汽缸的設計計算

氣壓傳動兩維運動機械手設計前言可編程掌握技器〔PLC〕是以微處理器為根底，綜合計算機技術、自動掌握技術和通信技術用。設計任務設計任務介紹及意義訓練，課程設計的意義在于：〔產品〕的初步設計工作，并結合設計或試驗爭論課題進一步穩(wěn)固和擴大知識領域。的力量，提高計算、繪圖等根本技能。3．培育學生把握機電產品設計的一般程序方法，進展工程師根本素養(yǎng)的訓練。4．樹立正確的設計思想及嚴峻認真的工作作風。設計任務明細1任務要求：掌握方式：PLC主要設計參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程——800mm；運動負載質量——100kg；3m/min。具體步驟如下：先依據參考資料，確定適宜的設計方案。的計算，驗算設計結果，導向裝置的設計，驅動元件的選擇，管路設計，底座的設計.依據動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進展總體設計，完成機械系統(tǒng)的主要部件圖。應用啟動原理圖，設計掌握電路，編寫掌握程序，繪制電氣掌握電路原理圖。方案一：1.氣動機械手示意圖氣壓傳動兩維機械手設計方案二：5.導軌2.氣動機械手示意圖參閱各種氣壓設計書籍和論文，比照設計任務要求，并通過對以前學習過的課程進展綜1氣動元件組合而成，為直角坐標式機械手構造，實現(xiàn)2夾緊手組成，可以完成水平臂的伸縮、豎直臂的升降以及抓取等動作，可以便利的通過節(jié)流32橫向移動氣缸和縱向移動氣缸，其掌握系統(tǒng)承受目前掌握領域應用比較普遍、性能優(yōu)越的PLC，S7-200PLC1121設計時可視作橫向氣缸只受軸向力，不受徑向力。機械傳動系統(tǒng)設計12是實現(xiàn)物料縱向的提升及物品的釋放。對氣缸構造的要求一是重量盡量輕，以到達動作敏捷、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時削減運動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運動精度和定位精度氣缸的設計流程圖如圖3所示3氣缸設計流程圖氣壓傳動兩維機械手設計設計及計算 結果縱向氣缸的設計計算與校核:100Kg，考慮到氣缸未加載時實際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響，并考慮到機械爪的質量。在爭論氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率β：由《液壓與氣壓傳動技術》表11-1：運動速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60F=F/β0

F=1633.3=1633.3N氣缸內徑確實定D=1.27=1.27 =66.26mmF—N；

ND=80mm5PPaGB/T2348-1993D=80mm氣缸缸徑尺寸系列1124568〔90180126205320030〕00〔11012〔14016〔18020〔22025324050630〕5〕0〕0〕0000活塞桿直徑確實定d=0.3D估取活塞桿直徑d=25mm缸筒長度確實定BB=(0.61.0)D=0.780=56mmL=800mm,所以S=L+B+30=886mm導向套滑動面長度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。

d=25mmS=886mmA=25mm可取氣壓傳動兩維機械手設計A=25mmH：依據閱歷，當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：l=961mmH代入數(shù)據即最小導向長度H + =80mm活塞桿的長度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961mm氣缸筒的壁厚確實定由《液壓氣動技術手冊》可查氣缸筒的壁厚 可依據薄避筒計算公式進展計算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒內徑m；P—缸筒承受的最大工作壓力—缸筒材料的許用應力〔MPa；720參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600MPa， = =120MPa7n為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa) =7P—缸筒承受的最大工作壓力〔MPa。當工作壓力p≤16MPa時，P=1.5p；當工作mmp＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.3mm參照下表氣缸筒的壁厚圓整取=7mmQ=1.85/s氣缸耗氣量的計算Q = ===1.85/s

d =150mm氣缸進排氣口直徑d0氣壓傳動兩維機械手設計v—空氣流經進排氣口的速度，可取v=1015 〕選取v=12m/s由公式 d=20代入數(shù)據得 d=0

14.014mm15mmQ——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量〔 〕V----空氣流經進排氣口的速度，可取v=1025 〕活塞桿的校核L45參考《機械設計手冊單行本》由《液壓氣動技術手冊》9穩(wěn)定性校核：由公式 F≤P0式中 F—活塞桿承受的最大軸向壓力〔N；P0F=1633NP0F—縱向彎曲極限力〔N；Kn1.542KK—K=d/4代入數(shù)據K=25/4=6.25mm由于瘦長桿比≥85即F=K實心圓桿：J=式中 L—氣缸的安裝長度；m—末端系數(shù)；選擇固定—自由m=1/4E—材料彈性模量，鋼材E=2.1 1011P；aJ—活塞桿橫截面慣性矩〔m4；d—活塞桿的直徑m；氣壓傳動兩維機械手設計L—961mm代入數(shù)據得FK

=2.685 N由于 =1.34 FP0

所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件；強度校核：由公式d，n為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)45鋼的抗拉強度，=600MPa， = =120MPa

F=347.17N則 =4.16mm＜d，所以強度滿足要求；綜上所述：活塞桿的穩(wěn)定性和強度滿足要求。11橫向氣缸的設計計算與校核:如按原方案橫向氣缸活塞桿需承受很大的徑向力，對活塞桿的強度要求很高，消耗原材料，且壽命減短，極為不合理。故在縱向氣缸上端鉸接一工型導軌，以分擔橫向氣D=32mm缸的徑向力，使整個系統(tǒng)簡約合理。這樣橫向氣缸的工作載荷主要是縱向氣缸和導軌的摩擦力，取摩擦系數(shù)=0.17。估算 縱向氣缸的重量

=7.9

=12.30Kg活塞桿的重量=7.9l=3.72Kg活塞及缸蓋重量

=9Kg

d=10mm所以

=(12.3+3.72+9+100)總

=208.3NF= =

=347.17N氣缸內徑確實定=30.55mmF—N；

S=843mm氣壓傳動兩維機械手設計PPaGB/T2348-1993D=32mmA=20mm氣缸缸徑尺寸系列108 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 〔90〕012 16 20 25 32 40 50〔110〕 〔140〕 〔180〕 〔220〕 5 0 0 0 0 0 0活塞桿直徑確實定d=0.3D估取活塞桿直徑d=10mm缸筒長度確實定BB=(0.61.0)D=0.732=23mm由于氣缸的行程L=800mm,所以S=L+B+20=843mm導向套滑動面長度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。A=20mm13

l=903mmH：依據閱歷，當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：H代入數(shù)據即最小導向長度H + =56mm活塞桿的長度l=L+B+A+40=800+23+20+60=903mm

=3mm氣缸筒的壁厚確實定由《液壓氣動技術手冊》可查氣缸筒的壁厚 可依據薄避筒計算公式進展計算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒內徑m；P—缸筒承受的最大工作壓力—缸筒材料的許用應力〔MPa；

Q=0.30/s實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的7倍；重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。 8參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核 mm,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600MPa，= =120MPan為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)P—缸筒承受的最大工作壓力〔MPap≤16MPa，P=1.5p；當工作氣壓傳動兩維機械手設計p＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.12mm參照下表氣缸筒的壁厚圓整取=3mm氣缸耗氣量的計算Q = ===0.30/s氣缸進排氣口直徑d0v—空氣流經進排氣口的速度，可取v=1015 〕選取v=12m/s由公式 d=2015代入數(shù)據得 d0

= 5.643mm8mmR——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量〔 〕V----空氣流經進排氣口的速度，可取v=1025 〕活塞桿的校核L參考《機械設計手冊單行本》由《液壓氣動技術手冊》穩(wěn)定性校核：由公式 F≤P0式中 F—活塞桿承受的最大軸向壓力〔N；P0氣壓傳動兩維機械手設計FN；Kn1.542KK—K=d/4代入數(shù)據K=10/4=2.5mm由于瘦長桿比≥85 即F=K實心圓桿：J=式中 L—氣缸的安裝長度；m—末端系數(shù)；選擇固定—自由m=1/4E—材料彈性模量，鋼材E=2.1 1011P；aJ—活塞桿橫截面慣性矩〔m4；d—活塞桿的直徑m；L—903mm17代入數(shù)據得FK

=3.11 N由于 =1.55 FP0

所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件；強度校核：由公式d，n為安全系數(shù)一般取n=5；