氣缸畢業(yè)設計---氣缸驅動的直線和擺動復合運動機構

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　論文題目：氣缸驅動的直線和擺動復合運動機構 </p><p>　　所屬系部：航空制造工程系</p><p>　　指導老師： 職 稱： 助教 </p><p>　　學生姓名： 班級、學號: 10101

2、517</p><p>　　專 業(yè)： 機械制造與自動化</p><p>　　2012年 11月 17 日</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目： 氣缸驅動的直線和擺動復合運動機構</p><p><b>　　任務與要求：</b></p><

3、;p>　　1.氣缸的行程為300——500毫米。</p><p><b>　　2.</b></p><p>　　時間： 年 月 日 至 年 月 日 共 周</p><p>　　所屬系部：航空制造工程系</p><p>　　學生姓名：

4、 學 號：10101517</p><p>　　專業(yè)： 機械制造與自動化</p><p>　　指導單位或教研室： </p><p>　　指導教師：白亞瓊 職 稱：助教 </p><p>　　2012年 11月 17日</p><p><b

5、>　　題目</b></p><p>　　氣缸驅動的直線和擺動復合運動機構的PLC控制</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　隨著科技的迅速發(fā)展，各種機械設備脫穎而出。氣缸驅動在人們的生活中占據(jù)了很重要的地位。氣缸驅動是實現(xiàn)機械傳動的機構，它是由氣缸與換向閥組成。</p><p&g

6、t;　　氣缸驅動系統(tǒng)由于系統(tǒng)構成簡單，易于獲得穩(wěn)定速度，而且元器件價格低廉，比較容易維護等特點在工業(yè)自動化領域得到廣泛的應用。與電動機相比，氣缸更擅長做往復直線運動。而且僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側的單向節(jié)流閥就可簡單的實現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制。也成為氣缸驅動系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢?，F(xiàn)在，氣缸驅動系統(tǒng)已成為工業(yè)生產(chǎn)領域中的主流。這幾十年氣動技術的快速發(fā)展甚至也可以說很大程度上得益于氣缸的迅速普及。</p><p>　　本文闡述

7、了由PLC控制的氣動元件工作，一個氣動系統(tǒng)是由方向控制閥、氣動執(zhí)行元件、各種氣動輔助元件以及氣源凈化元件所組成。各個電磁閥用來作為相應動作單元上壓縮空氣通斷的控制，電磁閥則由PLC控制器來實現(xiàn)邏輯上的控制，氣缸的選用根據(jù)具體機械動作的實現(xiàn)來確定，氣缸的運動速度根據(jù)相應的節(jié)流閥來進行調(diào)節(jié)。</p><p>　　關鍵詞：氣缸驅動、PLC控制、電磁閥</p><p><b>　　前言&

8、lt;/b></p><p>　　近年來，氣動技術發(fā)展很迅速，是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段。氣壓傳動得到介質(zhì)就是空氣，環(huán)境污染小，工程容易實現(xiàn)所以說傳動是一種易于推廣的實現(xiàn)工業(yè)自動化的應用技術。氣動技術在機械、化工、電子、電氣、食品、包裝、輕工、汽車等各個制造行業(yè)。尤其是在各種自動化生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)線中得到廣泛的應用。

9、 </p><p>　　可編程控制器(PLC)是以微處理器為基礎，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，他具有機構簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點，近年來在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了越來越廣泛的應用。</p><p><b>　　目錄</b>

10、;</p><p>　　1.PLC控制系統(tǒng) </p><p><b>　　1.氣缸的選擇</b></p><p><b>　　1.1氣缸的分析</b></p><p>　　（1)氣缸根據(jù)作用方式不同可分為單作用式和雙作用式。單作用式氣缸只能利用氣體壓力單方向運動，而反方向運動則要依靠重力、彈簧力等外

11、力來實現(xiàn);雙作用式氣缸的正、反兩個方向的運動都由氣體壓力來實現(xiàn)。由于單作用氣壓缸僅有單放向運動，有外力使活塞反向運動。而雙作用單活塞氣壓缸在壓縮空氣的驅動下可以向兩個方向運動，但兩個方向的輸出力不同，所以該設計應選用雙作用式氣缸。</p><p>　　(2)首先應根據(jù)氣缸的工況特點，選用氣缸的類型以及安裝方式，然后根據(jù)動力和運動分析，確定氣缸的主要參數(shù)。氣缸的選用主要應考慮氣缸的輸出方式、工作行程大小、負載大小等

12、。</p><p><b>　　1.2氣缸的結構</b></p><p>　　氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿、和密封件組成：</p><p>　?。?）缸筒：缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊ё指淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應達到Ra0.8um。對鋼管缸筒，內(nèi)表面還應鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材

13、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。帶磁性開關的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。</p><p>　?。?）端蓋：端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，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

14、長氣缸的使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、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。</p><p>　?。?）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，設有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長期使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來

15、決定。滑動部分太短，易引起早 （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</p><p>　　硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。</p><p>　　（5）密封圈：回轉或往復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。</p><p>　?。?）氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免

16、潤滑</p><p><b>　　氣缸。</b></p><p>　　1.3氣缸的設計計算</p><p>　　由設計任務知：要驅動的負載質(zhì)量為100kg，取值V=50mm/s,氣缸的行程為300—500mm，取最大值。在研究氣缸性能和氣缸缸徑時，常用到負載率β：</p><p>　　由《液壓與氣壓傳動技術》表：<

17、;/p><p>　　氣缸的運動狀態(tài)與負載率</p><p>　　運動速度V=50mm/s,β取0.6，所以氣缸的實際負載大小為：F=F0/β=1633.3N</p><p>　　(1)氣缸內(nèi)徑的確定</p><p>　　缸徑的計算公式D=1.27==66.26mm</p><p>　　F→氣缸的輸出拉力N；</p&

18、gt;<p>　　P→氣缸的工作壓力Pa</p><p>　　按照GB/T2348-1993標準進行圓整，D=80mm</p><p>　　氣壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）</p><p>　　8 10 12 16 20 25 32</p><p>　　40

19、 50 63 80 （90） 100 （110） </p><p>　　125 （140） 160 （180） 200 220 （250） </p><p>　?。?80） 320 （360） 400 450 500</p><p>　　括號內(nèi)為優(yōu)先選取尺寸</p>&

20、lt;p><b>　　活塞桿直徑的確定</b></p><p>　　由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm</p><p>　　活塞桿外徑尺寸 系列（GB/T2348-1993）</p><p>　　4 5 6 8 10 12 14 16 18 </p><p>　　

21、20 22 25 28 32 36 40 45 50 </p><p>　　56 63 70 80 90 100 110 125 140 </p><p>　　160 180 200 220 250 280 320 360</p><p><b>　　缸筒長度的確定</b&g

22、t;</p><p>　　缸筒長度S=L+B+30</p><p>　　L為活塞行程；B為活塞厚度</p><p>　　活塞厚度B=0.7D= 0.7 80=56mm</p><p>　　由設計任務知氣缸的最大行程L=500mm ,所以S=L+B+30=586 mm</p><p>　　導向套滑動面長度A:</p

23、><p>　　一般導向套滑動面長度A，在D<80mm時，可取A=(0.6 1.0)D；在D>80mm時, 可取A=(0.6 1.0)d。</p><p><b>　　所以A=25mm</b></p><p><b>　　最小導向長度H：</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，當氣缸的最大行程

24、為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：H </p><p>　　代入數(shù)據(jù) 即最小導向長度H=80/2=40 mm</p><p>　　活塞桿的長度l=L+B+A+H=500+56+25+40=621mm</p><p>　　（4）氣缸筒的壁厚的確定</p><p>　　由《液壓氣動技術手冊》可查氣缸筒的壁厚 可根據(jù)薄避筒計算公式進行計算：<

25、;/p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　—缸筒壁厚（m）；</b></p><p>　　D—缸筒內(nèi)徑（m）；</p><p>　　P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）；</p><p>　　—缸筒材料的許用應力（MPa）；</p>

26、<p>　　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。</p><p>　　參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核</p><p>　　,我們的缸體的材料選擇45鋼， =600 MPa， = =120 MPa</p><p>　　n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa

27、)</p><p>　　P—缸筒承受的最大工作壓力MPa。當工作壓力p≤16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p＞16 MPa時，P=1.25p</p><p>　　由此可知工作壓力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa</p><p><b>　　=0.3mm</b></p>&

28、lt;p>　　參照下表 氣缸筒的壁厚圓整?。?lt;/p><p><b>　　= 7 </b></p><p><b>　　氣缸筒的壁厚表：</b></p><p><b>　　氣缸耗氣量的計算</b></p><p>　　Q====1.85/s</p><

29、;p>　?。?）氣缸進排氣口直徑d0</p><p>　　V——空氣流經(jīng)排氣口的速度（可取V=10 15）取V=12m/s</p><p><b>　　由公式d0=</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：d0=14.014mm</p><p><b>　　氣缸進排氣口直徑</b><

30、;/p><p>　　所以取氣缸排氣口直徑為15 mm</p><p>　　Q——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量（m3/s）</p><p>　　V——空氣流經(jīng)排氣口的速度</p><p><b>　　(7)活塞桿的校核</b></p><p>　　由于所選活塞桿的長度L=10d，所以不但要校核強度校核，

31、還要進行穩(wěn)定性校核。綜合考慮活塞桿的材料選擇45鋼。</p><p>　　參考《機械設計手冊單行本》 </p><p>　　由《液壓氣動技術手冊》</p><p><b>　　穩(wěn)定性校核：</b></p><p>　　由公式 Fp0 ≤</p><p>　　式中 FP0— 活塞桿承受

32、的最大軸向壓力（N）；</p><p><b>　　FP0=1633N</b></p><p>　　FK — 縱向彎曲極限力（N）；</p><p>　　nK — 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取1.5 4。綜合考慮選取2</p><p>　　K—活塞桿橫截面回轉半徑，對于實心桿K=d/4</p><p>

33、　　代入數(shù)據(jù) K =25/4=6.25mm</p><p>　　由于細長桿L/K≧85 即 FK =</p><p>　　實心圓桿： J = </p><p>　　式中： L— 氣缸的安裝長度 ；</p><p>　　m— 末端系數(shù)；選擇固定—自由 m = 1/4</p><p>　　E— 材料彈性模量，鋼

34、材 E = 2.1 1011 Pa ；</p><p>　　J— 活塞桿橫截面慣性矩（m4）；</p><p>　　d— 活塞桿的直徑（m）；</p><p>　　L—氣缸的安裝長度就是活塞桿的長度等于621mm；</p><p>　　代入公式：FK=1.3×106N</p><p>　　因為:=1.5

35、5×104N；</p><p>　　所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件</p><p><b>　　強度校核:</b></p><p><b>　　由公式d≥</b></p><p>　　其中：=，n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)</p><p&g

36、t;　　45#鋼的抗拉強度，=600MPa；==120MPa</p><p>　　所以：=1.92mm<d 所以強度滿足要求；</p><p>　　綜上所述：活塞桿的穩(wěn)定性和強度滿足要求。</p><p><b>　　1.4氣缸的密封</b></p><p>　　氣缸常用密封 氣缸常用的密封元件有O形密封圈、Q

37、Y形軸用和孔用密封圈、無骨架防塵圈。ZHM形組合圈、C形孔用密封圈和CK形軸孔防塵組合圈。 常用的密封材料是丁腈橡膠。</p><p>　　1、缸蓋和缸筒聯(lián)接的密封 一般采用O形密封圈，安裝在缸蓋和缸筒配合的溝槽內(nèi)，構成靜密封。</p><p>　　活塞的密封 活塞處有兩處地方需密封，一處是活塞與缸筒的動密封；另一處是活塞與活塞桿聯(lián)接處的靜密封，一般用O形密封圈。 O形密封圈：密封可靠

38、，結構簡單，對缸筒內(nèi)表面粗糙度要求不高，摩擦阻力小。使用壽命比QY形密封圈短。 </p><p>　　活塞桿的密封 一般在缸蓋的溝槽里放置密封圈和防塵圈，保證活塞桿往復運動的密封和防塵。表1為活塞桿的密封、防塵形式。</p><p>　　緩沖密封 緩沖密封有兩種方法：一種是采用QY形密封圈安裝在緩沖柱塞上；另一種是采用SJM15系列氣缸專用密封圈，它是用橡膠和一個圓形鋼圈硫化成一個整體

39、，安裝在缸蓋上作緩沖密封。</p><p>　　1.5氣缸的使用注意事項</p><p>　　1、對空氣質(zhì)量的要求 ：要使用凈化處理后的清潔干燥的壓縮空氣。 空氣中不得含有有機溶劑的合成油、鹽分、腐蝕性氣體等，以防缸、閥作用不良。安裝前，連接配管內(nèi)應充分吹洗，不要將灰塵、切屑末、密封帶碎片等雜物帶入缸、閥內(nèi)。</p><p>　　2、對使用環(huán)境的要求： 氣缸正常工作

40、時的環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度為： 氣缸不帶磁性開關時：－10C～70C，若超出該溫度范圍，要采取防凍或耐熱措施。</p><p>　　3、關于氣缸的密封： 給油潤滑氣缸，應配置流量合適的油霧氣。</p><p>　　4、關于氣缸的負載 ：氣缸正常的工作壓力為0.4～0.6aMP，普通標準氣缸的運動速度為50～500/mms。 活塞桿只能承受軸向負載?；钊麠U不允許承受徑向載荷及偏心負載。<

41、;/p><p>　　5、關于氣缸的安裝： 安裝固定式氣缸時，負載和活塞桿的軸線要一致。 在活塞桿端部旋入螺母或安裝附件時，活塞桿必需全部回縮才能進行。對桿不回轉型在活塞桿上安裝附件時，應避免在活塞桿上承受旋轉力矩。 擰緊配管螺紋時，用力要合適，以免損壞接口螺紋或漏氣。</p><p>　　6、氣缸的速度調(diào)整 ：氣缸安裝完畢后應空載往復運動幾次，檢查動作是否正常，然后再連接負載進行速度調(diào)節(jié)。&l

42、t;/p><p>　　7、氣缸的緩沖 ：氣缸的運動能量不能靠氣缸自身完全吸收時，應在外部增設緩沖機構（如液壓緩沖器）或設計緩沖回路。</p><p>　　8、對低速運動的氣缸： 低速運動的氣缸，因流量小，速度控制和油霧潤滑都比較困難。如合理選擇元件的尺寸仍不能滿足速度控制和油霧潤滑的要求，可使用氣、液轉換器或氣－液阻尼缸。</p><p>　　9、氣缸的維護： 缸筒和活

43、塞桿的滑動部位不得受損傷，以防氣缸動作不良、損壞活塞桿密封圈等造成漏氣。 使用中，應定期檢查氣缸各部位有無異常現(xiàn)象，各連接部位有無松弛等。 設備停機后，應消除氣缸內(nèi)的殘余壓力。拆下長時間不使用時，所有加工表面應涂防銹油，進排氣口加防塵堵塞。氣缸若長期放置不用，應一個月動作一次。</p><p>　　10、關于安全對策 ：使用氣源、電源、液壓源控制的裝置，當動力源出現(xiàn)故障時，應有相應的安全對策。 停電和緊急停止時，

44、為防止由于氣缸動作引起人身及裝置損傷，可讓氣缸內(nèi)的壓力保持不變或全部排空的方式。 停電和緊急停止后的復位，回路設計成用手動讓氣缸返回至各自規(guī)定的位置后，再進行自動操作。讓氣缸返回至規(guī)定位置時，用減壓閥將壓力降低后進行操作為好。長時間停止供氣、不運轉的機械要復位時，也要作同樣的考慮。</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)進度計劃表</p><p>　　本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一。<