Поворотный пневмопривод: виды, момент, как выбрать

Кратко: поворотный пневмопривод превращает давление сжатого воздуха в крутящий момент и поворачивает вал или стол на ограниченный угол, обычно на 90° или 180°. По конструкции бывают реечные, лопастные и приводы с кулисным механизмом; в оснастке чаще всего ставят реечные поворотные столы и компактные лопастные приводы. Выбор начинают с момента, который нужен нагрузке с запасом, затем проверяют угол, скорость и энергию в упоре.

Подобрать и купить пневмоприводы в каталоге →

Запрос «поворотный пневмопривод» ищут с двумя разными задачами. Одни хотят повернуть деталь, захват или стол в станке и на линии, другие ищут привод для шарового крана или дискового затвора. Это разные изделия: у привода для арматуры есть стандартный фланец и хвостовик, у привода для оснастки их нет. Ниже разобраны оба случая, а в конце сказано, что из этого есть у нас в каталоге.

Что такое поворотный пневмопривод

Поворотный пневмопривод (его называют ещё неполноповоротным приводом, поворотным цилиндром или поворотным модулем) — пневматическое устройство, у которого выходное звено вращается на ограниченный угол и не делает полного оборота. В отличие от пневмоцилиндра, он не толкает шток, а создаёт момент в Н·м. Подробнее о цилиндрах с линейным ходом — в статье «Односторонний и двусторонний пневмоцилиндр» и в каталоге пневмоприводов.

Два вида задач: оснастка и арматура

Признак	Привод для оснастки	Привод для арматуры
Что поворачивает	Захват, кантователь, стол, заслонку, лоток	Шаровой кран, дисковый затвор
Присоединение	Фланец и отверстия самого привода, лапы, торцевое крепление	Фланец по ISO 5211 и хвостовик (квадрат или шлиц) под вал арматуры
Угол	90°, 180°, до 270° у отдельных серий, у столов регулируется упорами	Обычно 90°
Что важно	Момент, угол, скорость, энергия в упоре, точность	Момент арматуры с запасом, типоразмер фланца, положение при потере воздуха
Серии WAALPC	HRQ, CRB2, CRA1, MSZA	Привода под ISO 5211 в каталоге нет

Виды по конструкции: реечный, лопастной, кулисный

Вид	Как работает	Особенность	Серия WAALPC
Реечный	Поршни с зубчатой рейкой двигаются линейно и вращают шестерню на выходном валу	Момент примерно постоянен по всему углу (у двустороннего действия)	HRQ (стол с двойной рейкой), CRA1
Лопастной	Воздух давит на лопасть, закреплённую на валу; поршня и штока нет	Компактный; двухлопастное исполнение даёт вдвое больший момент при тех же габаритах	CRB2
Трёхпозиционный стол	Поворотный стол с тремя фиксированными положениями	Три фиксированных положения вместо двух	MSZA
Кулисный (scotch yoke)	Поршень со штоком двигает палец в прорези кулисы, которая вращает вал	Момент больше в начале и в конце хода, меньше в середине; применяют в приводах для арматуры на большие моменты	Нет

Реечный механизм даёт примерно постоянный момент на всём повороте, а у кулисного момент по ходу меняется: он выше на концах и ниже в середине. Поэтому для арматуры, которой нужен большой момент «страгивания», берут кулисные приводы, а для оснастки чаще хватает реечного или лопастного. У лопастных приводов серии CRB по каталогу SMC однолопастное исполнение поворачивается до 270°, а двухлопастное в стандартных углах 90° и 100° даёт вдвое больший момент при тех же наружных размерах (кроме размера 10).

Как работает: воздух, камеры и распределитель

В обычном двустороннем поворотном приводе две полости: подача воздуха в одну полость поворачивает вал в одну сторону, подача в другую возвращает его обратно. Чаще всего их ведёт распределитель 5/2 (см. типы пневмораспределителей). У приводов для арматуры бывает и одностороннее действие с пружинным возвратом: при потере воздуха пружина ставит привод в крайнее положение. В какое именно — закрыто или открыто, — задаёт сборка привода, и это решение по безопасности процесса, а не по удобству монтажа. Часть усилия поршней у такого привода уходит на сжатие пружины, поэтому при том же размере момент на валу меньше, чем у двустороннего.

Момент: как посчитать и с чем сравнить

Крутящий момент поворотного привода пропорционален давлению воздуха, площади, на которую оно действует, и плечу механизма. Для расчёта удобнее взять готовое значение из листа производителя: для HRQ это «теоретический момент при 0,5 МПа». При другом давлении теоретический момент в первом приближении пересчитывают пропорционально: при 0,4 МПа он составит 80 % от значения при 0,5 МПа; реальный момент ещё зависит от трения.

Нужный момент зависит от задачи. Если деталь скользит по плоскости, момент трения равен K · μ · m · g · r. Если центр масс поднимается или вся нагрузка перекладывается в вертикальной плоскости, нужен момент от веса: T = K · m · g · L, где L — плечо от оси поворота до центра масс. K — запас, его выбирает инженер по ходу и повторяемости процесса; значения в формулах не нормативные. Полные расчёты для кантователя разобраны в статье «Кантователь: расчёт момента пневматического привода».

Теоретический момент поворотного стола HRQ

Данные листа AirTAC HRQ (каталог 2025, давление 0,5 МПа). Наши серии HRQ и HRQ-A выпускаются как совместимый аналог этого стола.

Типоразмер	Момент при 0,5 МПа, Н·м	Допустимая энергия в упоре: винт / амортизатор, Дж	Цена
HRQ2	0,2	0,0015 / —	12 320 ₽
HRQ3	0,33	0,002 / —	11 560 ₽
HRQ7	0,63	0,006 / —	11 560 ₽
HRQ10	1,1	0,01 / 0,04	5 180 ₽
HRQ20	2,2	0,025 / 0,12	6 890 ₽
HRQ30	2,8	0,05 / 0,12	8 670 ₽
HRQ50	5,0	0,08 / 0,30	12 700 ₽

По тому же листу: давление 0,15–0,7 МПа (у HRQ2 — от 0,25, у HRQ3 и HRQ7 — от 0,2 МПа), температура −20…+70 °C, угол регулируется 0–190°, повторяемость 0,2° с регулировочным винтом и 0,05° со встроенным амортизатором (исполнение A, от типоразмера HRQ10). Время поворота на 90° у HRQ7–HRQ50: с винтом 0,2–1,0 с, с амортизатором (от HRQ10) 0,2–0,7 с; у HRQ2 и HRQ3 с винтом 0,2–0,7 с. Для лопастных CRB2 и реечных CRA1 значения момента даны в паспорте на исполнение: запросите его при подборе.

Пример: переворот детали массой 1 кг на HRQ

Деталь массой m = 1,0 кг, центр масс на плече L = 0,06 м от оси, переворот на 90° за 0,5 с в вертикальной плоскости. Массой оснастки пренебрегаем, деталь считаем точечной массой.

• Момент от веса: m · g · L = 1,0 · 9,81 · 0,06 = 0,59 Н·м. С запасом K = 3 нужен момент 1,77 Н·м.
• HRQ20 при 0,5 МПа даёт 2,2 Н·м: запас по моменту 2,2 / 0,59 = 3,7. Но на стенде на привод может приходить не 0,5, а 0,4 МПа: момент падает до 2,2 · 0,8 = 1,76 Н·м, запас сжимается до 2,98, то есть уже чуть ниже принятого K = 3. HRQ30 (2,8 Н·м) даёт запас 4,8 при 0,5 МПа и 3,8 при 0,4 МПа.
• Энергия в упоре: момент инерции детали относительно оси I = m · L² = 1,0 · 0,06² = 0,0036 кг·м². При средней угловой скорости ω = (π/2) / 0,5 = 3,14 рад/с кинетическая энергия E = ½ · I · ω² = 0,018 Дж. Допустимая энергия HRQ20 с винтом — 0,025 Дж: запас 1,4 раза по средней скорости. В конце хода скорость выше средней: если она вдвое больше, энергия вырастет вчетверо, примерно до 0,07 Дж, и винта уже недостаточно (это ориентир, а не расчёт). Нужен привод с амортизатором (HRQ-A-20, 0,12 Дж) или дроссели, замедляющие ход.

Вывод: для этой задачи берут HRQ-A-20 или HRQ-A-30. Цена HRQ-A-20: 10 800 ₽. Подачу и выхлоп настраивают дросселями, об этом ниже.

Как выбрать поворотный привод

1. Определите тип нагрузки: трение, подъём центра масс, арматура. Для арматуры нужен момент самой арматуры из её паспорта, а не расчёт по весу.
2. Найдите нужный момент с запасом и сравните с моментом привода при реальном давлении на стенде, а не при 0,5 МПа из листа.
3. Проверьте угол: 90° и 180° есть у большинства серий; более 190° и до 270° — у лопастных исполнений CRB; три положения — у столов MSZA и MSZB.
4. Проверьте энергию в упоре и время поворота по листу привода. Если нагрузка массивная, берите исполнение со встроенным амортизатором.
5. Определите присоединение: стол с центральным отверстием и крепёжными резьбами, лапы, торцевое крепление, фланец ISO 5211 для арматуры.
6. Подберите управление: распределитель, дроссели, глушители, датчики положения (у столов HRQ магнит встроен).

Чем управлять приводом: распределитель, дроссели, глушители

Поворотный привод управляется так же, как пневмоцилиндр двустороннего действия. Распределитель 5/2 серии 4V подаёт воздух в нужную полость, например 4V210-08-DC24V: 840 ₽. Скорость поворота задают дросселями на выхлопе: серия SL ввинчивается в порт привода, например SL06-M5 (резьба M5, как у торцевых портов HRQ типоразмеров 2–50): 110 ₽. Резьбу порта конкретного привода сверяйте по его листу. Дросселирование на выхлопе делает поворот плавнее и снижает энергию в упоре, а о том, как это сделать, подробно сказано в статье «Дроссели в пневматике». Шум выхлопа гасят глушителем BESL, например BESL-02: 160 ₽.

Подачу воздуха на привод считают по объёму полостей и числу циклов: для этого есть калькулятор расхода воздуха и калькулятор скорости.

Привод для арматуры: ISO 5211 и что у нас есть

Присоединение поворотных приводов к трубопроводной арматуре описывает стандарт ISO 5211: он задаёт размеры фланца, размеры хвостовика (ведущего элемента) и справочные значения момента для соединений. Фланцы обозначаются F03, F05, F07, F10, F12 и так далее; по справочным таблицам окружность расположения болтов для F03 составляет 36 мм, F05 — 50 мм, F07 — 70 мм, F10 — 102 мм, F12 — 125 мм, обычно четыре отверстия. Размеры хвостовика у разных источников различаются, поэтому перед закупкой их сверяют по чертежу привода и арматуры.

Привода под ISO 5211 в каталоге WAALPC нет, и приводы HRQ, CRB2, CRA1 для кранов не используют: у них нет такого фланца, а момент, как правило, меньше. По графику каталога SMC момент CRB2 типоразмера 20 при 0,5 МПа не доходит до 2 Н·м, а для шарового крана Ду20 нужен момент порядка 5 Н·м (ориентир из таблиц подбора, зависит от крана и давления среды). Отдельных приводов под ISO 5211 у нас нет, но есть арматура с готовым пневмоприводом (например, дисковый затвор D671X-10Q) и распределители для управления. Подробнее: «Пневмокран: шаровой кран с приводом».

Типичные ошибки при выборе

• Считают по формуле цилиндра «усилие = давление × площадь»: для поворотного привода нужен момент в Н·м, а не сила.
• Берут момент из листа при 0,5 МПа, а на линии 0,4 МПа: запас по моменту исчезает.
• Не проверяют энергию в упоре: быстрый поворот массивной детали разрушает упор и подшипник.
• Ставят привод для оснастки на кран и затвор: нет фланца ISO 5211 и не хватает момента.
• Не продумывают положение при потере воздуха: для арматуры это решение по безопасности процесса.
• Дросселируют вход, а не выхлоп: поворот идёт рывками, особенно при вертикальной нагрузке.

Часто задаваемые вопросы

Чем поворотный пневмопривод отличается от пневмоцилиндра?

Пневмоцилиндр даёт линейное усилие на штоке, а поворотный привод даёт крутящий момент на валу или столе и поворачивает нагрузку на ограниченный угол. Поэтому формула «усилие = давление × площадь поршня» к нему напрямую не применяется: нужен момент в Н·м.

Какой угол поворота у пневматического поворотного привода?

Зависит от конструкции. Лопастные приводы типа CRB рассчитаны на повороты 90°, 180° и 270° у однолопастных исполнений (каталог SMC CRB); у двухлопастных 90° и 100°. Поворотный стол HRQ настраивается упорами в диапазоне 0–190° (лист AirTAC HRQ).

Что лучше: реечный или лопастной привод?

Реечный двустороннего действия даёт примерно постоянный момент по всему углу и поэтому запас по моменту проще рассчитать. Лопастной компактнее: воздух давит прямо на лопасть. Выбирают по моменту, углу и месту установки по листу конкретной серии.

Как остановить поворотный привод в промежуточном положении?

Привод с двумя упорами и распределителем 5/2 фиксируется только в двух крайних положениях. Для трёх фиксированных положений есть трёхпозиционные поворотные столы MSZA и MSZB.

Как регулировать момент и скорость поворота?

Теоретический момент на валу пропорционален давлению воздуха, поэтому его меняют регулятором давления; прямой регулировки момента в конструкции нет. Скорость задают дросселями на выхлопе: по листу AirTAC, у HRQ7–HRQ50 время поворота на 90° лежит в пределах 0,2–1,0 с с регулировочным винтом. Слишком быстрый ход увеличивает энергию в упоре, поэтому её нужно проверять по листу привода.

Подойдёт ли такой привод для поворота шарового крана?

Приводы для оснастки (HRQ, CRB, CRA1) к арматуре не подходят: у них нет фланца под ISO 5211 и не тот момент. Для кранов и затворов нужен привод с присоединением по ISO 5211. Готовых шаровых кранов с таким приводом в каталоге WAALPC нет; управляющие распределители 3V и 4V есть.

Источники

• AirTAC, каталог продукции 2025 (EU, EN), серия HRQ, стр. 448: технические данные, момент, энергия в упоре, время поворота.
• SMC, каталог «Rotary Actuator: Vane Type», серии CRB1 и CRB2: углы поворота, двухлопастное исполнение.
• ISO 5211, «Industrial valves. Part-turn actuator attachments»: присоединение поворотных приводов к арматуре.

Материал подготовила команда CORNETA.TECH.