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毕毕 业业 设设 计（说明书）计（说明书） 2012 届 题 目 旋转式压实器设计旋转式压实器设计 专 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 2012 年年 12 月月 湖湖 州州 师师 范范 学学 院院 教教 务务 处处 印印 制制 I 原原 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所 取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已 明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 2 关于毕业论文使用授权的声明关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、 原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属湖州师范学院。 本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向 国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征 得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或 与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。 论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 I 摘 要 秸秆压实器是把秸秆等生物质原料粉碎压缩制成高效、环保燃料或饲料的设备。秸秆压块机压 出的产品是用来做饲料或燃料的。经过实践和不断的改进，秸秆压块机已日臻完善。秸秆压块机具 有自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单、环境无污染等优点。因而秸秆压块机可广 泛应用压制各种农作物秸秆和小树枝等生物质原料。 本文对一种外形为 200X400X100 的物料进行压实器设计，其中旋转的压下，水平方向的 2 个压 面强度和旋转压头的转速要求计算，最后压实的物块体积要求，用气压传动。 关键词：压实器，旋转压实器，气动设计 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 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 录 摘 要 . I Abstract II 目 录 . III 第 1 章 绪论 1 1.1 1.1 课题研究意义课题研究意义 . 1 1.2 1.2 压实目的及操作原理压实目的及操作原理 . 1 1.3 1.3 压实机的设计压实机的设计 . 2 第 2 章 总体设计方案 3 第 3 章 旋转压头的设计计算 5 3.1 3.1 旋转压头的转速旋转压头的转速 . 5 3.23.2 气缸安装位置的确定气缸安装位置的确定 . 7 3.33.3 气缸推力的计算及选型气缸推力的计算及选型 . 9 3.43.4 气缸的选择气缸的选择 10 3.5 3.5 初步确定气缸参数初步确定气缸参数 15 3.6 3.6 活塞杆的设计与计算活塞杆的设计与计算 17 3.7 3.7 气缸工作行程的确定气缸工作行程的确定 18 3.8 3.8 活塞的设计活塞的设计 18 3.9 3.9 导向套的设计与计算导向套的设计与计算 18 3.10 3.10 端盖和缸底的设计与计算端盖和缸底的设计与计算 . 20 3.11 3.11 缸体长度的确定缸体长度的确定 . 21 3.12 3.12 缓冲装置的设计缓冲装置的设计 . 21 3.13 3.13 排气装置排气装置 . 21 3.14 3.14 密封件的选用密封件的选用 . 23 3.15 3.15 防尘圈防尘圈 . 23 3.16 3.16 气缸的安装连接结构气缸的安装连接结构 . 24 第 4 章 气缸材料及技术要求设计 25 4.1 4.1 缸体缸体 25 4.2 4.2 活塞活塞 25 4.3 4.3 活塞杆活塞杆 26 4.4 4.4 缸盖缸盖 27 4.5 4.5 导向套导向套 27 第 5 章 水平气缸的设计与选型 29 IV 5.1 5.1 水平方向的水平方向的 2 2 个压面强度计算个压面强度计算 29 5.25.2 气缸的计算气缸的计算 29 5.25.2 气缸的选型气缸的选型 32 第 6 章 主要零部件强度校核 33 6.1 6.1 气缸底架固定横梁的强度校核气缸底架固定横梁的强度校核 33 6.2 6.2 轴的强度校核轴的强度校核 35 6.2.1 6.2.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核内剪叉臂固定端销轴的强度校核 . 35 6.2.2 6.2.2 气缸缸体尾部销轴的强度校核气缸缸体尾部销轴的强度校核 . 36 6.2.3 6.2.3 气缸活塞杆头部支撑轴的强度校核气缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 . 36 总结与展望 38 参考文献 39 致 谢 . 40 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究意义课题研究意义 我国每年仅农作物秸秆产量就越有 7 亿吨。同时由于经济发展迅速，电力供应非常紧张，因此 秸秆发电在 我国的发展前景非常看好，现在大部分地区运行的发电项目都是采用的软质发电，也就 是我们所说的黄色秸秆4些物料具有体积大、重量轻、密度小等特点，为满足锅炉燃烧发热量，保 证单位时间内的上料量，需要打捆至规定体积和重量后输送至炉膛内燃烧。从国外经验来看，燃料 的收集、储存和运送是电厂运行的瓶颈。因此进行压缩压实是解决问题的关键所在，秸秆压实机的 使用便能解决这一问题。 秸秆压块机是把秸秆等生物质原料粉碎压缩制成高效、环保燃料或饲料的设备。秸秆压块机压 出的产品是用来做饲料或燃料的。经过实践和不断的改进，秸秆压块机已日臻完善。秸秆压块机具 有自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单、环境无污染等优点5。因而秸秆压块机可 广泛应用压制各种农作物秸秆和小树枝等生物质原料。 秸秆压实机具有以下特点： （1）秸秆压块机自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单。如无电力设备可用柴气 机代替。 （2） 秸秆压块机物料适应性强: 适应于各种生物质原料的成型， 秸秆从粉状至 50mm 长度之间， 含水率 5-30%之间，秸秆压块机都能加工成型。 （3）秸秆压块机压轮自动调节功能：利用推力轴承双向旋转的原理自动调节压力角度，使物料 不挤团、不闷机，保证出料成型的稳定。 （4）秸秆压块机操作简单使用方便：自动化程度高，用工少，使用人工上料或输送机自动上料 均可。 1.2 压实目的及操作原理压实目的及操作原理 压实亦称压缩，即是利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减小体积，便于装 卸、运输、贮存和填埋。固体废物中适合压实处理的主要是压缩性能大而复原性小的物质，如金属 加工出来的金属细丝，金属碎片、冰箱与洗衣机，以及纸箱、纸袋、纤维等，有些固体废物、如木 头、玻璃、金属、塑料块等已经很密实的固体，以及焦气、污泥等液态废物不宜作压缩处理。 固体废物经压实处理后，体积减小的程度叫压缩比。废物压缩比决定于废物的种类及施加的压 力。一般压缩比为 3-5。同时采用破碎与压实二种技术可使压缩比增加到 5-10。 国外，生活垃圾的收集都采用压实机械以减少垃圾体积、增加垃圾车的收集量。一般，生活垃 圾压实后，体积可减少 60-70%。城市垃圾经家庭压实器压实后密度变为 320.4kg/m3，体积可减少 69%。 压实的原理主要是减少空隙率，将空气压掉。如若采用高压压实，除减少空隙外，在分子之间 可能产生晶格的破坏使物质变性。例如，日本采用高压压实的现代化方法处理城市垃圾，压力采用 258kg/cm2，制成垃圾密度为 1125.4-1380kg/m3 压实块。由于高压，在压缩过程中挤压及升温使垃圾 中 BOD 从 6000ppm 降到 200ppm，COD 从 8000ppm 降到 150ppm，垃圾块已成为一种均匀的类塑料 结构的惰性材料，自然暴露在空气中三年，没有任何明显的降解痕迹。这与一般的压实作用不同。 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 2 压实工艺流程：1、垃圾垫有铁丝网容器压缩机压缩污水泵活性污泥处理系统上清 液灭菌消毒排放。2、垃圾垫有铁丝网容器压缩机压缩沥青浸渍池(180200)冷却皮 带输送垃圾填埋场。 1.3 压实机的设计压实机的设计 压实机有很多种类,下面就压实机根据不同的属性进行分类.按用途分:废纸压实机、 金属压实机、 秸秆压实机、棉花压实机、秸秆压实机等.按性能分:自动压实机、半自动压实机、手动压实机等. 压实机可包括:全自动压实机、 全自动无人化压实机、 水平式压实机、 穿剑式压实机、 加压式压实机、 半自动压实机、手提式压实机等等 11. . 水平式压实机：水平式压实机主要用于城市垃圾的处理。将废物加入装料室，依靠具有压面的水 平压头作用使垃圾致密和定形，然后将坯块推出。 三向联合式压实机：三向联合式压实机主要适用于金属类废物的压实。他具有 3 个互相垂直的压 头，依次启动 3 个塔头即可将料斗中的废物压成块。 回旋式压实机：回旋式压实机主要适用于压实体积小，质量轻的废物。废物装进单元后，先按水 平压头的方向压缩，然后驱动旋动式压头是废物致密化。最后将废物压至一定尺寸排出。 压实机的选择主要是悬着合适的压缩比和使用压力。此外对不同的废物采用不同的压实机械。 同时还需考虑后续处理过程，如是否会出现水分等 12。 （1）装载面尺寸 装载尺寸要足以容纳需要压缩的最大件废物。如果压实机的容器用垃圾车装填， 为了操作方便，时期容积至少能处理一垃圾车的废物。垃圾压实器的装载面一般为 0.7659.18m （2）循环时间 循环时间是指压头的压面从装料箱吧废物压入容器，然后再回到原来完全缩回的 位置，准备接收下一次装载废物所需要的时间。循环时间变化范围在 2060s。循环时间和一次压实 废料的量有关，量小则循环时间短。 （3）压面压力 13 固定式压实器的一般为 1033432kPa。由于压实比和压面压力并不是线性关系， 所以应根据废物的压缩特性来选择。 （4）压面的形成 压面的行程是指压头压入容器的深度。压头压入容器中越深，压实比越大。所 以应先确定压力实比，在选择合适的压面形成。 （5）体积排率 体积排率即处理率，等于压头每次压入容器的可压缩废物体积与每小时机器的循环 次数之积。体积排率略大于废物生产率。 （6）其他 压实器应与容器匹配。压实器的场所要与压实器相适应 压实器的选择主要针对压缩比，应当选择合适的压缩比和使用压力。此外，应注意压缩过程中 的情况在城市垃圾的综合利用中，垃圾压实后产生水分，在风选分离纸时是不利的，因此，是否选 用压实装置与后继处理过程也有关、应当综合考虑。 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 3 第 2 章 总体设计方案 旋转的压下的不是垂直压下的，水平方向的 2 个压面强度和旋转压头的转速要求计算，最后压 实的物块体积要求 20*40*10，用气压传动，图纸要 3 张 A0 纸，任务说明书要求 15000 字左右。 图 2-1 回转式压实器 图 2-2 三向联合式压实器 1,2,3压头 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 4 图 2-3 水平式压实器 1 破碎杆 2装料室 3压面 旋转压头设计图如下图 图 2-4 旋转压头 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 5 第 3 章 旋转压头的设计计算 3.1 旋转压头的转速旋转压头的转速 角速度=45/s (1)腔流量，公式得： SVQ =200 40 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s (2)腔工作压力，公式（4.8） 得： S F P 式中：F 取工件重和手臂活动部件总重，估算 F =10+20=30kg， 摩 F=1000N。 所以代入公式（3.12）得： S FF P 摩 = 2 40 10008 . 930 =0.26Mpa 升降部分的运动原理如图所示 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 6 图 3-4 运动原理图 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 7 3.2 气缸安装位置的确定气缸安装位置的确定 由图 3-4 可知 sinSh .(3.21) 则 maxmax sinSh minmin sinSh 所以，56667. 0 1500 850 sin max max S h 即 5 .34 max 而 0 min 初选，mml300 1 ，mml540 2 ,NG5500,mmP600，01. 0f。 而液压升降台的有效垂直升降高度h为 )sin(sin minmaxminmax Lhhh.(3.22) 根据 dgf ，气缸上下交接点 g、f 的距离 S（即气缸的瞬时长度）为 )cos(2 21 2 2 2 1 l lllS(3.23) 可知，行程 S 是关于的变量函数，代入数值则有如图 3-5 所示曲线 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 8 图 3-5 S-关系曲线 气缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为 )cos(2 max21 2 2 2 1max l lllS )cos(2 min21 2 2 2 1min l lllS 设气缸的有效行程为S， 为了使气缸两铰接点之间的距离为最小值时， 柱塞不抵到气缸缸底， 并考虑气缸结构尺寸 1 K和 2 K（如图 3-6 所示） ，一般应取 SKKS 21min .(3.24) 同样，为了使气缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离气缸中的导向套，一般应取 SKKS2 21max (3.25) 式（3.24）和式（3.25）中的 1 K和 2 K根据气缸的具体结构决定。 图 3-6 气缸结构尺寸 气缸铰接点 g 距离工作台面的上下导轨的距离分别为y和x，如图 3-4 所示 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 9 则有 hyx.(3.26) )sin( 1 lx.(3.27) 由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 )sin(sin 1 lLy(3.28) 由式(3.28)可看出，y是关于的变量函数，代入数值则有如图 3-7 所示曲线 图 3-7 y-关系曲线 3.3 气缸推力的计算及选型气缸推力的计算及选型 将数值带入式(3.12)中，得出T随值变化的曲线,如图 3-8 所示 图 3-8 T随值变化的曲线 可看出当0时，气缸的推力最大。但由图 3-7 可知，此时y为负值，故0不可取。同时 我们可看出当 6时，0y。 那么，就取 6 min ，此时，由式(3.12)得NT31585 max 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 10 而 5 .34 max ，则NT18203 min 若取安全系数为 1.5，则NTT5 .473775 . 1 max0 参照参考文献5,选用缸径为63的杆端外螺纹杆头耳环式气缸，其最小安装连接尺寸 ZM+为 295mm+S，最大行程 800mm。 当 6 min 时，由式(3.23)得mmmmS295301 min 又由式(3.23)，当 max 时，即工作台升至最高点，气缸的安装尺寸达到最大，计算得 mmmmS80017.407 max ，故气缸的行程和安装尺寸都符合要求。 综上所述，选择缸径为63的杆端外螺纹杆头耳环式气缸。 因此从最低到最高位置上升时，气缸在此过程中所需要补充的气量为 Lmml d V331. 017.106 4 63 4 3 22 1 3.4 气缸的选择气缸的选择 气缸的选用要根据以下方面进行分析： 1 1、类型的选择、类型的选择 根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声 应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载， 可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气 缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需 要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给气或无气润滑气缸等。 2 2、安装形式、安装形式 根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构 连续回转时（如车床、磨床等） ，应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动 时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。 3 3、作用力的大小、作用力的大小 即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡 条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出 力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量 采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。 4 4、活塞行程、活塞行程 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 11 与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机 构等，应按计算所需的行程增加 1020 的余量。 5 5、活塞的运动速度、活塞的运动速度 主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应 取大值。气缸运动速度一般为 50800 /s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负 载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实 现速度控制。 选用节流阀控制气缸速度需注意： 水平安装的气缸推动负载时， 推荐用排气节流调速； 垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带 缓冲装置的气缸。 图 3.1 气缸实物图 6 6、气缸的选型步骤及其类型介绍、气缸的选型步骤及其类型介绍 程序 1：根据操作形式选定气缸类型： 气缸操作方式有双动，单动弹簧压入及单动弹簧压出等三种方式 程序 2：选定其它参数： 1、选定气缸缸径大小 根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定 2、选定气缸行程 工件移动距离 3、选定气缸系列 4、选定气缸安装型式 不同系列有不同安装方式，主要有基本型、脚座型、法 兰型、U 型钩、轴耳型 5、选定缓冲器 无缓冲、橡胶缓冲、气缓冲、气压吸震器 6、选定磁感开关 主要是作位置检测用，要求气缸内置磁环 7、选定气缸配件 包括相关接头 （一）单作用气缸 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 12 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将 其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。其原理及结构见下图： 图 3.2 单作用气缸 1 缸体；2活塞；3弹簧；4活塞杆； 单作用气缸的特点是： 1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。 2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因 而减小了活塞杆的输出力。 3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程 小一些。 4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中 是变化的。 由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合， 如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。 （二） 双作用气缸 双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活 塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。 1） 双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。 2） 缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气依次进 入气缸两腔（一腔进气另一腔排气） ，活塞杆带动工作台左右运动，工作台运动范围 等于其有效行程 s 的 3 倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 13 活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与载荷（工作台）连成一体，压缩 空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向左运动，工作台的运动 范围为其有效行程 s 的 2 倍。适用于中、大型设备。 图 3.3 双活塞杆双作用气缸 a）缸体固定；b）活塞杆固定 1缸体；2工作台；3活塞；4活塞杆；5机架 双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时， 其往返运动力及速度均相等。 (三) 缓冲气缸 缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的力（能 量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸 两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸见下图，主要由活塞杆 1、活塞 2、缓冲柱塞 3、 单向阀 5、节流阀 6、端盖 7 等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸右 腔的气体经柱塞孔 4 及缸盖上的气孔 8 排出。在活塞运动接近行程末端时，活塞右侧的缓冲柱塞 3 将柱塞孔 4 堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀 6 及气孔 8 排出，被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得 缓冲效果，使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀 6 阀口开度的大小，即可控制排 气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令活塞反向 运动时，从气孔 8 输入压缩空气，可直接顶开单向阀 5，推动活塞向左运动。如节流阀 6 阀口开度 固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 14 图 3.4 缓冲气缸 1活塞杆；2活塞；3缓冲柱塞；4柱塞孔；5单向阀 6节流阀；7端盖；8气孔 7、气缸结构 气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，其内部结构如图所示： 1 1）缸筒）缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在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。 SMC CM2 气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺 母。 2 2）端盖）端盖 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 15 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，延长气缸使 用寿命。导向套通常使用烧结含气合金、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 3）活塞）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，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活 塞有黄铜制成的。 4 4）活塞杆）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 5）密封圈）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。 缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。 6）气缸工作时要靠压缩空气中的气雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑气缸。 8、工作原理 根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。 由此来选择气缸时应使气缸的输 出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备 笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以 减少气缸的尺寸。 气缸 下面是气缸理论出力的计算公式： F：气缸理论输出力(kgf) F：效率为 85时的输出力(kgf)(FF85） D：气缸缸径(mm) P：工作压力(kgfcm2) 例：直径 340mm 的气缸，工作压力为 3kgfcm2 时，其理论输出力为多少?芽输出力是 多少? 将 P、D 连接，找出 F、F上的点，得： F2800kgf；F2300kgf 在工程设计时选择气缸缸径，可根据其使用压力和理论推力或拉力的大小，从经验表 1 1 中查出。 3.5 初步确定初步确定气缸气缸参数参数 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 16 表 2-1 按负载选择工作压力1 负载/ KN 50 工作压力/MPa 1.25 2 cm，满足最低速度的要求。 2.活塞杆强度计算： mmm F 15015. 0 1080 377714 4 d 6 80mm时, 可取A=(0.61.0)d。 所以 A=25mm 最小导向的长度 H： 根据经验，当气缸最大的行程为 L，缸筒的直径为 D，最小导向的长度为：H 代入数据 即最小导向长度 H + =80 mm 活塞杆的长度 l=L+B+A+80=800+56+25+40=961mm （6）气缸筒的壁厚的确定 由液压气动技术手册可查得气缸筒的壁厚能根据薄避筒计算公式进行计算： 式中：缸筒的壁厚（m） ，缸筒的内径（m） ，缸筒承受的最大工作压力（MPa） ，缸筒材料许用应 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， 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 31 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 ,我们的缸体的材料选择 45 钢，=600 MPa， =120 MPa n 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 （MPa） 。 当工作压力 p16 MPa 时， P=1.5p； 当工作压力 p16 MPa 时，P=1.25p 由此可知工作压力 0.6 MPa 小于 16 MPa，P=1.5p=1.50.6=0.9 MPa=0.3mm 参照下表 气缸筒的壁厚圆整取 = 7 mm 表 5.6 气缸筒的壁厚 （mm） 材 料 气缸直径 50 80 100 125 160 200 250 320 壁 厚 铸铁 HT1533 7 8 10 10 12 14 16 16 钢 A3.45 5 7 8 8 9 9 11 12 铝合金 812 1214 1417 （7）气缸进排气口直径 d0 v空气流经进排气口的速度，可取 v=1015 选 取 v = 12 m/s 由公式 d0 = 2 代入数据得：d0 = 14.014 mm。 表 5.7 气缸进排气口直径 （mm） 汽缸内径 D 气缸进排气口直径 d0 40 8 50 63 10 80 100 125 15 140 160 180 20 所以取气缸排气口直径为 15 mm Q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） （8）活塞杆的校核 由于所选活塞杆的长度 L10d，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。 参考机械设计手册单行本 ，由液压气动技术手册式中 FP0 活塞杆承受的最大轴向压力（N） ； FP0=1633N 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 32 FK 纵向弯曲极限力（N） ； nK 稳定性安全系数，一般取 1.54。综合考虑选取 2 K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=6.25mm E 材料弹性模量，钢材 E = 2.1 10 11 P a ； J 活塞杆横截面惯性矩（m 4） ； d 活塞杆的直径（m） ； L 气缸的安装长度为活塞杆的长度为 961mm 代入数据得 FK =2.685 N 因为 FP0 = 1.34 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)代入数据得 NFK685. 2 因为 FP0= 1.34 所以活塞杆的稳定性满足条件； 45 钢的抗拉强度=600 MPa 则 4.16 mm 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。 5.2 气缸的选型气缸的选型 参照（ISO6432 标准） ，结合上节计算气缸选用缸径为 10mm，行程为 80mm 的亚德客笔型气缸， 代号为 PB-1080。 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 33 第 6 章 主要零部件强度校核 6.1 气缸底架固定横梁的强度校核气缸底架固定横梁的强度校核 气缸底架固定横梁（如图 7-4 所示）选择的是 60 号方钢，其受力情况如图 7-5 所示；已知 60 号钢的边长为 60mm，气缸推力T作用点到坐标系 O 的距离为 65mm， x T， y T分别为推力T在 X， Y 轴上的分力，且cosTTx，sinTTy。 当气缸在最小角度，即工作台在最低位置时，气缸推力最大，虽然此时最小，即 NT31585 max , 6， 分 力 x T最 大 ， 所 以 由 式 (3.19) 可 得 85.17， 则 NTTx57.30064cos maxmax 。 当气缸在最大角度，即工作台在最高位置时，虽然气缸推力最大，此时最 大，即NT62.18202 min , 5 .34，分力 y T最大，所以由式(3.19)可得 55.39，则 NTTy15.11590sin maxmax 。 图 7-4 气缸与底架连接的横梁 图 7-5 气缸与底架连接的横梁截面图 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 34 把它们平移到 O 点后，有 （1） 对于 X 轴方向，其受力如图 7-6 所示 图 7-6 横梁 X 轴方向的受力图 因为梁的抗弯截面系数 36 3933 1036 6 1060 6 m mh W ， 所以 MPaMPa W M x 95 1036 84.3419 6 （2）对于 Y 轴方向，气缸固定横梁受力如图 7-7 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 35 图 7-7 横梁 Y 轴方向的受力图 又梁的抗弯截面系数 36 1036mW ， 则MPaMPa W M y 24.73 1036 76.2636 6 （3）当 x T作用点平移到 O 点时，会产生一个扭矩，该扭矩的大小为 又 z s I hF 8 2 max ， 其中 49412 33 1036010 12 6020 12 mm bh Iz ，NTF xs 57.30064此时， 该扭矩对横梁截面产生的剪切力为 MPa m mN I hF z s xy 58.37 103608 106057.30064 8 49 2622 max 参照参考文献7，又由第四强度理论 )(3)()()( 2 1 222 222 zxyzxyxzzyyxe 带入并化简： MPa e 72.97)0058.37(3)950()024.73()24.7395( 2 1 2222 又选材料为235Q，参照参考文献7，MPa s 225 取安全系数为 2，则 es MPa5 .1122/，所以是安全的。 6.2 轴的强度校核轴的强度校核 由图分析可知，剪叉臂受力最大的地方为 g 点和 d 点，所以只需校核该两处的销轴即可。 6.2.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核内剪叉臂固定端销轴的强度校核 因为销轴较短， 所以只受切应力。 依图 7-2 可知， 剪叉臂固定端 （即 d 点） 销轴所受的力为 1d F。 当升降台面处于最低位置，即 6时，销轴受到的剪力最大，根据式(7.7)得NFd44.14888 1 。 又销轴的直径为25，导气孔直径为4，则其横截面积为 2626 2222 1031.47810 4 )425( 4 )( mm dD A 又销轴受力情况见图 7-8，从图中可知销轴受剪力为双剪切，又参照参考文献7， MPaPa A Fd 68.24 1059.3012 44.14888 2 6 1 max 湖州师范学院本科毕业论文湖州师范学院本科毕业论文 36 销轴的材料为 35 钢，经表面热处理，参照参考文献7，35 钢的许用应力MPa100。取 安全系数为 2，则有36.4968.2422MPaMPa，所以满足要求。 6.2.2 气缸缸体尾部销轴的强度校核气缸缸体尾部销轴的强度校核 气缸尾部销轴的受的力即为气缸的推力T，如图 7-8 所示，因为销轴较短，所以只受切应力。 又销轴的直径为25，导气孔的直径为4，则销轴的横截面积为 2626 2222 1031.47810 4 )425( 4 )( mm dD A 图 7-8 尾部销轴的受力图 参照 3.2.2 节，有 MPaPa A T 02.33 1031.4782 31585 2 6 max max 选择销轴材料为 35，又 35 钢的许用应力MPa100，取安全系数为 2，则有 04.6602.3322 max MPaMPa，所以设计的销轴满足要求。 6.2.3 气缸活塞杆头部支撑轴的强度校核气缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 依图 7-2 可知， 气缸头部支撑轴 （即 g 点） 所受的力为T。 当升降台面处于最低位置， 即 6 时，气缸受到的推力最大，即NT31585。又