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畢 業(yè) 設(shè) 計 說明書 2012 屆 題 目 旋轉(zhuǎn)式壓實器設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 論文字數(shù) 完成日期 2012 年 12 月 湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制 I 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文 是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進行研究所 取得的成果 畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果 數(shù)據(jù) 觀點等 均已 明確注明出處 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的科研成果 對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以 明確方式標明 本聲明的法律責任由本人承擔 論文作者簽名 日 期 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明 本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的資料 包括圖紙 試驗記錄 原始數(shù)據(jù) 實物照片 圖片 錄音帶 設(shè)計手稿等 知識產(chǎn)權(quán)歸屬湖州師范學(xué) 院 本人完全了解湖州師范學(xué)院有關(guān)保存 使用畢業(yè)論文的規(guī)定 同意學(xué)校保存 或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)湖州師范學(xué)院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行 檢索 可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文 如果發(fā)表相關(guān)成果 一定 征得指導(dǎo)教師同意 且第一署名單位為湖州師范學(xué)院 本人離校后使用畢業(yè)論文 或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時 第一署名單位仍然為湖州師范學(xué)院 論文作者簽名 日 期 指導(dǎo)老師簽名 日 期 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 摘 要 秸稈壓實器是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效 環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備 秸稈壓塊機壓 出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的 經(jīng)過實踐和不斷的改進 秸稈壓塊機已日臻完善 秸稈壓塊機具 有自動化程度高 產(chǎn)量高 價格低 耗電少 操作簡單 環(huán)境無污染等優(yōu)點 因而秸稈壓塊機可廣 泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料 本文對一種外形為 200X400X100 的物料進行壓實器設(shè)計 其中旋轉(zhuǎn)的壓下 水平方向的 2 個 壓面強度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計算 最后壓實的物塊體積要求 用氣壓傳動 關(guān)鍵詞 壓實器 旋轉(zhuǎn)壓實器 氣動設(shè)計 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Abstract Straw compactor is the biological materials such as straw crushing efficiency environmental protection fuel or compressed into the feed device Straw briquetting machine extruding products are used as feedstuff or fuel After practice and continuous improvement straw briquetting machine has been improving Straw briquetting machine with a high degree of automation high yield low cost less power consumption simple operation no environmental pollution and other advantages So the straw briquetting machine can be widely used to suppress all kinds of straw and twigs and other biomass materials In this paper a shape of 200X400X100 material compaction device design wherein the rotary press 2 horizontal pressing surface intensity and the rotary press head speed requirement calculation the final compacted blocks with volume requirements pneumatic transmission Key words compaction device rotary compactor aerodynamic design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第 1 章 緒論 1 1 1 課題研究意義 1 1 2 壓實目的及操作原理 1 1 3 壓實機的設(shè)計 2 第 2 章 總體設(shè)計方案 3 第 3 章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計計算 5 3 1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速 5 3 2 氣缸安裝位置的確定 7 3 3 氣缸推力的計算及選型 9 3 4 氣缸的選擇 10 3 5 初步確定氣缸參數(shù) 15 3 6 活塞桿的設(shè)計與計算 17 3 7 氣缸工作行程的確定 18 3 8 活塞的設(shè)計 18 3 9 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 18 3 10 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 20 3 11 缸體長度的確定 21 3 12 緩沖裝置的設(shè)計 21 3 13 排氣裝置 21 3 14 密封件的選用 23 3 15 防塵圈 23 3 16 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 24 第 4 章 氣缸材料及技術(shù)要求設(shè)計 25 4 1 缸體 25 4 2 活塞 25 4 3 活塞桿 26 4 4 缸蓋 27 4 5 導(dǎo)向套 27 第 5 章 水平氣缸的設(shè)計與選型 29 IV 5 1 水平方向的 2 個壓面強度計算 29 5 2 氣缸的計算 29 5 2 氣缸的選型 32 第 6 章 主要零部件強度校核 33 6 1 氣缸底架固定橫梁的強度校核 33 6 2 軸的強度校核 35 6 2 1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強度校核 35 6 2 2 氣缸缸體尾部銷軸的強度校核 36 6 2 3 氣缸活塞桿頭部支撐軸的強度校核 36 總結(jié)與展望 38 參考文獻 39 致 謝 40 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 1 1 課題研究意義 我國每年僅農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就越有 7 億噸 同時由于經(jīng)濟發(fā)展迅速 電力供應(yīng)非常緊張 因此 秸稈發(fā)電在 我國的發(fā)展前景非常看好 現(xiàn)在大部分地區(qū)運行的發(fā)電項目都是采用的軟質(zhì)發(fā)電 也 就是我們所說的黃色秸稈 4 些物料具有體積大 重量輕 密度小等特點 為滿足鍋爐燃燒發(fā)熱量 保證單位時間內(nèi)的上料量 需要打捆至規(guī)定體積和重量后輸送至爐膛內(nèi)燃燒 從國外經(jīng)驗來看 燃 料的收集 儲存和運送是電廠運行的瓶頸 因此進行壓縮壓實是解決問題的關(guān)鍵所在 秸稈壓實機 的使用便能解決這一問題 秸稈壓塊機是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效 環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備 秸稈壓塊機壓 出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的 經(jīng)過實踐和不斷的改進 秸稈壓塊機已日臻完善 秸稈壓塊機具 有自動化程度高 產(chǎn)量高 價格低 耗電少 操作簡單 環(huán)境無污染等優(yōu)點 5 因而秸稈壓塊機可 廣泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料 秸稈壓實機具有以下特點 1 秸稈壓塊機自動化程度高 產(chǎn)量高 價格低 耗電少 操作簡單 如無電力設(shè)備可用柴 氣機代替 2 秸稈壓塊機物料適應(yīng)性強 適應(yīng)于各種生物質(zhì)原料的成型 秸稈從粉狀至 50mm 長度之 間 含水率 5 30 之間 秸稈壓塊機都能加工成型 3 秸稈壓塊機壓輪自動調(diào)節(jié)功能 利用推力軸承雙向旋轉(zhuǎn)的原理自動調(diào)節(jié)壓力角度 使物 料不擠團 不悶機 保證出料成型的穩(wěn)定 4 秸稈壓塊機操作簡單使用方便 自動化程度高 用工少 使用人工上料或輸送機自動上 料均可 1 2 壓實目的及操作原理 壓實亦稱壓縮 即是利用機械的方法增加固體廢物的聚集程度 增大容重和減小體積 便于裝 卸 運輸 貯存和填埋 固體廢物中適合壓實處理的主要是壓縮性能大而復(fù)原性小的物質(zhì) 如金屬 加工出來的金屬細絲 金屬碎片 冰箱與洗衣機 以及紙箱 紙袋 纖維等 有些固體廢物 如木 頭 玻璃 金屬 塑料塊等已經(jīng)很密實的固體 以及焦氣 污泥等液態(tài)廢物不宜作壓縮處理 固體廢物經(jīng)壓實處理后 體積減小的程度叫壓縮比 廢物壓縮比決定于廢物的種類及施加的壓 力 一般壓縮比為 3 5 同時采用破碎與壓實二種技術(shù)可使壓縮比增加到 5 10 國外 生活垃圾的收集都采用壓實機械以減少垃圾體積 增加垃圾車的收集量 一般 生活垃 圾壓實后 體積可減少 60 70 城市垃圾經(jīng)家庭壓實器壓實后密度變?yōu)?320 4kg m3 體積可減少 69 壓實的原理主要是減少空隙率 將空氣壓掉 如若采用高壓壓實 除減少空隙外 在分子之間 可能產(chǎn)生晶格的破壞使物質(zhì)變性 例如 日本采用高壓壓實的現(xiàn)代化方法處理城市垃圾 壓力采用 258kg cm2 制成垃圾密度為 1125 4 1380kg m3 壓實塊 由于高壓 在壓縮過程中擠壓及升溫使垃 圾中 BOD 從 6000ppm 降到 200ppm COD 從 8000ppm 降到 150ppm 垃圾塊已成為一種均勻的類 塑料結(jié)構(gòu)的惰性材料 自然暴露在空氣中三年 沒有任何明顯的降解痕跡 這與一般的壓實作用不 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 同 壓實工藝流程 1 垃圾 墊有鐵絲網(wǎng)容器 壓縮機壓縮 污水 泵 活性污泥處理系統(tǒng) 上 清液滅菌消毒 排放 2 垃圾 墊有鐵絲網(wǎng)容器 壓縮機壓縮 瀝青浸漬池 180 200 冷卻 皮帶輸送 垃圾填埋場 1 3 壓實機的設(shè)計 壓實機有很多種類 下面就壓實機根據(jù)不同的屬性進行分類 按用途分 廢紙壓實機 金屬壓實機 秸稈壓實機 棉花壓實機 秸稈壓實機等 按性能分 自動壓實機 半自動壓實機 手動壓實機等 壓實機可包括 全自動壓實機 全自動無人化壓實機 水平式壓實機 穿劍式壓實機 加壓式壓實 機 半自動壓實機 手提式壓實機等等 11 水平式壓實機 水平式壓實機主要用于城市垃圾的處理 將廢物加入裝料室 依靠具有壓面的 水平壓頭作用使垃圾致密和定形 然后將坯塊推出 三向聯(lián)合式壓實機 三向聯(lián)合式壓實機主要適用于金屬類廢物的壓實 他具有 3 個互相垂直的 壓頭 依次啟動 3 個塔頭即可將料斗中的廢物壓成塊 回旋式壓實機 回旋式壓實機主要適用于壓實體積小 質(zhì)量輕的廢物 廢物裝進單元后 先按 水平壓頭的方向壓縮 然后驅(qū)動旋動式壓頭是廢物致密化 最后將廢物壓至一定尺寸排出 壓實機的選擇主要是懸著合適的壓縮比和使用壓力 此外對不同的廢物采用不同的壓實機械 同時還需考慮后續(xù)處理過程 如是否會出現(xiàn)水分等 12 1 裝載面尺寸 裝載尺寸要足以容納需要壓縮的最大件廢物 如果壓實機的容器用垃圾車裝填 為了操作方便 時期容積至少能處理一垃圾車的廢物 垃圾壓實器的裝載面一般為 0 765 9 18m 2 循環(huán)時間 循環(huán)時間是指壓頭的壓面從裝料箱吧廢物壓入容器 然后再回到原來完全縮回 的位置 準備接收下一次裝載廢物所需要的時間 循環(huán)時間變化范圍在 20 60s 循環(huán)時間和一次 壓實廢料的量有關(guān) 量小則循環(huán)時間短 3 壓面壓力 13 固定式壓實器的一般為 103 3432kPa 由于壓實比和壓面壓力并不是線性關(guān)系 所以應(yīng)根據(jù)廢物的壓縮特性來選擇 4 壓面的形成 壓面的行程是指壓頭壓入容器的深度 壓頭壓入容器中越深 壓實比越大 所 以應(yīng)先確定壓力實比 在選擇合適的壓面形成 5 體積排率 體積排率即處理率 等于壓頭每次壓入容器的可壓縮廢物體積與每小時機器的循 環(huán)次數(shù)之積 體積排率略大于廢物生產(chǎn)率 6 其他 壓實器應(yīng)與容器匹配 壓實器的場所要與壓實器相適應(yīng) 壓實器的選擇主要針對壓縮比 應(yīng)當選擇合適的壓縮比和使用壓力 此外 應(yīng)注意壓縮過程中 的情況在城市垃圾的綜合利用中 垃圾壓實后產(chǎn)生水分 在風選分離紙時是不利的 因此 是否選 用壓實裝置與后繼處理過程也有關(guān) 應(yīng)當綜合考慮 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 第 2 章 總體設(shè)計方案 旋轉(zhuǎn)的壓下的不是垂直壓下的 水平方向的 2 個壓面強度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計算 最后壓 實的物塊體積要求 20 40 10 用氣壓傳動 圖紙要 3 張 A0 紙 任務(wù)說明書要求 15000 字左右 圖 2 1 回轉(zhuǎn)式壓實器 圖 2 2 三向聯(lián)合式壓實器 1 2 3 壓頭 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 圖 2 3 水平式壓實器 1 破碎桿 2 裝料室 3 壓面 旋轉(zhuǎn)壓頭設(shè)計圖如下圖 圖 2 4 旋轉(zhuǎn)壓頭 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 第 3 章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計計算 3 1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速 角速度 45 s 1 腔流量 公式得 SVQ 200 40 1004800mm s 0 1 10 m s 1000ml s 2 腔工作壓力 公式 4 8 得 SFP 式中 F 取工件重和手臂活動部件總重 估算 F 10 20 30kg 摩F 1000N 所以代入公式 3 12 得 SFP摩 24018 93 0 26Mpa 升降部分的運動原理如圖所示 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 圖 3 4 運動原理圖 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 3 2 氣缸安裝位置的確定 由圖 3 4 可知 3 21 sinSh 則 maxmaxsin Sh mii 所以 567 018sin 即 5 34max 而 0in 初選 l1ml02NG50 mP601 f 而液壓升降臺的有效垂直升降高度 為h 3 22 sin iiaxinax L 根據(jù) 氣缸上下交接點 g f 的距離 S 即氣缸的瞬時長度 為dgf 3 23 co 211 llS 可知 行程 S 是關(guān)于 的變量函數(shù) 代入數(shù)值則有如圖 3 5 所示曲線 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 圖 3 5 S 關(guān)系曲線 氣缸兩交接點之間的最大距離和最小距離分別為 cos 2max11max llS inin 設(shè)氣缸的有效行程為 為了使氣缸兩鉸接點之間的距離為最小值時 柱塞不抵到氣缸缸底 并考慮氣缸結(jié)構(gòu)尺寸 和 如圖 3 6 所示 一般應(yīng)取1K2 3 24 SKS 21min 同樣 為了使氣缸兩鉸接點之間的距離為最大值時 柱塞不會脫離氣缸中的導(dǎo)向套 一般應(yīng) 取 3 25 SS 21max 式 3 24 和式 3 25 中的 和 根據(jù)氣缸的具體結(jié)構(gòu)決定 K 圖 3 6 氣缸結(jié)構(gòu)尺寸 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 氣缸鉸接點 g 距離工作臺面的上下導(dǎo)軌的距離分別為 和 如圖 3 4 所示yx 則有 3 26 hyx 3 27 sin 1 l 由式 3 21 3 26 和 3 27 得 3 28 si 1 lL 由式 3 28 可看出 是關(guān)于 的變量函數(shù) 代入數(shù)值則有如圖 3 7 所示曲線y 圖 3 7 關(guān)系曲線y 3 3 氣缸推力的計算及選型 將數(shù)值帶入式 3 12 中 得出 隨 值變化的曲線 如圖 3 8 所示T 圖 3 8 隨 值變化的曲線T 可看出當 時 氣缸的推力最大 但由圖 3 7 可知 此時 為負值 故 不可取 同0 y0 時我們可看出當 時 6 0y 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 那么 就取 此時 由式 3 12 得 6min NT3158max 而 則5 34ax NT18203in 若取安全系數(shù)為 1 5 則 475 ax 參照參考文獻 5 選用缸徑為 的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸 其最小安裝連接尺寸 ZM 6 為 295mm S 最大行程 800mm 當 時 由式 3 23 得 6min mS295301min 又由式 3 23 當 時 即工作臺升至最高點 氣缸的安裝尺寸達到最大 計算ax 得 故氣缸的行程和安裝尺寸都符合要求 S8017 4ax 綜上所述 選擇缸徑為 的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸 63 因此從最低到最高位置上升時 氣缸在此過程中所需要補充的氣量為 LmldV31 017 4221 3 4 氣缸的選擇 氣缸的選用要根據(jù)以下方面進行分析 1 類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件 正確選擇氣缸的類型 要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲 應(yīng)選擇緩沖氣缸 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 有橫向負 載 可選帶導(dǎo)桿氣缸 要求制動精度高 應(yīng)選鎖緊氣缸 不允許活塞桿旋轉(zhuǎn) 可選具有桿不回轉(zhuǎn) 功能氣缸 高溫環(huán)境下需選用耐熱缸 在有腐蝕環(huán)境下 需選用耐腐蝕氣缸 在有灰塵等惡劣環(huán) 境下 需要活塞桿伸出端安裝防塵罩 要求無污染時需要選用無給氣或無氣潤滑氣缸等 2 安裝形式 根據(jù)安裝位置 使用目的等因素決定 在一般情況下 采用固定式氣缸 在需要隨工作機構(gòu) 連續(xù)回轉(zhuǎn)時 如車床 磨床等 應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸 在要求活塞桿除直線運動外 還需作圓弧擺動 時 則選用軸銷式氣缸 有特殊要求時 應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸 3 作用力的大小 即缸徑的選擇 根據(jù)負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力 一般均按外載荷理論平衡 條件所需氣缸作用力 根據(jù)不同速度選擇不同的負載率 使氣缸輸出力稍有余量 缸徑過小 輸 出力不夠 但缸徑過大 使設(shè)備笨重 成本提高 又增加耗氣量 浪費能源 在夾具設(shè)計時 應(yīng) 盡量采用擴力機構(gòu) 以減小氣缸的外形尺寸 4 活塞行程 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān) 但一般不選滿行程 防止活塞和缸蓋相碰 如用于夾緊機 構(gòu)等 應(yīng)按計算所需的行程增加 10 20 的余量 5 活塞的運動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量 氣缸進排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小 要求高速運動應(yīng) 取大值 氣缸運動速度一般為 50 800 s 對高速運動氣缸 應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進氣管道 對于負 載有變化的情況 為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度 可選用帶節(jié)流裝置或氣 液阻尼缸 則較易 實現(xiàn)速度控制 選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意 水平安裝的氣缸推動負載時 推薦用排氣節(jié)流 調(diào)速 垂直安裝的氣缸舉升負載時 推薦用進氣節(jié)流調(diào)速 要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時 應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸 圖 3 1 氣缸實物圖 6 氣缸的選型步驟及其類型介紹 程序 1 根據(jù)操作形式選定氣缸類型 氣缸操作方式有雙動 單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式 程序 2 選定其它參數(shù) 1 選定氣缸缸徑大小 根據(jù)有關(guān)負載 使用空氣壓力及作用方向確定 2 選定氣缸行程 工件移動距離 3 選定氣缸系列 4 選定氣缸安裝型式 不同系列有不同安裝方式 主要有基本型 腳座型 法蘭型 U 型鉤 軸耳型 5 選定緩沖器 無緩沖 橡膠緩沖 氣緩沖 氣壓吸震器 6 選定磁感開關(guān) 主要是作位置檢測用 要求氣缸內(nèi)置磁環(huán) 7 選定氣缸配件 包括相關(guān)接頭 一 單作用氣缸 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣 實現(xiàn)一個方向運動 其活塞桿只能借助外力將其 推回 通常借助于彈簧力 膜片張力 重力等 其原理及結(jié)構(gòu)見下圖 圖 3 2 單作用氣缸 1 缸體 2 活塞 3 彈簧 4 活塞桿 單作用氣缸的特點是 1 僅一端進 排 氣 結(jié)構(gòu)簡單 耗氣量小 2 用彈簧力或膜片力等復(fù)位 壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力 因 而減小了活塞桿的輸出力 3 缸內(nèi)安裝彈簧 膜片等 一般行程較短 與相同體積的雙作用氣缸相比 有效行程 小一些 4 氣缸復(fù)位彈簧 膜片的張力均隨變形大小變化 因而活塞桿的輸出力在行進過程中 是變化的 由于以上特點 單作用活塞氣缸多用于短行程 其推力及運動速度均要求不高場合 如 氣吊 定位和夾緊等裝置上 單作用柱塞缸則不然 可用在長行程 高載荷的場合 二 雙作用氣缸 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣 實現(xiàn)雙向運動的氣缸 其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞 桿式 單活塞桿式 雙活塞式 緩沖式和非緩沖式等 此類氣缸使用最為廣泛 1 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種 2 缸體固定時 其所帶載荷 如工作臺 與氣缸兩活塞桿連成一體 壓縮空氣依次進 入氣缸兩腔 一腔進氣另一腔排氣 活塞桿帶動工作臺左右運動 工作臺運動范 圍等于其有效行程 s 的 3 倍 安裝所占空間大 一般用于小型設(shè)備上 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 活塞桿固定時 為管路連接方便 活塞桿制成空心 缸體與載荷 工作臺 連成一體 壓縮 空氣從空心活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔 使缸體帶動工作臺向左或向左運動 工作臺的運 動范圍為其有效行程 s 的 2 倍 適用于中 大型設(shè)備 圖 3 3 雙活塞桿雙作用氣缸 a 缸體固定 b 活塞桿固定 1 缸體 2 工作臺 3 活塞 4 活塞桿 5 機架 雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等 故活塞兩側(cè)受力面積相等 當輸入壓力 流量相同時 其往返運動力及速度均相等 三 緩沖氣缸 緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸 不采取必要措施 活塞就會以很大的力 能 量 撞擊端蓋 引起振動和損壞機件 為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn) 不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象 在氣 缸兩端加設(shè)緩沖裝置 一般稱為緩沖氣缸 緩沖氣缸見下圖 主要由活塞桿 1 活塞 2 緩沖柱塞 3 單向閥 5 節(jié)流閥 6 端蓋 7 等組成 其工作原理是 當活塞在壓縮空氣推動下向右運動時 缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔 4 及缸蓋上的氣孔 8 排出 在活塞運動接近行程末端時 活塞右側(cè)的緩沖 柱塞 3 將柱塞孔 4 堵死 活塞繼續(xù)向右運動時 封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮 緩慢地通過 節(jié)流閥 6 及氣孔 8 排出 被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡 即會取得緩沖效果 使活塞在行程末端運動平穩(wěn) 不產(chǎn)生沖擊 調(diào)節(jié)節(jié)流閥 6 閥口開度的大小 即可控制排氣量的多少 從而決定了被壓縮容積 稱緩沖室 內(nèi)壓力的大小 以調(diào)節(jié)緩沖效果 若令活塞反向運動時 從氣孔 8 輸入壓縮空氣 可直接頂開單向閥 5 推動活塞向左運動 如節(jié)流 閥 6 閥口開度固定 不可調(diào)節(jié) 即稱為不可調(diào)緩沖氣缸 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 圖 3 4 緩沖氣缸 1 活塞桿 2 活塞 3 緩沖柱塞 4 柱塞孔 5 單向閥 6 節(jié)流閥 7 端蓋 8 氣孔 7 氣缸結(jié)構(gòu) 氣 缸 是 由 缸 筒 端 蓋 活 塞 活 塞 桿 和 密 封 件 組 成 其 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 1 缸 筒 缸 筒 的 內(nèi) 徑 大 小 代 表 了 氣 缸 輸 出 力 的 大 小 活 塞 要 在 缸 筒 內(nèi) 做 平 穩(wěn) 的 往 復(fù) 滑 動 缸 筒 內(nèi) 表 面 的 表 面 粗 糙 度 應(yīng) 達 到 Ra0 8um 對 鋼 管 缸 筒 內(nèi) 表 面 還 應(yīng) 鍍 硬 鉻 以 減 小 摩 擦 阻 力 和 磨 損 并 能 防 止 銹 蝕 缸 筒 材 質(zhì) 除 使 用 高 碳 鋼 管 外 還 是 用 高 強 度 鋁 合 金 和 黃 銅 小 型 氣 缸 有 使 用 不 銹 鋼 管 的 帶 磁 性 開 關(guān) 的 氣 缸 或 在 耐 腐 蝕 環(huán) 境 中 使 用 的 氣 缸 缸 筒 應(yīng) 使 用 不 銹 鋼 鋁 合 金 或 黃 銅 等 材 質(zhì) SMC CM2 氣 缸 活 塞 上 采 用 組 合 密 封 圈 實 現(xiàn) 雙 向 密 封 活 塞 與 活 塞 桿 用 壓 鉚 鏈 接 不 用 螺 母 2 端 蓋 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 端 蓋 上 設(shè) 有 進 排 氣 通 口 有 的 還 在 端 蓋 內(nèi) 設(shè) 有 緩 沖 機 構(gòu) 桿 側(cè) 端 蓋 上 設(shè) 有 密 封 圈 和 防 塵 圈 以 防 止 從 活 塞 桿 處 向 外 漏 氣 和 防 止 外 部 灰 塵 混 入 缸 內(nèi) 桿 側(cè) 端 蓋 上 設(shè) 有 導(dǎo) 向 套 以 提 高 氣 缸 的 導(dǎo) 向 精 度 承 受 活 塞 桿 上 少 量 的 橫 向 負 載 減 小 活 塞 桿 伸 出 時 的 下 彎 量 延 長 氣 缸 使 用 壽 命 導(dǎo) 向 套 通 常 使 用 燒 結(jié) 含 氣 合 金 前 傾 銅 鑄 件 端 蓋 過 去 常 用 可 鍛 鑄 鐵 現(xiàn) 在 為 減 輕 重 量 并 防 銹 常 使 用 鋁 合 金 壓 鑄 微 型 缸 有 使 用 黃 銅 材 料 的 3 活 塞 活 塞 是 氣 缸 中 的 受 壓 力 零 件 為 防 止 活 塞 左 右 兩 腔 相 互 竄 氣 設(shè) 有 活 塞 密 封 圈 活 塞 上 的 耐 磨 環(huán) 可 提 高 氣 缸 的 導(dǎo) 向 性 減 少 活 塞 密 封 圈 的 磨 耗 減 少 摩 擦 阻 力 耐 磨 環(huán) 長 使 用 聚 氨 酯 聚 四 氟 乙 烯 夾 布 合 成 樹 脂 等 材 料 活 塞 的 寬 度 由 密 封 圈 尺 寸 和 必 要 的 滑 動 部 分 長 度 來 決 定 滑 動 部 分 太 短 易 引 起 早 期 磨 損 和 卡 死 活 塞 的 材 質(zhì) 常 用 鋁 合 金 和 鑄 鐵 小 型 缸 的 活 塞 有 黃 銅 制 成 的 4 活 塞 桿 活 塞 桿 是 氣 缸 中 最 重 要 的 受 力 零 件 通 常 使 用 高 碳 鋼 表 面 經(jīng) 鍍 硬 鉻 處 理 或 使 用 不 銹 鋼 以 防 腐 蝕 并 提 高 密 封 圈 的 耐 磨 性 5 密 封 圈 回 轉(zhuǎn) 或 往 復(fù) 運 動 處 的 部 件 密 封 稱 為 動 密 封 靜 止 件 部 分 的 密 封 稱 為 靜 密 封 缸 筒 與 端 蓋 的 連 接 方 法 主 要 有 以 下 幾 種 整 體 型 鉚 接 型 螺 紋 聯(lián) 接 型 法 蘭 型 拉 桿 型 6 氣 缸 工 作 時 要 靠 壓 縮 空 氣 中 的 氣 霧 對 活 塞 進 行 潤 滑 也 有 小 部 分 免 潤 滑 氣 缸 8 工作原理 根 據(jù) 工 作 所 需 力 的 大 小 來 確 定 活 塞 桿 上 的 推 力 和 拉 力 由 此 來 選 擇 氣 缸 時 應(yīng) 使 氣 缸 的 輸 出 力 稍 有 余 量 若 缸 徑 選 小 了 輸 出 力 不 夠 氣 缸 不 能 正 常 工 作 但 缸 徑 過 大 不 僅 使 設(shè) 備 笨 重 成 本 高 同 時 耗 氣 量 增 大 造 成 能 源 浪 費 在 夾 具 設(shè) 計 時 應(yīng) 盡 量 采 用 增 力 機 構(gòu) 以 減 少 氣 缸 的 尺 寸 氣 缸 下 面 是 氣 缸 理 論 出 力 的 計 算 公 式 F 氣 缸 理 論 輸 出 力 kgf F 效 率 為 85 時 的 輸 出 力 kgf F F 85 D 氣 缸 缸 徑 mm P 工 作 壓 力 kgf cm2 例 直 徑 340mm 的 氣 缸 工 作 壓 力 為 3kgf cm2 時 其 理 論 輸 出 力 為 多 少 芽 輸 出 力 是 多 少 將 P D 連 接 找 出 F F 上 的 點 得 F 2800kgf F 2300kgf 在 工 程 設(shè) 計 時 選 擇 氣 缸 缸 徑 可 根 據(jù) 其 使 用 壓 力 和 理 論 推 力 或 拉 力 的 大 小 從 經(jīng) 驗 表 1 1 中 查 出 3 5 初步確定氣缸參數(shù) 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 表 2 1 按負載選擇工作壓力 1 負載 KN 50 工作壓力 MPa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 表 2 2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 1 機 床 機械類型 磨床 組合 機床 龍門 刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 重型機械 起重運輸機械 工作壓力 MPa 0 8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 32 由表 2 1 和表 2 2 可知 組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為 13777N 初選氣缸的設(shè)計壓力 P1 3MPa 為了滿足工作臺快速進退速度相等 并減小液壓泵的流量 這里的氣缸課選用單桿式 的 并在快進時差動連接 則氣缸無桿腔與有桿腔的等效面積 A1 與 A2 應(yīng)滿足 A1 2A2 即氣缸內(nèi) 徑 D 和活塞桿直徑 d 應(yīng)滿足 d 0 707D 為防止切削后工件突然前沖 氣缸需保持一定的回氣背 壓 暫取背壓為 0 5MPa 并取氣缸機械效率 則氣缸上的平衡方程9 0m 1212PAFAP 故氣缸無桿腔的有效面積 2232551 46106 410 210372 cmb 氣缸直徑 cmAD8 3 46 氣缸內(nèi)徑 按 GB T2348 1980 取標準值 D 80mm 因 A1 2A 故活塞桿直徑 d 0 707D 56mm 標準 直徑 則氣缸有效面積為 222 6 580 4 4 521 cmdDAc 2 缸體壁厚 的校核 查機械設(shè)計手冊 取壁厚為 10mm 則 1 08D 根據(jù) 時 4 2 3 0 8 max3p 2 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 可算出缸體壁厚為 1 25 滿足最低速度的要求 12c2 2 活塞桿強度計算 56mm 4 4 mF150 18374 d6 式中 許用應(yīng)力 Q235 鋼的抗拉強度為 375 500MPa MPa8n b 取 400MPa 為位安全系數(shù)取 5 即活塞桿的強度適中 3 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 活塞桿的外端頭部與負載的拖動電機機構(gòu)相連接 為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負載力 適應(yīng)氣缸的安裝要求 提高其作用效率 應(yīng)根據(jù)負載的具體情況 選擇適當?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu) 4 活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈 U 形夾織物密封圈 O 形密封圈 V 形密封圈等 6 采用薄 鋼片組合防塵圈時 防塵圈與活塞桿的配合可按 H9 f9 選取 薄鋼片厚度為 0 5mm 為方便設(shè)計和 維護 本方案選擇 O 型密封圈 3 7 氣缸工作行程的確定 氣缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定 并參照表 4 4 選取標準值 氣缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表 4 4 中的 a b c 選用 表 4 4 a 氣缸行程系列 GB 2349 80 6 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 4 4 b 氣缸行程系列 GB 2349 80 6 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 4 4 c 氣缸形成系列 GB 2349 80 6 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 根據(jù)設(shè)計要求知 活塞桿最大行程為 400mm 根據(jù)表 3 8 可選取氣缸的工作行程為 400mm 3 8 活塞的設(shè)計 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動 因此 它與缸筒的配合應(yīng)適當 既不能過緊 也不能間隙過大 配合過緊 不僅使最低啟動壓力增大 降低機械效率 而且容易損壞缸筒和活 塞的配合表面 間隙過大 會引起氣缸內(nèi)部泄露 降低容積效率 使氣缸達不到要求的設(shè)計性能 活塞與缸體的密封形式分為 間隙密封 用于低壓系統(tǒng)中的氣缸活塞的密封 活塞環(huán)密封 適用于溫度變化范圍大 要求摩擦力小 壽命長的活塞密封 密封圈密封三大類 其中密封圈 密封又包括 O 形密封圈 密封性能好 摩擦因數(shù)小 安裝空間小 Y 形密封圈 用在 20Mpa 壓力 下 往復(fù)運動速度較高的氣缸密封 形密封圈 耐高壓 耐磨性好 低溫性能好 逐漸取代xY Y 形密封圈 V 形密封圈 可用于 50Mpa 壓力下 耐久性好 但摩擦阻力大 綜合以上因素 考 慮選用 O 型密封圈 3 9 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 1 最小導(dǎo)向長度 H 的確定 當活塞桿全部伸出時 從活塞支承面中點到到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 1 如果導(dǎo)向長度過短 將使氣缸因間隙引起的初始撓度增大 影響氣缸工作性能和穩(wěn)定性 因此 在設(shè)計時必須保證氣缸有一定的最小導(dǎo)向長度 根據(jù)經(jīng)驗 當氣缸最大行程為 L 缸筒直徑為 D 時 最小導(dǎo)向長度為 4 5 20DLH 一般導(dǎo)向套滑動面的長度 A 在缸徑小于 80mm 時取 A 0 6 1 0 D 當缸徑大于 80mm 時取 A 0 6 1 0 d 活塞寬度 B 取 B 0 6 1 0 D 若導(dǎo)向長度 H 不夠時 可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向 套 K 見圖 4 1 來增加 H 值 隔套 K 的寬度 21BAC 圖 4 1 氣缸最小導(dǎo)向長度 1 因此 最小導(dǎo)向長度 取 H 9cm 7cm2104 20 DLH 導(dǎo)向套滑動面長度 A c8 6 58 活塞寬度 B 7m9 隔套 K 的寬度 3c 1 2 74 19 21 BAC 2 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套 易拆導(dǎo)向套 球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等 可按工作情況適當選擇 1 普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上 氣槽內(nèi)的壓力氣起潤滑作用和張開密封 圈唇邊而起密封作用 6 2 易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上 當導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換 時 不必拆卸端蓋和活塞桿就能進行 維修十分方便 它適用于工作條件惡劣 需經(jīng)常更換導(dǎo)向 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 套和密封圈而又不允許拆卸氣缸的情況下 3 球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸 當活塞桿受一偏心負載而引起方向傾斜時 導(dǎo)向套可以自動調(diào)位 使導(dǎo)向套軸線始終與運動方向一致 不產(chǎn)生 憋勁 現(xiàn)象 這樣 不僅保 證了活塞桿的順利工作 而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻 4 靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運動頻率高 速度快 振動大的氣缸 可以采用靜壓導(dǎo)向套 由 于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力氣膜 它們之間不存在直接接觸 而是在壓力氣中浮動 所以摩擦 因數(shù)小 無磨損 剛性好 能吸收振動 同軸度高 但制造復(fù)雜 要有專用的靜壓系統(tǒng) 3 10 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 在單活塞氣缸中 有活塞桿通過的端蓋叫端蓋 無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底 端蓋 缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔 它不僅要有足夠的強度以承受液壓力 而且必須具有一定的連 接強度 端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔 或裝導(dǎo)向套的孔 及防塵圈 密封圈槽 還有連接螺釘孔 受 力情況比較復(fù)雜 設(shè)計的不好容易損壞 1 端蓋的設(shè)計計算 端蓋厚 h 為 3p 1 cpdD 式中 D1 螺釘孔分布直徑 cm P 液壓力 2kgf m 密封環(huán)形端面平均直徑 cm cpd 材料的許用應(yīng)力 2f c 2 缸底的設(shè)計 缸底分平底缸 橢圓缸底 半球形缸底 3 端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外 還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向 密封和防塵等問 題 6 缸體端部的連接形式有以下幾種 A 焊接 特點是結(jié)構(gòu)簡單 尺寸小 質(zhì)量小 使用廣泛 缸體焊接后可能變形 且內(nèi)缸不易 加工 主要用于柱塞式氣缸 B 螺紋連接 外螺紋 內(nèi)螺紋 特點是徑向尺寸小 質(zhì)量較小 使用廣泛 缸體外徑需加 工 且應(yīng)與內(nèi)徑同軸 裝卸徐專用工具 安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲 C 法蘭連接 特點是結(jié)構(gòu)較簡單 易加工 易裝卸 使用廣泛 徑向尺寸較大 質(zhì)量比螺紋 連接的大 非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗 D 拉桿連接 特點是結(jié)構(gòu)通用性好 缸體加工容易 裝卸方便 使用較廣 外形尺寸大 質(zhì) 量大 用于載荷較大的雙作用缸 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 E 半球連接 它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種 外半環(huán)連接的特點是質(zhì)量比拉桿連接小 缸體 外徑需加工 半環(huán)槽消弱了缸體 為此缸體壁厚應(yīng)加厚 內(nèi)半環(huán)連接的特點是結(jié)構(gòu)緊湊 質(zhì)量小 安裝時端部進入缸體較深 密封圈有可能被進氣口邊緣擦傷 F 鋼絲連接 特點是結(jié)構(gòu)簡單 尺寸小 質(zhì)量小 3 11 缸體長度的確定 氣缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和 缸體外形長度還需要考慮到兩端端 蓋的厚度 1 一般氣缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的 20 30 倍 取系數(shù)為 5 則氣缸缸體長度 L 5 10cm 50cm 3 12 緩沖裝置的設(shè)計 氣缸的活塞桿 或柱塞桿 具有一定的質(zhì)量 在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量 在 它們的行程終端 當桿頭進入氣缸的端蓋和缸底部分時 會引起機械碰撞 產(chǎn)生很大的沖擊和噪 聲 采用緩沖裝置 就是為了避免這種機械撞擊 但沖擊壓力仍然存在 大約是額定工作壓力的 兩倍 這就必然會嚴重影響氣缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作 緩沖裝置可以防止和減少氣 缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊 在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減 直至為零 當氣缸中活塞活塞運動速度在 6m min 以下時 一般不設(shè)緩沖裝置 而運動速度在 12m min 以 上時 不需設(shè)置緩沖裝置 在該組合機床液壓系統(tǒng)中 動力滑臺的最大速度為 4m min 因此沒有必 要設(shè)計緩沖裝置 3 13 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當或者沒有設(shè)置排氣裝置 壓力氣進入氣缸后 缸內(nèi)仍會存在空氣 6 由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性 會造成氣缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行 影響氣缸的 正常工作 比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中 這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度 而且 會損壞砂輪和磨頭等機構(gòu) 為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生 除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外 還必須在 氣缸上設(shè)置排氣裝置 配氣裝置的位置要合理 由于空氣比壓力氣輕 總是向上浮動 因此水平 安裝的氣缸 其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方 垂直安裝的氣缸 應(yīng)設(shè)在端蓋的上方 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種 整體排氣塞如圖 4 2 a 所示 表 4 5 排氣閥 塞 尺寸 6 閥座 閥桿 孔 d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4 M16 6 11 6 19 2 9 3 2 31 17 10 8 5 3 48 4 6 23 M20 x2 8 14 7 25 4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4 8 28 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 圖 4 2 a 整體排氣孔 圖 4 2 b 組合排氣孔 圖 4 2 c 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 由于螺紋與缸筒或端面連接 靠頭部錐面起密封作用 排氣時 擰松螺紋 缸內(nèi)空氣從錐面 空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外 這種排氣裝置簡單 方便 但螺紋與錐面密封處同軸度要求 較高 否則擰緊排氣塞后不能密封 造成外泄漏 組合排氣塞如圖 4 2 b 所示 一般由絡(luò)螺塞 和錐閥組成 螺塞擰松后 錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣 排氣裝置的零件圖及尺寸 圖見 4 2 c 以及表 4 2 d 圖 4 2 d 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 3 14 密封件的選用 1 對密封件的要求 氣缸工作中要求達到零泄漏 摩擦小和耐磨損的要求 在設(shè)計時 正確地選擇密封件 導(dǎo)向 套 支承環(huán) 和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的 從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析 氣缸的活塞和活 塞桿及密封 導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮 具有可靠的密封系統(tǒng) 才能式 氣缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命 在液壓元件中 對氣缸的密封要求是比較高的 特別是一些特殊材料氣缸 如擺動氣缸等 氣缸中不僅有靜密封 更多的部位是動密封 而且工作壓力高 這就要求密封件的密封性能要好 耐磨損 對溫度適應(yīng)范圍大 要求彈性好 永久變形小 有適當?shù)臋C械強度 摩擦阻力小 容易 制造和裝卸 能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損 密封件一般以斷面形狀分類 有 O 形 U 形 V 形 J 形 L 形和 Y 形等 除 O 形外 其他都 屬于唇形密封件 2 O 形密封圈的選用 氣缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿 支承座外圓與缸筒內(nèi)孔 缸蓋與缸體端面等處 6 這些部位雖然是靜密封 但因工作由液壓力大 稍有意外 就會引起過量的內(nèi)漏和外漏 靜密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈 O 形密封圈雖小 確實一種精密的橡膠制品 在復(fù)雜使用條件下 具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能 在設(shè)計選用時 根據(jù)使用條件選 擇適宜的材料和尺寸 并采取合理的安裝維護措施 才能達到較滿意的密封效果 安裝 O 形圈的溝槽有多種形式 如矩形 三角形 V 形 燕尾形 半圓形 斜底形等 可根據(jù) 不同使用條件選擇 不能一概而論 使用最多的溝槽是矩形 其加工簡便 但容易引起密封圈咬 邊 扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象 3 動密封部位密封圈的選用 氣缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封 活塞桿與支承座 導(dǎo)向套 的密封等 形密封圈是我國氣缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運動密封圈 它是一種軸 孔互不通用的密xY 封圈 一般 使用壓力低于 16MPa 時 可不用擋圈而單獨使用 當超過 16MPa 并用于活塞動密封 裝置時 應(yīng)使用擋圈 以防止間隙 擠出 3 15 防塵圈 防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè) 用于防止外界塵埃 沙粒等異物侵入氣缸 從而可以 防止液壓氣被污染導(dǎo)致元件磨損 1 防塵圈 A 型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈 適于在 A 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝 起防塵作用 B 型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈 適于在 B 型密封結(jié)構(gòu)形式 內(nèi)安裝 起防塵作用 C 型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈 適于在 C 型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝 起防塵 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 和輔助密封的作用 2 防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍 帆布等材料制作 在高溫工作時 可用氯丁橡膠 可在 130 以下工 作 如果溫度再高時 可用耐火石棉材料 當選用防塵伸縮套時 要注意在高頻率動作時的耐久 性 同時注意在高速運動時伸縮套透氣孔是否能及時導(dǎo)入足夠的空氣 但是 安裝伸縮套給氣缸 的裝配調(diào)整會帶來一些困難 3 16 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括氣缸的安裝結(jié)構(gòu) 氣缸近處有口的連接等 1 氣缸的安裝形式 氣缸的安裝形式很多 但大致可以分為以下兩類 1 軸線固定類 這類安裝形式的氣缸在工作時 軸線位置固定不變 機床上的氣缸絕大多數(shù) 是采用這種安裝形式 A 通用拉桿式 在兩端缸蓋上鉆出通孔 用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊 一般短行程 壓力低的氣缸 B 法蘭式 用氣缸上的法蘭將其固定在機器上 C 支座式 將氣缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起 支座可置于氣缸左右的徑向 切向 也可置于軸向底部的前后端 2 周線擺動類 氣缸在往復(fù)運動時 由于機構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動 達到調(diào)整位置 和方向的要求 安裝這類氣缸 安裝形式也只能采用使其能擺動的鉸接方式 工程機械 農(nóng)用機 械 翻斗汽車和船舶甲板機械等所用的氣缸多用這類安裝形式 A 耳軸式 將固定在氣缸上的鉸軸安裝在機械的軸座內(nèi) 使氣缸軸線能在某個平面內(nèi)自由擺 動 B 耳環(huán)式 將氣缸的耳環(huán)與機械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起 使氣缸能在某個平面內(nèi)自由擺 動 耳環(huán)在氣缸的尾部 可以是單耳環(huán) 也可以是雙耳環(huán) 還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙 耳環(huán) C 球頭式 將氣缸尾部的球頭與機械上的球座連接在一起 使氣缸能在一定的空間錐角范圍 內(nèi)任意擺動 2 氣缸氣口設(shè)計 氣口孔是壓力氣進入氣缸的直接通道 雖然只是一個孔 但不能輕視其作用 6 如果孔小了 不僅造成進氣時流量供不應(yīng)求 影響氣缸的活塞運動速度 而且會造成回氣時受阻 形成背壓 影響活塞的退回速度 減少氣缸的負載能力 對氣缸往復(fù)速度要求較嚴的設(shè)計 一定要計算孔徑 的大小 氣缸的進出氣口 可以布置在缸筒和前后端蓋上 對于活塞桿固定的氣缸 進出氣口可以設(shè) 在活塞桿端部 如果氣缸無專用排氣裝置 進出氣口應(yīng)設(shè)在氣缸的最高處 以便空氣能首先從氣 缸排出 氣缸進出氣口的鏈接形式有螺紋 方形法蘭和矩形法蘭等 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 第 4 章 氣缸材料及技術(shù)要求設(shè)計 4 1 缸體 1 缸體的材料 氣缸缸體的常用材料為 20 鋼 35 鋼 45 鋼的無縫鋼管 6 因 20 鋼的力學(xué)性能略低 且不能 調(diào)質(zhì) 應(yīng)用較少 當缸筒與缸底 缸頭 管接頭或耳軸等件焊接時 則應(yīng)采用焊接性能較好的 35 鋼 粗加工后調(diào)質(zhì) 一般情況下均采用 45 鋼 并調(diào)質(zhì)到 241 285HB 缸體的毛坯也可采用鍛鋼 鑄鋼或鑄鐵件 鑄鋼一般采用 ZG25 ZG35 ZG45 等 鑄鐵可采用 HT200 HT350 之間的幾個牌號或球墨鑄鐵 QT500 05 QY600 02 等 特殊情況下 可采用鋁合金等 材料 2 主要表面粗糙度 氣缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 m4 0 2a R 3 技術(shù)要求 參見圖 4 3 圖 4 3 缸筒的技術(shù)要求 6 1 內(nèi)徑用 H8 H9 的配合 2 內(nèi)徑圓度 圓柱度不大于直徑公差之半 3 內(nèi)表面母線直線度在 500mm 長度上不大于 0 03mm 4 缸體端面對軸線的垂直度在直徑每 100mm 上不大于 0 04mm 5 缸體與端蓋采用螺紋連接時 螺紋采用 6H 級精度 7 為防止腐蝕和提高壽命 內(nèi)徑表面可以鍍 0 03 0 04mm 厚的硬鉻 在進行拋光 剛體外 涂耐蝕氣漆 4 2 活塞 1 活塞的材料 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 缸徑較小的整體式活塞一般采用 35 鋼 45 鋼 其他常用耐磨鑄鐵 灰鑄鐵 HT300 HT350 有外徑上套有尼龍 66 尼龍 1010 或加布酚醛塑料的耐磨環(huán) 以及鋁合金等 2 主要表面粗糙度 活塞外圓柱表面粗糙度為 m1 6 80a R 3 技術(shù)要求 參見圖 4 4 圖 4 4 活塞的技術(shù)要求 6 1 外徑的圓度 圓柱度不大于外徑公差之半 2 外徑 D 對內(nèi)徑 d1 的徑向圓跳動不大于外徑公差之半 3 端面 T 對軸線垂直度在直徑 100mm 上不大于 0 04mm 4 活塞外徑用橡膠密封時可取 f7 f9 配合 內(nèi)孔與活塞的配合可取 H8 4 3 活塞桿 1 材料 實心活塞桿材料為 35 鋼 45 鋼 空心活塞桿材料為 35 鋼 45 鋼的無縫鋼管 2 主要表面粗糙度 桿外圓柱粗糙度為 m0 8 4a R 3 技術(shù)要求 參見圖 4 5 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 圖 4 5 活塞桿的技術(shù)要求 6 1 活塞桿的熱處理 粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229 285HB 必要時 再經(jīng)高頻淬火 硬度達 45 55HRC 2 外徑 d 和 d2 的圓度 圓柱度不大于直徑公差之半 3 外徑表面直線度在 500mm 長度上不大于 0 03mm 4 d2 對 d 的徑向跳動不大于 0 01mm 5 活塞桿上與導(dǎo)向套采用 H8 f7 配合 與活塞的鏈接可采用 H8 h8 配合 6 活塞桿上若有連接銷孔時 該孔徑應(yīng)按 H11 級加工 該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差 值 按 6 級精度選取 7 活塞桿上的螺紋一般按 6 級精度加工 如載荷較小 機械振動也較小時 允許按 7 級或 8 級精度制造 4 4 缸蓋 1 缸蓋的材料 常用 35 45 鍛鋼或 ZG35 ZG45 鑄鋼或 HT200 HT300 HT350 鑄鐵等材料 當缸蓋本身又是 活塞桿的導(dǎo)向套 缸蓋最好選用鑄鐵 同時 應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅 青銅或其他耐磨材料 2 主要表面粗糙度 配合表面粗糙度為 m1 6 80a R 3 技術(shù)要求 參見圖 4 6 圖 4 6 缸蓋的技術(shù)要求 6 1 配合表面的圓度 圓柱度不大于直徑公差之半 2 d2 d3 對 D 的同軸度不大于 0 03mm 3 端面 A B 對孔軸線的垂直度在直徑 100mm 上不大于 0 04mm 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 4 5 導(dǎo)向套 1 導(dǎo)向套材料 常用青銅 耐磨鑄鐵 球墨鑄鐵 聚四氟乙烯 2 主要表面粗糙度 導(dǎo)向表面粗糙度為 m8 0a R 3 技術(shù)要求 參見圖 4 7 圖 4 7 導(dǎo)向套的技術(shù)要求 6 1 導(dǎo)向套的長度一般取活塞桿直徑的 60 100 2 外徑與內(nèi)徑的同軸度不大于內(nèi)控公差之半 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 第 5 章 水平氣缸的設(shè)計與選型 5 1 水平方向的 2 個壓面強度計算 壓實的物塊體積要求 200X40X10 根據(jù)壓強公式 p F S 計算 假設(shè)水平氣缸需要推動的力為 100N 另外一水平氣缸需要的推動力為 50NapmNSF25010416 甲 ap2526 甲 根據(jù)常見可以壓實的物質(zhì)壓強比較 發(fā)現(xiàn)遠小于 2500pa 故假設(shè)合理 5 2 氣缸的計算 估算要驅(qū)動的負載大小為 100N 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(zhì)量 在研究氣缸的性能 和確定氣缸的缸徑時 常用到負載率 10 F氣 缸 的 理 論 負 載氣 缸 的 實 際 負 載 由 液壓與氣壓傳動技術(shù) 表 5 1 表 5 1 氣缸的運動狀態(tài)與負載率 慣性負載的運動速度 v 阻性負載 靜負載 sm 10 sm 50 1sm 50 8 0 65 3 運動的速度 v 50mm s 取 0 60 所以實際的氣缸缸負載的大小為 F F 0 163N 2 氣缸內(nèi)徑的確定 表 5 2 氣缸內(nèi)徑確定公式 項目