气缸驱动直线和摆动复合运动机构论文

1、毕 业 设 计（论 文）论文题目：气缸驱动的直线和摆动复合运动机构 所属系部指导老师： 职 称： 学生姓名： 班级、学号: 专 业： 2012年 月 日【摘要】随着科技的迅速发展，各种机械设备脱颖而出。气缸驱动在人们的生活中占据了很重要的地位。气缸驱动是实现机械传动的机构，它是由气缸与换向阀组成。气缸驱动系统由于系统构成简单，易于获得稳定速度，而且元器件价格低廉，比较容易维护等特点在工业自动化领域得到广泛的应用。与电动机相比，气缸更擅长做往复直线运动。而且仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单的实现稳定的速度控制。也成为气缸驱动系统最大的特征和优势。现在，气缸驱动系统已成为工业生产领域中的

2、主流。这几十年气动技术的快速发展甚至也可以说很大程度上得益于气缸的迅速普及。本文阐述了利用SOLIDWORKS软件来设计双耳式气缸驱动的直线和摆动复合运动机构，包括气缸的尺寸设计，气缸与门的连接设计，门的尺寸结构设计及与导轨连接的结构设计，通过电磁阀来控制气缸推杆的行程，从而实现了门的直线与摆动运动，极大的培养了我们机构设计理念，以及三维软件SOLIDWORKS的熟练使用。关键词：气缸驱动、SOLIDWORKS、电磁阀 Abstract With the rapid development of science and technology, the emergence of all kind

3、s of machinery and equipment. The cylinder drive occupies a very important position in people's lives.Cylinder drive mechanical transmission mechanism, it is by the cylinder and valve.Cylinder drive system because the system constitutes a simple, easy to obtain a stable speed and inexpensive com

4、ponents, and relatively easy to maintain and so widely used in the field of industrial automation. Compared with the motor, the cylinder is better at doing the reciprocating linear motion. And only adjust the way throttle valve mounted in the cylinder on both sides can be simple to achieve a stable

5、speed control. Has also become the biggest features and advantages of the cylinder drive system. Now, cylinder drive system has become the mainstream in the field of industrial production. The rapid development of technology for decades pneumatic even largely due to the rapidly growing popularity of

6、 the cylinder. This paper describes SOLIDWORKS software design ears cylinder drive straight and swing motor complex institutions, including the size of the design of the cylinder, the cylinder door connection design, the door size structure design and structural design, through the solenoid valve co

7、nnected to the railto control the cylinder plunger stroke, enabling a the door straight line and swing movement, the culture of the design philosophy of our organization, as well as three-dimensional software SOLIDWORKS skilled use.Keywords: cylinder drive, SOLIDWORKS, solenoid valve   

8、60;3 前言近年来，气动技术发展很迅速，是实现工业自动化的重要手段。气压传动得到介质就是空气，环境污染小，工程容易实现所以说传动是一种易于推广的实现工业自动化的应用技术。气动技术在机械、化工、电子、电气、食品、包装、轻工、汽车等各个制造行业。尤其是在各种自动化生产装备和生产线中得到广泛的应用。这是毕业前的最后一次设计，也是进入社会的一次自己独立的而且很重要的设计，通过这次毕业设计，增加了对气缸的了解及三维软件的熟练操作。目录前言 11气缸的选择21.1气缸的分析21.2气缸的结构21.2气缸的设计计算21.3气缸的三维建模41.4气缸的密封81.5气缸的使用注意事项82传动装置的设计92.1

9、倒杆的设计92.2倒杆的三维建模102.3倒杆座的设计及建模103.门的设计113.1门轴的设计.123.2门轴的三维建模123.3合页的设计133.4合页的三维建模133.5导轨的设计及建模184各零部件的三维装配.15致谢参考文献附录A 译文附录B 外文文献1.气缸的选择1.1气缸的分析 （1)气缸根据作用方式不同可分为单作用式和双作用式。单作用式气缸只能利用气体压力单方向运动，而反方向运动则要依靠重力、弹簧力等外力来实现;双作用式气缸的正、反两个方向的运动都由气体压力来实现。由于单作用气压缸仅有单放向运动，有外力使活塞反向运动。而双作用单活塞气压缸在压缩空气的驱动下可以向两个方向运动，但

10、两个方向的输出力不同，所以该设计应选用双作用式气缸。 (2)首先应根据气缸的工况特点，选用气缸的类型以及安装方式，然后根据动力和运动分析，确定气缸的主要参数。气缸的选用主要应考虑气缸的输出方式、工作行程大小、负载大小等。1.2气缸的结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆、和密封件组成： （1）缸筒：缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞咬字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，

11、缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。 （2）端盖：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，延长气缸的使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、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）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。耐磨环长期使用聚氨酯、

12、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 （4）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）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。 （6）气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分气缸。1.3气缸的设计计算由设计任务知：要驱动的负载质量为100kg，取值V=50mm/s,气缸的行程为300500mm，取最大值。在研究气缸性能和气缸缸径时，常用到负载率： 由液压与气压传动技术表：气缸的运动状态与负载率阻

13、性负载（静负载）惯性负载的运动速度V<100mm/s100500mm/s>500mm/s=0.80.650.50.3运动速度V=50mm/s,取0.6，所以气缸的实际负载大小为：F=F0/=1633.3N(1)气缸内径的确定缸径的计算公式D=1.27=66.26mmF气缸的输出拉力N；P气缸的工作压力Pa按照GB/T2348-1993标准进行圆整，D=80mm气压缸内径系列（GB/T2348-1993）8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 220 （250） （280） 320 （

14、360） 400 450 500括号内为优先选取尺寸(2) 活塞杆直径的确定由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=25 mm活塞杆外径尺寸 系列（GB/T2348-1993）4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360（3） 缸筒长度的确定缸筒长度S=L+B+30L为活塞行程；B为活塞厚度活塞厚度B=0.7D= 0.780=56mm由设计任务知气缸的最大行程L=500mm ,所以S=L+B+30=586 mm导向套滑动

15、面长度A:一般导向套滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm时, 可取A=(0.61.0)d。所以A=25mm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代入数据 即最小导向长度H=80/2=40 mm活塞杆的长度l=L+B+A+H=500+56+25+40=621mm（4）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避筒计算公式进行计算：式中 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；

16、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,我们的缸体的材料选择45钢，=600 MPa， =120 MPan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=1.5×0.6=0.9 MPa=0.3mm参照下表 气缸筒的壁厚圆整取： = 7 气缸筒的壁厚表：材料气缸直径5080100125160200250320壁厚铸铁HT15-3378101012141

17、616钢A3 . 455788991112铝合金L381212141417（5） 气缸耗气量的计算Q=1.85/s（6）气缸进排气口直径d0V空气流经排气口的速度（可取V=10 15）取V=12m/s由公式d0=代入数据得：d0=14.014mm气缸进排气口直径气缸内径（D）气缸进排气口直径d04050 6380 100 125140 160 1808101520所以取气缸排气口直径为15 mmQ工作压力下输入气缸的空气流量（m3/s）V空气流经排气口的速度(7)活塞杆的校核由于所选活塞杆的长度L=10d，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

18、手册单行本 由液压气动技术手册稳定性校核：由公式 Fp0 式中 FP0 活塞杆承受的最大轴向压力（N）；FP0=1633N 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2K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由于细长杆L/K85 即 FK =实心圆杆： J = 式中： L 气缸的安装长度 ；m 末端系数；选择固定自由 m = 1/4E 材料弹性模量，钢材 E = 2.1 1011 Pa ；J 活塞杆横截面惯性矩（m4）；d 活塞杆的直径（m）；活塞杆计算长度L与系数m安装方式m铰支铰支1固定自由1/4固定铰支2固定固

19、定4 L气缸的安装长度就是活塞杆的长度等于621mm；代入公式：FK=1.3×106N因为:=1.55×104N；所以活塞杆的稳定性满足条件强度校核:由公式d其中：=，n为安全系数 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa)45#钢的抗拉强度，=600MPa；=120MPa所以：=1.92mm<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。1.4气缸的三维建模缸体的SOLIDWORKS三维建模利用旋转命令、拉伸及切除、孔命令以及倒圆角 命令生成气缸。1.5活塞杆的SOLIDWORKS三维建模活塞杆起着承接作用，推动门的移动。利用凸台拉伸及旋转切除命令

20、生成活塞杆。1.4气缸的密封气缸常用密封 气缸常用的密封元件有O形密封圈、QY形轴用和孔用密封圈、无骨架防尘圈。ZHM形组合圈、C形孔用密封圈和CK形轴孔防尘组合圈。 常用的密封材料是丁腈橡胶。1、缸盖和缸筒联接的密封 一般采用O形密封圈，安装在缸盖和缸筒配合的沟槽内，构成静密封。2、 活塞的密封 活塞处有两处地方需密封，一处是活塞与缸筒的动密封；另一处是活塞与活塞杆联接处的静密封，一般用O形密封圈。 O形密封圈：密封可靠，结构简单，对缸筒内表面粗糙度要求不高，摩擦阻力小。使用寿命比QY形密封圈短。 3、 活塞杆的密封 一般在缸盖的沟槽里放置密封圈和防尘圈，保证活塞杆往复运动的密封和防尘。表1

21、为活塞杆的密封、防尘形式。4、 缓冲密封 缓冲密封有两种方法：一种是采用QY形密封圈安装在缓冲柱塞上；另一种是采用SJM15系列气缸专用密封圈，它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一个整体，安装在缸盖上作缓冲密封。1.5气缸的使用注意事项 1、对空气质量的要求 ：要使用净化处理后的清洁干燥的压缩空气。 空气中不得含有有机溶剂的合成油、盐分、腐蚀性气体等，以防缸、阀作用不良。安装前，连接配管内应充分吹洗，不要将灰尘、切屑末、密封带碎片等杂物带入缸、阀内。 2、对使用环境的要求： 气缸正常工作时的环境温度和介质温度为： 气缸不带磁性开关时：10C70C，若超出该温度范围，要采取防冻或耐热措施。 3、关于

22、气缸的密封： 给油润滑气缸，应配置流量合适的油雾气。 4、关于气缸的负载 ：气缸正常的工作压力为0.40.6aMP，普通标准气缸的运动速度为50500/mms。 活塞杆只能承受轴向负载。活塞杆不允许承受径向载荷及偏心负载。 5、关于气缸的安装： 安装固定式气缸时，负载和活塞杆的轴线要一致。 在活塞杆端部旋入螺母或安装附件时，活塞杆必需全部回缩才能进行。对杆不回转型在活塞杆上安装附件时，应避免在活塞杆上承受旋转力矩。 拧紧配管螺纹时，用力要合适，以免损坏接口螺纹或漏气。 6、气缸的速度调整 ：气缸安装完毕后应空载往复运动几次，检查动作是否正常，然后再连接负载进行速度调节。 7、气缸的缓冲 ：气缸的运动能量不能靠气缸自身完全吸收时，应在外部增设缓冲机构（如液压缓冲器）或设计缓冲回路。 8、对低速运动的气缸： 低速运动的气缸，因流量小，速度控制和油雾润滑都比较困难。如合理选择元件的尺寸仍不能满足速度控制和油雾润滑的要求，可使用气、液转换器或气液阻尼缸。 9、气缸的维护： 缸筒和活塞杆的滑动部位不得受损伤，以防气缸动作不良、损坏活塞杆密封圈等造成漏气。 使用中，应定期检查气缸各部位有无异常现象，各连接部位有无松弛等。 设备停机后，应消除气缸内的残余压力。拆下长时间不使用时，所有加工表面应涂防锈油，进排气口加防尘堵塞。气缸若长期放置不用，应一个月动作一次。 10、关于安全