Đế xi lanh khí nén là chi tiết cơ khí dùng để gá xi lanh vào khung máy, truyền lực phản lực từ thân xi lanh sang kết cấu cố định và quyết định xi lanh được phép trượt, xoay hay lắc theo hướng nào. Chọn sai đế xi lanh khí nén làm bu lông lỏng, cần piston bị cong hoặc phớt mòn sớm dù xi lanh bản thân còn tốt. Bài này giải thích các kiểu gá CA, CB, FA, FB, LB, TC, cách chọn theo hướng lực và những lỗi lắp đặt hay gặp.
Đế xi lanh khí nén là gì
Đế xi lanh khí nén (tiếng Anh: mounting, hay mounting bracket) là phụ kiện bắt vào thân hoặc nắp đầu của xi lanh khí nén, một đầu nối với xi lanh, đầu kia bắt vào khung máy. Khi xi lanh đẩy hoặc kéo tải, thân xi lanh chịu phản lực cùng độ lớn, ngược chiều. Đế là bộ phận duy nhất giữ cho phản lực đó đi vào khung máy thay vì làm xi lanh dịch chuyển.
Đế xi lanh khí nén thường làm bằng thép mạ kẽm (phổ biến nhất), nhôm đúc cho tải nhẹ hoặc cần giảm trọng lượng, và inox 304 cho môi trường ẩm, hóa chất hay thực phẩm. Kích thước đế gắn với đường kính xi lanh, và xi lanh theo ISO 15552 có kích thước lắp tiêu chuẩn nên đế của hãng này thường lắp được cho hãng khác trong cùng cỡ. Tổng quan chung về cấu tạo xi lanh có thể xem thêm ở xi lanh khí nén (Wikipedia).
Ký hiệu kiểu gá bằng chữ cái (LB, FA, FB, CA, CB, TC) phổ biến trên thị trường, nhưng không phải mã chuẩn quốc tế duy nhất; cách đặt tên có thể khác theo hãng, nên cần đối chiếu catalogue trước khi đặt mua.
Các kiểu đế xi lanh khí nén
Đế là chi tiết cơ khí trong hệ thống khí nén nhưng không tham gia dẫn khí; nó chỉ làm nhiệm vụ truyền lực và định hướng cho xi lanh. Các kiểu gá chia theo vị trí bắt (chân, bích trước, bích sau, khớp đuôi, trục giữa) và theo chuyển động cho phép (cố định hoặc xoay).
Đế xi lanh khí nén dạng chân LB
Đế xi lanh khí nén LB (foot) gồm hai chi tiết hình chữ L bắt vào hai đầu thân xi lanh; chân đế ép lên mặt phẳng song song với trục xi lanh. Đây là kiểu phổ biến nhất vì dễ lắp, dễ thay. Tuy vậy trục xi lanh nằm cao hơn mặt gá một đoạn, nên lực đẩy tạo mô-men làm xi lanh có xu hướng lật quanh chân đế.
Ví dụ: xi lanh D = 63 mm, 6 bar, lực đẩy lý thuyết khoảng 1870 N; trục cách mặt gá 40 mm tạo mô-men khoảng 75 N·m; hai chân cách nhau 150 mm nên bu lông hai chân chịu thêm lực khoảng 500 N, một bên kéo một bên nén (số liệu giả định để minh họa).
Đế xi lanh khí nén mặt bích FA, FB
Với đế xi lanh khí nén dạng bích, FA gắn ở nắp trước (phía cần), FB ở nắp sau. Lực truyền thẳng theo trục qua mặt bích nên mô-men lật rất nhỏ, kết cấu cứng vững hơn LB.
Cần chú ý hướng lực lên bu lông: nếu hành trình mang tải chính ép mặt bích lên tấm đỡ thì lực đi qua mặt tiếp xúc (nén), mối ghép bền hơn; nếu hành trình mang tải chính kéo bích rời khỏi tấm thì lực đi qua thân bu lông (kéo), dễ mỏi ren. Với tấm gá nằm trước bích FA (cần xuyên qua tấm), hành trình kéo ép bích vào tấm; còn với FB, tấm nằm sau xi lanh nên hành trình đẩy ép bích vào tấm.
Đế xi lanh khí nén khớp xoay CA, CB
Đế xi lanh khí nén CA là khớp một tai (clevis một mắt) ở nắp sau, CB là khớp hai tai (chữ U) bắt chốt ngang qua nắp sau. Hai kiểu này cho phép toàn bộ xi lanh lắc quanh chốt, phù hợp khi tải di chuyển theo cung tròn trong một mặt phẳng. Chốt phải vuông góc với mặt phẳng lắc; lệch trục chốt sẽ ép cần vào bạc dẫn hướng. Hình dạng cụ thể khác nhau theo hãng, nên đối chiếu bản vẽ catalogue.
Đế xi lanh khí nén trục xoay TC
Đế xi lanh khí nén TC là cặp trục xoay (trunnion) gắn quanh thân xi lanh, thường ở vị trí giữa thân hoặc vị trí do khách chỉ định. Xi lanh xoay quanh trục này nên bán kính lắc nhỏ hơn so với CA, CB, và mô-men cân bằng hơn. TC phù hợp khi không gian phía sau xi lanh hạn chế và hành trình ở mức trung bình. Vị trí trục phải đặt chính xác theo bản vẽ; đặt sai làm xi lanh bị vặn khi chạy.
| Kiểu | Hình dạng | Chuyển động | Lực chính qua |
|---|---|---|---|
| LB | Hai chân chữ L ở hai đầu thân | Cố định | Bu lông chân, có mô-men lật |
| FA | Mặt bích ở nắp trước | Cố định | Bu lông bích, đi thẳng trục |
| FB | Mặt bích ở nắp sau | Cố định | Bu lông bích, đi thẳng trục |
| CA | Khớp một tai ở nắp sau | Lắc một mặt phẳng | Chốt, chịu cắt |
| CB | Khớp hai tai ở nắp sau | Lắc một mặt phẳng | Chốt, chịu cắt |
| TC | Hai trục xoay quanh thân | Lắc một mặt phẳng | Trục, chịu cắt và uốn |
Một số hãng còn có kiểu SDB và nhiều ký hiệu riêng khác, hình dạng và công dụng không thống nhất giữa các hãng. Đây là lý do cần xác nhận catalogue, thay vì chỉ dựa vào chữ cái.
Đế cố định và đế xoay
Phân biệt cơ bản nhất khi chọn đế xi lanh khí nén là xi lanh có được phép đổi hướng trục trong khi chạy hay không. Đế xi lanh khí nén cố định (LB, FA, FB) giữ trục xi lanh bất động, dùng khi tải đi theo đường thẳng và có dẫn hướng. Đế xi lanh khí nén xoay (CA, CB, TC) cho thân xi lanh lắc quanh chốt, dùng khi đầu cần chuyển động theo cung tròn, ví dụ nâng cánh tay đòn hoặc mở cửa.
- Đế xi lanh khí nén cố định: cứng vững, chịu lực lớn, nhưng không cho phép lệch trục. Đầu cần phải được dẫn hướng riêng (ray, thanh dẫn) hoặc nối bằng khớp nối bù lệch.
- Đế xi lanh khí nén xoay: triệt tiêu mô-men lệch khi tải đi cung, nhưng thân xi lanh chuyển động nên ống dẫn khí phải đủ dài và mềm, và cần piston dễ oằn hơn vì cả hai đầu đều là khớp.
Đế xoay luôn đi với khớp nối ở đầu cần (khớp một tai, hai tai hoặc khớp cầu). Nếu thân xi lanh xoay được mà đầu cần bắt cứng vào tải, cơ cấu sẽ bị kẹt hoặc bó. Ngược lại, đế cố định mà đầu cần xoay tự do vẫn cho phép dịch chuyển nhẹ, nhưng không hợp với tải cung lớn.
Vì sao đế xi lanh khí nén kiểu xoay dễ làm cần oằn? Cần piston chịu nén theo công thức Euler, và tải tới hạn tỉ lệ nghịch với bình phương chiều dài hiệu dụng. Khi cả hai đầu đều xoay (hệ số K = 1), tải tới hạn thấp hơn nhiều so với khi thân được gá cứng bằng bích và đầu cần có dẫn hướng (K khoảng 0,5 đến 0,7). Hãng thường công bố đồ thị hành trình tối đa theo tải riêng cho từng kiểu gá, nên với hành trình dài và đế sau xoay (CA, CB), hãy kiểm tra đồ thị này trước khi chọn.
Cách chọn đế xi lanh khí nén theo tải
Việc chọn đế xi lanh khí nén bắt đầu bằng đường đi của tải và hướng lực chính, rồi mới đến kích thước và vật liệu.
- Tải đi thẳng, có dẫn hướng: dùng đế cố định. Lực lớn thì ưu tiên mặt bích FA hoặc FB vì lực đi theo trục. Dùng LB khi tiết diện gá hẹp hoặc cần tháo nhanh, nhưng chấp nhận mô-men lật.
- Tải đi theo cung tròn: dùng đế xoay (CA, CB, TC) kèm khớp nối ở đầu cần. TC phù hợp khi bán kính lắc nhỏ và hành trình vừa phải; CA, CB dùng khi cần cấu hình gọn ở phía sau.
- Chú ý hướng lực chính: chọn bích sao cho hành trình mang tải chính ép bích lên tấm đỡ, không kéo bích rời ra.
- Hành trình dài: thêm gối đỡ giữa thân hoặc đổi sang dẫn hướng thêm; với đế sau xoay phải kiểm tra uốn cần.
- Môi trường: thép mạ kẽm cho nhà xưởng khô, inox cho nơi rửa nước hoặc hóa chất, nhôm cho tải nhẹ.
Ví dụ với máy dập nhỏ dùng van đạp chân để người vận hành điều khiển, xi lanh ép thẳng xuống phôi nên dùng gá cố định, ví dụ mặt bích sau FB ở trên đầu máy để lực đẩy ép mặt bích lên tấm đỡ. Nếu máy lật phôi qua cung tròn nhờ cánh tay đòn thì chuyển sang đế CB hoặc TC kèm khớp nối đầu cần. Nên nhớ lực đẩy và lực kéo của cùng một xi lanh không bằng nhau, nên khi tính độ bền bu lông phải lấy lực lớn hơn trong hai hành trình.
Lắp đặt và lỗi do gá sai
Lỗi lắp đặt đế xi lanh khí nén gây hỏng xi lanh nhiều hơn lỗi bản thân xi lanh. Nguyên tắc cơ bản là tải phải đồng trục với cần piston, và mọi lực ngang phải do kết cấu dẫn hướng gánh, không để xi lanh chịu.
- Lệch tâm hoặc không đồng trục: tạo lực ngang ép cần vào bạc dẫn hướng, làm xước cần, mòn bạc và phớt cần, dẫn đến rò khí quanh cần. Dùng khớp nối bù lệch (floating joint) ở đầu cần khi khó căn chỉnh chính xác.
- Mặt gá không phẳng: siết bu lông làm cong thân xi lanh. Gia công hoặc chêm phẳng mặt gá trước khi lắp.
- Bu lông không đúng cấp bền hoặc không đủ lực siết: bắt đế bằng bu lông cấp bền 8.8 trở lên (giới hạn bền kéo tối thiểu 800 MPa, giới hạn chảy 640 MPa). Xem bảng kích thước bu lông lục giác để chọn ren và cờ lê; mô-men siết tham khảo cho cấp bền 8.8 khoảng 10 N·m (M6), 25 N·m (M8), 49 N·m (M10), tùy bôi trơn và theo bảng của nhà sản xuất. Siết đều theo thứ tự chéo, siết lại sau những giờ chạy đầu.
- Vật tư gá: chọn bu lông, đai ốc và vòng đệm đồng bộ cấp bền, thêm đệm vênh hoặc keo khóa ren khi rung.
- Che rãnh cảm biến: đế và các chi tiết kẹp không được che hoặc ép lên rãnh gắn cảm biến hành trình; thép từ tính sát rãnh còn làm nhiễu từ trường, khiến cảm biến báo sai.
- Chốt xoay khô, kẹt: đế xi lanh khí nén CA, CB, TC cần bôi mỡ chốt và kiểm tra rơ; chốt rơ làm xi lanh va đập mỗi lần đổi chiều.
Sau lắp, chạy thử không tải ở áp thấp, quan sát thân xi lanh có nhích hoặc lắc bất thường không, rồi mới tăng áp. Trong bảo trì định kỳ, nên đưa việc kiểm tra độ đồng trục, độ siết bu lông và độ rơ chốt vào lịch kiểm tra cùng với rò khí và phớt.
Viva hỗ trợ tư vấn chọn đế gá và xi lanh khí nén theo kiểu chuyển động, hành trình và tải thực tế của khách; gửi bản vẽ hoặc mã xi lanh để được báo giá. Văn phòng Hà Nội: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về đế xi lanh khí nén
Đế xi lanh khí nén LB và FA khác nhau thế nào?
LB là hai chân chữ L bắt ở hai đầu thân, dễ lắp nhưng tạo mô-men lật vì trục xi lanh cao hơn mặt gá. FA là mặt bích ở nắp trước, lực đi thẳng theo trục nên cứng vững hơn và ít lật. Chọn LB khi cần gá nhanh, FA khi lực lớn và gá trên tấm đứng.
Khi nào dùng đế xi lanh khí nén CA hoặc CB?
Dùng khi tải chuyển động theo cung tròn trong một mặt phẳng, ví dụ cánh tay đòn hoặc cửa. CA là khớp một tai, CB là khớp hai tai ôm chốt, cho phép cả xi lanh lắc quanh chốt. Phải kèm khớp nối ở đầu cần và kiểm tra uốn cần khi hành trình dài.
Đế xi lanh khí nén TC lắp ở vị trí nào trên thân?
TC là cặp trục xoay quanh thân, thường đặt ở giữa thân hoặc vị trí khách chỉ định khi đặt hàng. Vị trí trục ảnh hưởng đến mô-men và độ ổn định khi lắc, nên cần đúng theo bản vẽ. Đặt sai làm xi lanh bị vặn và mòn bạc cần.
Bu lông bắt đế xi lanh khí nén nên dùng cấp bền nào?
Thường dùng cấp bền 8.8 trở lên cho thép, siết đều theo thứ tự chéo và siết lại sau những giờ chạy đầu. Với xi lanh đường kính lớn hoặc tải va đập, nên tính lực kéo lên từng bu lông và chọn cỡ ren đủ lớn. Môi trường ăn mòn thì dùng bu lông inox hoặc mạ.
Đế xi lanh khí nén của hãng này lắp được cho xi lanh hãng khác không?
Lắp được khi cả hai theo cùng tiêu chuẩn kích thước, ví dụ ISO 15552, vì khoảng cách lỗ gá, ren và vị trí chốt giống nhau. Ký hiệu chữ cái có thể khác theo hãng nên cần đối chiếu bản vẽ kích thước, không chỉ dựa vào tên LB, FA hay CA.
Đế xi lanh khí nén giá rẻ nhất