兩倍桿臂的側向負載非常的靈敏,需要精確的校正, 亦可應用於中位或附加桿用於位置回饋上. 請慎選固定方式.,雙桿缸,其他型式氣壓缸,其他型式氣壓缸,無桿缸,無桿缸的設計是將壓力作用在活塞上並將力量轉換到滑台.因為活塞沒有活塞桿,活塞兩邊有效面積相同 - 因此力量也相同.滑台可由磁力或機械方式和活塞連接 - 內包含油封的機構允許此種連接方式且不會洩漏,而且此結構可承受側向負載.無桿缸可用於考慮有使用空間的限制的地方,並能於承受一定的負載下做高速運動.長的行程必須有支撐
10、以避免彎曲.,可互換性氣壓缸必須符合特定尺寸要求. NFPA為不同的固定方式建立一套尺寸標準,那些遵循這個標準的氣壓缸稱為NFPA氣缸.其他還有ISO,他們有一套不同於NFPA的標準,此外還有其他組織的標準(例如VDMA).,相對於不可修復的氣壓缸,NFPA 氣壓缸的體積較大,缸徑範圍由1.5到8(其他尚有更大型者),其主要設計用於中到重型負載的工業應用上.,可互換性氣壓缸,NFPA,ISO,VDMA,NFPA氣壓缸,軸襯扣件,前端蓋,後端蓋,緩衝油封,缸管,活塞桿,活塞,軸襯,活塞桿括片,緩衝油封,緩衝區域,活塞桿油封,活塞油封,耐磨環,管端油封,軸襯O環,拉桿,在其固定方式之內NFPA氣壓
11、缸為可互換的.不正確的固定方式不僅造成氣壓缸的損壞,同時也會造成整台機器的損壞. 氣壓缸的固定方式分為三類:中心線,腳座,和轉軸.,專有名詞,固定方式,F2 固定方式,中心線固定方式 - 法蘭,F1 固定方式,氣壓缸最佳的支撐方式就是沿著中心線來支撐.因為固定平面的中心就是氣壓缸的中心線所在.所以稱為中心線固定方式. 這是精密的固定方式需要正確的校正.中心線固定可利用一個矩型的法蘭,圓型的法蘭或是一個正方形的法蘭(固定於前後端蓋上),或利用突出的繫桿(前端蓋,後端蓋,兩者或兩者皆非).,固定方式,XO 固定方式,X1 固定方式,X2 固定方式,X3 固定方式,中心線固定 - 突出拉桿,中心線固
12、定方式 - 圓形法蘭,固定方式,R1 固定方式,R2 固定方式,注意: 如圖R2固定方式桿端為一母螺紋 客戶訂購氣缸時可指定所需進出氣口位置. 當然,客戶首先需要知道自己在氣缸應用上的需求,固定方式,T1 固定方式 - 前耳軸固定式,T2 固定方式 - 後耳軸固定式,T4 固定方式 - 中耳軸固定式,轉軸固定方式 - 耳軸固定式,通常氣壓缸必須能允許經由曲線路徑的迴轉亦即有一個轉軸. 最堅固的轉軸固定方式就是耳軸 - 當其於平面上做偏差補償時.共有2個堅固的轉軸點.一個 U 型轉軸有一個轉軸點,並可能是獨立一件或附在尾蓋上.,固定方式,轉軸固定方式 - U 型連接座,P1 固定方式,P2 固定
13、方式,P3 固定方式,P4 固定方式,腳座固定方式 - 凸緣或腳座,固定方式,S1 固定方式,S2 固定方式,S4 固定方式,腳座固定比其他固定方式的強度差.但其能容忍較大的中心偏差量,其固定的平面未經過氣壓缸的中心線- 有時會導致繞著固定點做迴轉或彎曲.,氣缸零件,這是典型氣缸所有零件的爆炸圖. 如圖所示的型式並非是NFPA型式,但為一廣汎應用的氣缸.與許多製造商所製造產品相類似,此類氣缸比NFPA 標準還要早.,前後端蓋,端蓋細部,活塞桿油封為一動態油封,其可能成為洩漏的來源.為減少洩漏桿襯應與桿做精密校正-最好是用扣件來固定桿襯而非將其鎖入前端蓋.且軸襯材料應比桿來得軟.氣缸回程時桿刮片
14、能將桿刷乾淨以維護桿油封的壽命. 通常金屬刮片能符合較嚴格的要求.且這種組合要能容忍任何偏差與側向負載問題-因為前端蓋是桿臂的支點.,活塞,活塞細部,理論上,活塞應儘可能堅固地固定在桿上,某些製造商以帶螺紋的活塞鎖於桿上,且使用LOCTITE 固定.並打下定位銷,以得到永久固定.注意耐磨環位於活塞的後端,目的在於有效的抵抗產生於氣缸壁的側面負載.T型油封能使氣壓缸的反應較快,因其有較小的密封面積,產生較小磨擦力,且只須一條油封.此外還有一標準的磁性環位置作為感應器之用.,TM,緩衝使用原理,如果緩衝油封一邊有突緣面,另一邊為平滑面,如此將有止逆和流通的功能.,緩衝,在分離的狀態 ,緩衝油封隨著
15、桿移動,且活塞桿未承受壓力負荷.- 此時可產生較快的行程.,緩衝油封,混合式氣壓缸,多位置氣壓缸,具有4個出入口,此氣壓缸將可重複產生一個以上的定位.這是一個背對背氣壓缸或是兩個活塞和活塞桿的組合,他們共用一個公共的氣缸管.理論上當需要超過一個以上的固定定位點時,雙聯式氣壓缸將有效地停於中間行程. 那麼到底有多少位置可以達到呢?避開設計可能導致氣壓缸本身阻力的迴路.,串聯式氣壓缸,混合式氣壓缸,類似雙聯式,此氣壓缸具有一共同的活塞桿. 此實際的效果是氣缸的出量倍增,且不需較高的工作壓力或較大的缸徑.附加的活塞使力量增大.但此氣壓缸畢竟太長且縮回太慢.可用為衝壓氣缸或任何需要大出力而又不能用液壓
16、的地方.,防旋轉氣壓缸,市面上有多種無旋轉氣壓缸.設計的變化由六角型活塞桿到橢圓型活塞及如上圖所示的雙活塞桿氣壓缸.不要將防旋轉氣壓缸與有裝培林的滑軌相混淆 - 滑軌為特別的架構和設計以抵抗側向負載.雙活塞桿所達到的功能就是一個無旋轉活塞.雙活塞桿的設計減少了活塞的有效面積.事實上,防旋轉的設計有待解決或研究的問題就是活塞桿油封和桿襯.六角活塞桿所可能引發的問題為油封材料, 橢圓活塞和雙活塞桿則需要非常精確的對正,以適合大部分的實際使用.任何一個負載不能被引導或必需避免旋轉的地方都需要此特殊氣壓缸.,混合式氣壓缸,Numasizing,流量控制不能貯存壓縮空氣,減少壓力或加速迴路.此元件要避免
17、用於調節進氣(限制入口流量),氣壓缸可能會有不規則的移動,急停或急進的現象.,自由流體,到氣壓缸,最普遍控制氣壓缸速度的方法就是使用流量控制. 流量控制用以調節排氣流路,此裝置將使氣壓缸速度減慢.切記流量控制只是與流速有關,而與壓力無關.,流量控制,流量控制,當氣缸必須以較快的速度外伸或縮回時大部分選擇快速排氣閥. 此元件在氣缸氣壓源接續口提供一個排氣路徑以代替背壓由管路到閥再行排氣的路徑.它是一個極短壽命的元件 - 且可能助長氣缸的損壞;快速排氣閥或許可以完成工作,但利用Numasizing分析氣缸將可提供更好的解答.,複習,項目:施力壓力面積有效面積 外伸 縮回 油封側向負載固定方式中心線 轉軸 腳座結構不能修復式 NFPA ISO 前後端蓋 活塞 緩衝混合缸雙聯式串聯式防旋轉式附件流量控制快速排氣閥,Notes,