氣壓傳動課件 項目二任務(wù)一 沖壓機氣缸的選擇

項目二氣動沖壓機系統(tǒng)搭建與調(diào)試氣壓傳動氣動執(zhí)行元件是將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，以實現(xiàn)往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動的氣動元件。氣動執(zhí)行元件包括氣缸與氣動馬達(dá)。一般來說，實現(xiàn)直線往復(fù)運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣缸，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的稱為氣動馬達(dá)。氣缸的類型任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸有往復(fù)直線運動和往復(fù)擺動運動兩種類型。往復(fù)直線運動的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸等。（1）單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。（2）雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。（3）膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。（4）沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運動的動能，借以做功。（5）無桿氣缸：沒有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類。做往復(fù)擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運動，擺動角小于280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣動活塞缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣動活塞缸的結(jié)構(gòu)組成

1.氣缸推力以單桿活塞缸為例，通常以無桿腔側(cè)作為工進(jìn)驅(qū)動腔。（1）理論推力（活塞桿伸出）：F_1=p·A_1=π/4D^2·p。（2―5）（2）理論拉力（活塞桿縮回）：F_2=p·A_2=π/4（D^2-d^2）·p。（2―6）其中，A_1為無桿腔活塞面積，A_2為有桿腔活塞面積，D表示活塞直徑，d表示活塞桿直徑。p為工作壓力，可以類比同類設(shè)備。對于雙桿活塞缸，須確定一個桿徑比：λ=d/D。實際中，由于活塞等運動部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實際輸出力小于理論推力。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的工作參數(shù)與設(shè)計（選擇）計算

2.氣缸的效率氣缸的效率是氣缸的實際推力和理論推力的比值。氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤滑狀態(tài)。此外，氣缸的運動速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會對效率產(chǎn)生一定的影響。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的工作參數(shù)與設(shè)計（選擇）計算3.氣缸負(fù)載率η從對氣運行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的，因此在研究氣缸性能和確定氣缸的輸出力時，常用到負(fù)載率的概念。氣缸負(fù)載率η是指氣缸活塞桿受到的軸向負(fù)載力與理論輸出力的比值。即：氣缸負(fù)載率η=軸向負(fù)載力F'/理論輸出力F×100%。氣缸的實際負(fù)載是由實際工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率η，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計算氣缸的缸徑。對于阻性負(fù)載，如氣缸用作氣動夾具，負(fù)載不產(chǎn)生慣性力，一般選取負(fù)載率η為0.8；對于慣性負(fù)載，如氣缸用來推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力，如表2-1所示，負(fù)載率η的取值如下。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的工作參數(shù)與設(shè)計（選擇）計算負(fù)載運動狀態(tài)靜負(fù)載動載荷氣缸速度小于100mm/s氣缸速度大于500mm/s負(fù)載率η依據(jù)工作過程經(jīng)驗，工作壓力與氣缸的負(fù)載率具有下述關(guān)系。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的工作參數(shù)與設(shè)計（選擇）計算工作壓力（MPa）0.160.20.240.3負(fù)載率η工作壓力（MPa）0.40.50.6負(fù)載率η4.氣缸耗氣量氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積，稱這個容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型：（1）要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸。（2）要求重量輕，應(yīng)選輕型缸;要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸。（3）有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸。（4）要求制動精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸。（5）不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸。（6）高溫環(huán)境下需選用耐熱缸。（7）在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。（8）在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。（9）要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的選型選擇氣缸的類型后，要計算氣缸內(nèi)徑(D)和活塞桿直徑(d)的大小。計算氣缸缸徑的大小根據(jù)工作條件相關(guān)的負(fù)載、系統(tǒng)提供的氣源壓力及負(fù)載力作用方向確定。需要注意的是氣缸使用的壓力根據(jù)氣源供氣條件來確定，一般氣缸使用的壓力應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85%，然后再結(jié)合氣缸的有效行程和廠家的氣缸型號參數(shù)，選擇合適型號的氣缸。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣缸的選型1.基礎(chǔ)作業(yè)（1）寫出單桿活塞氣缸的進(jìn)氣方式及特點。（2）推導(dǎo)寫出單活塞氣缸無桿腔側(cè)與有桿腔側(cè)推力與速度公式。（3）列舉三種工況說明氣缸如何選型。2.拓展作業(yè)搜索查詢資料，說明不同種類的氣缸。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇任務(wù)作業(yè)薄膜式氣缸的結(jié)構(gòu)外形類似于一種圓筒形金屬機件，是一種利用壓縮空氣通過薄膜推動活塞桿作往復(fù)直線運動，將空氣壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣缸。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇薄膜式氣缸薄膜式氣缸主要由缸體、活塞桿、膜片和膜盤等主要部件組成，分為單作用薄膜式氣缸和雙作用薄膜式氣缸兩種。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇薄膜式氣缸與活塞式氣缸相比，薄膜式氣缸具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、制造容易、成本低、壽命長、泄露小、效率高等優(yōu)點，但是膜片的變形量有限，行程短。主要用在印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等領(lǐng)域。沖擊氣缸沖擊氣缸是一種專門為了滿足對沖擊力有較高要求的場合而開發(fā)的一種特殊功能氣缸，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、速度快、易于制造、耗氣功率小但能產(chǎn)生相當(dāng)大沖擊力的特點。例如鋼鐵材質(zhì)工件的打標(biāo)、部件沖孔、下料等操作，都需要較高的沖擊力才可以完成該類操作。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇沖擊氣缸沖擊氣缸能夠把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10～20米/秒)運動的動能，用以帶負(fù)載作功。如圖所示，沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)特點是增加了一個具有一定容積的蓄能腔和噴嘴，帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲能腔、頭腔和尾腔三部分。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇沖擊氣缸當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入儲能腔時，其壓力只能通過噴嘴口作用在活塞上，受力面積小，噴嘴處于關(guān)閉狀態(tài)。隨著儲能腔內(nèi)的壓力逐漸升高到作用在噴嘴口小面積上的總推力大于活塞桿腔的總阻力時，活塞向下運動，噴嘴口開啟。此時聚集在儲能腔內(nèi)的高壓壓縮空氣通過噴嘴突然作用于活塞的全部面積上。噴嘴口處的氣流的流速可達(dá)聲速，噴入活塞腔的高速氣流進(jìn)一步膨脹，產(chǎn)生沖擊波，波的陣面壓力可以高達(dá)氣源壓力的幾倍到幾十倍，給予活塞很大的向下推力?；钊麠U腔內(nèi)壓力很低，活塞在很大的壓差作用下迅速加速，在很短的時間內(nèi)以極大的速度向下沖擊，從而獲得很大的動能。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇沖擊氣缸通常與普通氣缸相比，沖擊氣缸會采用一些特殊的設(shè)計，比如加大缸徑、加重沖擊活塞桿、減小缸壁的摩擦系數(shù)、氣缸活塞桿采用反沖裝置等來實現(xiàn)沖擊功能。采用這些特殊技術(shù),既能增大氣缸的沖擊力又可以延長氣缸的使用壽命。氣液阻尼缸氣-液阻尼缸又叫氣液穩(wěn)速缸，是氣壓缸和液壓缸的組合缸,用氣缸產(chǎn)生驅(qū)動力,用液體的不可壓縮性和液壓缸的阻尼調(diào)節(jié)作用限制氣壓傳動的波動和沖動，提高工作穩(wěn)定性,適用于要求氣缸慢速均勻運動的場合。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣液阻尼缸氣-液阻尼缸按其結(jié)構(gòu)不同,可分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。如圖所示，串聯(lián)式氣-液阻尼缸結(jié)構(gòu)工作原理：氣壓缸和液壓缸共用同一缸體,由一根活塞桿將氣壓缸的活塞和液壓缸的活塞串聯(lián)在一起,兩缸之間用隔板隔開,防止空氣與液壓油互竄。當(dāng)氣缸5右側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)氣時推動氣缸5活塞左移，在連桿的作用下液壓缸4活塞左移，液壓缸4右側(cè)口出油經(jīng)過節(jié)流閥3調(diào)速活塞桿平穩(wěn)伸出。任務(wù)一沖壓機氣缸的選擇氣動馬達(dá)氣動馬達(dá)也是氣動執(zhí)行元件的一種，將氣體壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出力矩，拖動機構(gòu)做旋轉(zhuǎn)圓周運動。氣動馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式可分為:葉片式氣動馬達(dá)、活塞式氣動馬達(dá)和薄膜式氣動馬達(dá)等。最為常見的是活