气缸毕业设计西安航空职业技术学院毕业设计论文 西安航空职业技术学院毕业 设计,论文, 论文题目:气缸驱动的直线和摆动复合运动机构 所属系部:航空制造工程系指导老师:白亚琼 职称:助教学生姓名:张红刚 班级、学号: 10101517 专业:机械制造与自动化西安航空职业技术学院制2012年 11月 17 日1 西安航空职业技术学院毕业设计论文 西安航空职业技术学院毕业设计,论文,任务书题目: 气缸驱动的直线和摆动复合运动机构 任务与要求:1.气缸的行程为300500毫米。2.时间: 年月 日至 年月 日共周所属系部:航空制造工程系学生姓名:张红刚 学号:10101517专业:机械制造与自动化指导单位或教研室:指导教师: 白亚琼职 称:助教西安航空职业技术学院制2012年 11月 17日2西安航空职业技术学院毕业设计论文题目气缸驱动的直线和摆动复合运动机构的PLC控制【摘要】随着科技的迅速发展，各种机械设备脱颖而出。气缸驱动在人们的生活中占据 了很重要的地位。气缸驱动是实现机械传动的机构，它是由气缸与换向阀组成。气缸驱动系统由于系统构成简单，易于获得稳定速度，而且元器件价格低廉， 比较容易维护等特点在工业自动化领域得到广泛的应用。与电动机相比，气缸更擅 长做往复直线运动。而且仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单的实现稳 定的速度控制。也成为气缸驱动系统最大的特征和优势。现在，气缸驱动系统已成 为工业生产领域中的主流。这几十年气动技术的快速发展甚至也可以说很大程度上 得益于气缸的迅速普及。本文阐述了由PLC控制的气动元件工作，一个气动系统是由方向控制阀、气动 执行元件、各种气动辅助元件以及气源净化元件所组成。各个电磁阀用来作为相应 动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气 缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸的运动速度根据相应的节流阀来进 行调节。关键词:气缸驱动、PLC控制、电磁阀3西安航空职业技术学院毕业设计论文.、F 一 、-前言近年来，气动技术发展很迅速，是实现工业自动化的重要手段。气压传动得到 介质就是空气，环境污染小，工程容易实现所以说传动是一种易于推广的实现工业 自动化的应用技术。气动技术在机械、化工、电子、电气、食品、包装、轻工、汽 车等各个制造行业。尤其是在各种自动化生产装备和生产线中得到广泛的应用。可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，他具有机构简单、易于编 程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点，近年来在工业生产 过程的自动控制中得到了越来越广泛的应用。4西安航空职业技术学院毕业设计论文目录1.PLC控制系统5西安航空职业技术学院毕业设计论文 1.气缸的选择1. 1气缸的分析(1) 气缸根据作用方式不同可分为单作用式和双作用式。单作用式气缸只能利 用气体压力单方向运动，而反方向运动则要依靠重力、弹簧力等外力来实现;双作 用式气缸的正、反两个方向的运动都由气体压力来实现。由于单作用气压缸仅有单 放向运动，有外力使活塞反向运动。而双作用单活塞气压缸在压缩空气的驱动下可 以向两个方向运动，但两个方向的输出力不同，所以该设计应选用双作用式气缸。(2) 首先应根据气缸的工况特点，选用气缸的类型以及安装方式，然后根据动 力和运动分析，确定气缸的主要参数。气缸的选用主要应考虑气缸的输出方式、工 作行程大小、负载大小等。1.2气缸的结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆、和密封件组成: (1)缸筒:缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞咬字缸筒内做平稳的 往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀 硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是 用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐 蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。2)端盖:端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端 ( 盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸 内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负 载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸的使用寿命。导向套通常使用烧结含油 合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合 金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。(3) 活塞:活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活 塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩 擦阻力。耐磨环长期使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度 由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早 (4)活塞杆: 活塞杆是气缸中最重要的受力零件通常使用高碳钢，表面经镀 硬铬处理，或使用 不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。(5) 密封圈:回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为 静密封。(6) 气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑第 1页西安航空职业技术学院 毕业设计论文 气缸。1.3气缸的设计计算由设计任务知:要驱动的负载质量为100kg,取值V=50mm/s,气缸的行程为300 500mm，取最大值。在研究气缸性能和气缸缸径时，常用到负载率B: 气缸的实际徒载F歸戸气忧的理论负载几1必由液压与气压传动技术表:气缸的运动状态与负载率阻性负载惯性负载的运动速度V(静负载) 500mm/s3=0.8 ?0.65 ?0.5 ?0.3运动速度V=50mm/s,B取0.6,所以气缸的实际负载大小 为:F=F/B=1633.3N 0( 1)气缸内径的确定JP Jo.6 X IO6缸径的计算公式D=1.27=66.26mmF?气缸的输出拉力N;P?气缸的工作压力Pa按照GB/T2348-1993标准进行圆整，D=80mm气压缸内径系列(GB/T2348-1993)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 (90) 100 (110)125 (140) 160 (180) 200 220 (250) (280) 320 (360) 400 450 500 括号内 为优先选取尺寸(2)活塞杆直径的确定由d=0.3D估取活塞杆直径d=25 mm活塞杆外径尺寸系列(GB/T2348-1993)4 5 6 8 10 12 14 16 1820 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 (3)缸筒长度的确定缸筒长度S二L+B+30L为活塞行程;B为活塞厚度X活塞厚度B=0.7D= 0.7错误未找到引用源。80=56mm2西安航空职业技术学院毕业设计论文由设计任务知气缸的最大行程L=500mm，所以S=L+B+30=586 mm导向套滑动面长度A:一般导向套滑动面长度A,在D80mm时，可取A=(0.6错误未找到引用源。1.0)d。所以A=25mm最小导向长度H:根据经验，当气缸的最大行程为L,缸筒直径为D,最小导向长度为:H错误 未找到引用源。代入数据即最小导向长度H=80/2=40 mm活塞杆的长度l二L+B+A+H=500+56+25+40=621mm (4)气缸筒的壁厚的确定可根据由液压气动技术手册可查气缸筒的壁厚错误未找到引用源。薄避 筒计算公式进行计算:式中错误未找到引用源。一缸筒壁厚(m);D缸筒内径(m);P缸筒承受的最大工作压力(MPa);错误未找到引用源。一缸筒材料的许用应力(MPa);实际缸筒壁厚的取值:对于一般用途气缸约取计算值的7倍;重型气缸约取计算 值的20倍，再圆整到标准管材尺码。参考液压与气压传动缸筒壁厚强度计算及校核k错误未找到引用源。,我们的缸体的材料选择45钢，错误未找到引用源。=600 MPa， =错误未找到引用源。=120 MPan为安全系数一般取n=5 ;错误未找到引用源。缸筒材料的抗拉强度(Pa)P缸筒承受的最大工作压力MPa。当工作压力p?16 MPa时，P=1.5p;当工作压力 p,16 MPa 时，P=1.25p由此可知工作压力 0.6 MPa 小于 16 MPa,P=1.5p=1.5X0.6=0.9 MPa参照下表 气缸筒的壁厚圆整取:错误未找到引用源。 = 7西安航空职业技术学院 毕业设计论文气缸筒的壁厚表:材料 气缸直径50 80 100 125 160 200 250 320壁厚铸铁 HT15-33 7 8 10 10 12 14 16 16 钢 A3 . 45 5 7 8 8 9 9 11 12 铝合 金 L 812 1214 1417 3(5) 气缸耗气量的计算P -I- PaPa2, DSD4tQ=1.85/s S4t(6) 气缸进排气口直径d 0空气流经排气口的速度(可取V=10 15)取V=12m/s VQ/,v由公式d= 0代入数据得:d=14.014mm 0气缸进排气口直径气缸内径(D)气缸进排气口直径d 040 850 63 1080 100 125 15140 160 180 20所以取气缸排气口直径为15 mm3Q工作压力下输入气缸的空气流量(m/s)V空气流经排气口的速度(7) 活塞杆的校核由于所选活塞杆的长度L=10d,所以不但要校核强度校核，还要进行稳定性校 核。综合考虑活塞杆的材料选择45钢。4 西安航空职业技术学院毕业设计论文 参考机械设计手册单行本 由液压气动技术手册稳定性校核:FKnk由公式F ? p0式中F活塞杆承受的最大轴向压力(N); P0F=1633N P0F 纵向弯曲极限力(N); Kn 稳定性安全系数，一般取1.5错误未找到引用源。4。综合K 考虑选取2K活塞杆横截面回转半径，对于实心杆K=d/4代入数据K =25/4=6.25mm2mEJ,2mL由于细长杆L/K?85即F二K2, d64实心圆杆: J =式中: L 气缸的安装长度 ;m 末端系数;选择固定自由 m = 1/411E 材料弹性模量，钢材 E = 2. 1错误未找到引用源。 10 P ; a4J活塞杆横截面惯性矩(m);d活塞杆的直径(m);活塞杆安装方式m计算长铰支一铰支1度L与固定一自由1/4系数m固 定铰支 2固定固定 4L气缸的安装长度就是活塞杆的长度等于621mm;6F 代入公式:F=1.3X10N KKn4k 因为： = 1.55X10N;所以活塞杆的稳定性满足条件强度校核:5西安航空职业技术学院 毕业设计论文4Fpo,由公式d?,b%,n=, n为安全系数一般取n=5;错误未找到引用源。缸筒材其中： 料的抗拉强度(Pa),b,#,bn45 钢的抗拉强度，=600MPa;=120MPa4