جک پنوماتیکی وسایله ای مکانیکی است که با استفاده از انرژی هوای تحت فشار نیرو تولید می کنند. این دستگاه ها از پیستون، میله پیستون و سیلندر تشکیل شده اند. فشار داخل سیلندر با ورود هوا به یک طرف سیلندر افزایش می یابد. افزایش فشار داخلی باعث می شود که پیستون در جهت خاصی حرکت کند. میله پیستون نیروی ایجاد شده را به جسمی که قرار است جابجا شود منتقل می کند.
?
سیال کار در جک پنوماتیکی هوای فشرده است. از این رو، جک پنوماتیکی برای محیط هایی که نیاز به تمیزی بالایی دارد، مطلوب است، زیرا سیال در صورت نشتی، محیط اطراف را آلوده نمی کند. جک پنوماتیکی بی سر و صدا کار می کند و نیازی به مخازن ذخیره سازی بزرگ برای سیال کار ندارد.
جک پنوماتیکی در اتوماسیون ماشین آلات و فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. نیرو و حرکت تولید شده توسط جک پنوماتیکی را می توان در مکانیسم هایی مانند بستن، خارج کردن، مسدود کردن و بلند کردن استفاده کرد. در کارخانجات از آنها برای برداشت مکرر و قرار دادن اشیاء در ماشین یا تجهیزات استفاده می شود. در سیستم های لوله کشی از آنها در شیرهای عملیاتی استفاده می شود.
اجزای تشکیل دهنده جک پنوماتیکی به شرح زیر است:
?
یک سیلندر پنوماتیک ممکن است یک سیلندر تک یا دو اکت باشد:
در سیلندرهای پنوماتیک تک اکت، یک فنر در اطراف میله پیستون نصب می شود که به جمع شدن پیستون و مجموعه میله کمک می کند. هوای فشرده از طریق یکی از درپوش های سیلندر وارد می شود و تنها یک طرف محفظه را پر می کند. این امر باعث می شود که مجموعه پیستون و میله به صورت خطی حرکت کرده و در یک جهت در حین فشرده سازی یا کشش فنر گسترش یابد. هنگامی که میله پیستون حداکثر نیروی رانش خود را انجام داد، فنر همراه با مجموعه پیستون و میله به موقعیت اولیه خود باز می گردد. هوا روی دریچه هواکش در یکی از درپوش ها آزاد می شود. در صورت افت فشار یا قطع برق، پیستون به سادگی به موقعیت پایه خود باز می گردد.
?
یک سیلندر تک اکت می تواند یک سیلندر فشاری یا کششی باشد. در یک سیلندر فشاری، هوای تحت فشار میله پیستون را از سیلندر خارج می کند (کوروک یا کشش). در یک سیلندر کششی ، هوای تحت فشار میله پیستون را به داخل سیلندر می کشد (در زمان حرکت یا عقب نشینی).
?
در انواع کمتر متداول سیلندرهای تک اکت، مکانیسم جمع شدن توسط یک بار خارجی یا گرانش انجام می شود.
سیلندرهای تک کاره ساختار ساده ای دارند و به دلیل مصرف هوای کمتر مقرون به صرفه هستند. آنها برای اعمال نیرو در یک جهت، مانند بستن، مشت زدن، و موقعیت ایده آل هستند. آنها همچنین در پمپ ها و قوچ ها یافت می شوند. با این حال، نیروی خروجی به دلیل نیروی فنر مخالف محدود است. اندازه فنر طول ضربه را محدود می کند. ضربات پیستون با استفاده طولانی مدت از فنر ناسازگار می شود.
در سیلندرهای دو اکت می توان هوای فشرده را در دو طرف پیستون وارد کرد. مجموعه پیستون و میله با فشار داخلی کمتر به سمت محفظه حرکت می کند. از این رو، مجموعه پیستون و میله می تواند هر دو ضربات کشش و پس کشیدن را انجام دهد. مجموعه پیستون و میله با تامین هوای تحت فشار در طرف دیگر سیلندر به موقعیت اولیه خود باز می گردد.
نیروی امتدادی سیلندرهای دو اکت بیشتر از نیروی پس‌کشی است زیرا ناحیه در کنار پیستون نزدیک درپوش انتهایی بیشتر است. این تنها زمانی صادق است که هوای تحت فشار عرضه شده در دو طرف پیستون برابر باشد. علاوه بر این، سرعت جمع شدن سریعتر از سرعت گسترش است زیرا میله حجم موثر را کاهش می دهد که باعث می شود محفظه با هوای فشرده سریعتر پر شود.
سیلندرهای دو کاره در باز و بسته شدن دروازه و سوپاپ مفید هستند. آنها برای کاربردهایی که نیاز به سرعت بالا و نیروی زیاد دارند استفاده می شوند. آنها نیروی خروجی قوی تر و ثابت تر و ضربات طولانی تر دارند. از این رو، آنها به سیستم بالشتک قوی تری نیاز دارند. حرکت مجموعه پیستون و میله سریعتر و کنترل شده تر است زیرا هوای تحت فشار آن را به هر دو صورت حرکت می دهد. با این حال، سیلندرهای دو کاره مصرف هوای فشرده بالاتری دارند و گرانتر هستند. موقعیت پیستون را نمی توان در صورت افت ناگهانی فشار یا قدرت تعیین کرد.
?
انواع دیگر سیلندرهای پنوماتیک به شرح زیر است:
جک پنوماتیکی تلسکوپی دارای یک سری لوله های تقسیم شده هست که وقتی هوای فشرده سیلندر را پر می کند، گسترش می یابد. قطر این لوله ها به تدریج کاهش می یابد. لوله ای با کمترین قطر را میله پیستون می گویند. سیلندرهای تلسکوپی دارای ضربات بسیار طولانی هستند. زمانی که لوله ها در کنار هم قرار می گیرند یا زمانی که سیلندر در موقعیت جمع شده قرار دارد، فضای کمی را مصرف می کنند. این سیلندرها در حالت تک و دو کاره موجود هستند. طراحی تلسکوپی در سیلندرهای هیدرولیک بیشتر از سیلندرهای پنوماتیک است.
?
جک پنوماتیکی بدون میله بارها را همراه با پیستونی که توسط هوای فشرده هدایت می شود، جابه جا می کند. پیستون به حاملی که بار در آن نصب می شود وصل می شود. پیستون حامل را در یک خط مستقیم حرکت می دهد. جهت حرکت پیستون همیشه به سمت محفظه با فشار داخلی کمتر است.
سیلندرهای پنوماتیکی بدون میله، ضربات حرکتی قابل مقایسه با اندازه مونتاژ خود را در سرعت های بالاتر ارائه می دهند. از این رو، اگر طول کلی باید به دلیل فضای محدود به حداقل برسد، مناسب هستند. بالشتک انتهایی برای جلوگیری از ضربه سخت به پیستون پس از حرکت تمام قد در درپوش های انتهایی ضروری است.
سه نوع سیلندر پنوماتیک بدون میله وجود دارد:
در سیلندرهای کابل، پیستون توسط کابلی که از یک قرقره در هر کلاهک انتهایی عبور می کند به حامل متصل می شود. کابل توسط پیستون به منظور حرکت دادن حامل فشار داده می شود. سیلندرهای کابل ارزان هستند و ساختار ساده ای دارند. با این حال، سایش کابل باعث موقعیت نادرست حامل و نشتی می شود.
?
در سیلندرهای جفت شده مغناطیسی، پیستون به صورت مکانیکی به حامل متصل نیست. در عوض، حامل توسط پیستون از طریق یک میدان مغناطیسی قوی حرکت می کند. از این رو، از نشت هوا جلوگیری می شود زیرا سیلندر کاملاً محصور است. با این حال، حامل ممکن است از کوپلینگ جدا شود و به بارهای لحظه ای واکنش نشان می دهد.
?
در سیلندرهای نواری، حامل توسط دو نوار آب بندی که به موازات جهت حرکت حرکت می کنند به پیستون متصل می شود. نوارهای آب بندی می توانند از پلاستیک یا فولاد ضد زنگ ساخته شوند. نوار بیرونی در بالای شکاف سوراخ سیلندر قرار دارد که به حامل متصل است. ضمناً نوار داخلی در داخل سوراخ سیلندر قرار دارد که به پیستون متصل است. همانطور که حامل به هر طرف حرکت می کند، نوار آب بندی را به سمت جهت حرکت خود باز می کند در حالی که نوار را در پشت حامل متحرک می بندد.
?
در جک پنوماتیکی میله ای، میله پیستون در دو طرف پیستون گسترش می یابد. این باعث می‌شود که نیروی خروجی و سرعت حرکت‌های کشش و پس‌کشی برابر باشد.
?
سیلندرهای پشت سر هم از دو سیلندر پنوماتیک با پروفیل های یکسان تشکیل شده اند که به صورت سری چیده شده اند. سیلندرها یک میله پیستون مشترک دارند اما از چند پیستون استفاده می کنند. این آرایش نیروی خروجی را در هر دو جهت ضربه دو برابر می کند.
?
سیلندرهای دوار یا محرک های دوار پنوماتیکی برای تبدیل انرژی هوای فشرده به گشتاور خروجی استفاده می شوند. دو نوع متداول سیلندر دوار وجود دارد:
سیلندر رک و پینیون از یک چرخ دنده دایره ای (پینیون) درگیر در یک چرخ دنده خطی (رک) تشکیل شده است. پیستون هنگام فعال شدن توسط پیستون به صورت خطی حرکت می کند که پینیون را می چرخاند. یک شفت به مرکز پینیون متصل است. دو مجموعه قفسه و پیستون معمولاً در طرف مقابل پینیون نصب می شوند تا گشتاور خروجی را دو برابر کنند.
?
در محرک های پره ای، شفت به مرکز یک پره متحرک متصل می شود. هنگامی که هوای تحت فشار از یک طرف پره تامین می شود، فشار دیفرانسیل باعث می شود که پره و محور آن به سمت طرف دیگر محفظه بچرخند. هوا به طور همزمان در درگاه طرف دیگر محفظه آزاد می شود. عملگرهای پره ای می توانند دارای پیکربندی پره تک یا دو پره باشند.
?
سیلندرهای جوش داده شده دارای درپوش انتهایی خود مستقیماً به سوراخ سیلندر پنوماتیک جوش داده می شوند و میله اتصال ندارند. آنها فشرده تر، بادوام تر هستند و می توانند فشارهای داخلی بالاتری را تحمل کنند. با این حال، تعمیر و برچیدن آنها به دلیل ساختار جوشی آنها دشوار است.
?
در زیر انواع سیلندرهای پنوماتیک بر اساس سبک نصب آنها آورده شده است. سبک نصب یک نکته مهم است که بر عملکرد، استحکام و قابلیت اطمینان سیلندر پنوماتیک تأثیر می گذارد.
پایه‌های خط مرکزی سبک‌های نصب هستند که برای تحمل بار در خط مرکزی سیلندر پنوماتیک طراحی شده‌اند. آنها را می توان برای برنامه های فشار و کشش استفاده کرد. بار به طور مساوی بین پیچ و مهره های نصب توزیع می شود. بارگذاری جانبی نیز به حداقل رسیده است. انواع سیلندرهای پنوماتیک در این دسته به شرح زیر است:
سیلندرهای میله ای می توانند بالاترین فشارهای داخلی را تحمل کنند و رایج ترین نوع سیلندرهای پنوماتیکی بر اساس سبک نصب هستند. میله‌های اتصال این نوع استوانه روی درپوش‌های انتهایی آن امتداد می‌یابند که به آنها اجازه می‌دهد روی یک سطح یا عضو ماشین سوار شوند. سیلندرهای میله اتصال نیروهای فشار یا کشش را در خط مرکزی خود به طور متقارن جذب می کنند، که از تنش برشی بر روی پیچ های نصب آن جلوگیری می کند.
?
سیلندرهای فلنج دار یک فلنج نصب شده روی یکی از درپوش های انتهایی دارند که امکان انتقال خوب نیروی خط مرکزی و نصب مطمئن را فراهم می کند. فلنج معمولاً به درپوش جلویی برای کشیدن برنامه ها یا به درپوش عقب برای فشار دادن برنامه ها وصل می شود. با این حال، سیلندرهای فلنج دار تحمل کمی برای ناهماهنگی دارند.
?
در سیلندرهای لوگ خط مرکزی، سیلندر در نقاط میانی کلاهک ها سنجاق می شود. این به سیلندر اجازه می‌دهد تا نیروهای مربوط به خط مرکزی خود را به طور یکنواخت جذب کند و آنها را برای اعمال نیروی خط مستقیم ایده‌آل میکند. هنگامی که سیلندر تحت فشار بالا یا شرایط ضربه زیاد استفاده می شود، باید از پین های رولپلاک برای محکم کردن سیلندر روی سطح نصب آن استفاده شود.
?
پایه‌های جانبی زمانی که صفحه سطح نصب از خط مرکزی سیلندر منحرف می‌شود، سبک‌های نصب هستند. سیلندر یا در کنار درپوش‌های انتهایی ( سیلندرهای نصب‌شده جانبی ) یا در سمت جلو و عقب سیلندر ( سیلندرهای پایه‌دار) سنجاق می‌شود . با این حال، این سبک نصب، سیلندر را نسبت به بارهای لحظه ای واکنش نشان می دهد که باعث چرخش آن در اطراف پیچ های نصب می شود. برای جلوگیری از این امر، طول ضربه و اندازه سوراخ باید برابر باشند. سیلندرهایی با اندازه سوراخ‌های بزرگ و ضربات کوتاه‌تر تمایل به افزایش تنش در پیچ‌های نصب دارند و در اطراف سطح نصب خود می‌چرخند، که باعث ناهماهنگی می‌شود.
?
?
سیلندرهای پایه محوری امکان تغییر در عدم تراز در یک صفحه را می دهند. آنها نیروها را در خط مرکزی سیلندر جذب می کنند، در صورتی که سیلندر ناهمتراز باشد یا زمانی که بار تحریک شده از یک مسیر غیر خطی عبور می کند. پایه های محوری آزادی چرخشی را برای سیلندر فراهم می کنند. با این حال، جهت جلوگیری از تنش خمشی و انحراف بیش از حد روی میله پیستون، ناهماهنگی ها باید محدود شوند.
زاویه تحریک نیروی ارسالی سیلندر پنوماتیک را کاهش می دهد که معادل حاصل ضرب نیروی تولید شده و سینوس زاویه تحریک است.
?
دو نوع سیلندر پنوماتیکی وجود دارد:
برخی از سیلندرهای پنوماتیک با استانداردهای ISO مطابقت دارند تا بتوانند با اعضای دستگاه‌های مختلف، روش‌های اتصال، پایه‌ها، لوازم جانبی و غیره سازگاری داشته باشند. از آنجایی که تولیدکنندگان از معیارهای تحت پوشش این استانداردها پیروی می کنند، مشتریان به راحتی می توانند به دنبال سیلندرهای پنوماتیک مناسب برای کاربردهای خود باشند.
برخی از استانداردهای ISO برای سیلندرهای پنوماتیک به شرح زیر است:
استاندارد ISO 15552 ابعاد اصلی محصول، نصب و لوازم جانبی را برای سیلندرهای پنوماتیک تک میله ای و دو میله ای با یا بدون ارائه سنسورهای مغناطیسی مشخص می کند. این استاندارد سیلندرهای پنوماتیکی با حداکثر فشار 10 بار با اندازه سوراخ‌های 32 میلی‌متر تا 320 میلی‌متر را برآورده میکند.
استاندارد ISO 6432 برای سیلندرهای پنوماتیک تک میله ای کوچک با اندازه سوراخ 8 میلی متر تا 25 میلی متر با حداکثر فشار 10 بار قابل اجرا است.
استاندارد ISO 21287 برای سیلندرهای پنوماتیک فشرده تک میله ای، با و بدون عملکرد مغناطیسی، با اندازه سوراخ 20 میلی متر تا 100 میلی متر با حداکثر فشار 10 بار قابل اجرا است. سیلندرهای ISO 21287 فاقد بالشتک قابل تنظیم هستند. در عوض، آنها از ضربه گیرهای لاستیکی برای بالش استفاده می کنند. سیلندرهای پنوماتیک با اندازه سوراخ‌های 32 میلی‌متر تا 100 میلی‌متر می‌توانند از پایه‌های انتهایی مطابق با ISO 15552 استفاده کنند.
ISO 8139 ابعاد نصب را برای چشم های کروی انتهای میله ای برای سیلندرهای پنوماتیک تعیین می کند. چشم های کروی انتهای میله ای دارای رزوه های نر یا ماده هستند که آنها را قادر می سازد با یک میله پیستون رزوه دار جفت شوند. همچنین می توان از آنها برای نصب سیلندر روی سطح استفاده کرد. می‌توان آنها را به درپوش عقب سیلندر که در آن پین چسباندن نر در مرکز آن قرار داده شده، وصل کرد و آن را قادر می‌سازد تا حول پین بچرخد.
چشم‌های کروی انتهای میله‌ای ISO 8139 برای تحمل فشار تا 10 بار طراحی شده‌اند و با سیلندرهای پنوماتیک مطابق با استانداردهای ISO 15552، ISO 6432 و ISO 6430 سازگار هستند.
?
ISO 8140 ابعاد نصب را برای اتصالات میله ای برای سیلندرهای پنوماتیک تعیین می کند. اتصالات گیره انتهای میله اجزایی به شکل یک چنگال هستند که می توانند به یک بار متصل شوند یا برای نصب سیلندر روی سطح استفاده شوند.
?
