带推料器的轴套压入装置设计.doc

课程设计 论文 课程设计 论文 题题 目 目 带推料器的轴套压入装置设计带推料器的轴套压入装置设计 学学 院 院 机电工程学院机电工程学院 专业班级 专业班级 2011 级机械工程及自动化级机械工程及自动化 03 班班 指导教师 指导教师 马训鸣马训鸣 职称 职称 教授教授 学生姓名 学生姓名 张海锋张海锋 学学 号 号 41102010307 西安工程大学课程设计 报告 摘摘 要要 随着科学技术的快速发展和进步 气压传动已成为当今世界装备制造业等 众多领域不可或缺的一部分 气压传动的动力传递介质来自自然界取之不尽的 空气 环境污染小 工程实现容易 所以气压传动是一种易于推广普及的实现 工业自动化的应用技术 气压传动由于结构简单 成本低廉 使用方便 所以 在各行业中都可以使用 例如 汽车制造 运输技术 航天 纺织 包装 印 刷 以及机械制造等 近年来 气动技术在各个制造行业 尤其在各种自动化 生产装备和生产线得到了广泛的应用 气动行业已成为工业国家发展速度最快 的行业之一 关键字 PLC 轴套 气缸 继电器 西安工程大学课程设计 报告 目目 录录 第第 1 1 章章 概述概述 1 1 1 气动技术的应用及前景 1 1 1 1 气动技术优缺点 1 1 1 2 气动技术的发展趋势 2 1 2 带推料器的轴套压入装置工作过程 3 1 3 带推料器的轴套压入装置的实验任务 3 1 4 气动装置的组成及分类 4 1 4 1 气压传动系统的组成 4 1 4 2 压力控制阀 5 1 4 3 节流阀 5 1 4 4 方向控制阀 6 1 4 5 电磁控制换向阀 6 第第 2 2 章章 带推料器的轴套压入装置总体方案设计带推料器的轴套压入装置总体方案设计 7 2 1 分析项目的工艺要求 控制要求和技术指标 7 2 2 气动控制系统总体方案 8 2 2 1 气动回路草图 8 2 2 2 气动回路原理图 9 第第 3 3 章章 气缸的分析与设计计算气缸的分析与设计计算 9 3 1 纵向气缸 Z2 的设计计算 9 3 1 1 气缸内径的确定 10 3 1 2 活塞杆直径的确定 10 3 1 3 缸筒长度的确定 10 3 1 4 气缸筒的壁厚的确定 11 3 1 5 气缸耗气量的计算 12 3 1 6 气缸进排气口直径计算 12 西安工程大学课程设计 报告 3 1 7 活塞杆的校核 13 3 2 横向气缸 Z1 Z3 的设计计算 14 3 2 1 气缸内径的确定 15 3 2 2 活塞杆直径的确定 15 3 2 3 缸筒长度的确定 15 3 2 4 气缸筒的壁厚的确定 16 3 2 5 气缸耗气量的计算 17 3 2 6 气缸进排气口直径 17 3 2 7 活塞杆的校核 17 第第 4 4 章章 带推料器的轴套压入装置元器件的选型带推料器的轴套压入装置元器件的选型 18 4 1 空气压缩机 18 4 1 1 空气压缩机的选型 18 4 1 2 空气压缩机的分类及选用原则 19 4 1 3 空气压缩机的工作原理 19 4 2 气缸的选型 20 4 2 1 气缸组成与原理 20 4 2 2 活塞 21 4 2 3 活塞杆 21 4 2 4 导向套 21 4 2 5 密封 21 4 3 控制元件 气动辅助元件确定 22 4 3 1 选择控制元件 22 4 3 2 选择气动辅件 24 第第 5 5 章章 电器控制系统设计电器控制系统设计 24 5 1 电气控制系统组成 25 5 2 PLC 程序控制系统设计 25 5 2 1 整体装置动作顺序 25 5 2 2 控制电路图 25 西安工程大学课程设计 报告 5 2 3 PLC 接线图 26 5 2 4 PLC 接线分配表 27 5 2 5 PLC 程序 LD 梯形图语言 28 5 2 6 PLC 程序 IL 指令表语言 29 总总 结结 31 参考文献参考文献 32 西安工程大学课程设计 报告 第第 1 1 章章 概述概述 1 11 1 气动技术的应用及前景气动技术的应用及前景 1 1 11 1 1 气动技术优缺点气动技术优缺点 气压传动是以气体作为工作介质 依靠密封工作系统对气体挤压产生的压 力能来进行能量转换 传递 控制和调节的一种传动方式 与液压相似 它也 有压力和能量两种重要的参数 气压传动由于结构简单 成本低廉 使用方便 所以在各行业中都可以使用 例如 汽车制造 运输技术 航天 纺织 包装 印刷 以及机械制造等 电气可编程控制技术与气压传动技术相结合 使得整 个系统自动化程度更高 控制方式更灵活 性能更加可靠 气动机械手 柔性 自动生产线的迅速发展 对气压传动技术提出了更多更高的要求 气压传动技 术从开关控制进入闭环比例 伺服控制 控制精度不断提高 优点 优点 气动装置结构简单 轻便 安装维护简 压力等级低 故使用安全 工作介质取之不尽 用之不竭的空气 空气本身不花钱 排气处理简单 不污染环境 成本低 输出力及工作速度的调节非常容易 汽缸动作速度一般为 50 500 s 比液压和电气方式的动作速度快 可靠性高 使用寿命长 电器元件的有效动作次数约为数百万次 而 smc 的一般电磁阀的寿命大于 3000 万次 小型阀超过 2 亿次 利用空气的可压缩性 可贮存能量 实现集中供气 可短时间释放能量 已获得间歇运动中的高速响应 可实现缓冲 对冲击负载和过负载有较强的适 应能力 在一定条件下 可使气动装置有自保能力 全气动控制具有防火 防爆 耐潮的能力 与液压方式相比 气动方式可 在高温场合使用 由于气动控制损失小 压缩空气可集中供应 远距离输送 缺点 缺点 由于空气有压缩性 汽缸的动作速度易受负载的变化而变化 采用气液联 动方式可以克服这一缺点 汽缸在低速运动时 由于摩擦力占推力的比例较大 汽缸的低速稳定性不 西安工程大学课程设计 报告 如液压汽缸 且虽然在许多应用场合 汽缸的输出力能满足工作要求 但其输 出力比液压汽缸低 综合气压传动的优缺点 若要适应工业自动化及成为柔性制造系统 要求 气动系统提高其系统可靠性 降低成本 研究和开发系统控制技术 机 电 气 液综合技术 气动元件的节能化 微型化 无油化是当前的发展特点 与 电子技术相结合产生的自适应元件 如各类比例阀和电器伺服阀 使气动系统 从开关控制发展到反馈控制 计算机的广泛应用为气动技术的发展提供了更加 广阔的前景 1 1 21 1 2 气动技术的发展趋势气动技术的发展趋势 纵观世界气动行业的发展趋势 气压传动技术的发展动向可归纳如下 1 机电一体化 由 PLC 传感器 气动元件 组成的控制系统是自动化技术的重要方面 发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件 使气压传动技术从 开关控制 进入高精度的 反馈控制 复合集成化系统不仅减少配线 配管和元件 而且 拆装方便 大大提高系统的可靠性 2 轻量化 小型化和低功耗 采用铝合金及塑料等新型材料 并且进行强度设计 重量大为减轻 如已 制造出4克重的电磁阀 元件制成超薄 超短 超小型 如宽6mm的电磁阀 缸 径4mm的双作用气缸 电磁阀的功耗可降至0 1W 3 高质量 高精度 高速度 电磁阀的寿命可达300万次以上 气缸的寿命达2000 6000km 定位精度达 0 5 0 1mm 小型电磁阀的换向频率可达数十赫兹 气缸的最大速度可达3m s 4 无供油 不供油润滑元件组成的系统不污染环境 系统简单 节省润滑油 且摩擦 力稳定 成本低 寿命长 适应食品的 医药 生物工程 电子 纺织 精密 仪器等行业的需要 1 21 2 带推料器的轴套压入装置工作过程带推料器的轴套压入装置工作过程 西安工程大学课程设计 报告 启动 送料 夹紧 轴套压入金属块 松开 推金属块入金属篮 返回 1 31 3 带推料器的轴套压入装置的实验任务带推料器的轴套压入装置的实验任务 1 将黄铜套压入到金属块中 按动按钮 S0 后 金属块被夹紧 然后轴套 被压入到金属块中 2 当轴套被压入并且压入汽缸返回时 工件才可以被松开 3 工件由推料器推到金属篮中 4 为此只能使用带弹簧复位的 5 2 二位五通电磁换向阀 5 附加要求 在电路图 继电器图 中 启动取决于最后一个汽缸的运动 在使用 PLC 时 只有当所有的气缸返回到各自的初始位置时 才可以启动 自动运行 连续运行 可以用附加的控制开关来设置 6 第一步 画出电路图 PLC 连接图 写出用于 PLC 的分配表 第二步 用至少一种编程语言 IL 指令表语言 LD 梯形图语言 编写 PLC 用户 程序并进行测试 实验元件表实验元件表 位置号数量 说 明位置号数量 说 明 043带磁性活塞环的双作用气缸511PLC 单元 152单向节流阀501稳压电源 西安工程大学课程设计 报告 313带弹簧复位的 5 2 二位 五通电磁换向阀 421接线端子盒 386汽缸开关011压缩空气预处理单元 371开关盒 1 个控制开关 2 个按钮 021压缩空气分配器 附件 实验室用导线 气管 功能图 功能图 1 41 4 气动装置的组成及分类气动装置的组成及分类 1 4 11 4 1 气压传动系统的组成气压传动系统的组成 一般而言 气压传动系统的组成包含以下四部分 1 气源设备 气源设备由空气压缩机或真空泵构成 有的还配有储气罐 气源处理元件 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 气动设备较多的 厂矿常将气源装置及其附件集中于一处 组成中央气压站 由中央气压站向各 处用气点分送压缩空气 2 气动执行元件 气动执行元件起能量转换作用 把压缩空气的气压能转换成驱动装置的机 械能 如气缸输出直线往复运动的机械能 摆动气缸和气动马达分别输出回转 摆动和旋转的机械能 对于以真空动力为动力源的系统 采用真空吸盘以完成 西安工程大学课程设计 报告 各种吸吊作业 3 气动控制元件 气动控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力 流量和流动方向 使执 行元件按照要求的程序和性能工作 气动控制的元件种类繁多 除基本的压力 控制 流量控制 方向控制三大类型阀以外 还包括各种逻辑元件 射流元件 以实现 或 与 非 等逻辑功能 4 气动辅助元件 气动辅助元件是提供元件内部润滑 消除排气噪声 进行元件间的连接 以及进行信号转换 显示 放大 检测等所需的各种气动元件 如油雾器消声 器 管件及管接头 气液转换器 限位开关 气动传感器等 1 4 21 4 2 压力控制阀压力控制阀 气动系统不同于液压系统 一般每一个液压系统都自 带液压源 液压泵 而在气动系统中 一般来说由空气 压缩机先将空气压缩 储存在贮气罐内 然后经管路输送 给各个气动装置使用 而储气罐的空气压力往往比各台设 备实际所需要的压力高些 同时其压力波动值也较大 因此需要用减压阀 调压阀 将其压力减到每台装置所需 的压力 并使减压后的压力稳定在所需压力值上 有些气动回路需要依靠回路中压力变化实现控制两个执行元件的顺序动作 所用的这种阀就是顺序阀 顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀 所有的气动回路或贮气罐为了安全起见 当压力超过允许压力值时 需要 实现自动向外排气 这种压力控制阀叫安全阀 溢流阀 1 4 31 4 3 节流阀节流阀 所示为圆柱斜切型节流阀的结构图 压缩空气由 P 口 进入 经过节流后 由 A 口流出 旋转阀芯螺杆 就可改 变节流口的开度 这样就调节了压缩空气的流量 由于这 种节流阀的结构简单 体积小 故应用范围较广 1 单向节流阀 单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控 制阀 当气流沿着一个方向 流动时 经过节流阀节流 反方 向流动时 单向阀打开 2 排气节流阀 排气节流阀是装在执行元件的排气口处 调节进入大气中气体流量的一种 西安工程大学课程设计 报告 控制阀 它不仅能调节执行元件的运动速度 还常带有消声器件 所以也能起 降低排气噪声的作用 3 快速排气阀 进气口 P 进入压缩空气 并将密封活塞迅速上推 开启阀口 2 同时关闭 排气口 O 使进气口 P 和工作口 A 相通 快速排气阀常安装在换向阀和气缸之 间 它使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出 从而加速了气缸往复的运动 速度 缩短了工作周期 1 4 41 4 4 方向控制阀方向控制阀 方向控制阀是通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断 来控制执行元 件启动 停止及运动方向的气动阀 根据方向控制阀的功能 控制方式 结构形式 阀内气流的方向及密封形 式等 可将方向控制阀分为几类 分 类 方 式形 式 按阀内气体的流 动方向 单向阀 换向阀 按阀芯的结构形式截止阀 滑阀 按阀的工作位数及 通路数 二位三通 二位五通 三位五通等 按阀的控制操纵 方式分 气压控制 电磁控制 机械控制 手动控制 按阀的密封形式硬质密封 软质密封 1 4 51 4 5 电磁控制换向阀电磁控制换向阀 1 直动式电磁换向阀 激励线圈不通电时 阀在复位弹簧的作用下处于上端位置 为 A 与 T 相通 A 口排气 当通电时 电磁铁 1 推动阀芯向下移动 P 与 A 相通 A 口进气 2 先导式电磁换向阀 直动式电磁阀是由电磁铁直接推动阀芯移动 的 当阀通径较大时 用直动式结构所需的电磁 铁体积和电力消耗都必然加大 为克服此弱点可 西安工程大学课程设计 报告 采用先导式结构 先导式电磁阀是由电磁铁首先控制气路 产生先导压力 在由先导压力推 动主阀阀芯 使其换向 第第 2 2 章章 带推料器的轴套压入装置总体方案设计带推料器的轴套压入装置总体方案设计 2 12 1 分析项目的工艺要求 控制要求和技术指标分析项目的工艺要求 控制要求和技术指标 设计以前需先了解项目的各项要求 1 工艺要求 设计以前 必须了解主机或气动设备的工艺过程 动作循环 空间位置 结构 主要技术要求及自动化程度等内容 同时还要了解工作现场的温度 湿度 工件物料的状态 有无腐蚀性 可 燃性 防尘的要求 了解动力源的的情况 最高和最低压力及管问供气流量变 动范围等要求 2 控制要求及技术指标 设计之前要弄清主机对控制的要求 包括以下几个方面 主机的运动顺序 运动时间 运动速度和可调范围 运动的平稳性 定位 西安工程大学课程设计 报告 精度 操作力以及连锁和自动化程度等 温度及湿度变化范围 防震 防尘 防爆 防腐蚀要求及工作场地的空间等情况必须调查清楚 工作要求 由气缸 Z3 送料 气缸 Z1 夹紧 气缸 Z2 轴套压入 钻孔气缸 B 先退出 夹紧气缸再退出 气缸 Z3 推入篮筐 运动要求 缸行程 S 均为 600mm 且启动 减速 制动时间 t 0 1s 气 缸活塞平均速度 v s t 600 0 1 6000mm s 要求行程末端平稳一些 动作要求 为使执行元件正常工作 气流通过各种元件 辅件到执行元件 的总压力损失 满足于 P P 验算时 车间内可近似于 Pt Pr P P 0 1 1 0 工作环境要求 如温度及湿度变化范围 防震 防尘 防爆 防腐蚀要求及工作场地的空 间等情况必须调查清楚 工作温度均为 45 到 50 度 和机 电 液控制相配合 的情况 以及对气动系统的要求等情况必须调查清楚 2 22 2 气动控制系统总体方案气动控制系统总体方案 2 2 12 2 1 气动回路草图气动回路草图 三个双作用汽缸的活塞上带有磁环 汽缸所有的终点位置上都装有汽缸开 关 分别为B1 B2 B3 B4 B5和B6 带弹簧复位的 5 2 二位五通电磁 换向阀作为主控元件 电磁铁分别为Y1 Y2和Y3 汽缸Z1和Z2的活塞杆伸出 速度可以用单向节流阀进行无级调节 西安工程大学课程设计 报告 2 2 22 2 2 气动回路原理图气动回路原理图 第第 3 3 章章 气缸的分析与设计计算气缸的分析与设计计算 3 13 1 纵向气缸纵向气缸 Z2Z2 的设计计算的设计计算 由设计任务可以知道 要驱动的负载大小为500Kgf 即4900N 压力 P 4 6Kgf cm2 取P 5Kgf cm2 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 在研究气缸 性能和确定气缸缸径时 常用到负载率 气缸的实际负载F 气缸的理论负载F0 100 由 液压与气压传动技术 表11 1 西安工程大学课程设计 报告 汽缸的运动状态与负载率汽缸的运动状态与负载率 惯性负载的运动速度v阻性负载 静负载 500mm s 0 8 0 65 0 5 0 3 运动速度v 3m min 50mm s 取 0 61 则理论液压缸的负载大小为 F0 F 4900 0 61 8032 78N 3 1 13 1 1 气缸内径的确定气缸内径的确定 气缸内径 D 144 47 mm P F 0 4 6 1049 0 78 80324 F0 气缸的输出推力 P 气缸的工作压力 按照GB T2348 1993标准进行圆整 取D 160 mm Error Error NoNo bookmarkbookmark namename given given 气缸缸径尺寸系列气缸缸径尺寸系列 mm mm 8 10121620 25 3240506380 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250320400500630 3 1 23 1 2 活塞杆直径的确定活塞杆直径的确定 由d 0 3D得活塞杆直径 d 48 mm 圆整后取d 50 mm 活塞杆直径系列 活塞杆直径系列 mmmm 3 1 33 1 3 缸筒长度的确定缸筒长度的确定 缸筒长度S L B 30 L为活塞行程 B为活塞厚度 4568101214161820222528 32364045505663708090100110125 140160180200220250280320360400 西安工程大学课程设计 报告 活塞厚度B 0 8 160 128 mm 汽缸行程的公差值表 汽缸行程的公差值表 mmmm 由于气缸的行程L 600mm 所以S L B 30 600 128 30 758 mm 导向套滑动面长度A 一般导向套滑动面长度A 在D80mm时 可取A 0 6 1 0 d 故取A 0 9 50 45mm 最小导向长度H 根据经验 当气缸的最大行程为L 缸筒直径为D 最小导向长度为 H D 2 代 入数据 即最小导向长度H 160 2 80 mm 活塞杆的长度l L B A H 600 128 45 80 853mm 3 1 43 1 4 气缸筒的壁厚的确定气缸筒的壁厚的确定 由 液压气动技术手册 查得气缸筒的壁厚 可根据薄壁筒计算公式进行计 算 式中 2 PD 缸筒壁厚 m D 缸筒内径 m P 缸筒承受的最大工作压力 MPa 缸筒材料的许用应力 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 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 缸内径 D 公称行程S 32 500 40 50 500 1250 63 500 80 100 500 1250 125 500 160 200 250 500 1250 西安工程大学课程设计 报告 其中为缸筒材料的抗拉强度 MPa 缸体的材料选择45钢 抗 n b b 拉强度 600Mpa n为安全系数 一般取n 5 b 所以取 600 5 120Mpa P 缸筒承受的最大工作压力 MPa 当工作压力p 16MPa时 P 1 5p 当工作压力p 16MPa时 P 1 25p 由上可知工作压力0 49MPa小于16 Mpa 故P 1 5p 1 5 0 49 0 735MPa 0 49 mm 2 PD 1202 160735 0 参照下表 气缸筒的壁厚圆整取 9mm 汽缸筒的壁厚 汽缸筒的壁厚 mmmm 气缸直径 5080100125160200250320 材 料 壁 厚 铸铁 HT15 33 78101012141616 铜 A3 45 5788991112 铝合金 ZL3 8 12 12 14 14 17 3 1 53 1 5 气缸耗气量的计算气缸耗气量的计算 Q 0 046 16 2 50 0 49 0 1 347 4L min 1 0046 0 2 PVD Q 标准状态下的气缸最大耗气量 L min D 气缸的缸径 cm V 气缸的最大速度 mm s P 使用压力 MPa 3 1 63 1 6 气缸进排气口直径计算气缸进排气口直径计算 v 空气流经进排气口的速度 可取 v 10 15 选取 v Q d 2 0 v 15m s 代入数据得 22 17 mm 0 d 汽缸进排气口直径 汽缸进排气口直径 mmmm 汽缸内径 D进排气口直径 d0 西安工程大学课程设计 报告 408 50 6310 80 100 12515 140 160 18020 所以取气缸排气口直径为 20 mm 3 1 73 1 7 活塞杆的校核活塞杆的校核 由于所选活塞杆的长度 L 10d 所以要进行稳定性校核 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 进行 稳定性校核 由公式 式中 K K P n F F 0 活塞杆承受的最大轴向压力 N 0P F 纵向弯曲极限力 N K F 稳定性安全系数 一般取 1 5 到 4 综合考虑选取 2 K n K n 由于细长杆比 85 m 即 式中 K L K F 2 2 L mEJ K 活塞杆横截面回转半径 对于实心杆 K d 4 代入数据 K 50 4 12 5 mm J 活塞杆横截面惯性矩 m4 对实心圆杆 J 64 4 d L 气缸的安装长度 d 活塞杆的直径 m m 末端系数 选择固定 自由 m 1 4 E 材料弹性模量 钢材 E 2 1 Pa 11 10 西安工程大学课程设计 报告 L 为气缸的安装长度即活塞杆的长度为 853mm 代入数据得 N 2 43 64L dmE FK 2 4113 853 0 644 05 0 101 2 5 1018 2 所以 1 09 N k k n F 5 10 因为 所以 活塞杆的稳定性满足条件 NFP4900 0 k k n F 0P F 3 23 2 横向气缸横向气缸 Z1Z1 Z3Z3 的设计计算的设计计算 要驱动的负载大小为 F 500 9 8N 压力 P 4 6Kgf cm2 取 P 5Kgf cm2 0 49 考虑到气缸未加载时实际所能输出的力受气缸活塞和缸 a MP 筒之间的摩擦 活塞杆与负载之间的摩擦力的影响 取动摩擦系数 0 17 在研究气缸性能和确定气缸缸径时 常用到负载率 西安工程大学课程设计 报告 气缸的实际负载 F 气缸的理论负载 F0 100 由 液压与气压传动技术 表 11 1 汽缸的运动状态与负载率汽缸的运动状态与负载率 惯性负载的运动速度 v阻性负载 静负载 500mm s 0 8 0 65 0 5 0 3 取速度 v 24m min 400mm s 取 0 42 所以理论液压缸的负载大小为 F0 F 500 9 8 0 17 0 42 1984 N 3 2 13 2 1 气缸内径的确定气缸内径的确定 气缸内径 D 71 80 mm P F 0 4 6 1049 0 19844 F0 气缸的输出推力 P 气缸的工作压力 按照 GB T2348 1993 标准进行圆整 取 D 80 mm 气缸缸径尺寸系列气缸缸径尺寸系列 mm mm 810121620 25 3240506380 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250320400500630 3 2 23 2 2 活塞杆直径的确定活塞杆直径的确定 由 d 0 3D 得活塞杆直径 d 24 mm 圆取后得 d 25mm 活塞杆直径系列 活塞杆直径系列 mmmm 3 2 33 2 3 缸筒长度的确定缸筒长度的确定 缸筒长度 S L B 30 L 为活塞行程 B 为活塞厚度 活塞厚度 B 0 6 1 0 D 0 8 80 64 mm 汽缸行程的公差值表 汽缸行程的公差值表 mmmm 4568101214161820222528 32364045505663708090100110125 140160180200220250280320360400 西安工程大学课程设计 报告 缸内径 D公称行程 S 32 500 40 50 500 1250 63 500 80 100 500 1250 125 500 160 200 250 500 1250 由于气缸的行程 L 600mm 所以 S L B 30 694 mm 导向套滑动面长度 A 一般导向套滑动面长度 A 在 D80mm 时 可取 A 0 6 1 0 d 所以取 A 25 mm 最小导向长度 H 根据经验 当气缸的最大行程为 L 缸筒直径为 D 最小导向长度为 H D 2 代入数据 即最小导向长度 H 40mm 活塞杆的长度 l L B A H 600 64 25 40 729mm 3 2 43 2 4 气缸筒的壁厚的确定气缸筒的壁厚的确定 由 液压气动技术手册 可查气缸筒的壁厚可根据薄壁筒计算公式进行 计算 式中 2 PD 缸筒壁厚 m D 缸筒内径 m P 缸筒承受的最大工作压力 MPa 缸筒材料的许用应力 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 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 其中为缸筒材料的抗拉强度 MPa 缸体的材料选择45钢 抗 n b b 拉强度 600Mpa n为安全系数 一般取n 5 则 600 5 120Mpa b P 缸筒承受的最大工作压力 MPa 当工作压力p 16MPa时 P 1 5p 当工作压力p 16MPa时 P 1 25p 由此可知工作压力 0 49MPa 小于 16 MPa P 1 5p 1 5 0 49 0 735 MPa 西安工程大学课程设计 报告 0 245mm 2 PD 1202 80735 0 参照下表 气缸筒的壁厚圆整取 7mm 汽缸筒的壁厚 汽缸筒的壁厚 mmmm 气缸直径 5080100125160200250320 材 料 壁 厚 铸铁 HT15 33 78101012141616 铜 A3 45 5788991112 铝合金 ZL3 8 12 12 14 14 17 3 2 53 2 5 气缸耗气量的计算气缸耗气量的计算 Q 0 046 8 2 400 0 49 0 1 694 8 L min 1 0046 0 2 PVD Q 标准状态下的气缸最大耗气量 L min D 气缸的缸径 cm V 气缸的最大速度 mm s P 使用压力 MPa 3 2 63 2 6 气缸进排气口直径气缸进排气口直径 v 空气流经进排气口的速度 可取 v 15 20 选取 v Q d 2 0 v 20m s 代入数据得 27 1 mm 参照下表 取气缸排气口直径为 15 mm 0 d 汽缸进排气口直径 汽缸进排气口直径 mmmm 3 2 73 2 7 活塞杆的校核活塞杆的校核 由于所选活塞杆的长度 L 10d 所以要进行稳定性校核 综合考虑活塞 汽缸内径 D进排气口直径 d d0 0 408 50 6310 80 100 12515 140 160 18020 西安工程大学课程设计 报告 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 进行稳定性校核 由公式 式中 K K P n F F 0 活塞杆承受的最大轴向压力 N 0P F 纵向弯曲极限力 N K F 稳定性安全系数 一般取 1 5 4 综合考虑选取 2 K n K n 由于细长杆比 85 即 式中 K L m K F 2 2 L mEJ 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 J 活塞杆横截面惯性矩 m4 对实心圆杆 J 64 4 d L 气缸的安装长度即为活塞杆的长度为 729mm d 活塞杆的直径 m m 末端系数 选择固定 自由 m 1 4 E 材料弹性模量 钢材 E 2 1 Pa 11 10 代入数据得 FK 0 18 N 5 10 因为 0 09 N FP0 所以活塞杆的稳定性满足条件 k k n F 5 10 第第 4 4 章章 带推料器的轴套压入装置元器件的选型带推料器的轴套压入装置元器件的选型 4 14 1 空气压缩机空气压缩机 西安工程大学课程设计 报告 1 2 34 工业用气 甲 乙 7 气动装置 仪表用气 6 5 4 1 14 1 1 空气压缩机的选型空气压缩机的选型 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 清洁度是指气源中含油量 含 灰尘杂质的质量及颗粒大小都要控制在很低范围内 干燥度是指压缩空气中含 水量的多少 气动装置要求压缩空气的含水量越低越好 混在压缩空气中的油蒸汽可能聚集在贮气罐 管道 气动系统的容器中 有引起爆炸的危险或影响设备的寿命 3 压缩空气中含有的饱和水分 在一定的条件下会凝结成水 并聚集在个 别管道中 在寒冷的冬季 凝结的水会使管道及附件结冰而损坏 影响气动装 置的正常工作 4 压缩空气中的灰尘等杂质 对气动系统中作往复运动或转动的气动元件 的运动副会产生研磨作用 使这些元件因漏气而降低效率 影响使用寿命 因此气源装置必须设置一些除油 除水 除尘 并使压缩空气干燥 提高 压缩空气质量 进行气源净化处理的辅助设备 压缩空气站设备一般包括空气压缩机和使气源净化的辅助设备 如图所示 4 1 24 1 2 空气压缩机的分类及选用原则空气压缩机的分类及选用原则 1 分类 按其工作原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机 容积型压缩机的工作 原理是压缩气体的体积 使单位体积内气体分子的密度增大以提高压缩空气的 压力 速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度 然后使气体的动 能转化为压力能以提高压缩空气的压力 2 空气压缩机的选用原则 选用空气压缩机需用根据压力和流量两个参数 一般空气压缩机为中压空 气压缩机 额定排气压力为 1MPa 另外还有低压空气压缩机 排气压力 0 2MPa 高压空气压缩机 排气压力为 10MPa 超高压空气压缩机 排气压力 西安工程大学课程设计 报告 100MPa 4 1 34 1 3 空气压缩机的工作原理空气压缩机的工作原理 气压传动系统中最常用的空气压缩机是往复活塞式 1 排气阀 2 汽缸 3 活塞 4 活塞杆 5 6 十字头与滑道 7 连杆 8 曲柄 9 吸气阀 10 弹簧 当活塞 3 向右运动时 左腔压力低于大气压力 吸气阀 9 被打开 空气在 大气压力作用下进入气缸 2 内 这个过程称为 吸气过程 当活塞向左移动 时 吸气阀 9 在缸内压缩气体的作用下关闭 缸内气体被压缩 这个过程称为 压缩过程 当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后 排气阀 1 被 打开 压缩空气进入输气管道 这个过程称为 排气过程 4 24 2 气缸的选型气缸的选型 气缸是气动系统的执行元件之一 除几种特殊气缸外 普通气缸其种类及 结构形式与液压缸基本相同 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 QGA 系列为无缓冲普通气缸 QGB 系列为有缓冲普通 气缸 其它几种较为典型的特殊气缸有气液阻尼缸 薄膜式气缸和冲击式气缸等 4 2 14 2 1 气缸组成与原理气缸组成与原理 气缸由缸筒 前后缸盖 活塞 活塞杆 密封件和紧固件组成 双作用气缸的结构分成两个腔室 有杆腔和无杆腔 有活塞杆的称为有杆 西安工程大学课程设计 报告 腔 无活塞杆的称为无杆腔 当压缩空气进入无杆腔时 压缩空气作用在活塞 右端面上的力将克服各种反方向作用力 推动活塞前进 使有杆腔的空气排入 大气 使活塞杆伸出 反之 当压缩空气进入气缸的有杆腔时 活塞便向左 运动 活塞杆退回 气缸无杆腔和有杆腔的交替进气和排气 使活塞杆伸出和 退回 气缸实现往复直线运动 为了减缓运动冲击 在活塞端部设置缓冲柱塞 在端盖上开有相应的缓冲 柱塞孔 并装在缓冲节流阀 和缓冲密封圈 组成气缸的缓冲装置 当活塞运 动接近行程末端 缓冲柱塞进入缓冲柱塞孔 主排气通道被堵死 排气腔内的 剩余气体只能通过缓冲节流阀排出 排气腔内气体压力升高 使活塞运动速度 渐减 达到缓冲的目的 调节缓冲节流阀开度 可控制活塞的缓冲程度 这种 设置缓冲装置的气缸称为缓冲气缸 本设置缓冲装置的气缸称为无缓冲气缸 4 2 24 2 2 活塞活塞 压缩空气作用在活塞面上产生推力做功 并在缸筒内滑动 活塞材料应具 有足够的强度和良好的滑动性能 特别是耐磨性和不发生 咬缸 现象 活塞 的宽度和密封圈的数量 导向环的形式等因素有关 从使用上讲 活塞的滑动 面小容易引起早期磨损 一般活塞的宽度为缸径的20 25 4 2 34 2 3 活塞杆活塞杆 活塞杆是用来传递力的零件 要求能承受拉伸 压缩 振动等负载 表面 耐磨 不发生锈蚀 一般选用碳钢 精轧不锈钢等材料 钢材表面需要镀铬及 调质处理 气缸使用时必须注意活塞杆的强度问题 1 由于活塞杆头部螺纹连接处受惯性负载的冲击而遭受破坏 2 承受推力负载时 应注意细长杆的压杆稳定性问题 3 气缸水平安装时 活塞杆伸出因自重引起的活塞杆头部下垂的问题 4 2 44 2 4 导向套导向套 导向套的作用是用活塞杆往复运动时导向 应具有良好的滑动性能 能承 受由于活塞杆的受负载时引起的弯曲 振动及冲击 常用聚四氟乙烯复合材料 和其他复合树脂材料 及铜颗粒烧结的含油轴承材料 导向套内径尺寸容许公 差取H8 表面粗糙度Ra0 4um 4 2 54 2 5 密封密封 1 缸盖和缸筒的连接的密封 一般采用O型密封圈安装在缸盖和缸筒配合的沟槽内 有时也采用橡胶等平 西安工程大学课程设计 报告 垫圈安放在连接止口上 构成平面密封 2 活塞的密封 活塞有两处地方需要密封 一处是活塞与缸筒之间的动密封 除了用O型密 封圈和唇形密封圈外 也有W型密封 它是把活塞与橡胶硫化成一体的密封结构 W型密封是双向密封 轴向尺寸小 另一处是活塞与活塞杆连接处的静密封 一 般用O型密封圈 3 活塞杆的密封 在缸盖的沟槽里放置里放置唇形的密封圈和防尘密封圈 或防尘组合密封 圈 保证活塞杆往复运动时的密封和防尘 4 缓冲柱塞的密封 有两种方法 一种是在缓冲柱塞的沟槽里安放孔用唇形密封圈 另一种是 在缸盖上压入气缸缓冲专用密封圈 它是在圆形缸盖上硫化了一个唇形密封圈 构成 这种缓冲专用密封圈的缓冲性能比前者好 近年出现的浮动缓冲密封结 构 它是在缸盖上浮置了一个唇形密封圈 当缓冲柱塞进入缓冲后 浮置的唇 形密封圈能随缓冲柱塞移动一小段距离 采用这种浮动密封结构 能降低对气 缸零件加工和安装的同心度要求 保证缓冲的密封要求 4 34 3 控制元件 气动辅助元件确定控制元件 气动辅助元件确定 4 3 14 3 1 选择控制元件选择控制元件 1 单向节流阀的选用 选择要求 该单向节流阀的作用是通过调节流量来对气缸活塞杆的伸出速 度进行无级调节 它应该具有足够的调速范围 保证稳定的最小流量 温度和 压力变化对流量影响小 调节方便 泄露小等特点 在气缸的选择中 我们已 经确定了单向节流阀所需控制的流量为 q 695L min 因此选择的单向节流阀的 流量调节范围必须包括 695L min 因此选取 q 1150L min 节流阀是依靠改变阀的流通面积来调节流量的 一般要求节流阀流量的调节 范围比较宽 能进行微小调节 调节准确 性能稳定 阀芯开度与通过的流量 成正比 一般有平板阀 针阀和球阀 公称通径 mm 346810152025 西安工程大学课程设计 报告 单向节流阀是由单向阀和节流阀组合而成的流量控制阀 根据耗气量 1150L min 选择公称通径为 8 mm 的单向节流阀 型号 QLA L8 工作介质 经过净化 并有油雾的压缩空气 使用温度 20 80 摄氏度 工作压力 0 05 0 8MP 开启压力 0 05MP 2 带弹簧复位的 5 2 二位五通电磁换向阀选用 带弹簧复位的二位五通电磁换向阀的选择要求 接管螺纹 M5 0 8 M5 0 8 M10 1 M14 1 5 M18 1 5 M22 1 5 M27 2 M33 2 Kv C 值 m3 h 0 150 30 51 02 03 05 69 6 标准额定 流量 Q L min 170340570 115023003400630010900 在额定流 量下的压 降 KPa 20 20 20 15 15 15 12 12 有效截面 积 S 值 mm2 34510204060110 西安工程大学课程设计 报告 电磁换向阀的换向方式主要取决于电磁铁的通电方式 本实验应该采用交 流型脉冲电磁换向阀 电磁铁通电方式应该是交流脉冲电流 这样可以实现二 位五通脉冲式电磁换向阀的频繁换向 在一开始的气动回路图中 我们已经做出了该实验中所要用到的二位五通 脉冲式电磁换向阀的基本原理图 因此选择的电磁换向阀的基本结构首先必须 和图中的相符合 由电路图知 该二位五通脉冲式电磁换向阀中的电磁铁的工作电压应满足 24V 的要求 同时 为了减小实验误差 所选的二位五通脉冲式电磁换向阀必须有较快 的换向速度 所以选用 V45K2 15 型号的二位五通电磁换向阀 4 3 24 3 2 选择气动辅件选择气动辅件 根据管道内径的 d 8mm 则 1 空气过滤器 型号 QSLAL8 工作介质 压缩空气 使用温度范围 25 80 摄氏度 但在不冻结的情况下 最高进口压力 1MP 2 油雾气 型号 QYW L8 工作介质 经过净化的压缩空气 使用工作范围 25 80 摄氏度 但不在冻结的情况下 最高进口压力 1MP 3 过滤减压阀 型号 QFLJA L8 工作介质 压缩空气 使用温度范围 25 80 摄氏度 但在不冻结的情况下 最高进口压力 1MP 4 贮气罐 西安工程大学课程设计 报告 第第 5 5 章章 电器控制系统设计电器控制系统设计 5 15 1 电气控制系统组成电气控制系统组成 控制系统的基本组成 一个完整的控制系统应包括被控对象 执行机构 检测装置 模数 A D 转换器和数模 D A 转换器 数字计算机系统 包括硬件和软件 1 被控参数 由设计任务可知此系统中控制参数为速度 即气缸活塞的 运动速度 2 执行机构 系统中的执行机构是气动控制回路中的气缸 通过调节 节流阀来控制进入和排出气缸的流量 来控制活塞的运动速度 3 控制器 本系统采用的控制方式是 PLC 程序控制 因通用性好 变 更程序方便 PLC 程序控制是线路复杂时程序控制的典型代表 它不仅可使控 制部分小型化 容易实现联锁信号处理 同时各种逻辑及附加运算和 D A 与 A D 转换均可在 PLC 内部进行 使整个传动控制回路中的气动回路部分非常简 单 其缺点是维修人员应具备一定的微机知识 能及时进行工作异常时的事故 处理及复位启动等问题 5 25 2 PLCPLC 程序控制系统设计程序控制系统设计 5 2 15 2 1 整体装置动作顺序整体装置动作顺序 该系统要求气动元件的逻辑顺序为 启动 送料 夹紧 轴套压入金属块 松开 推金属块入金属篮 返回 完成一次物料的安装与搬运 并循环下去 具体动作如下 1 按下启动按钮 水平汽缸 Z3 送料 2 夹紧汽缸 Z1 夹紧物料 3 纵向气缸 Z2 动作并将轴套压入金属块 西安工程大学课程设计 报告 4 纵向气缸 Z2 松开物料并返回 5 夹紧汽缸 Z1 松开物料返回 6 水平汽缸 Z3 动作将物料推入金属篮 并原路返回进行下一次安装与搬 运 5 2 25