Диафрагменные камеры

Конструктивно диафрагменный пневматический двигатель представляет собой полую камеру, разделенную эластичной диафрагмой на две изолированные друг от друга полости (рис. 17). Перемещение штока происходит при изгибе диафрагмы под действием сжатого воздуха.

Диафрагменные камеры, как и поршневые цилиндры, могут быть одностороннего и двустороннего действия; по числу рабочих полостей различают камеры сдвоенные и строенные; по способам крепления такие камеры также разделяются на встроенные, качающиеся и плавающие (рис. 18).

На рис. 18, а показана диафрагменная камера одностороннего действия, встроенная непосредственно в корпус пневматического устройства. Это позволяет в ряде случаев более компактно выполнить приспособление и сделать его пригодным для обработки группы однотипных деталей. Здесь сжатый воздух подается в бесштоковую полость I с помощью трехходового воздухораспределительного крана; при этом происходит изгиб диафрагмы 1, и фланец 2 перемещает вверх шток 3 (рабочий ход). При выпуске в атмосферу сжатого воздуха из полости 1 возврат штока, фланца и диафрагмы в исходное положение происходит под действием пружин 4.

Диафрагменные камеры одностороннего действия качающегося типа (рис. 18,6) обычно выполняются в виде самостоятельного узла и, как правило, являются универсальными. Они шарнирно крепятся на станине или корпусе станка с помощью кронштейна. Рабочий ход штока (тянущий или толкающий) осуществляется при впуске сжатого воздуха в одну из полостей камеры. Закрепление заготовки производится через рычаги качающегося типа (первого или второго рода) посредством зажимных устройств приспособления. Такие камеры довольно широко применяются, в частности для станков токарно-револьверной группы.

Плавающие диафрагменные камеры (рис. 18, в) имеют на практике применение, например, для ориентации в нескольких точках крупногабаритных заготовок, а также для закрепления их с помощью передаточных силовых механизмов (прихватов, рычагов и т. п.). Выполняются они обычно двустороннего действия и управляются четырехходовыми кранами.

Конструктивно диафрагменные камеры значительно проще поршневых двигателей, а габариты и вес их меньше. Кроме того, они более стойки в работе. Правильно изготовленная диафрагменная камера выдерживает 500—600 тысяч включений, тогда как уплотнения поршневых двигателей истираются после 10—15 тысяч ходов.

Существенным недостатком диафрагменных камер является сравнительно небольшой ход штока (порядка 30—35 мм) вследствие ограниченной возможности прогиба диафрагмы. При большей величине прогиба возможен разрыв диафрагмы. Кроме того, в отличие от поршневых двигателей, где сила на штоке остается постоянной на всей длине хода, усилие на штоке диафрагменной камеры по мере увеличения длины хода снижается. Это объясняется тем, что часть полезной мощности двигателя тратится на растяжение диафрагмы, при этом с увеличением хода возрастает и сопротивление растяжению, а следовательно, снижается усилие на штоке.

При данной величине прогиба диафрагмы потери мощности привода находятся в прямой зависимости от величины отношения рабочего диаметра диафрагмы к диаметру опорного диска. Так, например, при прогибе диафрагмы 30 мм и отношении d/D =0,2 (см. рис. 17) эти потери составят примерно 110 кгс; при той же величине, прогиба, но отношении    d/D =0,5 потери составят около 170 кгс. Таким образом, чем меньше отношение  d/D, тем меньше затраты мощности на растяжение диафрагмы и тем больше КПД камеры.

Увеличение отношения рабочего диаметра диафрагмы к диаметру опорного диска позволяет увеличить площадь рабочей (активной) части диафрагмы, а следовательно, и мощность двигателя. Практически принимают d/D≤0,8.

Учитывая, что с увеличением прогиба диафрагмы усилие на штоке, при прочих равных условиях, снижается, величину хода штока в таких двигателях при изогнутых диафрагмах следует принимать равной примерно 0,2 D. При плоских диафрагмах ход штока с учетом минимальных потерь не должен превышать 0,15 D.

Приближенное значение усилия на штоке диафрагменной камеры одностороннего действия может быть определено по следующей формуле (при впуске сжатого воздуха в бесштоковую полость I, рис. 17,а):
P = 0,2[(D + d)2p]-Pп,
где  Р — усилие на штоке, кгс;
D — диаметр рабочей части диафрагмы, см;
d — диаметр опорного диска, см;
р — давление воздуха в сети, кгс/см2;
Рп — усилие пружины, кгс.

Усилие на штоке камеры двустороннего действия будет составлять (при впуске сжатого воздуха в штоковую полость II, рис. 17,6):
Р = 0,1 [(D + d)2 – d12]p,
где d1 — диаметр штока, см.

Коэффициенты 0,2 и 0,1 учитывают потери на деформацию диафрагмы и трение в месте уплотнения штока (для камеры двустороннего действия). Формулы справедливы при величине хода штока не более 0,25 D).