Końcówki kompensacyjne

Końcówka kompensacyjna to element łączący tłoczysko siłownika pneumatycznego z obciążeniem roboczym. Jej zadaniem jest kompensacja niewspółosiowości pomiędzy osią ruchu siłownika a osią napędzanego elementu. Dzięki możliwości wychylenia i obrotu końcówka kompensacyjna chroni tłoczysko przed zginaniem, zmniejsza zużycie uszczelnień i wydłuża żywotność siłownika nawet o 30–50%.

SMC oferuje kilka serii:

• JA – standardowe, półstandardowe,
• JAH – do dużych obciążeń,
• JB – do siłowników kompaktowych,
• JC – lekkie i standardowe,
• JS – nierdzewne, do środowisk korozyjnych,
• JT – kompaktowe i lekkie,
• MY1 / MY-J – dedykowane do stołów przesuwnych i prowadnic liniowych.

Każda z tych serii ma inną konstrukcję, zakres momentów obciążenia i typ mocowania.

Model JA to klasyczna końcówka kulowa z gniazdem sferycznym, umożliwiająca kompensację kątową ±4° i osiowy obrót o 360°. Wykonana ze stali węglowej z galwanicznym pokryciem cynkowym, posiada gwint zewnętrzny do montażu na tłoczysku. Jest to najbardziej uniwersalny typ stosowany w siłownikach ISO, kompaktowych i prowadnicowych.

Wersja JA (semi-standard) oznacza wariant dopasowany do konkretnej serii siłowników SMC (np. CJ2, CP95, MGPM). Posiada inne długości gwintu, większe łożysko sferyczne i dopasowany profil śruby. Semi-standardowe końcówki są stosowane w systemach, gdzie wymagana jest dokładna współosiowość i powtarzalność montażu.

Końcówki JAH mają wzmocnioną kulę sferyczną i większą średnicę trzpienia, co pozwala na:

• przenoszenie siły do 5000 N,
• kompensację kąta ±5°,
• odporność na uderzenia dynamiczne.

Stosowane są w siłownikach dużej mocy (np. CP96, MB, C95) oraz w napędach tłoczących i dociskowych.

• układy dociskowe w prasach pneumatycznych,
• siłowniki o dużym momencie zginającym,
• manipulatory z długimi ramionami,
• stoły przesuwne o dużych masach.

Ich konstrukcja ogranicza zużycie łożysk w siłowniku nawet przy dynamicznych zmianach obciążenia.

Końcówki JB mają skróconą konstrukcję osiową i mniejszą średnicę sfery, co pozwala zmniejszyć długość całkowitą zespołu siłownik–uchwyt. Są lekkie, wykonane ze stopów aluminium lub stali nierdzewnej. Zaprojektowane do serii siłowników CQ2, CQS, CDQ2, CJP i innych kompaktowych modeli SMC.

• Średnica sfery: 5–16 mm,
• Siła robocza: do 800 N,
• Maks. kąt wychylenia: ±3°,
• Gwinty: M3–M10.

Stosowane głównie w automatyce montażowej i robotyce lekkiej.

Seria JC to ekonomiczna i lekka wersja standardowej JA, wykonana z aluminium anodowanego. Dzięki redukcji masy o 40–60% poprawia dynamikę układów z siłownikami o małych średnicach (do 32 mm). Zachowuje możliwość kompensacji ±4°, przy zachowaniu wysokiej sztywności osiowej.

Końcówki JS wykonane są w całości z SUS304 lub SUS316, dzięki czemu są odporne na korozję, wilgoć i media agresywne. Zastosowania: przemysł spożywczy, farmaceutyczny, chemiczny oraz aplikacje w warunkach wysokiej wilgotności. Zakres kątowy: ±4°, siła przenoszona: do 2500 N.

JT to nowoczesna końcówka kompensacyjna z korpusem z aluminium i kulą ze stali hartowanej. Zaprojektowana do układów, w których liczy się minimalna masa ruchoma. Przykładowe zastosowania: stoły pick & place, osie XY w robotach SCARA i w systemach wizyjnych.

To dedykowane akcesoria do stołów przesuwnych SMC MY1 / MY2 / MY3, stosowane w celu kompensacji błędów montażowych między osią tłoka a obciążeniem roboczym. Pozwalają na minimalizację momentów zginających i zapewniają płynną pracę prowadnic liniowych.

• stal węglowa (S45C, SCM435),
• stal nierdzewna (SUS304, SUS316),
• aluminium anodowane,
• łożyska z brązu fosforowego,
• tuleje z POM lub PTFE.

Wszystkie elementy są zabezpieczone antykorozyjnie i smarowane fabrycznie.

Końcówka JA może kompensować siły boczne do 10% nominalnej siły siłownika. Dzięki kulistemu łożyskowaniu minimalizuje naprężenia w tłoczysku i eliminuje ryzyko zginania.

Montaż odbywa się przez:

1. Nakręcenie końcówki na gwint tłoczyska,
2. Dokręcenie kontrnakrętki siłownika,
3. Sprawdzenie osiowości i zakresu ruchu.

W siłownikach z tuleją zabezpieczającą (np. CQ2) można zastosować dystans gwintowy.

Końcówki kompensacyjne eliminują naprężenia skrętne i poprzeczne przy szybkim pozycjonowaniu. Dzięki temu chwytaki i głowice narzędziowe pracują płynnie i bez luzów, a siłowniki liniowe nie ulegają przedwczesnemu zużyciu.

• zbyt mała średnica gwintu względem siły siłownika,
• zastosowanie stalowej końcówki w środowisku korozyjnym,
• brak kompensacji przy długim wysuwie tłoczyska,
• brak osiowości między siłownikiem a obciążeniem.

Większość modeli JA/JAH/JC jest fabrycznie smarowana smarem litowym i nie wymaga konserwacji. Dla serii JS (nierdzewnych) stosuje się smary silikonowe NSF-H1, dopuszczone do kontaktu z żywnością.

Tak – wszystkie modele pozbawione są otwartych porów i przestrzeni powietrznych. W aplikacjach próżniowych zaleca się jednak stosowanie modeli JS (SUS316), odpornych na korozję gazową i bezolejowych.

Kompensacja niewspółosiowości minimalizuje błędy pozycjonowania powodowane ugięciem tłoczyska. Przy stosowaniu końcówek JA lub JC dokładność pozycjonowania poprawia się średnio o 0,1–0,3 mm, co jest istotne przy montażu precyzyjnym.

• przemysł spożywczy i mleczarski,
• automatyka morska,
• aplikacje w czystych pomieszczeniach (Clean Room),
• systemy transportu farmaceutycznego.

Końcówka JC jest lżejsza średnio o 40–60% względem JA, przy zachowaniu podobnych właściwości mechanicznych. Dzięki temu ogranicza bezwładność ruchomych elementów i pozwala na szybsze cykle pracy.

Tak, w ograniczonym zakresie. Złącze kulowe umożliwia kompensację momentu skrętnego do 5° w osi obrotu, co zabezpiecza siłownik przed rotacyjnym naprężeniem tłoczyska.

1. Dobierz średnicę gwintu zgodnie z katalogiem siłownika,
2. Sprawdź siłę tłoczenia i kierunek pracy,
3. Uwzględnij rodzaj montażu (pionowy/poziomy),
4. Dobierz materiał do środowiska pracy,
5. Dla dynamicznych ruchów wybierz typ JT lub JC.

• ISO 15552 (dla siłowników liniowych),
• ISO 4414 (bezpieczeństwo pneumatyki),
• RoHS, REACH,
• dla JS: FDA CFR 21 §177.2600 – zgodność materiałowa z przemysłem spożywczym.

Trwałość końcówki zależy od obciążenia:

• JA / JC – ok. 5–10 mln cykli,
• JAH – nawet 20 mln cykli,
• JS / JT – 8–12 mln cykli.

Po tym czasie zaleca się wymianę złącza lub elementu kulowego.

Kulowe połączenie w końcówkach JA, JC i JT działa jak miniaturowe przeguby samonastawne, które częściowo pochłaniają drgania poprzeczne i skrętne generowane podczas pracy siłownika. Dzięki temu zredukowane zostają mikronaprężenia w tłoczysku, a drgania nie przenoszą się na konstrukcję maszyny. W systemach o wysokiej dynamice stosowanie końcówek kompensacyjnych zmniejsza rezonans konstrukcyjny nawet o 15–25%.

SMC określa dedykowane kombinacje:

• JA – dla siłowników ISO (CP96, MB, C95, CQ2),
• JB – dla kompaktowych (CDQ2, CJP, CJ2),
• JC – dla lekkich (CM2, CJ2),
• JS – dla nierdzewnych (CG5-S, CJ5-S),
• JT – dla dynamicznych (MXQ, MXS, MY1-Z),
• JAH – dla dużych średnic (ø50–ø125 mm).

Dobór zależy od wymagań montażowych i charakteru obciążenia.

Większość modeli może pracować przy prędkościach do 1000 mm/s, natomiast końcówki JT i JC, przeznaczone do aplikacji dynamicznych, pozwalają na ruchy nawet do 1500 mm/s. Przy wyższych prędkościach należy unikać gwałtownego zatrzymywania tłoczyska – wskazane jest stosowanie amortyzatorów pneumatycznych RB lub RBQ.

Tak, pod warunkiem, że nie przekroczony zostanie dopuszczalny moment zginający. Modele JAH i JS sprawdzają się w pozycjach pionowych dzięki większej powierzchni styku w łożyskowaniu sferycznym, co zapobiega „osiadaniu” obciążenia.

Przy długim wysuwie (>5× średnica tłoczyska) końcówka kompensacyjna pełni rolę punktu elastycznego, kompensując mikroskopijne odchyłki prowadzenia. Bez niej wystąpiłyby momenty zginające powodujące deformację tłoczyska. W praktyce, w aplikacjach o długim wysuwie końcówka kompensacyjna jest elementem obowiązkowym.

Minimalny luz (rzędu 0,02–0,05 mm) umożliwia swobodny obrót kuli bez zakleszczenia, a jednocześnie zachowuje sztywność osiową. Zbyt duży luz powoduje pogorszenie powtarzalności pozycjonowania, natomiast zbyt mały – zwiększa moment obrotu i zużycie powierzchni. SMC dobiera luz indywidualnie dla każdej średnicy, zapewniając optymalny kompromis między płynnością a precyzją.

Tak, szczególnie serie JS (SUS316) i JT. Dzięki braku elementów z miedzi i smarów mineralnych mogą być używane w środowiskach próżni do 10⁻³ Pa. Zalecane jest wstępne odtłuszczenie i czyszczenie alkoholem izopropylowym przed montażem w systemie próżniowym.

Wartości te odpowiadają pracy ciągłej przy 1×10⁶ cykli.

Tak, ale zaleca się stosowanie osłon gumowych lub tulei ochronnych. Modele JA i JAH mają gniazda kuliste zamknięte, co ogranicza wnikanie cząstek. W warunkach ekstremalnych (np. spieki, szlifowanie) lepiej sprawdzają się modele JC z aluminiowym pierścieniem uszczelniającym.

• Okresowe czyszczenie z kurzu i smaru,
• Ponowne nasmarowanie co 5 mln cykli (smar litowy lub silikonowy),
• Kontrola luzu osiowego i kątowego co 6 miesięcy,
• Wymiana po stwierdzeniu zużycia kulistej powierzchni >0,1 mm.

Tak – seria JT i JC jest często stosowana w siłownikach elektrycznych LEY, gdzie wymagana jest kompensacja niewspółosiowości w osiach liniowych. Końcówki te eliminują naprężenia mechaniczne w przekładniach śrubowych i chronią enkodery przed przeciążeniem osiowym.

• stosowanie smarów nieodpornych na temperaturę,
• blokowanie ruchu kątowego poprzez zbyt ciasny montaż,
• używanie końcówki z uszkodzonym gniazdem,
• niewłaściwe dobranie do masy obciążenia.

Błędy te mogą prowadzić do mikropęknięć w tłoczysku lub utraty powtarzalności pozycjonowania.

• standardowe (JA, JC, JT): –10°C ÷ +80°C,
• nierdzewne (JS): –20°C ÷ +150°C,
• specjalne (JAH – wzmocnione): –10°C ÷ +100°C.

Powyżej 120°C zaleca się stosowanie smarów wysokotemperaturowych (fluorowych).

Typowa kompensacja przesunięcia osiowego: do 0,5 mm, Kątowa: 3°–6°, Osiowa elastyczność (wydłużenie): do 0,2 mm. W praktyce oznacza to, że końcówka może swobodnie przyjąć niewielkie błędy montażowe bez utraty szczelności siłownika.

SMC zaleca:

• stosowanie kontrnakrętki (w zestawie),
• użycie kleju anaerobowego,
• w aplikacjach dynamicznych – zabezpieczenie mechaniczne w postaci pierścienia ustalającego.

Końcówki kompensacyjne JA są zaprojektowane specjalnie dla siłowników pneumatycznych, a nie dla obciążeń rotacyjnych. W odróżnieniu od typowych „rod endów” (SA/SC), końcówki JA:

• mają mniejszy luz roboczy,
• zapewniają większą precyzję osiowania,
• są bardziej odporne na drgania i udary.

Końcówki JT, dzięki obniżonej masie i kulce z hartowanej stali, wykazują o 30% mniejsze opóźnienie reakcji przy zmianie kierunku ruchu. To czyni je idealnymi do układów Pick & Place, gdzie wymagany jest czas cyklu <0,3 s.

• test zmęczeniowy (10⁷ cykli przy 70% obciążenia),
• test korozyjny w mgle solnej (96 h, norma JIS Z 2371),
• test temperaturowy (cykle 0–80°C, 1000 cykli),
• test wibracyjny (20 m/s², 3 h).

Dzięki temu końcówki SMC spełniają najwyższe wymagania jakościowe ISO i JIS.

Tak – modele JS i JT-S są produkowane w wersji odtłuszczonej i bezpyłowej, oznaczonej jako „–XC4” (SMC Clean Series). Nie zawierają miedzi ani silikonu, co pozwala na stosowanie w czystych pomieszczeniach klasy ISO 6–7.

Bo kompensacja niewspółosiowości eliminuje najczęstsze przyczyny awarii siłowników:

• zginanie tłoczyska,
• zużycie uszczelnień,
• nieszczelności przy prowadnicach,
• drgania skrętne.

Dobrze dobrana końcówka kompensacyjna (np. JA, JC lub JT) wydłuża żywotność całego układu pneumatycznego nawet dwukrotnie, poprawiając jednocześnie precyzję, kulturę pracy i bezpieczeństwo konstrukcji.