T12 CILINDROS OK

8/3/2019 T12 CILINDROS OK

1/50

1

Neumtica e Hidrulica

Ingeniera Elctrica y EnergticaMquinas y Motores Trmicos

Departamento:Area:

CARLOS J RENEDO [email protected]

Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28

http://personales.unican.es/renedoc/index.htm

Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

N. T12.- Actuadores Neumticos

Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como gua para recopilarinformacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes

2

T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS

Introduccin

Construccin bsica

Cilindros de simple efecto

Cilindros de doble efecto

Cilindros sin vstago

Cilindros compactos

Cilindros elsticos y msculosneumticos

Cilindros de membrana

Cilindros de dobles vstago

Cilindros tndem

Cilindros de Impacto

Cilindros telescpicos Cilindros de vstago hueco

Cilindros multiposicionales

Actuadores rotativos

Pinzas neumticas

Detectores magnticos

Multiplicador de presin

Motores neumticos

Fuerza ejercida

Potencia

Consumo de aire

Reguladores de caudal

Control de la velocidad

Juntas

Amortiguacin

Fijacin Pandeo del vstago

Normas


2/50

3


Actuadores neumticos incluye cilindros yactuadores rotativos

Proporcionan potencia y movimiento a sistemasautomatizados, mquinas y procesos medianteel consumo de aire comprimido

La presin mxima de trabajo depende deldiseo del cilindro. La Norma VDMA permitetrabajar hasta 16 bar

INTRODUCCION (I)

Un cilindro neumtico es un componente sencillo, de bajo coste y fcil de

instalar; es ideal para producir movimientos lineales La carrera del cilindro determina el movimiento mximo que este puede

producir

4


El dimetro del cilindro y su presin de trabajodeterminan la fuerza mxima que este puede

hacer La fuerza es controlable a travs de un regulador

de presin

La velocidad tiene un amplio margen de ajuste

Toleran condiciones adversas como altahumedad y ambientes polvorientos, y son defcil limpieza

INTRODUCCION (II)


3/50

5


Las partes del cilindro son:

Camisa

Tapa trasera

Pistn

Vstago

Tapa delantera

Juntas de estanqueidad (estticas y dinmicas

Entrada/salida de aire trasera

Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)

Resorte para el retroceso, (S.Efec)

CONSTRUCCION BSICA (I)

Camisa

Tapa trasera

Tapa delanteraPistn

Vstago

Juntas est.

E/S aire delanteraE/S aire trasera

Juntas din.

6


CONSTRUCCION BSICA (II)

Las partes del cilindro son:

Camisa

Tapa trasera

Pistn Vstago

Tapa delantera

Juntas de estanqueidad (estticas y dinmicas)

Entrada/salida de aire trasera

Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)

Resorte para el retroceso, (S.Efec)

Camisa

Junta rascadora

Vstago

Tapa delantera

Tapa trasera

Aro gua

Tornillo amortig.

Junta pistn

ConexindelanteraConexin

trasera Tornillo amortig.


4/50

7


Se dispone de una amplia variedad de actuadores neumticos en cuanto a

dimensiones y tipos, incluyendo: Cilindros

Simple efecto con o sin muelle

Doble efecto

o Sin amortiguacin y amortiguacin fija

o Amortiguacin regulable

o Imn

Sin vstago

Compactos

Elsticos

CONSTRUCCION BSICA (III)

Par y r.p.m.Accionamiento mecanismos rotativosMotor neumtico

Par y ngulo de giroTrabajo angularActuador de Giro

Fuerza y carreraTrabajo rectilneoCilindro

Parmetro BsicoFuncinActuador

De giro

Motores

8

Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo espor la accin de un muelle:

Vstago extendido (normalmente dentro)

Vstago retrado (normalmente fuera)


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (I)

Max. carreras de 100 mm

N. Fuera

N. Dentro

Consumen poco aire


5/50

9

Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo espor la accin de un muelle:

Vstago extendido (normalmente dentro)

Vstago retrado (normalmente fuera)


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (II)

Para que el cilindro pueda volver a su posicin de reposo se requiereque el aire de la cmara pueda ir a escape

3

12 10

1

2

Cto de mando de un C.S.E.

10


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (III)

Sin Muelle: la gravedad o otrafuerza externa hace recuperar

al vstago su posicin inicial

N. Fuera N. Dentro


6/50

11


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (IV)

2

13

12 10

3

12 10

1

2

Cto de mando a distancia de un C.S.E.

12


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (I)

El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida yel de entrada del vstago

Permiten un mayor control de la velocidad

Pueden ser:

Sin amortiguacin: estn diseados para aplicaciones con cargasligeras y baja velocidad

Amortiguacin fija

Amortiguacin regulable


7/50

13


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (II)

El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida y

el de entrada del vstagoPermiten un mayor control de la velocidad

Pueden ser:

Sin amortiguacin

Amortiguacin fijaest destinada a cilindros de pequeo dimetroy para trabajar con cargas ligeras

Amortiguacin regulable

Amort. delanteraAmort. trasera

14


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (III)

El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida yel de entrada del vstago

Permiten un mayor control de la velocidad

Pueden ser:

Sin amortiguacin

Amortiguacin fija

Amortiguacin regulable: para progresivamente el pistn en elltimo tramo de la carrera del cilindro

Amort. Reg. delanteraAmort. Reg. trasera


8/50

15


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (IV)

24

1

5 3

14 12

2

1 3

1210

2

13

12 10

Cto de mando a distancia de un C.D.E.

vlvula 5/2 y dos vlvulas 3/2

16


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (V)

Cto de mando semi-automtico de un C.D.E.

El cilindro va a ms (sale) por efecto del pulsador manual, vuelve a menos(retorna) por el final de carrera

Requiere 1 vlvula 5/2, y 2 vlvulas 3/2 (pulsador y final de carrera)

24

1

5 3

14 12

2

1 3

1210

2

13

12 10 A+

A+

On-Off


9/50

17


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (VI)

Mando automtico de un C.D.E.

El cilindro no sale a mas hasta queno se acta la palanca

El ciclo finaliza cuando se vuelve aactuar sobre la palanca, y lo hacecon el cilindro a menos

24

15 3

14 12

2

13

12 10

A+

1.4

A-

2

1 3

1210

A+

2

13

12

10

A-

On-Off

18


CILINDROS SIN VASTAGO (I)

El movimiento del cilindro est contenido en el propio cuerpo delcilindro. Al no salir un vstago ocupa la mitad

El movimiento se transmite a travs de un carro exterior que sedesplaza a travs de la camisa del cilindro

Una ranura, a lo largo de la camisa permite la conexin del carro con elpistn

En el interior y el exterior del cilindro se disponen una junta y unacubierta para la estanqueidad y la proteccin contra el polvo

Se suele utilizar para trabajar a travs de lneas transportadoras, oelevacin de cargas en espacios reducidos

Los hay de arrastre magntico por medio de imanes (en el vstago yexterior)

Estos cilindros tienen problemas de fugas de aire


10/50

19


CILINDROS SIN VASTAGO (II)

Doble efecto Con Gua

Preferible instalarlo con el carro hacia abajo: Evita la suciedad en la junta y su deterioro El peso cierra la junta y limita las fugas

Doble efecto amort. regulable

20


CILINDROS SIN VASTAGO (III)

Con arrastre magntico

No presentan fugas


11/50

21


CILINDROS CON DOBLE VASTAGO

Impide el giro del cilindro

22


CILINDROS COMPACTOS

Para utilizar en espacios reducidos donde slo se precise una carrera corta

Con respecto a su dimetro son de poca longitud

Generalmente se utilizan en aplicaciones con poca carga

Normalmente utilizados en la versin simple efecto, pero tambin estdisponible en doble efecto, antigiro y doble vstago, magntico o no

S.E. Vstago retrado D.E. Doble vstago


12/50

23


CILINDROS ELSTICOS Y MSCULOS NEUMATICOS (I)

Son cilindros de simple efecto

Ensanchan y se retraen cuando se introduce aire comprimido, sucarrera es menos del 25% de su longitud

La comprensin y extensin mxima se debe limitarexternamente

Proporcionan carreras cortas de alta potencia

Pueden moverse en cualquier direccin debido suelasticidad

No mantienen perfectamente la alineacin

Se pueden utilizar como muelles de aire y son

ideales para aislar las vibraciones de las cargassoportadas

Son de vida prolongada y no tienen fugas

24

CILINDROS ELSTICOS Y MSCULOS NEUMATICOS (II)

Simple lbulo

Doble lbulo

Triple lbulo,



13/50

25


CILINDROS DE MEMBRANA

Son de carreras cortas, no mantienen una alineacin perfecta

S.E. Vstago retrado D.E.

Membrana elstica

26


CILINDROS DE DOBLE VSTAGO


14/50

27

Proporcionan el doble de la fuerza

Las dos entradas/salidas estninternamente conexionadas

Carrera corta para la longitud del cilindro


CILINDROS TANDEM

28


CILINDROS DE IMPACTO

Deben estar diseados para soportar el fuerte impacto que se produceen la cmara delantera

Movimiento lento

Movimiento rpido

Poca rea

Poca fuerza

Mucho rea

Mucha fuerza


15/50

29


CILINDROS TELESCOPICOS

Proporcionan grandes carreras en relacin con la longitud del cilindro

No se controla la posicinde salida intermedia

30


CILINDROS DE VASTAGO HUECO

Para paso de cables, tcnicas de vaco,


16/50

31


CILINDROS MULTIPOSICIONALES (4 Pos.)

C1-, C2-

C1+, C2-

C1-, C2+

C1+, C2+ Sin control de posicin3

12

2

A- A+

1

4

14

32


ACTUADORES ROTATIVOS (I)

Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,y giros en aplicaciones de robtica

Proporcionan un giro limitado

De paleta, D.E con ngulo de giro de 270


17/50

33


ACTUADORES ROTATIVOS (II)

Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,

y giros en aplicaciones de robtica Proporcionan un giro limitado

D.E. pin y cremallera

34


ACTUADORES ROTATIVOS (III)

Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,y giros en aplicaciones de robtica

Proporcionan un giro limitado

D.E. pin y cremallera (doble par)


18/50

35


PINZAS NEUMATICAS

Agarran piezas

Su movimiento se realiza por accin de uncilindro interior que acciona un brazo articulado

36


DETECTORES MAGNETICOS

El pistn puede llevar un imn incorporado

Se puede utilizar nicamente para detectar principio y final de carrera; o sise dispone de un aro magntico alrededor del cilindro para detectar

cualquier posicin intermedia

N S


19/50

37


21 FF =

Equilibrio

AFp = 2211 ApAp =

2

112

AApp =

2

112

p

pAA =

MULTIPLICADOR DE PRESION (I)

A1

A2

p1p2

F1 F2 A2A1

38


Posible problema de sobre presiones

si se obstruye la tubera delantera

(max)pA

App 1

2

112 >=

MULTIPLICADOR DE PRESION (II)

A1

A2

A1A2

p1 p2


20/50

39


Transforman la energa del aire comprimido en energa mecnica de rotacin

De paletas: 3.000 a 9.000 rpm, hasta 20 CV

c = n de cmaras

n = r.p.m.

P1 = presin relativa actuante (kg/cm2)

Pot = Potencia (CV)

QN = Caudal normal

r = radio (mm)

S = Superficie mx de la paleta (cm2)V1 = volumen de la cmara mxima (cm

3)

v = velocidad (m/s)

75100060

rn2SPrwSPvF

t

eF

t

TrabajoPot 1111

=====

rSPrFPar 11==

)1P(ncVQ 11N +=

MOTORES NEUMATICOS (I)

40


De engranajes: baratos y de reducido rendimiento, hasta 60 CV

2

zbm25,2P

2

zmSPrSPPar

21

1111 ===

)1P(nzV2Q 11N +=

b = ancho del diente (mm)

m = mdulo de la rueda dentada (altura del diente, mm)

n = r.p.m.

z = n de dientes de la rueda

P1 = presin relativa actuante (kg/cm2)Pot = Potencia (CV)

r = radio (mm)

V1 = volumen de la cmara mxima

w = velocidad angular (rad)

75100060

nzbm25,2Pn2ParwPar

t

TrabajoPot

21

====

MOTORES NEUMATICOS (II)


21/50

41


De pistones: hasta 4.000 rpm y 30 CV

)rr(SPrFrFPar 212211 +=+=

)1P(nZcSQ 1N +=

S = seccin del pistn (mm)

c = carrera (mm)

n = r.p.m.

Z = n de pistones del motor

== 2sen2

rSPsencosrSPPar

Turbinas: similar a un compresor centrfugo, de 200.000 a 500.000 rpm

Radial

Axial

MOTORES NEUMATICOS (III)

42


FUERZA EJERCIDA (I)

La fuerza tericadel cilindro se calcula multiplicando el rea efectiva delpistn por la presin de trabajo

El rea efectiva para el cilindro a ms (salida) es el rea completa del dimetro

D cilindro El rea efectiva del cilindro a menos (retorno) se reduce por el rea que ocupa

el vstago del pistn d

d

D

[ ] [ ] [ ]10barPmm

4dDNF 2

2

vas

2

cilretorceso

=

[ ] [ ] [ ]10

barPmm

4

DNF 2

2

cilavance =

226

2

2

5

2

55

mm

N1,0

mm10

m

m

N10

m

N10Pa10bar1 =

===

P manomtrica


22/50

43


FUERZA EJERCIDA (II)

Cuando se estima la fuerza relativa de un cilindro con diferentes dimetros,

es til recordar que la fuerza se incrementa con el cuadrado del dimetro

2d

d

Si se dobla el dimetro se

cuadriplicar la fuerza

=

d

d d

44


Calcular la fuerza terica que puede ejercer un cilindro a mas, de dimetro50 mm a una presin de trabajo de 8 bar

Calcular la fuerza terica que puede ejercer un cilindro a menos, de dimetro

50 mm y vstago dimetro 20 mm a una presin de trabajo de 8 bar


23/50

45

En un cilindro de S.E. hay que tener en cuenta la fuerza ejercida por el

muelle (la fuerza opositora del muelle se incrementa a medida que elmuelle se comprime)

Si es normalmente dentro con retorno a por muelle

Fmuelle resta a la terica en la salida del cilindro

Fmuelle es la fuerza de retorno

Si es normalmente fuera, salida por muelle

Fmuelle resta a la terica en el retorno del cilindro

Fmuelle es la fuerza de salida


FUERZA EJERCIDA (III)

cilresorte F%15al10F

46


FUERZA EJERCIDA (IV)

Las tablas de las fuerzas se puedenencontrar en los catlogos

Los valores mostrados a son parapresin de trabajo de 6 bar

Para otras presiones multiplicar por

la presin y dividir por 6

Dim. cilindromm

A mas (N)a 6 bar

A menos (N)muelle

10 37 312 59 4

16 105 7

20 165 14

25 258 23

32 438 27

40 699 39

50 1.102 48

63 1.760 67

80 2.892 86

100 4.583 99

En un cilindro de S.E.


24/50

47


FUERZA EJERCIDA (V)

En un cilindro de D.E.

Los valores a menos sonmenores por el rea que ocupael vstago

Los valores mostrados en la

tabla son para presin detrabajo de 6 bar

Para otras presiones multiplicarpor la presin y dividir por 6

Dim. Cil.

mm

Dim. Vas.

mm

A mas (N)

a 6 bar

A menos (N)

a 6 bar

8 3 30 2510 4 47 3912 6 67 50

16 6 120 103

20 8 188 15825 10 294 246

32 12 482 414

40 16 753 63350 20 1.178 989

63 20 1.870 1.681

80 25 3.015 2.721100 25 4.712 4.418

125 32 7.363 6.881160 40 12.063 11.309200 40 18.849 18.095

250 50 29.452 28.274320 63 48.254 46.384

48


FUERZA EJERCIDA (VI)

Fuerza til

Para seleccionar un cilindro y la presin de trabajo, se debe hacer una

estimacin de la fuerza real que se precisaSe toma como % de la terica que debe realizar el cilindro seleccionado

En aplicaciones estticas la fuerza se ejerce al final del movimiento (p.ej. parafijar), es decir cuando la presin alcanza su valor mximo. Las nicas prdidassoncausa del rozamiento, y como norma general, se puede tomar un 10%

(algo mayor en cilindros de dimetro pequeo y menor en los de mayor dimetro)

En las aplicaciones dinmicas la fuerza se ejerce durante el movimiento paramover la carga (para aceleracin, y vencer el rozamiento); y ayudar a expulsar el aire

de la cmara del pistn (permite una regulacin adecuada de la velocidad)Como norma general, el esfuerzo estimadodebe quedar entre el 50 y el 75% delesfuerzo tericodel cilindro escogido


25/50

49

La fuerza de un cilindro: depende de la presin, la seccin del mbolo y del

rozamiento en las juntas dinmicas


Fretorceso [N]Favance [N]

C. S.E.

C. D.E.

tericareal FF

Documents

T12 CILINDROS OK