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大红 QJ 气动 剪切 设计 CAD

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大红鹰QJ型气动棒料剪切机的设计(带CAD图）,大红,QJ,气动,剪切,设计,CAD

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分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)QJ型气动棒料剪切机的设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级xx机自x班姓 名学 号指导老师 2017 年 3 月 31 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）QJ型气动棒料剪切机的设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： (手签) (手签) 2017 年 3 月 31 日27摘 要QJ型气动棒料剪切机是棒料剪切机中结构最简单的一种。这种剪切机的特点是上刀固定不动上刀则上下运动的。剪切轧件的动作由下刀来完成，其剪切机构是由最简单的气缸机构组成。除了剪切机本体外，一般还配有切头机构与输送装置等。剪切时上刀压着棒料一起下降，当剪切完毕，上刀台上升至原始位置，以消除上刀台的间隙，减少剪切时的冲击负荷。此类剪切机由于结构简单，广泛用来剪切中小型棒料。该课题主要研究内容是为了进行QJ型气动棒料剪切机，设备重量轻，并且使剪切平稳，需要对剪切机的总体进行设计计算，其中包括主要零部件的设计计算和传动系统的设计，其中传动系统的设计还包括传动元件的设计等。关键词：QJ型气动棒料剪切机, 气压，棒料剪切机，剪切机AbstractQJ type pneumatic rod shearing machine is one of the most simple structure in the bar shearing machine. The utility model is characterized in that the knife is fixed and the upper knife is not moved up and down. The rolling shear action to finish by under the knife, the cutting mechanism is composed of a cylinder body of the most simple. In addition to the shear machine in vitro, the general also equipped with cutting head mechanism and conveying devices, etc. When cutting, the cutter is pressed down along with the stick material. When the cutting is finished, the upper knife table rises to the original position, so as to eliminate the clearance of the upper cutter, and reduce the impact load during shearing. Because of its simple structure, this kind of shear machine is widely used for cutting small and medium size bars.The main research content of this paper is to make QJ pneumatic rod shearing machine equipment, light weight, and the need for overall smooth cutting, shearing machine design, design calculation and transmission system including the main components of the transmission system, the design also includes the transmission element design.Key words: QJ pneumatic rod shearing machine, air pressure, bar shearing machine, shearing machine目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1课题背景11.2课题来源、目的及意义11.3国内外研究现状1第2章 QJ型气动棒料剪切机的设计要求与方案42.1气压传动系统的组成52.2气压传动特点6第3章 机械结构设计计算73.1 手部结构73.1.1 端执行器的要求73.1.2 手爪的分类和选取73.2 机械手手爪设计计算83.2.1 手爪的力学分析83.2.2 夹紧力及驱动力的计算93.3 夹紧气缸的设计93.4 手爪夹持范围计算113.5 机械手手爪夹持精度的分析计算123.6 送料气压缸的设计133.7 控制剪切功能的气缸设计173.7.1 确定主要尺寸173.7.2 气缸结构设计203.8 导向装置213.9 平衡装置213.10 元件选取及工作原理213.10.1 气源装置213.10.2 执行元件223.10.3 控制元件233.10.4 辅助元件243.10.5 真空发生器243.11 回路的工作原理25总 结28参考文献29致 谢30第1章 绪论第1章 绪论1.1课题背景在这个快速发展的时代，一个制造企业的效率的高低决定了这个公司的效益，甚至公司未来的命运。可喜的是公司的高层管理们都深刻明白这一点，在公司资金允许的条件下，都会对生产设备大大投资。冲剪机是用于剪切金属材料的一种机械设备，在轧钢生产车间中，冲剪机是属于关键性设备，冲剪机的生产率在很大程度上影响着车间产量。在轧制生产过程中，大断面钢锭和棒料经过轧制后，其断面变小，长度增加。为了满足后续工序和产品尺寸规格的要求，各种钢材生产工艺过程中必须有剪切工序，剪切机的用途就是用来剪切定尺切头、切尾、切边、切试样及切除轧件的局部缺陷等。根据剪切机刀片形状、配置以及剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。1.2课题来源、目的及意义随着我国进入WTO，国内国际竞争日趋激烈，产品质量和开发能力方面的问题严重阻碍了相关行业企业的发展，产品技术进步缓慢，表现之一就是开发投入不足，企业开发能力薄弱，科研开发费用占销售额比重太低。一般企业实际投入仅有1%左右，而工业发达国家大型企业都在5%以上，有的高达10%；二是从事研究开发工作的技术人员力量不足，我们的企业开发人员占职工人数比例仅为1%左右，而发达国家都在10%以上；三是企业开发机构不健全，具备一定水平和实力的开发机构不多，与国外相比差距甚远。目前国内的剪切机械知啊枣椰已经从仿制阶段走过自行研发阶段到今天的引进提高阶段，但引进后基本处于消化吸收的层次，很少有自己特色创新，所以在国际国内两个市场极度缺乏自主品牌。通过本次毕业设计，一方面培养学生综合应用所学知识，分析和解决工程实际问题，锻炼创造能力的目的，使学生在结构设计、三维建模、结构分析等方面得到进一步提高；另一方面，提高学生的就业提前适应能力，了解剪切机的结构特点及其工作原理，为将来的在工作岗位上更好地发展打下良好的基础。1.3国内外研究现状随着工业技术的发展，对于剪切机的研究也迅速发展。目前国内外有许多质量上乘，性能优良的剪切机。美国、苏联、英国很早就已经开始研制出各种冲剪机以及多功能联合冲剪机，并且应用到生产实际中，推动了制造业的大步发展，我国早期生产的联合冲剪机多为仿制原苏联产品，采用机械传动，体积庞大，操作不便，且有较大振动和噪声，刀具寿命低。由于冲剪机的生产工艺简单，且产品利润高，所以目前国内有很多冲剪机的生产厂家。改革开放以来，国内部分厂家引进国外技术，生产了一些更新换代产品，这类产品多采用气传动以适用于各种不同的场地，性能上比老式机械传动产品有较大提高。至今已经生产出了许多种类型的冲剪机，性能上优于以前。在目前国内生产冲剪机的生产厂家主要有长沙冲剪机床有限公司、黑龙江锻压机床厂、安徽中德机床股份有限公司、东莞市晁隆机械五金有限公司、宁波哈姆渡机械有限公司、无锡润元锻压机床有限公司等等。美国拉邦迪公司生产有多种尺寸型号的移动式剪切机，剪切力为9.8-118百万吨。气缸设计非常合理，易于联通挖掘机上的气系统，上述剪切机所具有的剪切力可以切割车厢里的框架以及各类金属梁，管和各种截面的电源线。美国Allied Gotr公司有AG,P,S三种型号的移动式剪切机。AG型剪切机由一个带有突出部分的三角形机架和一个饺装在机架上的双臂杠杆组成，双臂杠杆上除剪切刀杆之外。还装有一个带动气缸的双节机械装置。机架前装有剪刀吊杆，而机架本身则固定在挖掘机悬臂上。由于是双节饺合悬臂上。由于是双节饺合机构，当剪切机处于较大剪切力时，可使剪口张大。P型剪切机再构造型式于AG型相同，但被剪切材料可应自动固定在刀区内，以使气缸产生的作用力得到有效的利用。S型剪切机安装在带有2-3节悬臂的普通装载机上。这种剪切机的剪切力的利用率与P型剪切机相同。国内2007年，经过马鞍山公司近一年的攻关研究，年产60万吨棒材生产线850吨冷剪切机及定尺机成套设备，顺利通过了中国冶金设备总公司的试车和验收，各项技术指标和参数完全符合设计要求。成为继河南洛阳矿山机械厂之后，国内第二家制造最大冶金剪切设备的厂家。850吨冷剪切机及定尺机成套设备是年产60万吨棒材生产线设备。用于冷态圆钢，螺纹钢，棒材轧件定尺剪切，它的最大剪切力大于850t，剪刃有效剪切宽度大于1200mm，被剪切棒材规格12-50mm圆钢，螺纹钢，定尺长度6-12m。制作这台工艺复杂，技术难度空前的单体设备在该公司尚属首次，就是国内也只有河南洛阳矿山机械厂一家。为此，该公司把它作为新产品开发项目。图1-1 国内某企业生产的联合冲剪机该公司工程技术人员大胆创新，按照意大利达涅利司图纸的技术要求，设计出一套行之有效加工和装配的工艺方案。为保证冷剪结构件箱体各相对面和内腔体的轴孔尺寸公差和形位公差在同轴度和位置度上，便于穿过和摆放偏心轴，该公司利用捷克250数控镗铣机进行数控编程，加工，确保万无一失。要在不足10平方米的箱体里装配偏心轴，多级硬齿面齿轮，润滑系统，气系统，气动系统及上述系统到设备的管路，困难可想而知。尤其是偏心轴与大齿轮采用大锥度无键联结，只能通过刮研的方法实施传动，研磨率要求85%以上，从而使剪刃的平行度在0.2到0.3mm范围之内，达垂直剪切。装配钳工自行设计定位块，偏正吊具等工装，反复试验，终于解决装配中这一技术难题。这套850吨冷剪机设备的成功制造，标志着该公司的轧刚设备制造能力达到国内一流水平。通过在冲剪机生产厂家实际调研得知国产冲剪机主要机械故障主要集中集中表现在:床身强度不足、机床的使用寿命较短、冲压模具寿命短、机床的返修率较大等问题。由于国产联合冲剪机床存在上述问题，使得我国生产的冲剪机与国外同类产品相比在综合性能上有一定的差距。今后我国的研究重点可能会向以下几个方面发展： 冲剪机用于许多金属加工，所以要求冲剪机结构设计多样灵敏度高。由于所需产品多样性要求提高冲剪机剪切能力。为了满足广大用户的要求，提高冲剪机的产能势在必行。在提高冲剪机产能和产品多样性以及同时提高冲剪机剪切能力的前提下必须还要提高冲剪机的安全性。第2章QJ型气动棒料剪切机的设计第2章 QJ型气动棒料剪切机的设计要求与方案如图2-1所示为气动剪切机工作原理图，图示位置为剪切前的预备状态，其工作过程如下：空气压缩机1产生的压缩空气后冷却器2油水分离器3贮气罐4空气过滤器5调压阀6油雾器7气控换向阀9气缸10，此时换向阀A腔的压缩空气将阀芯推到上位，使气缸上腔充压，活塞处于下位，剪切机的剪口张开，处于预备状态。当送料机构将工料11送入剪切机并到达规定位置时，工料将行程阀8的阀芯向右推，换向阀A腔经行程阀8与大气相通，换向阀阀芯在弹簧的作用下移到下位，将气缸上腔与大气相通，下腔与压缩空气连通。此时活塞带动剪刀快速向上运动将工料切下。工料被切下后，即与行程阀脱开，行程阀复位，将排气口封死。换向阀A腔压力上升，阀芯上移，使气路换向。气缸上腔进压缩空气，下腔排气，活塞带动剪刀向下运动，系统又恢复到图示状态，等待第二次进料剪切。图2-1气动剪切机工作原理1-空气压缩机2-后冷却器3-油水分离器4-贮气罐5-空气过滤器6-调压阀7-油雾器8-行程阀9-气控换向阀10-气缸11-工料2.1气压传动系统的组成通过气动剪切机工作过程可知，气源装置将电动机的机械能转换为气体的压力能，然后通过气缸将气体的压力能再转换为机械能以推动负载运动，气压传动过程可用如下方框图表示：为了实现压缩空气的输送，在气源装置与气缸或气马达之间用管道连接，同时为了实现执行机构所要求的运动，在系统中还设置有各种控制阀及其它辅助设备。所以气压传动系统主要由下列五部分组成：(1)气源装置气源装置是压缩空气的产生装置，其主体部分是空气压缩机（简称空压机）。它将原动机（如电动机）的机械能转换为空气的压力能，并经净化装置净化，为各类气压传动设备提供洁净的压缩空气。(2)执行元件执行元件是把气体压力能转换成机械能，以驱动工作机构的元件。一般指作直线运动或摆动的气压缸或作旋转运动的气压马达。(3)控制调节元件控制调节元件是对气压系统中气体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的元件。例如，溢流阀、节流阀、换向阀等，这些元件的不同组合组成了能够完成不同功能的气压系统。(4)辅助元件辅助元件是指除以上三种以外的其他装置，例如，过滤器、油雾器、消声器、干燥器和转换器等，它们对保持系统正常、可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。(5)传动介质气压传动系统中所使用的工作介质是空气。由此，我们可以绘制气动剪切机气压传动系统符号图，如图2-2所示。图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数。图2-2气动剪切机气压系统符号图2.2气压传动特点（1）气压传动的优点1)工作介质为空气，来源经济方便，用过之后可直接排入大气，不污染环境；2)由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，作远距离输送，且对工作环境的适应性好，可安全应用于易燃易爆场所；3)气压传动具有动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞等优点，且不存在介质变质、补充和更换等问题；4)气压传动装置结构简单、重量轻、安装维护简单，压力等级低，使用安全；5)气压传动系统能够实现过载自动保护。（2）气压传动的缺点1)由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度受负载的影响比较大；2)气压传动系统工作压力较低（一般为0.40.8MPa），因而气压传动系统输出动力较小。3)工作介质没有自润滑性，需要另设装置进行给油润滑。第3章 机械结构设计计算第3章 机械结构设计计算3.1 手部结构四自由度气动机械手采用夹持式手部结构，由手爪和传力机构所组成。其传力结构形式多样，有楔块杠杆式、滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条平行连杆式、左右旋丝杠平移型10，本设计采用滑槽杠杆式的传力机构。3.1.1 端执行器的要求（1）不论是夹持或是吸附，末端执行器需具有满足作业要求的足够的夹持力和所需的夹持位置精度。（2）应尽可能使末端执行器结构简单，紧凑、重量轻，以减轻手臂的负荷。专用的末端执行器机构简单，工作效率高，而能完成多种作业的万能末端执行器可能具有结构复杂、费用昂贵的缺点，因此提倡设计可快速更换的系列化、通用化专用末端执行器10。3.1.2 手爪的分类和选取工业机器人中应用的机械式夹持器多为双指手爪式，按其手爪的运动方式可分为平移型和回转型。回转型手爪又可分为单支点回转和双支点回转型，按夹持方式可分为外夹式和内撑式，按驱动方式有电动、液压和气动三种。回转型夹持器结构较简单，但当所夹持的工件直径有变化时，将引起工件的轴心偏移。这个偏移量称为夹持误差。平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置，但其架构复杂，体积大，制造精度要求高。当设计机械式夹持器式，在满足工件定位精度要求的条件下，尽可能采用结构较简单的回转型夹持器。10结合机械手设计任务书中要求：手爪开合角为60度，且能够抓取重约1kg的圆柱形铁质工件。所以本设计采用双支点回转型滑槽杠杆式手爪。3.2 机械手手爪设计计算3.2.1 手爪的力学分析下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆，如图3-1为常见的滑槽杠杆式手部结构。图3-1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析1手指 2销轴 3杠杆= （3-1）式中： 驱动力；夹紧力；手指的回转支点到对称中心的距离；手指长度；工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力一定时，角增大，则夹紧力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好=。3.2.2 夹紧力及驱动力的计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。 （1）手指对工件的夹紧力可按公式计算： （3-2）式中: 安全系数，通常1.22.0； 轴向力； V形手抓的开合角；工件和手抓间的摩擦系数；计算：设a=10mm,b=30mm, =，求夹紧力和驱动力 。设K=1.5，0.3根据公式，将已知条件带入得： （2）根据驱动力公式得： 由于实际采用的气压缸驱动力大于计算，把手抓的机械效率考虑在内，一般取。（3）取 （3-3）3.3 夹紧气缸的设计（1）气缸工作压力的确定由表3-1取气缸工作压力表3-1 气压负载常用的工作压力负载F/N50000工作压力p/MPa57（2）气缸内径和活塞杆直径的确定可由下式推算出气压缸的内径D： （3-4） 预设活塞杆直径d=0.5D,气缸工作压力P=0.4MPa,根据机械设计手册气压传动分册P22-125，选取气压缸内径为：D=32mm。可以得出活塞杆内径为:d=0.5D=320.5=16mm，选取d=14mm。（3）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: （3-5）式中， 缸筒壁厚，(mm)； 气缸内径，(mm)； 气缸试验压力，一般取（Pa）；气缸工作压力 （Pa）；缸筒材料许用应力（Pa）。本设计手爪夹紧气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL1060,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为: （4）手部活塞杆行程长L计算活塞杆的位移量S可推得：S （3-6）气缸的活塞行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加的行程余量11。 （3-7）故气压传动手册圆整为。（5）手爪部分总质量估算： （3-8）其中：手爪部分和活塞杆材料采用45钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金ZL106查相关手册可得， 45号钢密度为 ； ZL1060的密度为 。手爪部分总质量约为 ：3.4 手爪夹持范围计算为了保证手爪张开角为，活塞杆运动长度为27mm。（a）手爪最小夹持半径 （b）手爪最大夹持半径图3-2 手爪张开示意图手爪夹持范围的计算，手指长30mm，当手抓没有张开角的时候，如图3-2（a）所示，根据机构设计，它的最小夹持半径=10，当张开时，如图3-2（b）12所示，最大夹持半径计算如下：机械手的夹持半径从。3.5 机械手手爪夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确,抓取精度高,重复定位精度和运动稳定性好,并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定要进行机械手的夹持误差计算。图3-3 手爪夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为10mm26mm。一般夹持误差不超过1mm,分析如下：工件的平均半径： （3-9）手指长,取V型夹角偏转角按最佳偏转角确定： （3-10）计算 ： （3-11）当时带入有：所以夹持误差满足设计要求。3.6 送料气压缸的设计（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径：圆整后，取活塞杆直径查表取气缸工作压力由公式： （5-1） （5-2）计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得 。（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚按薄壁筒公式（3-5）计算:设计的送料气缸缸筒材料为:铝合金ZL1060, =3MPa代入己知数据，则壁厚为：取，则缸筒外径为：。（3）手部活塞杆行程长确定按设计要求，X轴小臂送料距离为10cm，即100mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为。（4）活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件是： （5-3）式中：气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出推力，；气缸的压杆稳定极限力，；气缸的压杆稳定性安全系数，一般取。气缸的压杆稳定极限力与缸的安装形式、活塞杆直径及行程有关15。当长细比时， （5-4）当长细比时， （5-5）上式中：活塞杆计算长度 ；活塞杆横截面回转半径；实心杆半径： （5-6）空心杆半径： （5-7）活塞杆断面惯性矩；实心杆惯性矩： （5-8） 空心杆惯性矩： （5-9） 空心活塞杆内孔直径；活塞杆截面积；实心杆截面积： （5-10） 空心杆截面积： （5-11） 系数，查手册 ；材料弹性模量，对钢取；材料强度实验值，对钢取；系数，对钢取 ；查阅机械手册气缸设计章由表得安装方式为固定-自由式 ，取，代入公式（5-6）至（5-11）：实心杆半径：由于 ，用公式（5-5）：所以该活塞杆满足稳定性条件。（5）驱动力校核测定手爪与手爪夹紧气缸质量为，估算为，设计加速度，则惯性力： （5-12）原式：。考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力为： 因为，所以该气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。（6）前后运动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用45钢；缸体采用铝合金ZL1060；连接件采用HT250。查相关手册， 45号钢密度为7.85； ZL106的密度为 2.73； HT250密度为 7.35；经计算，可算出质量约为：3.7 控制剪切功能的气缸设计3.7.1 确定主要尺寸为了保证钢筋的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力。即切断钢筋的条件为： 查资料可知钢筋的许用剪应力为：MPa,取最大值142MPa。由于拟定本切断机切断的最大刚筋粗度为：mm。则本机器的最小切断力为： 取切断机的Q=44588N。（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸以及伸缩气缸的结构尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径：圆整后，取活塞杆直径 。查手册取气缸工作压力。由公式（5-1）、（5-2）：计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得 。（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算：气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL1060,=3MPa代入己知数据，则壁厚为：取，则缸筒外径为：（3）手部活塞杆行程长确定按设计要求，腰部上下运行距离为20cm，即200mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为。（4）活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件公式（5-3）：当长细比时，用公式（5-5）：实心杆回转半径：实心杆截面积：系数，由查表安装方式为固定-固定式 ，得；材料强度实验值，对钢取；系数，对钢取；代入公式（5-6）至（5-11）：得 ，所以该活塞杆满足稳定性条件。（5）上下移动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用45钢，缸体采用铝合金ZL106，连接件采用HT250。查相关手册， 可得：45号钢密度为7.85ZL106的密度为 2.73 HT250密度为 7.35经计算，可算出质量约为：所以总质量约为：3.7.2 气缸结构设计（1）缸筒和缸盖的连接查阅机械设计手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。（2） 活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。（3） 密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。采用O型密封圈。工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。（4）气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用法兰式安装连接。3.8 导向装置气压驱动的机械手臂在进行上下运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。在本设计中才用双导向杆来增加腰部的刚性和导向性。3.9 平衡装置在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手爪一侧的重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，根据抓取物体的重量和气缸的运行参数配一块重量为8 kg的铁块。这样，机械手臂的倾覆力矩就非常小，不会有翻到的状况发生。3.10 元件选取及工作原理气压驱动是利用压缩气体的压力能来实现能量传递的一种方式，其介质主要是空气，也包括燃气和蒸汽。典型的气压传动系统由以下四部分组成：3.10.1 气源装置气源装置是获得具有一定能量的压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机，有的还配有气源净化处理装置、气罐等附属设备。它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。气压传动对气源的要求：(1) 要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。(2) 要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。下面对于主要的气源装置元件进行如下介绍：1、空气压缩机空气压缩机是产生压缩空气的气压发生装置，是气源主要的设备。按结构和工作原理可分为速度型和容积型两大类。容积型压缩机是利用特殊形状的转子或活塞压缩吸入封闭容积室空气的体积来增加空气的压力。容积型结构简单、使用方便。本设计选用容积型压缩机。2、储气罐储气罐可以调节气流，减少输出气流的脉动，使输出气流连续和气压稳定，也可以作为应急气源使用，还可以进一步分离油水杂质。储气罐上装有安全阀，使其极限压力比正常工作压力高10%，并装有指示罐内压力的压力表和排污阀等。罐的型式可分为立式和卧式两种。本设计选用立式储气罐，因为它的进气口在下，出气口在上，以利用进一步分离空气中的油、水。3.10.2 执行元件 执行元件是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置，如气缸输出直线往复式机械能，摆动气缸输出回转摆动式机械能。 1、气缸输出直线往复式气缸是执行元件之一。目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。水平送料气缸选用单活塞杆双作用气缸。单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成。其工作原理：对于前伸/回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩；对于上升/下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。2、摆动气缸输出回转摆动式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式。单叶片式摆动气缸：压缩空气由进气口输入，作用在叶片上，带动轴回转产生转矩，另一腔的空气从排气口排出。双叶片式摆动气缸：从进气口进入的压缩空气作用在一个叶片上，同时通过轴上的气路也作用在另一叶片上带动轴回转。这样双叶片式产生的转矩将是单叶片式的2倍。本设计采用双叶片式摆动气缸，这样就能产生更大的转矩，以利于机械手的转动。3.10.3 控制元件控制元件是用来调节压缩空气的压力、流量和控制其流动方向，使执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。1、压力控制阀调节和控制压力大小的元件称为压力控制阀。它包括调压阀、溢流阀、顺序阀及多功能组合阀。调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳定的压力控制阀。溢流阀是在回路中的压力达到阀的规定值时，使部分气体从排气侧排出，以保持回路内的压力在规定值的阀。调速阀是根据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀。调速阀一般用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。调速阀根据“串联减压式”和“并联溢流式”，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型。本设计选用串联减压式调速阀。2、方向控制阀方向控制阀是改变压缩空气流动方向和气流通断状态，使执行元件的动作或状态发生变换的控制阀，其通常可分为单向型控制阀和换向型控制阀两类。(1) 单向型控制阀单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀，是最简单的单向型方向阀。在系统中，单向阀除单独使用之外，经常与流量阀、换向阀和压力阀组合成只能单向控制的阀。单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成。单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。当流体正向流动时，其节流过程与调速阀是一样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。当正向流动时，经过节流阀节流。当反向流动时，单向阀打开，不节流。(2) 换向型控制阀 换向型方向控制阀按控制方式分类，分为气压控制、电磁控制、人力控制。换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变流体方向的阀。它的用途很广，种类也很多。换向阀的性能的主要要求是：（1）油液流经换向阀时的压力损失小；（2）互不相通的油口间的泄漏小；（3）换向可靠、迅速且平稳无冲击。按换向阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、式。按工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀、三位五通阀等。本设计选用三位四通电磁换向阀理由如下：(1) 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。(2) 当三位四通电磁换向阀两端电磁铁都断电时，阀芯处于中位，各口互不相通。(3) 使用三位四通电磁换向阀能够快速实现气缸的正反向运动。3.10.4 辅助元件辅助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的。可分为气源净化装置和其他辅助元件两大类。1、气源净化装置过滤器、调压阀和油雾器等组合在一起称为空气处理单元，又称为三联件。压缩的空气中含有各种杂质，这些杂质的存在会降低元件的耐用度和性能，造成误动作和事故，必须清除。空气处理单元就是用来清除压缩空气的杂质，提高空气质量的元件。2、消声器消声器是降低排气噪声的装置。压缩空气完成驱动工作后，由换向阀的排气口排入大气。此时的压缩空气是以接近音速的状态进入大气，由于压力的骤然变化，使空气急速膨胀从而发出噪音，其音量一般为80dB100dB，为了改善劳动条件，应使用消声器。常用的消声器有三种类型吸收型、膨胀型和吸收膨胀型。吸收型消声器是依靠吸声材料来消声的。膨胀型消声器的结构比较简单，相当于一段比排气口径大的管件，当气流通过时，让气流在其内部扩散、膨胀、碰壁撞击、反射、相互干涉而消声。吸收膨胀型消声器是上述两种的结合。气流由斜孔引入，气流束相互撞击、干涉、进一步减速，再通过设在消声器内表面的吸声材料消声，最后排向大气。本设计选用膨胀型消声器。3.10.5 真空发生器真空发生器的作用主要是使吸盘的橡胶皮碗形成真空而将工件吸附。真空发生器的工作原理是利用喷管高速喷射压缩空气，在喷管出口形成射流，产生卷吸流动。在卷吸流动作用下，使得喷管出口周围的空气不断地被抽吸走，使吸附腔内的压力降至大气压以下，形成一定真空度。3.11 回路的工作原理机械手的工作循环是：摆动气缸的右旋水平手臂的伸出垂直手臂的下降吸物垂直手臂的上升水平手臂的缩回摆动气缸的左旋垂直手臂的下降放物垂直手臂的上升回到初始位置。系统中选用电磁换向阀，限位开关，实现气缸的往复运动。二位二通电磁阀实现吸盘的吸物和放物。实现工作循环的工作原理如下：(1) 摆动气缸的右旋 按下启动按钮，右旋按钮接通，使三位四通电磁换向阀12的5YA得电，阀12的阀芯右移，摆动气缸会执行右旋的命令。这时的气路是： 进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀12左端单向调速阀19摆动气缸C的D口。 排气路线：摆动气缸C的E口单向调速阀20三位四通电磁换向阀12排气口调速阀8消声器9排出。 (2) 水平气缸的伸出 当摆动气缸C右旋到指定位置时（90度），就会碰到右旋限位开关，使二位五通电磁换向阀12的5YA断电，摆动气缸旋转运动会停止，经时间继电器延时，使三位四通电磁换向阀10的1YA得电，阀10的阀芯右移，执行手臂前伸动作。这时的气路是:进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀10左端单向调速阀15气缸A的无杆腔。排气路线：气缸A的有杆腔单向调速阀16三位四通电磁换向阀10的排气口调速阀4消声器5排出。(3) 垂直手臂的下降当水平送料气缸A伸出到指定位置时，就会碰到前限开关，使三位四通电磁换向阀10的1YA断电，手臂伸出动作会停止。经时间继电器延时，小臂下降按钮接通，使三位四通电磁换向阀11的3YA得电，阀11的阀芯右移，执行小臂的下降动作。这时的气路是：进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀11左端单向调速阀17气缸B的无杆腔。排气路线：气缸B的有杆腔单向调速阀18三位四通电磁换向阀11的排气口调速阀6消声器7排出。(4) 吸物 小臂气缸下降到指定位置时，撞到下限位开关，使三位四通电磁换向阀11的3YA断电，小臂下降动作停止。经时间继电器延时，二位二通电磁阀13的7YA得电，真空发生器22开始动作，经真空开关24检测真空度，并发出讯号给控制器，真空吸盘26将物料吸起。这时的气路是： 进气路线：2空气处理单元储气罐3二位二通电磁阀13真空发生器22过滤器25吸盘26。 排气路线：2空气处理单元储气罐3二位二通电磁阀13 真空发生器22消声器21。 (5)垂直手臂的上升 经传感器检测到物料已经被吸起时，发出讯号，使三位四通电磁阀11的电磁铁4YA得电，阀11的阀芯左移，执行小臂的上升动作。这时的气路是：进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀11右端单向调速阀18气缸B的有杆腔。排气路线：气缸B的无杆腔单向调速阀17三位四通电磁换向阀11的排气口调速阀6消声器7排出。(6)水平手臂的回缩 小臂气缸上升到指定位置时，撞到上限位开关，使三位四通电磁阀11的电磁铁4YA断电，小臂上升动作停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀10的电磁铁2YA得电，阀10的阀芯左移，执行水平手臂的回缩动作。这时的气路是：进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀10右端单向调速阀16气缸A的有杆腔。排气路线：气缸A的无杆腔单向调速阀15三位四通电磁换向阀10的排气口调速阀4消声器5排出。(10) 垂直手臂的上升经传感器检测到物料已脱离吸盘，发出讯号，经时间继电器延时，使三位四通电磁阀11的4YA得电，阀11的右位接入工作，执行垂直手臂的上升动作。这时的气路是：进气路线：2空气处理单元储气罐3三位四通电磁换向阀11右端单向调速阀18气缸B的有杆腔。排气路线：气缸B的无杆腔单向调速阀17三位四通电磁换向阀11的排气口调速阀6消声器7排出。 (11)回到初始位置 垂直手臂上升到指定位置，撞到上限位开关，接通复位按钮，回到初始位置，重复以上动作。总 结毕业设计转眼间就到了扫尾阶段，在这几个月的设计学习过程中，我取得了长足的进步。在这次毕业设计中，我收获了很多，首先，对知识有了更深的了解，几年的知识做了系统的回顾，图书馆使用培养独立分析的知识，我学会了如何更好的利用网络寻找信息解决问题的能力，以及信息使用，但也使我学会如何与同学讨论问题。这是我未来的工作有很大的帮助，我将继续在未来的工作中，努力提高自己的水平。通过这次设计，我真的感到棘手的优秀设计人员。在设计过程中，但在老师的帮助和自己的努力，终于使我成功地完成了设计。我经常没有足够的知识来设计经验，有不足。这些问题有时会让我无奈。虽然我的设计存在诸多不足，锻炼自己分析问题，解决一般问题的能力，我希望通过这次毕业设计，未来将从事的训练，为将来的工作打好基础，毕业设计仿真。毕业设计，历时半年多，我阅读了大量的文献，查阅相关书籍很多；从没有线索来寻找灵感，从不知如何开始大胆的尝试，从教师向他们自己的独立思考，终于完成了本课题的设计。我除了自己的努力工作的完成，也受到老师的细心指导，刘国光的老师总是在关键时刻，并及时督促我们的工作，严格要求我们，我们仔细检查每个阶段的任务；我要真诚的感谢给我的老师。写这个，对我的论文代表将接近结束。是四年的毕业设计最后的大学课程，这将是教师和学生的复习，是否做的好的和坏的，这个过程也有经验。首先要感谢所有老师的标记，我真诚地接受您的指导，并希望得到你对我的努力。当我们不了解，你不会做，老师给了我们知识的补充；很明显，我们更像是一个知识进入状态，设计，工艺和毕业更注重的是自我