Xi lanh khí nén là gì?

Xi lanh khí hay còn được gọi là xi lanh khí nén là thành phần quan trọng trong máy móc công nghiệp và hệ thống tự động hóa. Cấu trúc được thiết kế đơn giản và độ bền cao cho phép chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Nó đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa và nâng cao hiệu suất trong nhà máy bằng cách chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động qua lại.

Cấu trúc xi lanh khí

Dưới đây là các thành phần chính của xi lanh khí

Nguyên lý hoạt động của xi lanh khí

Hoạt động đẩy: Khi khí nén được dẫn vào cổng trước của xi lanh, áp suất mạnh mẽ từ luồng khí lập tức tác động đến bề mặt piston, tạo ra lực đẩy hướng ra ngoài. Lúc này, cần piston di chuyển tịnh tiến ra phía trước, thực hiện thao tác đẩy hoặc kẹp vật thể.

Hoạt động kéo: Ở chiều ngược lại, khi khí nén được cấp vào buồng sau piston, áp suất khí sẽ đẩy piston trở về vị trí ban đầu, kéo theo cần piston thu vào bên trong xi lanh. Cùng lúc đó lượng khí mà buồng trước được giải phóng ra ngoài môi trường, hoàn thành một chu trình làm việc trơn tru, liên tục và chính xác.

Nói một cách dễ hiểu hơn là xi lanh khí vận hành dựa trên sự luân phiên giữa cấp khí và xả khí, tạo nên chuyển động đẩy – kéo luên tục.

Những loại xi lanh khí nén bạn nên biết

Hiện nay mặc dù có nhiều loại xi lanh khí nén khác nhau về hình dáng, kích thước và chức năng nhưng nhìn chung chúng đều thuộc một trong các loại cụ thể được liệt kê dưới đây.

Xi lanh một tác động

Xy lanh khí nén một tác động là loại xi lanh khí nén được thiết kế để hoạt động theo chiều bằng áp suất khí nén, ở chiều ngược lại thì xi lanh được hồi nhờ lực đàn hồi của lò xo.

Đáng chú ý hơn là cấu tạo đơn giản, vận hành ổn định trong thời gian dài, tiêu thụ ít khí nén hơn so với xi lanh tác động kép.

Đặc điểm hoạt động

– Cấp khí vào một đầu để xi lanh chuyển động

– Xi lanh sau đó được trở về bằng lực lò xe

– Cấp khí vào một đầu để xylanh chuyển động

– Xi lanh sau đó được trở về bằng lực lò xo

Xi lanh hai tác động

Khác với xi lanh một tác động thì xi lanh hai tác động là loại xy lanh có khả năng hoạt động theo hai chiều nhờ áp suất khí nén. Điểm khác biệt với xi lanh một tác động thì xi lanh hai tác động sử dụng khí nén cấp vào cả hai đầu của piston để tạo ra chuyển động đi và về.

Điểm nổi bật của xi lanh hai tác động là khả năng tạo ra lực đẩy và lực kéo đều dựa trên áp suất khí nén mà không cần phụ thuộc vào lò xo. Nhờ vậy nó có lực tác động lớn hơn, hành trình chuyển động dài hơn và độ chính xác so với lò xo là hiệu quả hơn nhiều.

Đặc điểm hoạt động

– Cấp khí vào một trong hai đầu để xi lanh chuyển động.

– Cấp khí vào đầu còn lại để xi lanh trở về vị trí ban đầu.

Giảm chấn bằng khí

Là một phần được tích hợp trong xi lanh nhằm hấp thụ năng lượng và chạm của piston khi về cuối hành trình, nhằm giảm tốc độ, hạn chế rung động và tiếng ồn.

Khi piston di chuyển gần hết hành trình, một lượng khí nén bị nén lại trong buồng giảm chấn, tạo nên một lực cản khí nén.

Đặc điểm hoạt động

– Van mở lớn: khí thoát nhanh, lực cản nhỏ → piston di chuyển nhanh.

– Van mở vừa: khí thoát chậm hơn → piston giảm tốc dần.

– Van đóng kín: khí bị nén mạnh → piston dừng êm, tránh va đập.

Xi lanh không trục

Được sử dụng ở nơi có không gian cho việc gá lắp bị giới hạn, hoặc khi tải phải di chuyển trong khu vực thân của xi lanh

Là loại đặc biệt trong đó piston di chuyển dọc theo thân mà không cần sử dụng cần đẩy ngoài. Thiết kế này giúp tiết kiệm không gian lắp đặt, đặc biệt phù hợp ở những vị trí có giới hạn về chiều dài hoặc yêu cầu phải di chuyển trong phạm vi thân xi lanh.

Cấu tạo, xy lanh không trục có 2 dạng chính:

– MY3: Truyền động bằng cơ khí, liên kết trực tiếp giữ piston và bàn trượt.

– CY3: Truyền động bằng từ trường, sử dụng lực hút từ để di chuyền tải mà không cần tiếp xúc cơ học.

Đặc điểm hoạt động

– Tiết kiệm không gian: Không cần lực đẩy ngoài, giúp tối ưu thiết kế cho khu vực lắp đặ hẹp.

– Chuyển động ổn định, êm: Nhờ cơ cấu trượt và lực từ giúp giảm rung tiếng ồn.

– Độ chính xác cao: Thích hợp cho ứng dụng định vị, vận chuyển tuyến tính trong dây chuyền tự động hóa.

Xi lanh có dẫn hướng

Tương tự các dòng xi lanh khí nén khác thì xi lanh có dẫn hướng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đôiủ năng lượng khí nén thành cơ năng.

Khi mà khí nén được cấp và buồng làm việc thì áp suất không khí đẩy piston di chuyển tuyến tính, truyền lực ra cần piston hoặc mặt tiếp xúc để thực hiện công cơ học. Vậy điểm khác biệt của xi lanh dẫn hướng là chỗ nào? đó là ở bộ phận dẫn hướng – bao gồm các thanh trượt hoặc trục dẫn hướng song song với piston, giúp kiểm soát được hướng chuyển động, chống xoắn và phân bổ đều lực tác động.

Đặc điểm hoạt động

–  Chống xoắn: Nhờ hệ thống dẫn hướng song song, xi lanh duy trì được phương hướng chuyển động ổn định, tránh sai lệch do tải lệch tâm.

– Độ chính xác cao: Đảm bảo vị trí làm việc lặp lại ổn định qua hàng nghìn chu kỳ.

– Chịu tải vượt trội: Thiết kế thân vuông chắc chắn và trục dẫn hướng chịu lực đẩy và mô – men xoắn cao.

Xi lanh bàn trượt

Loại xi lanh có piston di chuyển trong thân mà không cần cần đẩy ngoài, giúp tiết kiệm được không gian lắp đặt và phù hợp với những vị trí giới hanh chiều dài.

Có 2 kiểu phổ biến:

– MY3: truyền động bằng cơ khí.

– CY3: truyền động bằng từ trường.

Khi khí nén được cấp vào, piston di chuyển dọc theo thân xi lanh và truyền chuyển động cho bàn trượt, đảm bảo vận hành êm và chính xác.

Xi lanh xoay kiểu cánh quạt

Xi lanh xoay kiểu cánh gạt của SMC là một trong những thiết bị tiên tiến được sử dụng để tạo chuyển động quay góc giới hạn.

Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động quay góc thông qua cánh gạt gắn trong khoanh hình trụ.

Xi lanh xoay kiểu thanh răng – bánh răng

Hoạt động theo nguyên lý chuyển động tinh tiến – chuyển động quay.

Khi khí nén đã tác động, thanh răng có thể di chuyển và làm bánh răng quay.

Có thể tạo góc quay tùy chỉnh từ 0° đến 360°.

Mô – men xoắn lớn, chuyển động mạnh mẽ và chính xác.

Xi lanh xoay 1 thanh răng – 1 bánh răng

– Cấu tạo gọn, đơn giản.

– Phù hợp cho ứng dụng tải nhỏ – không gian hẹp.

Xi lanh xoay 2 thanh răng – 1 bánh răng

– Cân bằng lực hai bên → chuyển động ổn định, giảm mài mòn.

– Tạo mô-men xoắn lớn hơn, thích hợp cho ứng dụng tải cao.

Điểm nổi bật khi lựa chọn xi lanh khí

Bạn đang cân nhắc đầu tư một hệ thống xi lanh khí nén nhưng bạn đã hiểu hết về những điểm nổi bật và cần phải lựa chọn phù hợp với mục đích và điều kiện sử dụng chưa. Dưới đây là những điểm chính cần lưu ý khi lựa chọn.

Kích thước đường kính xi lanh

Lực đẩy của xi lanh khí được tính bằng “tích của diện tích tiếp nhận áp suất của piston xi lanh và áp suất cung cấp”, nó còn được gọi là lực đẩy lý thuyết. Tuy vậy lực thực tế thường nhỏ hơn lực lý thuyết do ma sát của phớt, tải trọng hoặc tổn thất áp suất.

Một khuyến nghị cho bạn khi lựa chọn rằng, chọn xi lanh có lực đẩy thực tế lớn hơn 30-70% so với tải trọng cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn đinh.

Kiểu lắp đặt

Kiểu lắp được phân thành “loại cố định” và ” loại dao đông”.

–  Với loại cố định thì thân xi lanh được cố định và thanh piston di chuyển trên tâm trục thân chính.

–  Với loại dao động thì thân xi lanh không cố định mà lại được hỗ trợ bởi trục di động để có thể dao động và theo chuyển động phân phối.

Việc chọn đúng kiểu gá lắp giúp hoạt động của xi lanh giúp nó vận hành trơn tru hơn, giảm thiểu mài mòn và kéo dài thời gian duy trì vận hành. Bạn cần cân nhắc hướng di chuyển và tính linh hoạt của tải để giúp bạn có một giá đỡ phù hợp.

Hành trình xi lanh

Hành trình xy lanh khí nén có thể chế tùy chỉnh dựa trên kích thước lỗ và loại xy lanh. Tuy nhiên, hành trình càng dài thì độ uốn cong của cần piston và thân xi lanh càng tăng.

Vì vậy khi thiết kế lắp đặt, bạn cần trao đổi và tính toán hành trình tối đa an toàn, đặc biệt trọng trường hợp có tải trọng ngang. Nếu lực ngang lớn thì nên dùng xy lanh có khả năng chịu tải cao, đồng thời kết hợp với khớp nối tự do hoặc phụ kiện đỡ tăng độ ổn định của một dây chuyền tự động.

Tốc độ vận hành

Một yếu tố quan trọng quyết định cách thức hoạt động của xi lanh khí, do chịu ảnh hưởng trực tiếp từ thiết kế cấu tạo và điều kiện tải trọng.

Với tốc độ cao, bạn cần chọn xi lanh có bộ giảm chấn để hấp thụ lực quán tính khi piston dừng.

Ngược lại tốc độ thấp dễ xảy ra rung giật do đặc tính khí nén, nên dùng loại chuyên dụng cho tốc độ thấp.

Khả năng giảm chấn

Xi lanh hoạt động ở tốc độ cao, lực va đập giữa piston và nắp xi lanh ở hành trình cuối là rủi ro khi có thể hư hại đến thiết bị.

Do vậy bạn cần kiểm tra khả năng giảm chấn hoặc hấp thụ va đập của xi lanh. Vậy sử dụng linh kiện gì để giúp tải trọng lớn hay tốc độ cao? thì bạn cần để ý đến xi lanh có bộ giảm chấn tích hợp hoặc trang bị thêm bộ giảm xóc ngoài để bảo vệ xi lanh và toàn bộ hệ thống cơ khí.

Nhiệt độ môi trường, khí quyển

Bạn đặt xi lanh trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc thấp, môi trường có sự ảnh hưởng đến bụi bẩn, cần chọn loại xi lanh có vật liệu và phớt chịu nhiệt – chịu được mài mòn tốt.

Nhiều điểm lựa chọn được giới thiệu ở đây có thể dễ dàng được lựa chọn bằng cách tham khảo phần mềm lựa chọn có sẵn trên trang web của chúng tôi hoặc các bảng hệ thống trong danh mục của chúng tôi, vì vậy hãy tận dụng chúng.