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Aula 12 – Atuadores Pneumáticos Curso: Engenharia Mecânica. Disciplina: Hidráulica e Pneumática. Prof.: Msc. Eng. Cristian Pohl Meinhardt. cpohl@live.com Lajeado, Maio de 2017. Centro Universitário Univates Curso de Engenharia Mecânica Disciplina de Hidráulica e Pneumática Conceito Definição: Dispositivos que convertem em trabalho a energia contida no AC. Tipos: Lineares: convertem a EAC em movimento retilíneo. (↑custo de motores retil. Elétr.) Rotativos: convertem EAC em EMEC através do momento torçor contínuo. Oscilantes: convertem EAC em EMEC, através do momento torçor limitado por um determinado número de graus. Atuadores pneumáticos são elementos mecânicos que, por meio de movimentos lineares ou rotativos, transformam em energia pneumática a energia cinética gerada pelo ar pressurizado e em expansão, produindo trabalho. Atuadores Pneumáticos Lineares Cilindros Pneumáticos Regídos por normas internacionais. ISO 6431 e 6432 (Internacional) DIN ISO 6431 e VDM 24562 (Alemenha) NF E 49003.1 (França) UNI 20.290 (Itália) Basicamente classificados em duas famílias: Cilindros de simples efeito (Basicamente 2 tipos) Cilindros de duplo efeito. Cilindros Especializados. Emprego (Leve, Industrial e Pesado) Diâmetro (miniaturizado, médio, grande) Curso (Breve, Normal) Base funcionamento (simples efeito, duplo efeito) Base nas características construção (pistão, haste passante, duplex contínuos, duplex geminados, haste, eixos lineares) Cilindro de Simples Efeito Fornecem movimento Linear em um só sentido (realizam W em um sentido). Movimento contrário por mola (ou FEXT). Só um orifício entrada e saída do AC. Geralmente para cursos breves e normais/limitados pelo comprimento máximo da mola. (desaconselháveis para aplicações com curso maior que 100 mm) Principio de Funcionamento: Enquanto a pressão do ar continua atuando no interior do cilindro, mantêm a haste distendida. Geralmente, a mola é dimensionada para um rápido retorno. Cilindro de Simples Efeito Dispositivos de Fixação, marcação, rotulação, gavetas de moldes de injeção, expulsão de peças, prensagem, elevação e alimentação de componentes/dispositivo. Cilindro de Simples Efeito Abaixo a representação simbólica normalizada (DIN/ISO 1929 – Apêndice A – Tabela A.1) Avanço por mola e retorno por AC são empregados em alguns sistemas de freio, segurança, posições de travamento e trabalhos leves em geral. Atuador linear simples efeito normalmente retraído com retorno por mola Atuador linear simples efeito normalmente distendido com retorno por mola Cilindro de Simples Efeito Intercambialidade entre fornecedores, favorecendo montagem, manutenção e assistência técnica em todo o mundo Camisa redonda Cabeçotes com construção especial que facilita a fixação em máquinas ou dispositivos. Maior resistência a ambientes corrosivos e facilidade de limpeza Cilindro de Simples Efeito Normalmente para cursos pequenos, dedicado à montagem em espaços reduzidos. Economia de espaço até 75% Como cartucho, podendo ser aparafusado diretamente no corpo. Multimontagem: montado de vários lados, dispensandos peças adicionais de fixação (exceto parafusos) Com unidade de bloqueio, com objetivo de reter a haste após alcançar a posição desejada. Sinal por piloto pneumático. Aplicações que necessitem auxílio de segurança para manter a haste estática. Cilindro de Duplo Efeito/Ação Fornecem movimento Linear nos dois sentidos (Realizam W nos 2 sentidos). Denominado assim, pois tanto no percurso de avanço como no de retorno há força de AC nos dois sentidos (realiza trabalho no avanço e no retorno). As forças de avanço e de retorno são diferentes, pela presença da haste. Favanço > Fretorno porque Aavanço > Aretorno (devido a haste) AC é adimitido e liberado por 2 orifícios. Qdo uma câmara está amitindo ar, a outra está liberando ar para atmosfera. Curso (comprimento) da haste limitada de acordo com o tipo de carga aplicada e a força de avanço. Cilindro de Duplo Efeito Os diâmetros dos cilindros são unificados conforme norma CETOP, segundo uma regra de progressão geométrica: 8,12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500 mm. Os cilindros com diâmetros de 8 a 25 mm são chamados de microcilindros (Série Mini) (construção conforme a norma ISO 6432, que garante uma interoperatividade em nível internacional) Cilindro com Amortecimento Para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o pistão nos fins de curso. Evita impactos e cargas de choque. Para cilindros com Ø > 30 mm e curso > 50 mm. Amortecimento só funciona no fim de curso. Tempo de ciclo aumenta. Cilindro de Duplo Efeito com Amortecimento Desenho Cilindro de Duplo Efeito com Amortecimento Representação Simbólica Cilindros Especializados Recentemente, para satisfazer a demanda da Automação Industrial, surgiu uma séria de Cilindros chamados de Especializados. Em alguns casos em sistemas de controle muito sofisticados. Com poucas modificações, é possível ter modelos de cilindros como: Cilindro Haste Passante Cilindro Duplex Contínuo Cilindro Duplex Geminado Entre outros. Cilindros de Haste Passante Haste passante: É um cilindro de duplo efeito com duas hastes contrapostas, enquanto uma haste avança a outra recua (2 hastes unidas pelo mesmo êmbolo). Enquanto uma haste realiza trabalho, a outra pode comandar fins de curso e outros dispositivos. As áreas do êmbolo de avanço e de retorno são iguais, por isso a força de avanço e de retorno são iguais. (Tb igualdade de velocidades, pode ser modificada p válvulas) Permite executar trabalhos alternadamente, em direções opostas. O cilindro é utilizado quando é necesária uma melhor guia da haste. Suporta cargas laterais mais elevadas. Maior capacidade de suportar solicitações mecânicas na fase de avanço, em comparação com os anteriores (Mancais). Cilindros de Haste Passante As 2 faces do êmbolo têm área igual – F iguais em ambos sentidos de movimento Com 2 mancais de guia são mais resistentes à cargas laterais e dão melhor alinhamento. Uso em automação de mesas de máquinas operatrizes e máquinas de injeção. Cilindros de Haste Passante Cilindros Duplex Contínuo (Tandem) Cilindro Duplex Contínuo: Dois cilindros de duplo efeito são montados em série. 2 êmbolos unidos por uma haste comum, separados por cabeçote intermediário. Possui entradas de ar independentes. Temos assim um Favanço multiplicada pela quantidade de cilindros (82 a 97%). O cilindro é utilizado quando há a necessidade de uma força de avanço muito elevada, com tamanho do cilindro aceitável. A aplicação mais comum é em prensas pneumáticas. Cilindros Duplex Contínuo (Tandem) Cilindros Duplex Contínuo (Tandem) Cilindro Duplex Contínuo: c/ P simultânea nos 2 êmbolos – F = ∑f de cada cilindro – Maior F no avanço e no retorno. Uso em casos de ↑F, mas com espaço ↓ onde não cabe cilindro de Ømaior e que não pode ↑Ptrabalho – ou seja, ↑F com ↓Ø. Geralmente usados para pequenos cursos. Muito empregado em sistemas de sincronismo de movimento. Cilindros Duplex Geminado Cilindro Duplex Geminado: É a combinação de dois cilindros duplo efeito montado de costas um para o outro. Variação do Duplex, modificado para atender a grandes deslocamentos e deslocamentos escalonados, sem a necessidade de aplicação de força elevada. Muito utilizadopara a movimentação de esteiras transportadoras, o comando de alavanca de alta potência ou manipulação de peças em robôs pneumáticos. Cilindro Duplex Geminado É aplicado em circuitos de seleção, distribuição, posicionamentos, comandos de dosagens e transportes de peças para operações sucessivas. Diversos cilindros podem ser comandados independemente, permitindo diversas posições. Ligando dois cilindros de curso igual, obtemos três posições. Ao passo que se ligarmos dois cilindros com curso diferente, obtemos quatro posições. M Cilindros de Impacto Cilindros de Impacto. Dispõe de uma pré-câmara. O AC é acumulado na pré-câmara atuando na pequena área do prolongamento do êmbolo. Quando a pressão atinge um valor suficiente, inicia-se o deslocamento lentamente. Quando o prolongamento do êmbolo se desaloja da parede, permite que todo o ar armazenado escoa rapidamente, atuando sobre o êmbolo. Quando ocorre a expansão brusca do ar, o pistão adquire velocidade crescente. O impacto é produzido através da transformação de energia cinética fornecida ao pistão, acrescida da ação do AC sobre o êmbolo. Apresenta pequeno curso. Aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, britadeiras, rebitadeiras, gravações, cortes – necessidade de ↑F em ↓Δt. Cilindros Rotativos Cilindros Rotativos / Atuadores Oscilantes. O estudo da cinemática demonstra a impossibilidade da utilização dos cilindros lineares para realizar movimentos superiores a 120º. Cilindros Rotativos São utilizados quando é necessário realizar um movimento rotativo alternativo. Cilindros Rotativos Construídos em um cilindro normal de duplo efeito, no qual, a haste contém uma cremalheira que se engrena em uma roda dentada. Normalmente podemos ter rotações de 0 a 300 graus. Cilindros Rotativos Muito utilizados para trabalhos c/ eletrônicos, alimentos, embalagens e salas limpas. Mancais termoplásticos autolubrificantes e compostos especiais de vedação operam mesmo sem lubrificação (ar seco), Muito usado para manuseio de materias e robótica devido revestimento de Teflon que diminui atritos de vedação e proporciona menor P de partida. Cilindros Rotativos Cilindros Especializados Cilindros Sem Haste Movimentação transmitida por corda/roldana. Cilindros Magnéticos. Somentes em aplicações especiais. Cilindros Sem Haste Movimentação transmitida por corda/roldana. Sistema mecânico corda/roldana fixado no êmbolo. Cilindros de grande porte, alta desgaste mecânico e elevado custo. Usados em curso elevado como o caso de Portão Industrial. Cilindros Especializados Acoplador Geométrico. Favanço do êmbolo é transmitida a carga por meio de um suporte que se desloca em uma fenda longitudinal. No suporte são fixados dispositivos, cargas, etc. Cilindros particulares e caros. Cilindros Sem Haste Cilindros Magnéticos Êmbolo comporta como um magneto permanente, por meio de seu campo, transmite a força de avanço a um anel externo magnético, deslocando-a. A força de avanço é limitada. Eixos Lineares Cilindros de duas hastes em paralelo, ligadas a um jogo que garante a máxima precisão no posicionamento e no transporte de peças. Duplo cilindro assegura Favanço dobrada. Combinando diferentes eixos lineares, é possivel realizar manipuladores (pick-and- place) inteiramente pneumáticos. Muito usado em automação. Atuadores rotativos Dimensões < motor elétrico de mesma capacidade. Perimite uso em área classificada (Risco de explosão). Geralmente reversíveis a rotação. Pode partir e parar sem danificar. Construções simples, fácil manutenção. Geralmente motor de palhetas. Motor Pneumático de Palhetas Diâmetro externo pequeno dos motores de palhetas permite incorporá-los facilmente em todas as aplicações. Lima rotativa – 20.000 a 30.000 rpm. Motor Pneumático de Pistão Motores para aplicações pesadas onde necessita-se alta resistência e torque. Exemplo de aplicações: Dragas, Máquinas para mineração, etc. Motor Pneumático Tipo Turbina Motor Pneumático Tipo Turbina Os turbo-motores são empregados somente em trabalhos leves . Equipamentos dentários que podem chegar a 500.000 rpm. Modo de trabalhar é o contrário de um trubo-compressor. Aplicação Dimensionamento dos Atuadores É uma função de: Diâmetro Pistão(DP): - L ≥ 500 mm. - Fabricantes disponibilizam 2 tamanhos Dimensionamento da Haste e Verificação do Critério de Euler: - Fa (Força de Projeto corrigida fator φ – tab. 3.4) - Pressão de trabalho (Pt = 6 kp/cm²) - *Se o trabalho for realizado no retorno, substituir Ap por Ac. carga de flambagem: carga máxima de trabalho, normal, intermediário e pesado Dimensionamento dos Atuadores Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): - A figura abaixo, representa a mesa de um dispositivo, que é movimentada por deslizamento sobre prismas lubrificados, perfazendo um deslocamento total de 100 cm. Dimensionar comercialmente o atuador pneumático considerando a situação de montagem de acordo com o caso 2, Tabela A.10 – Apêndice A. Verificar o critério de Euler qual o diâmetro mínimo necessário para a haste. Considere a força peso da mesa como 150 kp e a pressão com 6 kp/cm². Dimensionamento dos Atuadores Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): Dimensionamento dos Atuadores Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): Dimensionamento dos Atuadores Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): Dimensionamento dos Atuadores XX) (Fialho, pág. 108) Determine a força de avanço e velocidades de um atuador pneumático linear de haste passante, cujos dados são: L = 350 mm, ta = 5s; Dp = 80 mm; dh = 25 mm e Pr = 6 bar.
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