【JQ035】自动线工业机械手控制系统设计【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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1. 任务内容： 1、 完成直列式加工自动线的总体方案设计； 2、 完成直列式加工自动线的总体机械结构设计； 2、 完成直列式加工自动线的气动系统结构设计； 3、 节拍可柔性调节； 5、 本自动线为模块式组合结构，能根据要求组合出不同结构形式、动作顺序，且拆装组合灵活、方便、快速，重量轻，防锈防腐。 2要求： 该气动多功能教学实验台自动线，以直列式 5 6 工位的机械加工自动线为对象，实现自动线的上料、输送、定位、加紧、加工、松开、卸料、检测等多种组合动作的模拟加工自动线设计。动力为小型压缩机组（功率为 源压力 传动控制元件采用小型气动元件、行程开关、接近开关、光电传感器、电磁传感器、可编程控制器（ 单片机等，各种运动部件设计成整体可以更换的模块式结构，以满足 制的多样性和柔性化要求。生产节拍可柔性调节 3 始参数是： 1、 采用直列式 5 6 工位的机械加工自动线为对象，实现自动线的上料、输送、翻转、转位、定位、加紧、加工、松开、卸料、检测等多种组合动作的模拟加工自动线设计。 2、 动力为小型压缩机组（功率为 源压力为 传动系统为气动系统；负载力 10 50动速度 0 3m/调。 3、 检测控制元件采用小型气动元件、行程开关、接近开关、光电传感器、电磁传感器等方式。控制精度在 2内。 4、 电气控制采用可编程控制器（ 继电控制相结合的方式。 5、输送采用步伐式间歇方式，工作节拍在 1 分 30 秒 2 分 30 秒内可调。 图纸内容及张数 1、总体方案设计示意图（三维图，用 设计）： 1 张； 2、电气控制和 制系统原理图 (含梯形图 )： 1 张 3、检测控制系统原理图： 1 张 4、 电气系统接线图： 1 张 5、 序清单 1 份 6、 外购件明细表： 1 份 7、 自动线机架三维原理图和结构装配图，所有非标零件图： 1 套 上述图纸必须用计算机绘图来完成。 实物内容及要求 ” 其 他 1、 说明书一份； 2、 处文文献翻译； 3、 任务书； 参考文献 、何存兴液压传动与气压传动华中科技大学出版社， 2000， 、雷天觉新编液压工程手册机械工业出版社， 1999， 12， 、机械设计手册编写组机械设计手册（ 1 5 册）机械工业出版社， 1998， 、杨培元液压系统设计简明手册机械工业出版社， 19985、 、 械制图手册编写组机械制图手册机械工业出版社， 1998， 126、 、 用机床设计手册机械工业出版社， 、齐占庆机床电气控制技术机械工业出版 社， 毕业设计（论文）进度计划 设计起讫时间 工作内容 地点 第 6 周 第 7 周 第 7、 8 周 第 9 14 周 第 15 16 周 第 17 周 了解课题，熟悉相关资料，仔细阅读有关书籍，到图书馆查阅有关资料。 到实习工厂、机制、电工实验室实习和德利化油器厂，全面熟悉有关课题的实际内容，并提出初步设计方案。 完成设计方案的确定、初步计算、元件的选取工 作。 完成有关计算，进行自动线总装配图、气动系统装配图和非标零件图的设计。 完成外文翻译，整理资料，编写设计计算说明书。 参加毕业答辩。 设计室 图书馆 主校区 湛江市 设计室 设计室 答辩室 毕业论文（设计）答辩提问录 学生姓名 黄伟军 学号 2000121611 所在学院 工程学院 专业 机械制造及其自动化 答辩日期 答辩时间 答辩组所提问题及学生解答情况（ 简述 ） 答辩小组组长 (签名 ) 年 月 日 毕业论文（设计）成绩评 定 指导教师评语： 指导教师 (签名 ) 年 月 日 答辩小组评语： 答辩小组组长 (签名 ) 年 月 日 毕业论文 （设计） 成绩 系主任 （签名） 年 月 日 审批单位 （盖章） 年 月 日 总程序梯形图 1 总程序梯形图 2 总程序梯形图 3 总程序梯形图 4 总程序梯形图 5 总程序梯形图 6 总程序梯形图 7 总程序梯形图 8 总程序梯形图 9 总程序梯形图 10 目 录 目录 1 摘要 4 第一章：总体方案分析与制定 4 备工作阶段 5 体设计阶段 6 构设计 6 第二章：上料输送槽设计 6 料槽的设计 6 料缸的设计 8 2 3 上料活塞杆的设计 9 2 4 汽缸耗气量的设计 10 第三章：传输带设计 10 3 1 带型号的选择 10 3 2 初选设计参数 10 3 3 带能力的计算 10 3 4 带驱动力所需传动功率的计算 11 3 5 拉紧装置重锤质量的计算 16 3 6 静载荷校核辊子计算 16 3 7 运载计算 17 第四章：步进电机的选用 19 4 1 选用电机型号 19 4 2 验算矩频特性 19 4 3 空载摩擦力矩 21 4 4 加载摩擦力矩 21 4 5 校核长速启动 21 第五章： 夹具的设计 22 5 1 定位基准的选择 22 5 2 切削力及夹紧力计算 22 5 3 定位误差的分析 24 第六章：工业机械手 24 6 1 夹紧缸 26 6 2 升降缸 28 第七章：气动系统设计 28 7 1 耗气量的计算 28 7 2 选择控制元件 29 7 3 贮气罐 29 7 4 选择气动辅件 30 7 5 确定管径 30 7 6 压力损失 31 7 7 空气压力机的选择 31 鸣谢 33 附录一：参考资料 34 附录二：外文文献 34 附录三：外文文献翻译 37 【 摘要 】 可编程控制器（ 一种广泛应用于各类自动化场合的微机控制器，熟练掌握和应用各类 对本专业学生的较高要求，为了提高学生应用 决实际问题的能力，本毕业设计以模拟生产实际的自动线为控制对象，设计出一条能满足 单片机控制多项教学实验要求，具有现场柔性组合功能的教学实验自动加工生产线，该自动线是一种将电子、计算机、机械、气动、检测等技术融合在一起的先 进技术设备，以满足对学生的实践训练要求。 【 关键词 】 生产线设计、自动线设计、 制、工业生产线。 【 is a of to of in LC to be to LC to in as of LC of up of in to in 【 1 2 3 4 1 目 录 目录 1 摘要 4 第一章：总体方案分析与制定 4 备工作阶段 5 体设计阶段 6 构设计 6 第二章：上料输送槽设计 6 料槽的设计 6 料缸的设计 8 2 3 上料活塞杆的设计 9 2 4 汽缸耗气量的设计 10 第三章：传输带设计 10 3 1 带型号的选择 10 3 2 初选设计参数 10 2 3 3 带能力的计算 10 3 4 带驱动力所需传动功率的计算 11 3 5 拉紧装置重锤质量的计算 16 3 6 静载荷校核辊子计算 16 3 7 运载计算 17 第四章：步进电机的选用 19 4 1 选用电机型号 19 4 2 验算矩频特性 19 4 3 空载摩擦力矩 21 4 4 加载摩擦力矩 21 4 5 校核长速启动 21 第五章： 夹具的设计 22 5 1 定位基准的选择 22 5 2 切削力及夹紧力计算 22 5 3 定位误差的分析 24 3 第六章：工业机械手 24 6 1 夹紧缸 26 6 2 升降缸 28 第七章：气动系统设计 28 7 1 耗气量的计算 28 7 2 选择控制元件 29 7 3 贮气罐 29 7 4 选择气动辅件 30 7 5 确定管径 30 7 6 压力损失 31 7 7 空气压力机的选择 31 鸣谢 33 附录一：参考资料 34 附录二：外文文献 34 附录三：外文文献翻译 37 4 【 摘要 】 可编程控制器（ 一种广泛应用于各类自动化场合的微机控制器，熟练掌握和应用各类 对本专业学生的较高要求，为了提高学生应用 决实际问题的能力，本毕业设计以模拟生产实际的自动线为控制对象，设计出一条能满足 单片机控制多项教学实验要求，具有现场柔性组合功能的教学实验自动加工生产线，该自动线是一种将电子、计算机、机械、气动、检测等技术融合在一起的先 进技术设备，以满足对学生的实践训练要求。 【 关键词 】 生产线设计、自动线设计、 制、工业生产线。 【 is a of to of in LC to be to LC to in as of LC of up of in to in 5 【 第一章 总体方案分析 准备工作阶段 1）调查研究工作 (1)被加工工件的年产纲领，工件在自动线上所要完成的工艺内容。在自动线上的安装位置。使用条件及其它特殊要求。 (2)零件的结构，形状尺 寸。材料，技术条件以及在机器中所起的作用。该产品的发展前途，毛坯的种数和工件的加工余量。 (3)被加工工件原来的工艺方法、加工质量、生产率等情况、国内外类似零件的有关技术资料。 ）确定是否适宜建造的自动生产线 (1)分析零件； (2)分析毛坯情况是否适用自动生产线； 由自动线的 年基本工时（小时年）一般规定按一班制工作时为小时年按两班帛工作时为小时年； 自动线加工对象的年产纳领（件年）；生产节拍：由下列公式计算： 60 ； N=12(1 )nQ p p 自动线的生产节拍（分件）； 自动化的负荷率一般为 杂的自动线取较低值，简单的自动线取较高值； 产品机器）的年产量（台年）； N 每台产包含对象产品（零件）的数量（件台）； 1p 备品率； 由自动生产线技术天津电仪职大编 电子工业出版社出版一书查得。一般可取： 1p ； 2p ； 万 ； 小时年 即：（）（件年） 6 0 2 3 6 0 0 . 8 1 . 4 7 177000 分 40000(1+8%+2%)=44000 件年 万台时： 6 6 0 2 3 6 0 0 . 8 2 . 5 7 544000 分件 自动线工序节拍的平衡： g q ft t t ； 每一个工序需要的工作循环时间（ 基本工作时间（ ,包括切入及切出时间； 工作行程长度（ ; ,切出长度 ( m mm/ 重合的辅助时间 (可取为（ ，对主轴需要一位时可取为 。取 ； 0 5 5 （分 /件）。 分析产量纲领是否合乎建设生产线 由于年生产量大，每一工序所需工时少，有于现代化大生产中，效率所需要求高，劳动强度大，因此还是要用现代化的机加工比较好。因此由上述所设计的，用现代的机加工是合理的。 (3)分析劳动条件 由以上计算得，每一个工序实际需要的工作循环时间 分钟，时间短，劳动强度大，一般适用于机械手的大加工，所 以本设计就采用机械手代劳人力作机加工，使生产效率大大的提高。 体设计阶段 内容：拟定工艺方案，并绘制工序图及加工示意图 拟定全线自动化方案 确定自动生产线的总体布局，绘制自动线的总联系尺寸图 绘制自动线周期表 对没有充分把握的某些工序，选取工艺及结构，进行必要的试验工作。 典型切削加工自动生产线 机床工作循环自动化 工件在机床上的装卸自动化 工件定位与夹紧的自动化 7 工件在工序间的输送自动化 排屑的自动化 自动线的上料与下料的自动化 自动线的链锁保护自动化 加工质量的自动检验 及自动控制 刀具的自动调整及自动更换 结构设计 主要进行工艺装备（机床、夹具、辅助工具、九具、量具）等工作。 输送装备、液压、电气等条件的设计工作。 第二章 上料输料槽设计 料槽的设计： 输送槽侧壁与工作端面间隙 d 的计算原理图（如图） ; 输料槽侧壁与工件端面间隙的计算如下： 上图为求输料槽侧座壁与工件端面间隙 d 的计算图。工件在下滑过程中工件所受的按摩阻力的不一致性，导致工件偏转，当其偏转到两对角与输料槽侧壁接触时，就要在接触的角处产生一个反作用力，该力与力臂 a 构成一个力矩，使工件有 绕点转动的趋势。由图可知，间隙 d 大小影响了力矩的大小， d 越大转动矩越大，当 d 大到一定程度时，可能产生卡住或完全偏转而失去定向，所以要克服上述现象，应使工件对角线与水平面夹角大于摩擦角 r 即： tg (摩擦系数 )。由上图可知 B=L+d 式中为滑道宽度。 由： c o s ( ) / : c o d C d c 2 2 2 2C L D d L D C O S L 由三角函数关系有： 22221c o s :111 D 得 8 当考虑在极限 位置时， 这样间隙的最大值 22m a x 21= 2222 7 6 3 8 2 7 6 5 ( )15D m m 另外由于工件长度存在公差送槽宽度存在制造公差 f，所以实际上常用下式确定最大宽度： m a x m i n J J 2 1 1 4 ( ) 证工件在槽中滚动传送所需要的最小间隙 由 5 以适合使用要求。 上料缸设计 上料缸所需的上料力可由下分式算得； f ka 1 0 1 0 2 . 5 2 9 . 8 0 . 1 5 3 7 0 . 4 4f （牛） 由机械设计手册第二版第五卷机械工业出版一书查得； 当活塞杆推力工作时气缸的直径 4 0p 由工作频率定，一般取 =取 =则： 64 3 0 7 . 4 4 3 9 . 5 ( )0 . 6 1 0 0 . 5D m m 由机械设计手册第二怎么每五卷，机械工业出版社出版，表： 筒内径系列查得： 9 D=40 d/D=： d=10表 ：活塞杆行径系列取：d=10当取 D=50 d=14 21 4F D P ； 222 ()4F D d P g 1F 活塞杆的推力（ N）； 2F 活塞杆的拉力（ N）； D 活塞直径 (m); d 气缸工作压力 ( 载荷率取： 则：1F 260 . 0 4 0 . 6 1 0 0 . 5 3 5 3 . 2 5 ( )4 N 合工作要求 . 选用 列气缸，气缸内径 40 ，压力表为 ，气缸推力 = 表： 列的外形尺寸。 2 3 活塞杆的计算： 当活塞杆的 L 较小时， 10时，只按强度条件计算，活塞杆直径 d: 14 4 4 9 0 . 6 2 5 ；其中： 1F 气缸的推力； p 活塞杆材料的许用应力（ , /b 材料的抗拉强度，（ ;s d 为活塞直径 . 活塞杆用钢， 61 0 0 1 0b ，取 s=10，则： 10 364 4 9 0 . 6 2 5 7 . 9 1 1 0 7 . 9 1 1 01 0 0 1 010d m m m m 所以强度条件满足要求 2. 4 耗气量的计算： 气缸单位时间压缩空气消耗量： 1 121; 4vv v q q t （ 前进时（杆伸出时）杆腔包括杆室缸）压缩空气消耗量 3/ 气缸内径 m； S 缸的行程 m 1t 气缸前进（杆伸出）时完成全行程所需时间。 12 430 . 0 4 0 . 3 1 . 7 6 5 1 0 ( / )43vq m s 以上设计由自动生产线技术电子工业出版社 电仪职大编一本为设计参考。 第三章 传输带设计 1 带型的选择 ： 根据工件状况选择：胶帆布平带（由数层挂脑帆布粘合而成，有开边式和包边式） 特点：抗拉强度大，耐湿性好、价廉，耐热，耐油性能差，开边式较柔软， m/s 1(=)150 m./s; 2常工作和维护条件； 0 1 1 1 . 0 9 8 1 . 1 1 . 2 1 1 4 6 . 6 5 1 0 7 0p N N 昀能满足要求。 （） 托辊设计 18 由新型带式输送机设计手册张金成主编，治金工业出版社 1)平行类，平等上托辊尺寸如 下：单位 :宽 D L 轴承 A E Q D 质量 50090040 800 70 160 )平行下托辊组 : 带宽 D L 轴承 z A Q D 质量 50090092 740 100 145 90 )滚筒的设计 : 初选 :型 00 的滚轮 传动滚筒平均表面压强 ,传动滚筒平均表面压强不得超过图 ,其最大的允许值 ,滚筒直径的计算公式为 :D= 2 为滚筒表面压强 带宽 为圆包角。 圆周力；02 1 4 8 . 3 4 2001 8 0 0 . 4 5 0 0D m m；所以初选适合。安装尺寸如下： 19 D L h 500 200 600 114 495 140 70 100 120 3 H1 d b 70 20 16 22 2第四章 步进电动机的选用 ： 4 选电机型号 步矩角：初选步进电机型号为相数为 步矩角 ，电压为。相电流为，最大转矩 g 为 g ，最高空载起动频率为 子转动惯量为：210 kg m g ;外形尺寸：外径 长度： 70径 算步矩角与脉冲当量的适合条件： 02 ( 1 )360pQ b ； 0 . 9 2 0 0 3 . 1 4 1 . 1 4 6 ; 2 1 0 1 4 6360m m J m m m m 2 验算矩频特性： 20 步进电机最大静转矩止状态），步进电机的名义起动转矩与最大静转矩的关系为m 由机械设计手册第二版，机械工业出版社出版， 反应式步进电动机技术参数表： g M 查机电综合设计指导表得： 0 . 8 6 6 0 . 7 8 4 0 . 6 7 8 9 4 4 ( ) m g 选电机型号时应满足步进电机所需起动力矩小于步进电机起动转矩 即：0;k p m p k p k a k M M M M 加 速 力 矩； 为 空 载 摩 擦 力 矩；0 m a t ； J 为传动系统各部件惯量 折算到电机轴上的总等效传动惯量（ 为电机最大角加速度（ 2s ） t 运动部件从静止启动加速到最大快速速度所需的时间（ s） 为运动部件最大快进速度（ mm/; 为脉冲当量（ 冲） 为选步进电机的步矩角（度 /秒）； 21 3023 0 . 9 1 021 . 1 4 6 3 6 00 . 7 0 1 1 06 0 9 0 =g m) 4 3 空载摩擦力矩 2f LM i其中： G 为运动部件的总重力（ N） f 传动摩擦系数； I 为传动比； 传动系统总效率。一般取 = = 0l 圆滚轮的圆周长（ 5 2 5 0 . 0 2 0 . 2 3 . 1 4 1 . 2 3 5 ( )2 3 . 1 4 0 . 8 5w c m g 4 加摩擦力矩 22 00000( 1 )( 1 )22 为运动牵引力； 0 预紧带轮传动效率，一般以0 0M 21 5 3 7 . 0 7 0 . 2 3 . 1 4 (1 0 . 9 5 ) 5 . 8 7 7 ( )2 3 . 1 4 0 . 8 5 3 . 4 1 . 2 3 5 5 . 8 7 7 6 0 . 5 1 6 7 . 8 9 4 4 ( )K q K a k M M N c m 机初选满足要求。 4， 5 校核长 速启动 ： 突变启动在电机中很多用到故不需校核；而升速启动，是步进电机静止状态开始升速在零时刻，启动频率为零，在一段时间内，按一定的升速规律升速，启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。 查看所选电机 55线图，已知空载启动动力矩为： 查得： 22 允许启动的频率为 600以启动频率应小于允许启动频率 600能保证不会发生丢步。 第五章 夹具设计 5 1 定位基准的选择： 由零件可知：连杆大端加工的尺寸有两端 面距离 表面粗糙度为6.3 m 和羰面到小头端的中心距离为： 了使定位误差为零，应该选用以大孔和连杆表面加工大头孔的剥边销一起定位，为了提高加工效率，现用把羰面铣刀对三个面同时进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。 削力及夹紧力计算 ： 由实用加工工艺手册机械工业出版社出版； 九具：选用圆柱端面铣刀 刀片材料： 高速钢 刀杆尺寸： 50 00 3 0 4 5 00 15Y 00 12 细齿：，刀具内径孔 22 夹紧力：由简明铣工手册贾风桐主编。机械工业出版社出版。表： 3得： 09 . 8 1( 6 0 )F F y uF p z a f a n wg g 其中： 侧吃刀量； 0 23 3 0 ; 1 . 0 ; 0 . 6 5 ; 0 . 8 3 ; 0 ; 0 . 8 3 F F FC x y u W q 0 . 5 5()190 B 表： 3以： 0 . 1 0 . 6 5 0 . 8 3 0 . 5 50 . 8 3 09 . 8 1 3 0 1 . 5 0 . 3 3 2 8 1 9 0()5 0 ( 6 0 ) 1 9 0F n g=774（ N） 当三把刀铣削时： 3 3 7 7 4 2 3 2 2 ( )F F N 实水平分力： 1 . 1 2 5 5 4 . 2 ( ) N 实垂直分力： 0 . 3 6 9 6 . 6 ( ) N实在计算切削力时，须把安全系数考虑在内，安全系数1 2 3 4K K K K K其中：1： ： 3，取： ： 1 . 5 1 . 1 1 . 1 1 . 1 2 5 5 4 . 2 5 0 9 9 . 4 ( ) N 选用气缸 斜楔夹紧机构，楔角 a= 010 ,其结构形式选区用型，则扩力比 i=为克服水平切削力，实际夹紧力应为：12() HN f f K F故： 12 其中12 24 12 5 0 9 9 . 40 . 2 5 : 1 0 1 9 8 . 9 2 ( )0 . 5f f N N 则当推力 作功时： 61 0 1 9 8 . 4 23 . 4 240 . 5 3 . 1 4 0 . 6 1 0D =10 m 由机械设计手册第二版第五卷，机械工业贬出版，表： 筒内径系列查得： D=得 d=塞杆直径系列查得砸碎2用气缸 D= 125压缩空气单位压力 p=，气缸推力为3900W，由已知斜楔机构的拉力比 I=用气缸产生的实际夹紧力为：3338(W)，此时，气应大于所需的 夹具可安全工作。 位误差分析 由平面图所示在零件的图样中，零件设有平等度或垂直度等的定位误差，所以按标注一般的定位误差分析研究，夹具能满足使用要求的。 第六章 工业机械手 6夹紧缸 1）夹紧力的计算 其中： 为摩擦系数， G 为零件重量。则： 2 . 5 2 9 . 8 1 6 4 . 6 4 ( )0 . 1 5f ,其中： I 为安全系数，取 I=2;则： 1 6 4 . 6 4 2 3 3 3 . 7 3 ( ) 实 2）缸径计算 当拉力2 224 其中： D 活 塞直径； p 气缸工作压力； p=10; - 载荷率由于工作频率高，一般取： ； d 活塞杆直径一般取： d/D= d/D=m) 则： 2264 3 3 3 . 7 3 ( 0 . 2 5 ) 1 4 1 7 . 1 8 0 . 0 6 2 50 . 6 1 0 0 . 5 =25 由机械设计手册第二怎么每五卷，机械工业出版社出版，表： 筒内径系列查得： D=40 d/D=： d=10表 塞杆行径系列取： d=10当取 D=50 d=14 21 4F D P ； 222 ()4F D d P g 1F 活塞杆的推力（ N）； 2F 活塞杆的拉力（ N）； D 活塞直径 (m); d 气缸工作压力 ( 载荷率取： 则：2F 2 2 6( 0 . 0 4 0 . 0 1 0 ) 0 . 6 1 0 0 . 5 3 5 3 . 2 5 ( )4 W 合工作要求 . 选用 列气缸，气缸内径 40 ，压力表为 ，气缸推力 = 表： 列的外形尺寸 。 3)活塞杆的计算 ： 当活塞杆的 L 较小时， 10时，只按强度条件计算，活塞杆直径 d: 14 4 4 9 0 . 6 2 5 ；其中： 1F 气缸的推力； p 活塞杆材料的许用应力（ , /b 材料的抗拉强度，（ ;s d 为活塞直径 . 活塞杆用钢， 61 0 0 1 0b ，取 s=10，则： 26 364 4 9 0 . 6 2 5 7 . 9 1 1 0 7 . 9 1 1 01 0 0 1 010d m m m m 所以强度条件满足要求。 4) 筒壁厚的计算 按薄壁筒公式计算： J 气缸筒的壁厚 D 气缸筒子内径 扣帽子缸筒试验压力，一般取 气缸筒压力（ 缸筒材料许用应力（ = /b s； 6 0 , 2 3 5b m p a Q b材料抗拉强度 s 安全系数，一般取： s=68,取 s=8 则： 6360 . 0 4 0 1 . 5 0 . 6 1 0 2 . 4 1 0 3602 1 08J m m 由表 缸壁厚查得： D= 4 0 , 5m m m m汽缸厚 , 5 6升降缸 1）由国家 0 的重量为 重力为 ) 由于作用在第二个升降缸活塞杆上的压力除了第一个夹紧缸外还有以工业机器手相连接横梁，所以考虑到其它有重力，所在作用在第二个升降缸工的压力为： 21F ： 30 2 1 5 . 3 9 3 0 4 6 1 . 7 ( ) 由于升降机是推力做功：即： 24，为气缸直径 (2）。 27 载荷率， 0 . 3 0 . 5 取 =64 4 6 1 . 74 4 . 2 8 1 0 4 4 . 2 83 . 1 4 0 . 6 1 0 0 . 5D m m m 由机械设计手册第二版第五卷，工业出版社出版，表 筒内径系列查得 D=50 活塞杆的直径：由经验得： d/D=： d=表 塞杆直径查得，取： d=14算：当 D=50 d=14 24F D P 其中： F 活塞杆的推力（ N）； D 活塞杆的直径（ P 气缸工作压力（ =10 ; 为载荷率， 则： 260 . 0 5 0 . 6 1 0 0 . 5 5 8 8 . 7 5 ( )4 N） 适合工作要求。由表 42。 2列后法兰式气缸外形及安装尺寸： 2） 活塞杆的验算 ： 由于气缸行程大 10，所按纵向弯曲限力验算： 气缸受轴向压力以后会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力活塞 杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。 由：长细比： r/R=85 n 时：121 ( ) 活塞杆计算长度 活塞杆菌横载面积； R 活塞杆横载面回转半径。实心杆 R=d/4; n 系数，取 n=1； f 材料强度实验值，取 f=49X 710 28 a 系数对钢取： 1/5000； 则：7224 9 1 0 ( 0 . 0 1 4 ) 7 5 3 9 1 . 441 3 0 0 1 1 . 4 71 ( )50004 =30522。 834（ N） 合使用要求。 ） 筒壁厚的计算 按薄壁筒公式计算： J 气缸筒的壁厚 D 气缸筒子内径 扣帽子缸筒试验压力，一般取 气缸筒压力（ 缸筒材料许 用应力（ = /b s； 6 0 , 2 3 5b m p a Q b材料抗拉强度 s 安全系数，一般取： s=68,取 s=8 则： 6360 . 0 5 0 1 . 5 0 . 6 1 0 3 1 0 3602 1 08J m m 由表 缸壁厚查得： 50 5 选用 列后法兰式气缸：行程： s=03000 取 s=300气缸前进时完全行程的时间s; 查 家标准 40 气缸重量 m=由于第三个气缸是转缸作旋转用，选用 D=63mm,d=16力为 1700N 适用于推拉旋转。 S=50mm,s 第七章 气动系统设计 7 1 耗气量的计算 ： 气缸单位时间 压缩空气消耗量： 1 121; 4vv v q q t 1伸出时）杆腔包括杆室缸）压缩空气消耗量 3/ 29 D 气缸内径 S 缸的行程 t 气缸前进（杆伸出）时完成全行程所需时间。 夹紧缸： 12 30 . 0 4 0 . 0 2 2 . 5 1 2 5 ( / )41 m s 升降缸： 12 430 . 0 5 0 . 3 1 . 9 6 2 5 1 0 ( / )43vq m s 旋转缸： 12 430 . 0 6 3 0 . 1 1 . 5 0 1 0 ( / )42vq m s 7 2 选择控制元件 ） 选择各型号阀； 根据系统对控制元件工作压力及流量的要求，按照气动回路原理初选各控制阀如下： 主控制换向阀：由于名气缸要求的工作压力 P=0 量为最大的一个为 Q= 332 1 0 / 查机械设计手册选 通 径 为 15 其 额 定 流 量 为Q= 332 8 1 0 / 。故初选其型号为 节流阀：因为各气缸气流量有所不同，在压力一定的条件下，需要通过节流进行压力控制，由其流量和工作压力，可选用 流阀。 7 3 贮气罐 贮存压缩空气，调节系统设备用气量与空压机流量之间的平衡为目的，则有： 012()cq q 1 贮存气罐容积（ 3m ） ; 1q 空压机供气量。 3m /s t 气动系统中设备装置消耗的自由空气流量 3m /s 0p 大气压力；0 0 0 1 3p m p a 30 1p 贮存罐中气体能够上升达到的最高压力 p 为贮气罐中气体允许下降到的最低压力 代入数值得；m 取 D=30气罐的高度为其内径的 23 倍。得； h=807 4 选择气动辅件 辅件的选择与控制元件相适应，选择气动三元件，型号为： 7 5 确定管径： 1) 按各管径与气动元件通径相一臻的原则，初定各段管径。同时考虑各缸不同的工作的特点，按其中用气量最大的缸主控阀的通径初步确定 的管径也是 25而总气源管 的管径，考虑为同时供气、由流量为供给各缸流量之和的关系： 2 2 2124 4 4d v d d 可导出： d= 2 2 2 212 2 5 2 5 3 5 . 4 取标准管径为： 2)验算压力损失 供气管 缸的管路较细，损失要比缸管路的大）是否允许范围内 。 沿程压力损失由式： 22ll 式中程压力损失； d 管内径， d l=v 管中流速， 322 7 1 00 4 s; 沿程阻力系数，由雷诺数和管 壁相对粗糙度d确定。 根据温度 030c ，由表 查得运动粘度 v= 521 1 0 / 451 1 . 8 0 . 0 4 2 . 8 4 1 01 . 6 6 1 0e v g ， 0 0 140d 根据 d查得有关手册得： ，温度 030c ，压力 值可由式（ 出：332 7 3 0 . 4 0 . 1 0 1 39 . 8 1 1 . 2 9 3 / 5 6 . 5 /2 7 3 3 0 0 . 1 0 1 3g N m N m g 2 3 2 40 . 6 1 1 . 80 . 0 2 6 5 5 6 . 5 / 1 6 2 . 4 / 1 . 6 2 1 00 . 0 4 2 9 . 8 1 m N m M P 的沿程压力损失： 31 311214111 37 . 4 1 1 0/ 1 5 . 1 /0 . 0 2 541 5 . 1 0 . 0 2 5R e 2 . 2 7 1 01 . 6 6 1 0Qv m s m 由式：4110 . 0 40 . 0 0 1 6 R e 2 . 2 7 1 025d 和可查得：2 2 23111 1 1 12 . 8 1 5 . 10 . 0 2 9 ; 0 . 0 2 9 5 6 . 5 / 2 . 1 3 2 1 02 0 . 0 2 5 2 9 . 8 1 m M p 程压力损失： 333234333 323332 . 0 1 1 0/0 . 0 1 541 1 . 3 8 /1 1 . 3 8 0 . 0 1 5R e 1 . 0 3 1 0 ;1 . 6 6 1 03 . 8 1 1 . 3 8: 0 . 0 3 5 ; 0 . 0 3 5 5 6 . 5 3 . 3 1 1 00 . 0 1 5 2 9 . 8 1 P a 可 查 得由 4 3 313 1 . 6 2 1 0 2 . 1 3 1 0 3 . 3 1 1 0l l l lp p p p M p a 力损失： 1) 局部压力损失 (1)流经管路中的局部压力损失： 2102 部 阻 力 系 数 ：000 . 3 5 ;, 2 , 1 . 2 ;, 3 . 1 ;, , , ; 0 . 2 9 , 2 2 0 . 2 9 0 . 5 8 ;45, : 2 ( 0 . 1 6 ) 0 . 1 6 ;90f ea f fh i j k h i j 局 部 阻 力 系 数分 另 为 三 通 管 局 部 阻 力 系 数 ,流 经 载 止 阀 处 局 部 阻 力 系 数 ,弯 头 局 部 阻 力 系 数 分 别 为软 管 处 局 部 阻 力 系 数 近 似 计 算 32 122223, 1 ;1 1 . 8 1 5 . 1 0 . 5 ( 2 3 . 1 ) (1 . 2 3 . 1 0 . 2 9 0 . 2 9 0 . 2 9 0 . 1 6 2 0 . 2 9 1 )2 9 . 8 1 2 9 . 8 11 1 . 3 8 5 6 . 5 / 2 . 1 2 6 1 02 9 . 8 1m M p a 出 口 阻 力 系 数(2)流经元、辅件的压力损失，流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余：2 ,b d g p P p :分 别 为 流 经 分 水 滤 气 器 的 压 力 损 失 , 流 经 油 雾 器 的 压 力 损 失 经 载 止 式 换 向 阀 的 压 力 损 失 1 2 ( 6 . 1 2 6 1 0 0 . 0 5 6 1 ) 0 . 0 5 6 1p p M p a M p a ： (3)总局部压力损失： 20 . 0 2 , 0 . 0 1 5 , 0 . 0 1 5 0 2 0 . 0 1 5 0 . 0 1 5 0 . 0 5 ,b d p a p M p
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