Napędy skrzydełkowe SMC

Napęd skrzydełkowy SMC C(D)RB to pneumatyczny siłownik obrotowy, w którym ruch generowany jest przez skrzydło (łopatkę) połączone bezpośrednio z wałem wyjściowym. W przeciwieństwie do klasycznych siłowników obrotowych z zębatką i zębnikiem, konstrukcja skrzydełkowa zapewnia mniejszą liczbę elementów ruchomych, wysoką powtarzalność kąta oraz kompaktową budowę. Stosowany jest m.in. w pneumatycznych systemach pozycjonowania, manipulacji, podnoszenia, sortowania i ustawiania elementów na liniach produkcyjnych.

Działanie polega na wtłoczeniu sprężonego powietrza do komory, w której znajduje się skrzydło uszczelnione elastomerem. Ciśnienie wywierane na skrzydło powoduje moment obrotowy na wale. Ponieważ skrzydło jest integralną częścią wału, ruch jest bezpośredni, bez przekładni – co minimalizuje luz kątowy, zwiększa precyzję i zmniejsza zużycie mechaniczne w długich cyklach produkcyjnych.

Seria C(D)RB oferuje standardowe kąty:

• 90°
• 180°
• 270°
• kontrola pozycji pośredniej (z opcją regulatora przepływu i układów pozycjonujących)

Dzięki konstrukcji skrzydła możliwe jest także wykonanie niestandardowych kątów, np. 100°, 135° czy innych wartości zależnych od aplikacji.

Seria C(D)RB1 50–100 jest wzmocnioną konstrukcją, projektowaną do większych średnic i wyższych momentów obrotowych:

• zakres średnic: 50–100 mm,
• zwiększona wytrzymałość obudowy,
• ulepszone uszczelnienie skrzydełka,
• podwyższony moment wyjściowy przy zachowaniu tej samej sprawności,
• przygotowanie pod cięższe ramiona manipulacyjne i wyższe obciążenia bezpośrednie.

Model C(D)RB2 W10–40-Z to kompaktowa seria napędów skrzydełkowych przeznaczona do pracy w warunkach wymagających zwiększonej odporności środowiskowej, częstych cykli i ograniczonej przestrzeni montażowej. Wersja „W” wskazuje na możliwość pracy przy obecności mgieł olejowych, zapylenia oraz umiarkowanej wilgotności.

Podstawowym medium jest sprężone powietrze filtrowane do klasy ISO 8573-1:2010 od 5.4.4 do 2.4.2, w zależności od wymagań procesu. Zaleca się użycie powietrza:

• osuszonego,
• wolnego od kondensatu,
• w przypadku serii C(D)RB2 W – dopuszcza się powietrze lekko naolejone.

Moment obrotowy zależy od średnicy i ciśnienia roboczego. Dla przykładu:

• Ø30 mm: ok. 2,4–3,0 Nm
• Ø50 mm: 9–11 Nm
• Ø80 mm: 25–30 Nm

W serii wzmocnionej (C(D)RB1) momenty mogą wzrastać nawet do 50 Nm, co pozwala na zastąpienie innych siłowników obrotowych o większych gabarytach.

Typowy zakres ciśnień dla tej konstrukcji to:

• 0,1–1,0 MPa

Seria C(D)RB2, dzięki ulepszonym uszczelnieniom, lepiej toleruje dolne ciśnienia przy zachowaniu powtarzalności ruchu.

Napędy skrzydełkowe charakteryzują się bardzo wysoką powtarzalnością dzięki brakowi luzu przekładniowego:

• tolerancja kąta: ±0,4°,
• powtarzalność cykliczna: ±0,1–0,2°.

Tak, SMC stosuje amortyzację elastomerową w standardzie. Dodatkowo dostępne są:

• amortyzatory hydrauliczne,
• zewnętrzne tłumiki stworzone do aplikacji dużej masy, co redukuje wstrząsy przy nagłych zatrzymaniach obrotu.

Montaż powinien rozpocząć się od ustawienia napędu w pozycji zerowej (fabrycznej). Producent zaleca stosowanie dedykowanych uchwytów oraz płytek montażowych SMC, zapewniających właściwy rozkład sił. Ważne jest, aby mocowanie nie powodowało odkształceń obudowy – naprężenia mogłyby zwiększać opory ruchu skrzydełka. Śruby należy dociągać momentem zgodnym z tabelami katalogowymi, a samo ramię lub chwytak powinny być montowane na wale z zachowaniem osiowości i symetrii obciążenia.

Tak, ale należy uwzględnić ich naturalną odporność mechaniczną. Konstrukcja skrzydełkowa jest bardziej odporna na drgania niż siłowniki zębatkowe, ponieważ nie posiada przekładni podatnej na mikroprzesunięcia. Jednakże przy drganiach powyżej 1,5 g zaleca się regularną kontrolę śrub montażowych oraz stosowanie zabezpieczeń przeciwpoluzowaniowych (np. Loctite, podkładki sprężyste).

SMC przewiduje stosowanie:

• czujników D-M9, D-A93, D-P – przystosowanych do rowków montażowych w korpusie,
• czujników zbliżeniowych do wykrywania pozycji ramienia,
• enkoderów prostych lub inkrementalnych montowanych zewnętrznie (dla aplikacji pozycjonowania w półautomatyce).

Czujniki magnetyczne wykrywają pierścienie magnesów zamknięte w konstrukcji skrzydła.

Uszczelnienie składa się z odpornego elastomeru (najczęściej NBR lub FKM), który dopasowuje się do krzywizny wewnętrznej komory. Twardość i profil uszczelnień zapewniają minimalny przeciek powietrza, co przekłada się na wysoki moment obrotowy. W wersjach wzmocnionych stosuje się także elementy PTFE i dwustopniowe uszczelnienia.

Ograniczniki realizowane są za pomocą:

• fabrycznych pinów montowanych w obudowie,
• ograniczników śrubowych (regulowanych w modelach RB2),
• lub ograniczników zewnętrznych na mechanizmach współpracujących.

To umożliwia ustawienie niestandardowych kątów i uniknięcie przeciążeń skrzydła.

Tak – dzięki minimalnej masie części ruchomych oraz bezpośredniemu przeniesieniu momentu. Modele CRB mogą pracować w cyklach nawet powyżej 5 Hz, pod warunkiem zastosowania odpowiedniej amortyzacji oraz stabilnych parametrów powietrza.

Prędkości obrotowe wynoszą od 0,1 do 1,0 s/90°, zależnie od wielkości siłownika, przekroju przewodów, ciśnienia i regulacji przepływu. SMC dopuszcza prędkości większe po zastosowaniu dodatkowych zaworów szybkiego wydechu.

Prędkość reguluje się poprzez:

• dławiąco-zwrotne regulatory przepływu SMC,
• zawory Quick-Exhaust przy wydechu,
• ustawienia elektroniczne w wyspach zaworowych (w systemach Fieldbus).

Regulacja jest stabilna dzięki zminimalizowanemu tarciu uszczelnień skrzydła.

W standardowych aplikacjach napędy są bezobsługowe, a smar fabryczny wystarcza na cały okres eksploatacji. W trudnych warunkach (pył, wysoka dynamika) zaleca się okresową wymianę powietrza na lekko naolejone.

Tak. Seria W charakteryzuje się:

• ulepszoną powłoką antykorozyjną obudowy,
• odpornymi na chemikalia uszczelnieniami,
• większą szczelnością komory skrzydełkowej.

Przeznaczona jest do aplikacji w przemyśle spożywczym, pakującym, papierniczym i meblarskim.

Tak, ale tylko w zakresie pozycji krańcowych lub półkrańcowych. Jeżeli potrzebne jest pozycjonowanie ciągłe (servo), stosuje się dodatkowy zewnętrzny układ sterujący lub siłownik obrotowy elektryczny. Napęd skrzydełkowy sam w sobie jest bardzo powtarzalny, ale nie wykonuje dowolnych pozycji pośrednich bez dodatkowych rozwiązań.

Wał jest podparty dwoma łożyskami ślizgowymi lub tocznymi (zależnie od wersji), co umożliwia przenoszenie obciążeń bocznych. Jednak obciążenia skrajnie asymetryczne mogą skracać żywotność uszczelnień skrzydełka. W takich przypadkach zaleca się stosowanie zewnętrznych podpór.

Oznaczenie „D” oznacza wykonanie z czujnikami położenia (magnetycznymi). Korpus posiada rowki montażowe i magnes wbudowany w mechanizm skrzydełka.

Tak, do pewnego stopnia. Skrzydełko działa jak bezpośredni tłok obrotowy, więc przeciążenia są przenoszone bez udziału przekładni. Jednak powtarzalne przeciążenia powyżej danych katalogowych mogą doprowadzić do zużycia uszczelnień lub odkształceń wału.

Przykładowo:

• CRB Ø30 – ok. 200 g
• CRB Ø50 – ok. 450–600 g
• CRB1 100 – nawet 2–3 kg

Masa rośnie proporcjonalnie do pola czynnego skrzydełka.

Standardowo: –10°C do +60°C Wersje specjalne: –20°C lub +80°C, np. z uszczelnieniami FKM.

Tak – konstrukcja nie wymaga orientacji w przestrzeni. Ważne jest jedynie, aby przewody były poprowadzone tak, by nie przenosiły momentów na korpus.

„Z” oznacza wariant niestandardowy, zwykle obejmujący specjalne kąty obrotu lub rozszerzenia dotyczące materiałów.

Zużycie zależy od objętości komory napędowej. Dla Ø50 wynosi ok. 0,13–0,16 dm³ na jeden obrót (zależnie od kąta 90° lub 180°).

Tak, ale wymagają stosowania wersji ATEX zgodnych z dyrektywą 2014/34/UE. Standardowe modele nie są ATEX-em, jednak SMC oferuje odmiany specjalne pracujące w strefach 2/22.

Napęd skrzydełkowy:

• ma mniej części,
• jest lżejszy,
• jest bardziej powtarzalny,
• nie wymaga regulacji luzów,
• ma wyższy moment przy tej samej wielkości.

Napęd z listwą:

• umożliwia większe kąty obrotu (nawet 360°),
• przenosi większe obciążenia promieniowe i osiowe,
• sprawdza się przy dużych ramionach.

Dobór zależy od:

• masy elementu,
• długości ramienia,
• momentu bezwładności,
• liczby cykli,
• wymaganej dynamiki.

SMC udostępnia nomogramy, które pozwalają precyzyjnie dobrać wielkość.

Najczęstsze problemy:

• skręcanie korpusu niejednorodnym momentem,
• naprężenia na przewodach powietrza,
• montaż ramienia poza osią,
• brak ograniczników obciążenia.

Tak, dostępne są różne warianty wykonania wałów – okrągłe, z płaską ścianką, z kołnierzem.

Należy stosować:

• zewnętrzne zderzaki,
• amortyzatory hydrauliczne,
• ograniczniki mechaniczne.

Tak, są jednymi z najlepszych rozwiązań do szybkich, powtarzalnych obrotów 90°.

Wykorzystuje się:

• reduktory ciśnienia startowego,
• zawory proporcjonalne,
• regulatory przepływu.

Wymaga rozpołowienia obudowy i ostrożnego demontażu skrzydła. Nie zaleca się wykonywania tego bez przeszkolenia.

Tak, pod warunkiem zabezpieczenia przed:

• wodą,
• skrajną temperaturą,
• promieniowaniem UV.

W suchym miejscu, w temperaturze 10–40°C, z zaślepionymi portami.

Tak – przewymiarowanie zwiększa żywotność, ale zbyt duży model może wymagać dużych przepływów powietrza i zaworów.

Standardowa trwałość wynosi 20–40 mln cykli, lecz w praktyce często przekracza 50 mln, jeśli powietrze jest dobrze przygotowane.

Tak – przy przeciążeniu skrzydło „odda” część energii przez ściśliwość powietrza.

• uchwyty,
• tłumiki hałasu,
• regulatory SMC AS,
• amortyzatory RJ, RB,
• czujniki M9/M7/A9.

Tak – dzięki niskiej masie i powtarzalności jest często stosowany w małych manipulatorach pneumatycznych.

Najczęściej stosuje się zawory:

• SY3000, SY5000 (SMC),
• VQZ,
• serię VQ do dynamicznych aplikacji.

Nie. Napędy skrzydełkowe wymagają dodatniego ciśnienia do wytworzenia momentu.

Należy sprawdzić:

• szczelność uszczelnień,
• stan powietrza,
• poprawność montażu ramienia,
• ewentualne uszkodzenia wału.

Tak – CE, RoHS, opcjonalnie ATEX oraz FDA w wariantach specjalnych.

Najczęściej w automatyce przemysłowej:

• stanowiska montażowe,
• linie pakujące,
• roboty pneumatyczne,
• stoły obrotowe,
• manipulatory,
• klapy dozujące,
• systemy sortowania.

Są cenione za kompaktowość, wysoki moment przy niewielkiej masie, powtarzalność oraz długą żywotność cykliczną.