veli hulkkonen - salhydro.fi · si vaatii melko suuren tilan. yleensä jousipalautteisen sylinterin...

No 14

FLUIDFinland1-2006

Pneumatiikan perusteita

Toimilaitteet

Veli Hulkkonen

2 FLUID klinikka no 14 FLUID Finland 1–2006

JohdantoYleensä toimilaitteilla tarkoitetaan seuraavia lait-teita:1. Sylinterit2. Paineenmuuntimet3. Väliaineenvaihtimet4. Moottorit

Toimilaitteita käytetään energian muuttamiseenja muuntamiseen. Sylinterien ja moottorien avul-la muutetaan pneumaattinen energia mekaani-seksi työksi. Paineenmuuntimien avulla painemuunnetaan suuremmaksi paineeksi ja paineen-siirtimien avulla paine siirretään väliaineesta toi-seen.

SYLINTERITSylinterien tehtävänä on muuttaa pneumaattinenenergia suoraviivaiseksi mekaaniseksi liikkeeksi.Toiminnan ja rakenteen perusteella sylinterit voi-daan ryhmitellä neljään ryhmään:1. Yksitoimiset sylinterit2. Kaksitoimiset sylinterit3. Paineilmarasiat4. Erikoissylinterit

Sylintereitä käytetään kappaleen kiinnittämiseenja irrottamiseen, kuorman nostamiseen, laskemi-seen, siirtämiseen jne.

Yksitoimiset sylinterit

Yksitoimisen sylinterin mäntää liikutetaan pai-neen avulla vain toiseen suuntaan. Palautus ta-pahtuu yleensä jousen tai ulkoisen voiman vai-kutuksesta. Yksitoiminen sylinteri voi olla työntä-vä tai vetävä.

Piirrosmerkit: vasemmalla yksityiskohtaisetmerkit, oikealla yksinkertaistetut merkit

Työntävä yksitoiminen sylinteri,

paluuliike jousenavulla

paluuliikkeen aiheut-tavaa voimaa ei olemääritelty

vetävä yksitoiminensylinteri

Yksitoimisissa sylintereissä tarvitaan vain yksipaineliitäntä.

Yleisin yksitoiminen sylinteri on jousipalautteinentyöntösylinteri (kuva 3). Kun paine kytketään,mäntä liikkuu oikealle. Jousi puristuu lyhyemmäk-si ja männänvarsi työntyy sylinteristä ulos. Puret-taessa paine jousi palauttaa männän ja männän-varren alkuasentoon.

Kuva 1. Kappaleen kiinnityksiä paineilmasylin-terillä (Festo)

Kuva 2. Kappaleen syöttö paineilmasylinterillä(Festo)

Kuva 3. Yksitoiminen sylinteri (SMC Pneumatics)

Kuva 4. Uppomäntäsylinteri, palautus ulkoisellavoimalla

FLUID Finland 1–2006 FLUID klinikka no 14 3

Uppomäntäsylinterissä männänvarsi toimii myösmäntänä. Männänvarren halkaisija on lähes yhtäsuuri kuin sylinterin sisähalkaisija.

Yksitoimisissa vetosylintereissä paine kytketäänmännänvarren puolelle. Tällöin männänvarsityöntyy sylinterin sisään.

Yksitoimisen sylinterin ominaisuuksia:� Työtä voidaan tehdä vain toiseen suuntaan.� Jousipalautteinen sylinteri vaatii iskun suorit-

tamiseen ilman kuormaakin n. 0,1 MPa:n yli-paineen.

� Jouselle ei yleensä sallita muuta kuormaakuin männän ja männänvarren palautus.

� Voima iskun lopussa on vähän pienempi kuiniskun alussa. Tämä johtuu siitä, että jousenpuristuessa jousivoima kasvaa.

� Jousipalautteinen yksitoiminen sylinteri on pi-tempi kuin kaksitoiminen sylinteri, jos iskunpi-tuus on sama. Sillä kokoonpuristettunakin jou-si vaatii melko suuren tilan.

� Yleensä jousipalautteisen sylinterin isku onalle 100 mm.

Kaksitoimiset sylinterit

Kaksitoimisen sylinterin mäntää liikutetaan pai-neen avulla molempiin suuntiin.

Kun paine kytketään vuorotellen männän mo-lemmin puolin ja päinvastaiselta puolelta painepoistetaan, mäntä saadaan liikkumaan edesta-kaisin (kuva 5).

Piirrosmerkit: vasemmalla yksityiskohtaisetmerkit, oikealla yksinkertaistetut merkit

Kaksitoiminen sylinteri,ilman päätyvaimentimia

Päätyvaimenteisetsylinterit:

yksipuolinen vakiovai-mennus

kaksipuolinen vakiovai-mennus

yksipuolinen säätövai-mennus

kaksipuolinen säätövai-mennus

Ilman vaimentimia olevia sylintereitä käytetään,kun männän nopeus on pieni. Sylintereissä, joi-den iskunpituus on alle 50 mm, päätyvaimenti-mia ei yleensä tarvita. Näin lyhyellä matkallamäntä ei ehdi saavuttaa suurta nopeutta.

Kuva 6. Kaksitoimisen sylinterin toiminta (Festo)

Kuva 5. Kaksitoiminen sylinteri (SMC Pneumatics)


Päätyvaimennus

Päätyvaimentimilla varustettuja sylintereitä käy-tetään, kun männän liikenopeus on suuri. Vai-mennus on välttämätön liikuteltaessa suurtamassaa suurella nopeudella. Päätyvaimennuk-sen tehtävänä on estää sylinterin vaurioitumi-nen, kun mäntä kohtaa päädyn. Vaimennuksenavulla hidastetaan männän nopeutta ennen män-nän ja päädyn kohtaamista. Yleensä hidastami-seen käytetään vastapainetta.

Männän lähestyessä päätyä vaimennusmännäntiiviste painuu vaimennussylinteriin. Tällöin ilmaei pääse sylinteristä liitäntäaukkoon vaimennus-sylinterin kautta, vaan virtaus tapahtuu vaimen-nusaukon kautta. Koska vaimennusaukon ala onpieni, sylinteriin muodostuu vastapainetta, jolloinmännän nopeus hidastuu.

Päätyvaimentimen tehokkuutta voidaan säätäämuuttamalla säätöruuvilla vaimennusaukon alaa.

Kaksipuolisella säätövaimennuksella varustetus-sa sylinterissä männän molemmin puolin on vai-mennusmännät ja päädyissä vaimennussylinteritsekä säädettävät vaimennusaukot (kuva 7).

Sylinteriin päin ilma pääsee vaimennusaukon javaimennusmännän tiivisteen kautta melko va-paasti. Tämän vuoksi päätyvaimennukset eivätyleensä hidasta männän liikkeellelähtöä.

Vakiovaimenteisissa sylintereissä vaimennusau-kon alaa ei voida säätää. Jos vaimennus on yksi-puolinen, se on vain toisessa päädyssä. Kunkinsylinterin vaimennuskyky nähdään valmistajiendiagrammeista.

Kaksitoimisen sylinterin ominaisuuksia:Työtä voidaan tehdä sekä veto- että työntöliik-keen aikana. Vetovoima on vähän pienempi kuintyöntövoima, koska männän ala männänvarrenpuolella on pienempi kuin takapäädyn puolella.Ilmankulutus kaksitoimisessa sylinterissä on suu-rempi kuin samankokoisessa yksitoimisessa sy-linterissä.

Kiinnittimet ja kytkimet

Sylinterin kiinnittimet ja männänvarren kytkimetmääräytyvät sylinterin toiminnan ja rakenteenmukaan. Sylintereihin on saatavana vakiokiinnit-timiä ja männänvarren kytkimiä sekä kiinteitä ettäliikkuvia asennuksia varten.

Kuva 7. Kaksipuolisella säätövaimennuksellavarustettu sylinteri (Festo)

Kuva 9. Männän liikkeellelähtö (Mecman)

Kuva 8. Päätyvaimentimen toiminta (Mecman)


Kuva 10. Sylinterin kiinnitystapoja (SMC Pneumatics)

Kuva 11a. Mutteri- ja nivelkiinnitin (Mecman)

Kuva 12. Sylinterin nivelkiinnittimiä ja männän-varren kytkimiä (Atlas Copco)

1. Nivelkiinnitin 6. Haarukkakytkin2. Pallonivelkiinnitin 7. Kierrekytkin3. Haarukkakiinnitin 8. Kytkinkorvakkeet4. Nivelkytkin 9. Keskikiinnitin5. Pallonivelkytkin 10. Ed. korvakkeet

Kuva 11b. Joustava kiinnitys (SMC Pneumatics)


Sylinterirakenteita

Sylinterin päädyt ja putki voivat olla toisiinsa kiinnitetyt mm. kierteillä, sidepulteilla, ruuveilla, manke-loimalla, lukitusrenkaalla tai hitsaamalla.

Pääosien raaka-aineet

Sylinterien osia valmistetaan useista eri raaka-aineista. Niiden valintaan vaikuttavat mm. ympä-ristötekijät ja se, kuinka raskaaseen käyttöön sy-linteri on tarkoitettu.

Eri osien rakenneaineita:

Sylinteriputki:Alumiini-, messinki-, kupari-, teräs-, prons-si-, ruostumaton teräs- tai rautaputki. Alu-miini-, messinki-, rauta- tai teräsvalu.

Päädyt:Eloksoitu alumiini, taottu teräs, messinki,pronssi, teräs, valurauta tai alumiiniseos-valu.

Mäntä:Alumiiniseos, messinki, valurauta tai te-räs.

Männänvarsi:Hiottu ja kovakromattu keskihiilinen teräs;lämpökäsitelty, hiottu ja kovakromattu se-osteräs, hiottu ja kiillotettu ruostumaton te-räs.

Ohjausholkki:Pronssi tai itsevoiteleva sintteripronssi.

Tiivisteet:Normaalisti tiivisteet ovat öljynkestävää,synteettistä kumia. Ne soveltuvat lämpöti-la-alueelle 250...350 K (-20...80 oC). Eri-koistiivisteiden sallima lämpötila-alue onlaajempi: esim. vitontiivisteet 250...460K(-20...190 oC), teflontiivisteet 220...470K(-50...200 oC)

Kiinnittimet ja kytkimet:Alumiini, alumiiniseos, valurauta, terästai teräsvalu.

Kuva 13. Sylinterin tiiviste- ja mäntärakenteita

1. O-rengastiiviste,kaksitoiminen sylinteri

2. Muotorengastiiviste,kaksitoiminen sylinteri

3. Nelikulmarengas,kaksitoiminen sylinteri

4. Urarengas,kaksitoiminen sylinteri

5. Kuppirengas,yksitoiminen sylinteri

6. Hattutiiviste,yksitoiminen sylinteri

7. Kaksoiskuppitiiviste,kaksitoiminen sylinteri

8. Uratiiviste,kaksitoiminen sylinteri;tiivisteissä tukirenkaat jamännässä liukurengas


Työntö- ja vetovoima

Vakiosylintereitä on saatavana halkaisijaltaan 10...500 mm. Tällöin voimat tavanomaisella 0,6Mpa:n ylipaineella ovat 50 N...120 000 N.

Staattisissa tapauksissa (mäntä ei liiku, esim.kiinnitys) sylinterin aikaansaama voima voidaanlaskea kaavalla:

F = sylinterin voima F = A * p * ηηηηη A = männän ala

p =paineη = hyötysuhde

Männän ala voidaan laskea tai katsoa valmista-jien esitteistä, kun sylinterin halkaisija tiedetään.Työntövoima lasketaan koko männän alan mu-kaan. Vetovoimaa laskettaessa männän alastaon vähennettävä männänvarren ala. Laskenta-paineeksi on otettava alin käyttökohteessa käy-tön aikana vallitseva paine.

Hyötysuhteen määräävät käyttöpaine, männänja männäntiivisteen sekä sylinteriputken välinenkitka ja ohjausholkin sekä männänvarren välinenkitka. Normaalipaineilmasylintereillä paineen ol-lessa 0,4...0,8 MPa η = 0,8 ... 0,7

Yksitoimisissa jousipalautteisissa sylintereissäon otettava huomioon jousivoima. Se on noin10 % teoreettisesta voimasta. Teoreettista voi-maa laskettaessa jätetään edellä esitetystä kaa-vasta hyötysuhde pois.

Useilla valmistajilla on diagrammeja ja taulukoi-ta, joista nähdään kunkin sylinterin eri paineillaaikaansaama voima.

Dynaamisissa kuormitustapauksissa (mäntä liik-kuu) sylinterin aikaansaamaan voimaan vaikut-tavat myös liikenopeus ja liitäntäaukon koko. Suu-rin voima saavutetaan nopeuden ollessa nolla.Kunkin sylinterin eri nopeuksilla kehittämä voimanähdään valmistajien laatimista voima-nopeus-diagrammeista.

Esimerkki:Kaksitoimisella sylinterillä, jonka halkaisija on 50mm, kiinnitetään kappale. Kuinka suurella voi-malla sylinteri painaa kappaletta alustaa vastenkun P

e = 0,6 MPa?

d = 50 mmA = 19,6 cm2 = 0,00196 m2

Pe = 0,6 MPa = 0,6 MN/m2 = 600 000 N/m2

η = 0,7F = ?

F = A * p * ηηηηη= 0,00196 m2

* 600 000 N/m2 * 0,7

F = 823,2 N

Liitäntäkierteet

Eurooppalaisissa sylintereissä käytetään Whit-worth-sylinteriputkikierteitä. Vakiokoot ovat R1/8”...R1½. Liitäntäkierre suurenee sylinterin halkai-sijan suuretessa.

Paineilmarasiat

Toiminnaltaan paineilmarasiat ovat yksi- ja kaksi-toimisten sylinterien kaltaisia. Rakenteeltaan neeroavat huomattavasti sylintereistä. Iskunpituu-det ovat melko lyhyitä: yleensä 30...70 mm. Voi-mat 0,6 MPa:n ylipaineella ovat 1,6...30 kN. Tii-vistykseen käytetään yleensä kumi-, muovi- taimetallikalvoja, mutta myös liukutiivisteitä käyte-tään. Kalvo voi olla kääntyvä tai rullaava.

Kun paine kytketään, kahden metallisen runko-kappaleen väliin kiinnitetty kalvo kääntyy ja män-nänvarsi työntyy ulos. Paineen purkautuessa ra-siasta jousi palauttaa männän.

Kuva 14. Yksitoiminen paineilmarasia (Festo)


Kuva 15. Rullakalvolla varustettu paineilmarasia(Festo)

Kuva 16. Kaksitoimisia paineilmarasioita

1. Liitäntä2. Mäntälevy3. Kalvo4. Liitäntä5. Männänvarsi

1. Liitäntä2. Männäntiiviste3. Mäntä4. Männänvarsi5. Liitäntä

Kuva 17. Paineilmarasioiden käyttöesimerkkejä(Atlas Copco)

Työkappaleen ulostyöntö jyrsimestäyksitoimisella painerasialla

Lävistys kahdella kaksitoimisella painerasialla

Niittaus yksitoimisella painerasialla

Leimaus kahdella yksitoimisella rasialla


Erikoissylinterit

Erikoissylintereillä on tiettyjä erityisominaisuuk-sia, joita vakiosylintereillä ei ole. Tällaisia sylinte-reitä ovat:Kaksipuolisella männänvarrella varustetut sylin-teritMännänvarrettomat sylinteritKaksoissylinteritMoniasentosylinteritTeleskooppisylinteritIskusylinteritNestevakautetut sylinteritErikoisvaimennuksella varustetut sylinteritAsennoitinsylinteritSäädettävällä iskunpituudella varustetutsylinteritPyörimättömällä männällä ja männänvarrellavarustetut sylinteritErikoisvoitelulla ja -ilmansyötöllä varustetutsylinteritKuuman paikan sylinteritMännänvarren lukituksella varustetut sylinteritMagneettimäntäsylinteritVastusvastaventtiileillä varustetut sylinterit

kiosylinteri. Männänvarretonta sylinteriä käyte-tään useimmiten silloin, kun iskun on oltava pit-kä. Se voi olla jopa yli kymmenen metriä.

Kaksoissylinterissä on kaksi iskunpituudeltaansamanlaista sylinteriä peräkkäin. Yhteinen män-tärakenne käsittää kaksi mäntää. Paine vaikut-taa molempiin mäntiin samanaikaisesti samaansuuntaan. Kaksoissylinterillä saadaan aikaan lä-hes kaksinkertainen voima samanhalkaisijaiseenvakiosylinteriin verrattuna. Kaksoissylinteriä käy-tetään, ellei esim. tilanahtauden takia voida käyt-tää tarvittavan voiman aikaansaamiseksi riittä-vän suurihalkaisijaista vakiosylinteriä, mutta sy-linterin pituutta on mahdollista lisätä.

Kaksipuolisella männänvarrella varustettu sylin-teri kestää männänvarren hyvän laakeroinnin an-siosta paremmin poikittaisvoimia kuin vakiosylin-terit. Alat männän molemmin puolin ovat yhtä-suuret, joten voimatkin ovat yhtäsuuret molem-piin suuntiin. Vapaata männänvarren päätä voi-daan käyttää mm. asennonosoittamiseen tai sii-hen voidaan kiinnittää nokka impulssin antamis-ta varten.

Männänvarrettomat sylinterit voidaan jakaa ra-kenneperiaatteensa mukaan neljään ryhmään:vaijerisylinteri, nauhasylinteri, tiivistenauhasylin-teri ja kestomagneettisylinteri. Männänvarretto-man sylinterin etuja ovat tilaasäästävä, symmet-rinen rakenne. Lisäksi se on helppo varustaa li-neaarijohteilla ja pyörivän liikkeen antureilla. Mo-nimutkaisen rakenteen takia se ei ole vaikeissaympäristöolosuhteissa yhtä luotettava kuin va-

Kuva 18. Kaksipuolisella männänvarrella varustettusylinteri

Kuva 19. Männänvarrettomia sylintereitä

Kuva 20. Moniasentosylinteri ja sen toiminta. Neljätäsmällistä asentoa. (Festo)


Moniasentosylintereillä on useita täsmällisiäasentoja. Neljäasentosylinterissä on kaksi iskun-pituudeltaan erilaista sylinteriä kiinni toisissaan.

Jos sylinterien iskunpituudet ovat samat, saa-daan kolme asentoa. Toisen sylinterin männän-varsi on kiinni rungossa. Liikuteltava kappale kiin-nitetään toisen sylinterin männänvarteen. Sylin-teri joutuu liikkumaan kiinni olevan sylinterin män-tään nähden.

Moniasentosylintereitä käytetään mm. automaat-tikoneissa. Esimerkiksi kun kappaleeseen halu-taan porata reikä ja se halutaan senkata ja kier-teittää, moniasentosylinterillä kappale saadaankätevästi siirretyksi vaiheesta toiseen.

Jotta mäntä ehtii kiihtyä, iskusylinteri on asen-nettava siten, että männälle jää vapaata liikettä0...75 mm. Tämän matkan jälkeen mäntä saavut-taa 0,6 MPa:n paineella nopeuden 8 m/s. Ener-giaa voidaan vähentää painetta vähentämällä javapaata liikettä lyhentämällä. Iskusylintereitä käy-tetään mm. meistämiseen, niittaamiseen, taivut-tamiseen jne. Syvämeistämiseen iskusylintereitäei voida käyttää.

Teleskooppisylinterissä on sisäkkäin kaksi taiuseampia mäntiä. Voima määräytyy pienimmänmännänalan mukaan. Yleensä teleskooppisylin-terit ovat yksitoimisia ja palautus tapahtuu useim-miten ulkoista voimaa käyttäen. Teleskooppi-sylintereitä käytetään, kun tarvitaan suurtaiskunpituutta, mutta rakenne ei saa olla pitkä –näin esim. nostolavoissa.

Iskusylinterin energia on pääasiassa liike-ener-giaa. Siinä on peräkkäin kaksi sylinteriä, muttavain etumaisessa sylinterissä on mäntä ja män-nänvarsi.

Sylinterin välipäädyssä on aukko, jonka ala on1/9 männän alasta. Tästä syystä takasylinterissätäytyy olla yhdeksänkertainen paine männänvar-ren puolella vallitsevaan paineeseen verrattuna,ennen kuin mäntä lähtee liikkeelle.

Männän lähtiessä liikkeelle paine purkautuu no-peasti takasylinteristä etusylinteriin antaen män-nälle suuren nopeuden.

Erikoisvaimennuksella varustetuissa sylintereis-sä on tavallista pidemmät vaimennusmännät javaimennussylinterit. Niitä käytetään, kun vakio-sylinterin vaimennus ei ole riittävän tehokas. Eri-koisvaimennuksia saadaan aikaan myös sopivil-la venttiilikytkennöillä.

Asennoitinsylinterin liike voidaan pysäyttää por-taattomasti kesken iskun.

Männän ja männänvarren pyöriminen voidaanestää käyttämällä sylinterissä muuta kuin pyö-reää männän tai männänvarren muotoa tai käyt-tämällä kahta männänvartta vierekkäin.

Erikoisvoitelu ja -ilmasyöttö voidaan suorittaa esi-merkiksi männänvarteen tehtyjen porauksienkautta.

Kuva 21. Teleskooppisylinteri (Festo)

Kuva 22. Erikoisvaimennuksella varustettujasylintereitä (Mecman)


Kuumissa paikoissa voidaan käyttää sylintereitä,joissa on erikoistiivisteet tai jäähdytys. Jarrullavarustetun sylinterin männänvarsi ja mäntä voi-daan lukita paikoilleen.

Magneettimännällä varustetuissa sylintereissävoidaan käyttää tunnistimina (rajoina) ns. Reed-releitä.

Männänvarren lukituksella varustetun sylinterinmännänvarsi ja mäntä voidaan lukita paikoilleen.

Vastusvastaventtiileillä varustetun sylinterin pää-tyihin on integroitu liikenopeuden säätöä vartenvastusvastaventtiilit.

VÄLIAINEENVAIHTIMETVäliaineenvaihtimien tehtävänä on välittää pneu-maattinen paine yhtä suureksi hydrauliseksi pai-neeksi.

Väliaineenvaihtimissa ilmanpaine voi vaikuttaahydrauliöljyn pintaan joko suoraan tai männänvälityksellä. Paineen vaikuttaessa suoraan öljynpintaan ilmaa sekoittuu öljyyn. Sekoittumista vä-hentävät hajotinlevyt. Ne jakavat ilman ja öljyntasaisemmin koko alalle. Säiliön vieressä onosoitinlasi, josta nähdään öljyn korkeus. Ilmansekoittuminen öljyyn voidaan estää käyttämälläilma- ja öljytilojen välissä mäntää.

Koska väliaineenvaihtimissa ilma- ja öljytilojenalat ovat samat, ilmanpaine ja nestepaine ovatyhtäsuuret. Väliaineenvaihtimia käytetään mm.nestevakautettujen sylinterien ja paineenmuunti-mien yhteydessä. Väliaineenvaihtimet sijoitetaansylinterien ja muuntimien yläpuolelle, jotta näihinei pääse ilmaa.

PAINEENMUUNTIMETPaineenmuuntimien tehtävänä on muuntaa pai-ne suuremmaksi, Niillä voidaan muuntaa pneu-maattinen paine suuremmaksi hydrauliseksi pai-neeksi tai pneumaattinen paine suuremmaksipneumaattiseksi paineeksi.

Piirrosmerkit, oikealla yksinkertaistetut merkit:

Paineenmuunnin, jollamuunnetaan pneu-maattinen paine (x)suuremmaksi hydrau-liseksi paineeksi (y).

Paineenmuunnin, jollamuunnetaan pneu-maattinen paine (x)suuremmaksi pneu-maattiseksi paineeksi(y).

Kuva 23. Asennoitinsylinteri (Atlas Copco)

Kuva 24. Väliaineenvaihtimia (Festo)


Paineenmuuntimia käytetään esimerkiksi sylin-terien aikaansaaman voiman lisäämiseen. Täl-löin pienellä sylinterillä saadaan aikaan suuri voi-ma.

Paineenmuuntimissa on halkaisijaltaan kaksi eri-suuruista sylinteriä. Molemmissa sylintereissä onmännät, jotka ovat kiinteästi toisissaan kiinni. Kunsuuremman männän alle johdetaan ilmanpaineja vastustetaan pienemmän männän päällä ole-van nesteen virtausta, nestepaine nousee korke-ammaksi kuin ilmanpaine.

llmanpoiston helpottamiseksi tämäntyyppisetmuuntimet olisi asennettava kuten kuvassa 25;nesteosa ylöspäin ja mieluimmin alemmaksi kuinniihin liittyvät sylinterit.

Edellä esitetyn tyyppisille muuntimille on ominais-ta se, että nestetila on melko pieni. Tästä syystäsylinterillä ei saada aikaan kovin suurta liikettä.

Useissa käytännön sovellutuksissa, esim. kiinni-tys- ja lävistyspuristimissa, tarvitaan suurta voi-maa vain liikkeen loppuosassa. Tällaisissa ta-pauksissa öljytilaa voidaan suurentaa öljysäiliöntai paineensiirtimen avulla.

Ilmanpaine johdetaan ensin öljysäiliöön, jolloinöljy siirtyy paineenmuuntimen öljytilan kauttakäyttökohteeseen. Kun suurta painetta tarvitaan,paineilma johdetaan myös paineenmuuntimeen.

Jotta ilma saadaan nestetilasta helposti pois, pai-neenmuunnin on asennettava mieluummin öljy-sylinteri alaspäin. Jos se asennetaan vaaka-asentoon, öljysäiliön liitäntä on sijoitettava ylä-puolelle. Öljyn pinnan on oltava korkeammallakuin paineenmuuntimen öljyosa ja siihen kytkettysylinteri.

Kun sylinterin mäntää liikutetaan paineensiirti-men avulla, sylinterin aikaansaama voima on pie-ni, mutta liike voi olla pitkä. Suuri paine ja voimasaadaan aikaan paineenmuuntimen avulla.

Vakiovalmisteina saatavien paineenmuuntimienmaksimimuuntosuhteet ovat yleensä noin 100:1.Tällöin tavanomaisella 0,6 MPa:n ilmanpaineellasaavutetaan 60 MPa:n hydraulipaine.

Kuva 25. Paineenmuunnin ja sen käyttöesimerkki(Festo)

Kuva 26. Paineenmuunnin, jonka öljytilaa onsuurennettu öljysäiliöllä (Mecman)

Kuva 27. Paineensiirrin, paineenmuunnin jasylinteri (Festo)


MOOTTORIT

Paineilmamoottorien tehtävänä on muuttaapneumaattinen energia pyöriväksi mekaaniseksiliikkeeksi. Paineilmamoottoreita käytetään mut-terin ja ruuvin vääntimissä, pora-, hioma-, kiillo-tus- ja kierteityskoneissa, nostimissa, siirtovau-nuissa jne.

Paineilmamoottorien piirrosmerkit

Vakiotilavuusmoottori, virtaus yhteensuuntaan

Vakiotilavuusmoottori, virtaus kah-teen suuntaan

Säätötilavuusmoottori, virtaus yhteensuuntaan

Säätötilavuusmoottori, virtaus kah-teen suuntaan

Vääntömoottori

Paineilmamoottorin ominaisuuksia:

� Yksinkertainen ja kevyt rakenne� Ei vaurioidu ylikuormituksesta; voidaan

kuormittaa pysähdyksiin asti.� Voidaan käyttää melko kuumissa, kosteis-

sa, pölyisissä, tulipalo- ja räjähdysalttiissasekä tärisevissä paikoissa.

� Kestää ylikuumenematta rajattomasti käyn-nistyksiä ja pyörimissuunnan muutoksia.

� Pyörimisnopeutta voidaan säätää portaat-tomasti nollasta maksimiin.

� Vääntömomentti nousee kuormituksenkasvaessa.

� Maksimiteho on 0,1...20 kW, pyörimisno-peus jopa 1700 r/s.

� Haittapuolena on huono hyötysuhde:alle 20%

Teho on maksimi, kun pyörimisnopeus on noinpuolet maksimista. Vääntömomentti nousee, kunpyörimisnopeus laskee.

Tyhjäkäyntipyörimisnopeus on rajoitettu lähellesitä pyörimisnopeutta, millä moottori saavuttaamaksimitehon. Vääntömomentti kasvaa eniten lä-hellä tyhjäkäyntinopeutta.

Kuva 28. Paineilmalla toimiva mutterinväänninsekä pora- ja hiomakone (Mercantile)

Kuva 29. Paineilmamoottoreilla toimivia nostimia(Atlas Copco)

Kuva 30. Ilman pyörimisnopeuden säädintä olevanilmamoottorin teho ja vääntömomentti(Atlas Copco)


Mitä suurempi välityssuhde on, sitä jyrkempiäovat vääntömomentti- ja tehokäyrät. Maksimite-ho pysyy lähes samana, ellei oteta huomioonvaihteistossa tapahtuvia tehohäviöitä. Vaihteisto-ja käytetään etenkin lamellimoottoreissa pyöri-misnopeuden muuttamiseksi sopivan suuruisek-si.

Yleisimmät paineilmamoottorit ovat:

1. Lamellimoottorit2. Kulissimoottorit3. Turbiinimoottorit4. Vääntömoottorit

Lamellimoottorit

Lamellimoottorin pääosat ovat pesä, roottori jalamellit. Roottori on epäkeskeisesti pesässä. La-mellit ovat roottorin urissa.

Roottoriin syntyy vääntömomentti, kun paine vai-kuttaa lamelleihin. Lamellit pysyvät pesän seinä-mässä liikkuen säteen suuntaisesti. Roottorinpyöriessä myötäpäivään pesässä vasemmallaoleva aukko toimii ilman sisääntuloaukkona jaoikealla oleva aukko jäännösilman poistoaukko-na. Pääpoistoaukko on ylhäällä. Muutettaessaroottorin pyörimissuuntaa oikealla ja vasemmallaolevien aukkojen tehtävät vaihtuvat. Lamellimoot-torin tyhjäkäyntipyörimisnopeus on yleensä alle220 r/s.

Nuolet osoittavat ilman virtauksen. Vaihteistojakäytetään pyörimisnopeuden muuttamiseksi so-pivaksi. Voiteluun käytetään ulkopuolista voitelu-laitetta.

Kuva 31. Pyörimisnopeuden säätimellä varustetunilmamoottorin teho ja vääntömomentti(Atlas Copco)

Kuva 32. Kuormituksen vaikutus ilmamoottorinpyörimisnopeuteen (Atlas Copco)

Kuormituksen vaihdellessa välillä M1…M2 pyöri-misnopeus vaihtelee välillä n

1…n

2.

Kuva 33. Vaihteiston vaikutus ilmamoottorintehoon ja vääntömomenttiin(Atlas Copco)

Kuva 34. Lamellimoottorin toimintaperiaate(Festo)

Kuva 35. Vaihteistolla varustettu yksisuuntainenlamellimoottori (Atlas Copco)

1. Sylinteri 6. Moottoripesä2. Sylinterin päätylevy 7. Roottori3. Kuulalaakeri 8. Lamelli4. Äänenvaimennin 9. Ilman tulokanava5. Planeettavaihteisto


Kulissimoottorit

Kulissimoottorin pääosat ja toiminta ilmenevätkuvasta 36.

Turbiiniimoottorille on ominaista suuri pyörimis-nopeus (600...1700 r/s) ja pieni käynnistysvään-tömomentti. Yleisimmin niitä käytetään hammas-lääkärien porissa.

Vääntömoottorit

Vääntömoottorien tehtävänä on muuttaa pneu-maattinen energia pyöriväksi edestakaiseksi me-kaaniseksi liikkeeksi. Pyörimisliike on rajoitettu.Yleensä se on alle 360o. Hammastanko–ham-maspyörärakenteilla on mahdollista saada ai-kaan suurempiakin vääntökulmia. Vääntömoot-toreita käytetään kääntöluistiventtiilien ohjaami-seen, kappaleiden kääntämiseen kuljetusradoil-la, putkien taivuttamiseen, valimoissa valumuot-tien kääntämiseen jne.

1 Kampiakseli2 Sylinteri3 Kaksoismäntä ja kulissi4 Kampi5 Ilmakanava

Kaksoismäntä ja sen keskellä oleva kulissi ovatsamaa kappaletta (osa 3). Kaksoismäntiä on kak-si. Ne ovat 90o:een kulmassa toisiinsa nähden.Moottoriin kuuluu luisti, joka jakaa paineilmanvuorotellen mäntien molemmin puolin. Mäntienedestakainen liike pakottaa kammen välitykselläakselin pyörimään. Samalla kun kampi pyörii, seliikkuu kulississa myös edestakaisin.

Kulissimoottorissa on pieni määrä liikkuvia osia.Se voi pyöriä molempiin suuntiin. Voiteluun käy-tetään ulkoista voitelulaitetta. Teknisiltä ominai-suuksiltaan se on suunnilleen samanlainen kuinmäntämoottori.

Turbiinimoottorit

Turbiinimoottorin pääosat ovat pesä ja turbiini-pyörä. Turbiinipyörään kuuluvat kauhat, jotka ot-tavat vastaan sisäänvirtaavan ilman liike-ener-gian, mikä saa turbiinipyörän pyörimään.

Männänvarren päähän on kiinnitetty hammastan-ko, joka pyörittää runkoon laakeroitua hammas-pyörää. Kun mäntää liikutetaan, hammaspyöräs-sä kiinni oleva vääntömoottorin akseli pyörii. Tu-kilaakeri estää hammastangon taipumisen. Vään-tökulmaa voidaan säätää vääntömoottorin pääs-sä olevalla ruuvilla.

Kuva 36. Kulissimoottori (Atlas Copco)

Kuva 37. Turbiinimoottori (Atlas Copco)

Kuva 38. Vääntömoottori (Festo)


Vasemmanpuoleisessa vääntömoottorissa onkaksi sylintereissä liikkuvaa mäntää yhdistettytoisiinsa hammastangolla. Kun paine kytketäänvuorotellen sylintereihin, hammastanko pyörittääpesään laakeroitua hammaspyörää ja akseliaedestakaisin. Oikeanpuoleisella vääntömoottoril-la saadaan aikaan kaksinkertainen vääntömo-mentti vasemmanpuoleiseen verrattuna.

Kytkemällä paine vuorotellen männän eri puolillesaadaan mäntä liikkumaan edestakaisin. Män-nän edestakainen liike välitetään akseliin kierto-kangen ja kammen välityksellä. Maksimi vääntö-kulma on noin 90o.

Kytkemällä paine vuorotellen lamellin molemminpuolin saadaan lamelli ja akseli pyörimään edes-takaisin. Maksimi vääntökulma on noin 300o.

Kuva 39. Vääntömoottoreita (Festo)

Kuva 40. Kiertokankityyppinen vääntömoottori(Marton)

Kuva 41. Lamellityyppinen vääntömoottori(Festo)

veli hulkkonen - salhydro.fi · si vaatii melko suuren tilan. yleensä jousipalautteisen sylinterin...

Documents