Ontwerpen in de pneumatiek Mechanica in de pneumatiek Ontwerpen in de pneumatiek

Dimensioneren = cilinders + ventielen + luchtverzorging

Overzicht soorten cilinders

Overzicht soorten ventielen Losse ventielen Manifolds Ventieleilanden

Begrip Load factor aandrijving Load factor is de mate waarin een krachtelement wordt overgedimensionneerd. Reden van overdimensionering Groot krachtverschil resulteert in grote acceleratie Wrijving over pakkingen en lagers overwinnen Luchtkussen in ontluchtzijde geeft tegenkracht

Begrip Load factor aandrijving Definiëring Load factor ɳ = benodigde kracht theoretische kracht Hoe groter de overdimensionering, hoe kleiner de load factor.

Begrip Load factor aandrijving Dynamische aandrijving Hoe hoger overdimensionering, hoe sneller de cilinder beweegt. Belasting 70% snelheid 60% van vmax Belasting 40% snelheid 80% van vmax High speed toepassing Grote overdimensionering = lage load factor

Begrip Load factor aandrijving Dynamische aandrijving Bij een horizontale beweging gaan we uit van: η = 0,7 Bij een verticale beweging gaan we uit van: η = 0,5

Begrip Load factor aandrijving Model selection Start Model Selection Geef ingavevelden als volgt in : Cilindertype : C85 Ventieltype : SY Slangtype : TU

Begrip Load factor aandrijving Statische toepassing Rempin einde slag Druk op pin → rem opent Druk weg → rem sluit Druk onder zuiger mag niet te snel ontsnappen Hoge overdimensionering = load factor 50% of lager Applicatie afhankelijk

Nog een voorbeeldje van load factor ???

Kinetische energie in de pneumatica Einde slag - buffering Niet Lineair Definitie kinetische energie Energie die vrijkomt als de zuiger op de eindkappen slaat Formule Ek = m. v² / 2 Ek : Kinetische energie (J) m : Massa (kg) v : snelheid (m/s) In catalogi : Tabel of grafiek 12

Begrip Energie Potentiële – kinetische energie Niet Lineair Definitie kinetische energie Energie dat een lichaam bezit door zijn beweging Voorbeeld : Vallend voorwerp, object in beweging Definitie potentiële energie Energie dat een lichaam bezit door de plaats of toestand waarin het zich bevindt. Voorbeeld : Gespannen boog, drukvat, cilinder op druk Energie wordt voortdurend van vorm veranderd. Winst voor de ene vorm betekent een verlies voor de andere vorm en omgekeerd. 13

Kinetische energie in de pneumatica Einde slag - buffering Niet Lineair 3 manieren om kinetische energie op te vangen Rubberbuffer Luchtbuffer Hydraulische schokdemper 14

Kinetische energie in de pneumatica Einde slag – buffering Rubber buffer vs luchtbuffer Niet Lineair Voorbeeld CJ2 15

Energie in de pneumatica Einde slag – buffering Luchtbuffer vs schokdemper Niet Lineair Voorbeeld MY1 vanaf Ø 16 (2) 16

Energie in de pneumatica Einde slag – buffering Luchtbuffer vs schokdemper Niet Lineair Voorbeeld MY1 vanaf Ø 16 (2) 17

Energie in de pneumatica Schokdempers Niet Lineair Horizontale beweging Geabsorbeerde energie E E = E1 + E2 Kinetische energie E1 E1= ½ .m.v² Potentiële energie E2 E2 = F.s = p.A.s Energie wordt vd ene vorm in de andere omgezet. Hierbij gaat geen energie verloren. Ek en Ep worden hier omgezet in wrijvingsenergie in de schokdemper. 18

Energie in de pneumatica Schokdempers Niet Lineair Verticale beweging omlaag Geabsorbeerde energie E = E1 + E2 Kinetische energie E1 E1 = ½ .m.v² Potentiële energie E2 E2 = F.s + Fg.s = p.A.s + m.g.s 19

Energie in de pneumatica Schokdempers Niet Lineair Verticale beweging omhoog Geabsorbeerde energie E = E1 + E2 Kinetische energie E1 E1 = ½ .m.v² Potentiële energie E2 E2 = F.s - Fg.s = p.A.s - m.g.s 20

Energie in de pneumatica Berekening schokdempers Niet Lineair Benodigde parameters Botssnelheid (collision speed) Massa Druk Zuigerdiameter cilinder Slag stootdemper Hoogte vallend object indien verticaal Aantal cycli per tijdseenheid 21

Energie in de pneumatica Berekening schokdempers voorbeeld Niet Lineair Parameters Horizontale toepassing Botssnelheid 0,5 m/s Massa = 1 kg Druk = 0,5 MPa Zuigerdiameter cilinder = 10 mm Slag stootdemper te bepalen Aantal cycli per tijdseenheid = 30 min-1 22

Energie in de pneumatica Berekening schokdempers voorbeeld Niet Lineair Geabsorbeerde energie E E = E1 + E2 Kinetische energie E1 E1= ½ .m.v² = 0,125 J Potentiële energie E2 E2 = F.s = p.A.s Uit tabel : gok type RB0604 E2 = 0,157 J E = 0,282 J 23

Energie in de pneumatica Berekening schokdempers voorbeeld Controle schokdemper RB0604 Grafieken : me = corresponderende massa zonder rekening te houden met duwkracht of valkracht E = 0,282 J = ½ .me.v² me=2,3 kg Stootsnelheid = 0,5 m/s Snijpunt onder grafiek van RB0604 Schokdemper OK Niet Lineair 24

Energie in de pneumatica Model selection Start Model Selection Geef ingavevelden als volgt in : Cilindertype : C95 Ventieltype : SY Slangtype : TU

Energie in de pneumatica Model selection Start Cushion Calculation : Conclusie ?? Start Shock absorber calculation

Energie in de pneumatica Model selection Resultaat schokdemper type RB : E totaal = 11,90 J

Energie in de pneumatica Model selection Vaststelling : E = 11,90 J Volgens tabel volstaat RB 1411 als je alleen naar energie kijkt. Reden : Max duwkracht is hier bepalend ! F = p.A = 880 N RB 2015

Begrip statisch moment Begrip moment Het moment van een kracht ten opzichte van een punt is de neiging tot draaien ten opzichte van dat punt MoF = r x F MoF = 0,15 (m) x 300 (N) = 45 Nm 29

Begrip statisch moment Zijwaartse belasting op cilinder Kracht F x Slag s 30

Begrip statisch moment Zijwaartse belasting op cilinder Voorbeeld C55 cilinder

Begrip statisch moment Zijwaartse belasting Niet Lineair Standaard cilinders Welke elementen vangen zijwaartse belasting inwendig op ? Geleidering Neuslager Reactiekoppel 32

Zuigerstangloze cilinders Waarom kiezen voor zuigerstangloze cilinder ? Inbouwbeperkingen Montagemogelijkheden object Niet Lineair 33

Zuigerstangloze cilinders Bepalende factoren in keuze Aandrijving → Model Selection Werkdruk Massa werkstuk Ophanging → Guide Cilinder Selection Massa te dragen Momenten te weerstaan Niet Lineair 34

Zuigerstangloze cilinders Controle ophanging Voldoet de ophanging van cilinder MY1H40-500 ?? Niet Lineair 35

Zuigerstangloze cilinders Controle ophanging : bepalende berekeningen Massa te dragen Statisch moment Berekening zwaartepunt Berekening verschillende momenten Dynamisch moment Impact snelheid Buffering Berekenen verschillende momenten Totale load factor Kinetische energie Niet Lineair 36

Zuigerstangloze cilinders Massa te dragen Sommatie alle massa‘s Controle grafiek / Berekening load factor voor massa Niet Lineair Terug 37

Zuigerstangloze cilinders Berekening zwaartepunt Alle objecten apart met respectievelijk zwaartepunt Bepaling zwaartepunt samenstelling Niet Lineair Terug 38

Zuigerstangloze cilinders Berekening statische momenten (1) Algemene berekeningen Niet Lineair 39

Zuigerstangloze cilinders Berekening statische momenten (2) Niet Lineair Berekening M2 en M3 40

Zuigerstangloze cilinders Berekening statische momenten (3) Bepaling load factoren voor M2 en M3 M2 M3 Niet Lineair Terug 41

Zuigerstangloze cilinders Berekening dynamische momenten (1) Berekening van een dynamisch moment Niet Lineair 42

Zuigerstangloze cilinders Berekening dynamische momenten (2) Niet Lineair Berekening M1E en M3 43

Zuigerstangloze cilinders Berekening dynamische momenten (3) Bepaling load factoren voor M1E en M3E M1E M3E Niet Lineair Terug 44

Zuigerstangloze cilinders Totale load factor α Niet Lineair Som van alle load factoren Terug 45

Zuigerstangloze cilinders Kinetische energie einde slag Afhankelijke factoren Massa Snelheid Druk zuigeroppervlak Niet Lineair Belangrijke opmerking : bovenstaande grafiek heeft al rekening gehouden met de thrust energie p.A.s omdat dia 40 en 0.5 MPa al gegeven zijn. In model selection heb ik deze berekening voor de shock absorber ook gemaakt en zie je dat thrust energie veel hoger is dan de Ek maar dat de voorgestelde RB ruim voldoet. 46

Samenvatting Pneumatisch ontwerpen Controle aandrijving Model Selection Resultaat : Diameter cilinder Berekening Kinetische energie Grootte ventiel Dikte slang Klaar voor dimensionnering van de luchtbehandelingsset Controle ophanging Guide Selection Software Grootte geleiding

Downloaden CAD modellen www.smcpneumatics.be Digital Catalogue Zoekterm Naar configurator To basket CAD Preview of Download CAD Keuze CAD model Download files

Keuze standaardcomponenten Cilinders Klassieke cilinders Tot en met diameter 25 mm ISO cilinder C85 Vanaf diameter 32 mm ISO cilinder C(P)96

Keuze standaardcomponenten Cilinders Compactcilinders Diameters 12 mm tot en met 200 mm CQ2

Keuze standaardcomponenten Cilinders Geleidecilinders met glijgeleiding (stangen) MGP

Keuze standaardcomponenten Cilinders Geleidecilinders met glijtafel MXS

Keuze standaardcomponenten Cilinders Zuigerstangloze cilinders MY1

Keuze standaardcomponenten Ventielen Losse ventielen SY Manifold Ventieleiland VQC

Keuze standaardcomponenten Slang Polyurethaan slang type TU Leverbaar in: Ø 3.2, 4, 6, 8, 10, 12, 16 29 verschillende kleuren (ook lichtgevend) Specifieke eigenschappen: max. werkdruk: 0,8MPa zeer soepel, knik herstellend de meest toegepaste leiding in de pneumatiek

Keuze standaardcomponenten Luchtverzorging Filters AF Reduceerventielen AR Olienevelaars AL

Draaicilinders Overzicht Vaantype Tandheugeltype Niet Lineair

Draaicilinders Voorbeeld Voldoet draaicilinder MSQB30A ?? Gegevens : Druk = 0,3 MPa Montage verticaal Draaihoek = 180° Draaitijd = 1,5 s Niet Lineair 58

Draaicilinders Voorbeeld Voldoet draaicilinder MSQB30A ?? Kracht- en tijdberekening Benodigd draaimoment Controle cyclustijd Kinetische energie Controle ophanging Niet Lineair 59

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Benodigd draaimoment M Niet Lineair 60

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Begrip massatraagheidsmoment I De mate dat een massa weerstand biedt tegen een verandering van rotatiesnelheid Verandering tegen opstarten Verandering tegen stoppen Niet Lineair r m I = m·r2 61

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Begrip massatraagheidsmoment I Formules standaardvormen - Zwaartepunt uit center Niet Lineair 62

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Berekening massatraagheidsmoment I Niet Lineair Of via Software !!! I = 0,003896 kg.m² 63

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Berekening hoekversnelling α Niet Lineair Of via Software !!! α = 2,7924 rad/s² 64

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Berekening Moment M Niet Lineair Massa en vorm van het object (zie BP4 P23) Hoek in rad. Tijd nodig voor verdraaiing Massatraag- Heidsmoment I = 0,0039 kg.m² Hoekversnelling α = 2,79 rad/s² Of via Software !!! Verplicht Draaimoment M = 10 x I x α M = 0,11 Nm M = 0,11 Nm 65

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Controle gekozen cilinder MSQB30A Te leveren moment Niet Lineair 0,109 Nm < 1,64 Nm ↓ OK 66

Draaicilinders Voorbeeld Kracht- en tijdberekening Controle gekozen cilinder MSQB30A Te halen draaicyclus Niet Lineair Terugrekenen naar 90° : 1,5 s /180° = 0,75 s / 90° 0,2 s < 0,75 s < 1 s ↓ OK 67

Draaicilinders Voorbeeld Berekening kinetische energie Lineaire bewegingen Draaibewegingen Niet Lineair 68

Draaicilinders Voorbeeld Berekening kinetische energie Niet Lineair Of via Software !!! E = 0,0341 J 69

Draaicilinders Voorbeeld Berekening kinetische energie Controle gekozen cilinder MSQB30A Max Ek Niet Lineair 0,0341 J < 0,048 J ↓ OK 70

Draaicilinders Voorbeeld Berekening ophanging Niet Lineair 71

Draaicilinders Voorbeeld Berekening ophanging Niet Lineair - Controle moment : 0,392 Nm < 5,3 Nm OK Controle krachten : 5,89 N < 363 N OK 72

Engineering draaicilinders Samenvatting 1. Aandrijving : Kracht- en tijdberekening 2. Kinetische energie 3. Mechanische belastbaarheid Draaimoment : M = 10 . I . α Controle takttijd : Tabellen

Draaicilinders Voorbeeld : Luchtbuffer volstaat niet !!! Berekening kinetische energie Controle gekozen cilinder MSQB30A Max Ek Niet Lineair 0,0341 J < 0,048 J ↓ OK 74

Draaicilinders Benodigdheden engineering Voorwerp Massa Afmetingen Load type / Montage oriëntatie Statisch (klemtoepassing) Dynamische (draaitoepassing) Draaihoek Cyclustijd Druk Model selection BP 4 blz 20

Draaicilinder EPSI

Grijpers Niet Lineair

Er zijn 2 type grippers de parallel style en angular style. Niet Lineair / Gripper Wat is een gripper? Er zijn 2 type grippers de parallel style en angular style. Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Belangrijke parameters : Grijpkracht per vinger F Aantal vingers n Wrijvingscoëfficiënt μ Massa object m Object blijft hangen als Met veiligheidsfactor a Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Grijper met 2 vingers Veiligheidsfactor a = 4 Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Grijper met 3 vingers Veiligheidsfactor a = 4 Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Grijper met 4 vingers Veiligheidsfactor a = 4 Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Samenvattend Niet Lineair Model Aantal vingers Kracht per vinger MHK2   MHZ2 2 10 tot 20 keer m.g MHS2 MHS3 3 7 tot 13 keer m.g MHS4 4 5 tot 10 keer m.g

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Voorbeeld 2-puntsgrijper type MHK Gegevens : Buisdiameter 28 mm Massa 170 g Extern grijpen Grijppunt 40 mm Druk 0,5 MPa Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Voorbeeld 2-puntsgrijper type MHK Oplossing : Model met minimale opening van 28 mm : MHK2-25D, MHKL2-16D of MHKL2-20D Berekening grijpkracht per vinger F = 0,17 kg x 20 x 9,81 m/s² = 33 N Selectie grijper uit grafiek MHK2-25D MHKL2-16D MHKL2-20D OK maar groot NIET OK OK Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Aandachtspunten Momentbelasting op de grijper : Niet Lineair

Grijpers : Berekeningen grijpkracht Aandachtspunten Momentbelasting op de grijper : Binnen de grafiek blijven Niet Lineair Waarom hier niet de MHK2 zoals in de oefening ???

Grijpers Benodigdheden engineering Voorwerp : Massa Vorm 2, 3, 4 vingers Afmetingen slag grijper Symmetrie ten opzichte van grijper Maximale grijpkracht Druk Omgeving (clean room, stofvrij,...) Selectie BP 4 blz 366 Niet Lineair

Grippers / Theorie Parallel Style Opdracht Gegevens: MHZ2-32D bij 5bar F = 150N Staal op staal µ = 0.4 Vraag: Wat is de massa die de gripper maximaal mag oppakken volgens SMC richtlijnen? Antwoord: 3 kg Niet Lineair

Opdracht Grijper Gegevens Massa 0,1kg Kubus van 25mm Wrijvingscoëfficiënt µ = 0,2 Opdracht Selecteer een grijper Mijn Keuze MHZ2-25D Niet Lineair MHZ 2 finger single acting NC opening stroke 26.3 voor type 20 en 33.3 voor type 25.

Einde Vragen ? Dank voor Uw aandacht Niet Lineair Einde Vragen ? Dank voor Uw aandacht