汽缸的设计计算

气压传动两维运动机械手设计前言可编程掌握技器〔PLC〕是以微处理器为根底，综合计算机技术、自动掌握技术和通信技术用。设计任务设计任务介绍及意义训练，课程设计的意义在于：〔产品〕的初步设计工作，并结合设计或试验争论课题进一步稳固和扩大知识领域。的力量，提高计算、绘图等根本技能。3．培育学生把握机电产品设计的一般程序方法，进展工程师根本素养的训练。4．树立正确的设计思想及严峻认真的工作作风。设计任务明细1任务要求：掌握方式：PLC主要设计参数参数：气缸工作行程——800mm；运动负载质量——100kg；3m/min。具体步骤如下：先依据参考资料，确定适宜的设计方案。的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路设计，底座的设计.依据动力和总体参数的选择和计算，进展总体设计，完成机械系统的主要部件图。应用启动原理图，设计掌握电路，编写掌握程序，绘制电气掌握电路原理图。方案一：1.气动机械手示意图气压传动两维机械手设计方案二：5.导轨2.气动机械手示意图参阅各种气压设计书籍和论文，比照设计任务要求，并通过对以前学习过的课程进展综1气动元件组合而成，为直角坐标式机械手构造，实现2夹紧手组成，可以完成水平臂的伸缩、竖直臂的升降以及抓取等动作，可以便利的通过节流32横向移动气缸和纵向移动气缸，其掌握系统承受目前掌握领域应用比较普遍、性能优越的PLC，S7-200PLC1121设计时可视作横向气缸只受轴向力，不受径向力。机械传动系统设计12是实现物料纵向的提升及物品的释放。对气缸构造的要求一是重量尽量轻，以到达动作敏捷、运动速度高、节约材料和动力，同时削减运动的冲击，二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度气缸的设计流程图如图3所示3气缸设计流程图气压传动两维机械手设计设计及计算 结果纵向气缸的设计计算与校核:100Kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到机械爪的质量。在争论气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率β：由《液压与气压传动技术》表11-1：运动速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60F=F/β0

F=1633.3=1633.3N气缸内径确实定D=1.27=1.27 =66.26mmF—N；

ND=80mm5PPaGB/T2348-1993D=80mm气缸缸径尺寸系列1124568〔90180126205320030〕00〔11012〔14016〔18020〔22025324050630〕5〕0〕0〕0000活塞杆直径确实定d=0.3D估取活塞杆直径d=25mm缸筒长度确实定BB=(0.61.0)D=0.780=56mmL=800mm,所以S=L+B+30=886mm导向套滑动面长度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。

d=25mmS=886mmA=25mm可取气压传动两维机械手设计A=25mmH：依据阅历，当气缸的最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：l=961mmH代入数据即最小导向长度H + =80mm活塞杆的长度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961mm气缸筒的壁厚确实定由《液压气动技术手册》可查气缸筒的壁厚 可依据薄避筒计算公式进展计算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒内径m；P—缸筒承受的最大工作压力—缸筒材料的许用应力〔MPa；720参考《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核,我们的缸体的材料选择45钢，=600MPa， = =120MPa7n为安全系数一般取n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa) =7P—缸筒承受的最大工作压力〔MPa。当工作压力p≤16MPa时，P=1.5p；当工作mmp＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.3mm参照下表气缸筒的壁厚圆整取=7mmQ=1.85/s气缸耗气量的计算Q = ===1.85/s

d =150mm气缸进排气口直径d0气压传动两维机械手设计v—空气流经进排气口的速度，可取v=1015 〕选取v=12m/s由公式 d=20代入数据得 d=0

14.014mm15mmQ——工作压力下输入气缸的空气流量〔 〕V----空气流经进排气口的速度，可取v=1025 〕活塞杆的校核L45参考《机械设计手册单行本》由《液压气动技术手册》9稳定性校核：由公式 F≤P0式中 F—活塞杆承受的最大轴向压力〔N；P0F=1633NP0F—纵向弯曲极限力〔N；Kn1.542KK—K=d/4代入数据K=25/4=6.25mm由于瘦长杆比≥85即F=K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=1/4E—材料弹性模量，钢材E=2.1 1011P；aJ—活塞杆横截面惯性矩〔m4；d—活塞杆的直径m；气压传动两维机械手设计L—961mm代入数据得FK

=2.685 N由于 =1.34 FP0

所以活塞杆的稳定性满足条件；强度校核：由公式d，n为安全系数一般取n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa)45钢的抗拉强度，=600MPa， = =120MPa

F=347.17N则 =4.16mm＜d，所以强度满足要求；综上所述：活塞杆的稳定性和强度满足要求。11横向气缸的设计计算与校核:如按原方案横向气缸活塞杆需承受很大的径向力，对活塞杆的强度要求很高，消耗原材料，且寿命减短，极为不合理。故在纵向气缸上端铰接一工型导轨，以分担横向气D=32mm缸的径向力，使整个系统简约合理。这样横向气缸的工作载荷主要是纵向气缸和导轨的摩擦力，取摩擦系数=0.17。估算 纵向气缸的重量

=7.9

=12.30Kg活塞杆的重量=7.9l=3.72Kg活塞及缸盖重量

=9Kg

d=10mm所以

=(12.3+3.72+9+100)总

=208.3NF= =

=347.17N气缸内径确实定=30.55mmF—N；

S=843mm气压传动两维机械手设计PPaGB/T2348-1993D=32mmA=20mm气缸缸径尺寸系列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活塞杆直径确实定d=0.3D估取活塞杆直径d=10mm缸筒长度确实定BB=(0.61.0)D=0.732=23mm由于气缸的行程L=800mm,所以S=L+B+20=843mm导向套滑动面长度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。A=20mm13

l=903mmH：依据阅历，当气缸的最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：H代入数据即最小导向长度H + =56mm活塞杆的长度l=L+B+A+40=800+23+20+60=903mm

=3mm气缸筒的壁厚确实定由《液压气动技术手册》可查气缸筒的壁厚 可依据薄避筒计算公式进展计算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒内径m；P—缸筒承受的最大工作压力—缸筒材料的许用应力〔MPa；

Q=0.30/s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。 8参考《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核 mm,我们的缸体的材料选择45钢，=600MPa，= =120MPan为安全系数一般取n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa)P—缸筒承受的最大工作压力〔MPap≤16MPa，P=1.5p；当工作气压传动两维机械手设计p＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.12mm参照下表气缸筒的壁厚圆整取=3mm气缸耗气量的计算Q = ===0.30/s气缸进排气口直径d0v—空气流经进排气口的速度，可取v=1015 〕选取v=12m/s由公式 d=2015代入数据得 d0

= 5.643mm8mmR——工作压力下输入气缸的空气流量〔 〕V----空气流经进排气口的速度，可取v=1025 〕活塞杆的校核L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：由公式 F≤P0式中 F—活塞杆承受的最大轴向压力〔N；P0气压传动两维机械手设计FN；Kn1.542KK—K=d/4代入数据K=10/4=2.5mm由于瘦长杆比≥85 即F=K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=1/4E—材料弹性模量，钢材E=2.1 1011P；aJ—活塞杆横截面惯性矩〔m4；d—活塞杆的直径m；L—903mm17代入数据得FK

=3.11 N由于 =1.55 FP0

所以活塞杆的稳定性满足条件；强度校核：由公式d，n为安全系数一般取n=5；