Элементы конструкций и расчеты мембранных пневмодвигателей

Основные параметры. Расчетные диаметры D мембран (диаметры «в свету») выбираются по ГОСТ 9887—70. Наибольшее применение в конструкциях пневмодвигателей (пневмоцилиндров) получили диаметры, выбираемые из ряда: 160; 200; 250; 320 и 400 мм.

Толщина t мембраны выбирается в зависимости от ее диаметра D.

Диаметр d опорных шайб (дисков) рекомендуется определять в зависимости от D и t мембран:

1) для резинотканевых d= 0,7D;

2) для резиновых d= D— 2t — (2.... 4).

Соединение опорных шайб с мембранами и закрепление мембран в корпусе. В пневмоцилиндрах одностороннего действия соединение опорных шайб с мембранами рекомендуется производить по рис. IV.36.

Если шток 1 (рис. IV.36, а) не располагается в рабочей полости (полости давления), то опорная шайба 2 должна свободно прилегать к мембране 3. В случае, когда шток располагается в рабочей полости, соединение опорной шайбы с мембраной следует производить центральной гайкой 4 (рис. IV.36, 6). При единичном изготовлении допускается соединение алюминиевыми или медными заклепками 5 (рис. IV.36, в).

В пневмоцилиндрах двустороннего действия резинотканевая или резиновая мембрана закрепляется между двумя опорными шайбами 1 (рис. IV.37, а); для резиновых мембран возможен вариант закрепления двух мембран на одной опорной шайбе 1 с помощью двух гаек 2 (рис. IV.37, б). При закреплении мембраны между двумя опорными шайбами зажим производится площадкой, диаметр d_к которой определяется конструктивно в зависимости от толщины 1 мембраны. При t= 3... 10 мм ширина К пояска закрепления. Соединение опорных шайб со штоком сваркой или гайкой с прокладкой показано на рис. IV.36, IV.37.

На рис. IV.38 показаны основные способы закрепления мембран в корпусе.

Закрепление резинотканевых мембран рекомендуется производить с пропуском винтов 1 через мембрану 2. Для герметичности и надежности закрепления винты следует располагать на расстоянии не менее двух диаметров d_в винта от внутренней окружности заделки и размещать их по окружности не реже, чем через 40 — 50 мм.

Резиновые мембраны рекомендуется закреплять, как показано на рис. IV.38, б; закрепление кольцом-гайкой (рис. IV.38, б) нетехнологично, а допускается при единичном изготовлении.

На рис. IV.39 показаны элементы конструкции в зоне закрепления резиновых мембран в корпусе приспособления и на штоке. Для надежности закрепления мембран предусматриваются круговые канавки глубиной а₂ и шагом S, а для повышения долговечности — скругления краев корпуса, опорных шайб и крепежных гаек в местах перегиба мембран радиусом, равным их толщине (рис. IV.39, в); поверхность скругления необходимо полировать до шероховатости класса 9 или 10.

При изготовлении мембран отверстия под крепежные винты и воздушные каналы необходимо вырубать специальными просечками, а края мембран — предохранять от надрывов и надрезов.

Плоским мембранам из резины следует придавать тарельчатую форму, вырезая их по наружному диаметру на 5... 10% больше диаметра гнезда D₁ в корпусе (см. рис. IV.38, б) и вытягивая перед закреплением штоком с опорной шайбой.

Требования к штокам и их уплотнениям с корпусом те же, что и у поршневых двигателей.

Определение хода и усилия Q на штоке мембранного пневмодвигателя. Усилие на штоке изменяется по мере его движения, так как на определенном участке перемещения начинает оказывать сопротивление мембрана. В любом месте хода усилие Q можно определить по графикам зависимости усилия от хода, составляемым для каждого двигателя с учетом расчетного диаметра, толщины и материала его мембраны.

Рациональная длина хода штока, при которой не происходит резкого изменения усилия Q, зависит от расчетного диаметра D, толщины t, материала и конструкции мембраны, а также от диаметра d опорной шайбы.

Для мембран с нормальными расчетными диаметрами D и соответственно нормальными величинами t и d рациональные длины ходов от исходного положения мембраны (штока) показаны на рис. IV.40.

Приближенный расчет усилия Q на штоке одностороннего действия проводится по формулам.

Для тарельчатых и плоских мембран из прорезиненной ткани:

1) в исходном положении штока

2) в положении после перемещения на расстояние 0,3D для тарельчатых и 0,07D для плоских мембран

Для плоских резиновых мембран:

1) в исходном положении

2) в положении после перемещения на расстояние 0,22D

Здесь D и d — диаметры мембраны («в свету») и опорной шайбы; р — давление сжатого воздуха (манометрическое) в кГс/см²; Р — усилие возвратной пружины в кГс, определяется так же, как и для поршневых двигателей.

Определение приближенной величины усилия на штоке пневмоцилиндра двустороннего действия при d= 0,7D для резинотканевых мембран и d= D—2t—(0,2... 0,4) см.

Расчет сечений воздухопроводов. Для определения необходимого сечения S (в см²) воздухопроводных труб (каналов) необходимо задать время срабатывания пневмодвигателя t(в с), которое обычно составляет от 0,5 до 1,2 с.

Из формул

где n — объем полости двигателя в см³; n_в — скорость протекания воздуха в воздухопроводе в м/с (n_в= 17...25 м/с); D — диаметр полости двигателя в см; d — диаметр воздухопровода круглого сечения в см; L — длина хода поршня в см, находим