畢業(yè)論文定稿-旋轉(zhuǎn)式壓實器設(shè)計

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畢 業(yè) 設(shè) 計（說明書）2012 屆題 目 旋轉(zhuǎn)式壓實器設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名 ╳╳╳ 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 ╳╳╳ 論文字?jǐn)?shù) 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763完成日期 2012 年 12 月 湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制I原 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日 期： 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文2關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數(shù)據(jù)、實物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計手稿等） ，知識產(chǎn)權(quán)歸屬湖州師范學(xué)院。本人完全了解湖州師范學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)湖州師范學(xué)院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且第一署名單位為湖州師范學(xué)院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為湖州師范學(xué)院。論文作者簽名： 日 期： 指導(dǎo)老師簽名： 日 期： 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文I摘 要秸稈壓實器是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效、環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備。秸稈壓塊機壓出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的。經(jīng)過實踐和不斷的改進(jìn)，秸稈壓塊機已日臻完善。秸稈壓塊機具有自動化程度高、產(chǎn)量高、價格低、耗電少、操作簡單、環(huán)境無污染等優(yōu)點。因而秸稈壓塊機可廣泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料。本文對一種外形為 200X400X100 的物料進(jìn)行壓實器設(shè)計，其中旋轉(zhuǎn)的壓下，水平方向的 2 個壓面強度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計算，最后壓實的物塊體積要求，用氣壓傳動。關(guān)鍵詞：壓實器，旋轉(zhuǎn)壓實器，氣動設(shè)計湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文IIAbstractStraw 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 designIII目 錄摘 要 .IAbstractII目 錄 .III第 1 章 緒論 11.1 課題研究意義 11.2 壓實目的及操作原理 11.3 壓實機的設(shè)計 2第 2 章 總體設(shè)計方案 3第 3 章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計計算 53.1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速 53.2 氣缸安裝位置的確定 .73.3 氣缸推力的計算及選型 .93.4 氣缸的選擇 103.5 初步確定氣缸參數(shù) .153.6 活塞桿的設(shè)計與計算 .173.7 氣缸工作行程的確定 .183.8 活塞的設(shè)計 .183.9 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 .183.10 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 203.11 缸體長度的確定 213.12 緩沖裝置的設(shè)計 213.13 排氣裝置 213.14 密封件的選用 233.15 防塵圈 233.16 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 24第 4 章 氣缸材料及技術(shù)要求設(shè)計 .254.1 缸體 .254.2 活塞 .254.3 活塞桿 .264.4 缸蓋 .274.5 導(dǎo)向套 .27第 5 章 水平氣缸的設(shè)計與選型 .29IV5.1 水平方向的 2 個壓面強度計算 .295.2 氣缸的計算 295.2 氣缸的選型 32第 6 章 主要零部件強度校核 336.1 氣缸底架固定橫梁的強度校核 .336.2 軸的強度校核 .356.2.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強度校核 .356.2.2 氣缸缸體尾部銷軸的強度校核 .366.2.3 氣缸活塞桿頭部支撐軸的強度校核 .36總結(jié)與展望 38參考文獻(xiàn) 39致 謝 .40湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文1第 1 章 緒論1.1 課題研究意義我國每年僅農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就越有 7 億噸。同時由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，電力供應(yīng)非常緊張，因此秸稈發(fā)電在 我國的發(fā)展前景非?？春茫F(xiàn)在大部分地區(qū)運行的發(fā)電項目都是采用的軟質(zhì)發(fā)電，也就是我們所說的黃色秸稈[4]些物料具有體積大、重量輕、密度小等特點，為滿足鍋爐燃燒發(fā)熱量，保證單位時間內(nèi)的上料量，需要打捆至規(guī)定體積和重量后輸送至爐膛內(nèi)燃燒。從國外經(jīng)驗來看，燃料的收集、儲存和運送是電廠運行的瓶頸。因此進(jìn)行壓縮壓實是解決問題的關(guān)鍵所在，秸稈壓實機的使用便能解決這一問題。秸稈壓塊機是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效、環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備。秸稈壓塊機壓出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的。經(jīng)過實踐和不斷的改進(jìn)，秸稈壓塊機已日臻完善。秸稈壓塊機具有自動化程度高、產(chǎn)量高、價格低、耗電少、操作簡單、環(huán)境無污染等優(yōu)點[5]。因而秸稈壓塊機可廣泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料。秸稈壓實機具有以下特點：（1）秸稈壓塊機自動化程度高、產(chǎn)量高、價格低、耗電少、操作簡單。如無電力設(shè)備可用柴氣機代替。 （2）秸稈壓塊機物料適應(yīng)性強: 適應(yīng)于各種生物質(zhì)原料的成型，秸稈從粉狀至 50mm 長度之間，含水率 5--30%之間，秸稈壓塊機都能加工成型。 （3）秸稈壓塊機壓輪自動調(diào)節(jié)功能：利用推力軸承雙向旋轉(zhuǎn)的原理自動調(diào)節(jié)壓力角度，使物料不擠團(tuán)、不悶機，保證出料成型的穩(wěn)定。 （4）秸稈壓塊機操作簡單使用方便：自動化程度高，用工少，使用人工上料或輸送機自動上料均可。1.2 壓實目的及操作原理壓實亦稱壓縮，即是利用機械的方法增加固體廢物的聚集程度，增大容重和減小體積，便于裝卸、運輸、貯存和填埋。固體廢物中適合壓實處理的主要是壓縮性能大而復(fù)原性小的物質(zhì)，如金屬加工出來的金屬細(xì)絲，金屬碎片、冰箱與洗衣機，以及紙箱、紙袋、纖維等，有些固體廢物、如木頭、玻璃、金屬、塑料塊等已經(jīng)很密實的固體，以及焦氣、污泥等液態(tài)廢物不宜作壓縮處理。固體廢物經(jīng)壓實處理后，體積減小的程度叫壓縮比。廢物壓縮比決定于廢物的種類及施加的壓力。一般壓縮比為 3-5。同時采用破碎與壓實二種技術(shù)可使壓縮比增加到 5-10。國外，生活垃圾的收集都采用壓實機械以減少垃圾體積、增加垃圾車的收集量。一般，生活垃圾壓實后，體積可減少 60-70%。城市垃圾經(jīng)家庭壓實器壓實后密度變?yōu)?320.4kg/m3，體積可減少69%。壓實的原理主要是減少空隙率，將空氣壓掉。如若采用高壓壓實，除減少空隙外，在分子之間可能產(chǎn)生晶格的破壞使物質(zhì)變性。例如，日本采用高壓壓實的現(xiàn)代化方法處理城市垃圾，壓力采用258kg/cm2，制成垃圾密度為 1125.4-1380kg/m3 壓實塊。由于高壓，在壓縮過程中擠壓及升溫使垃圾中 BOD 從 6000ppm 降到 200ppm，COD 從 8000ppm 降到 150ppm，垃圾塊已成為一種均勻的類塑料結(jié)構(gòu)的惰性材料，自然暴露在空氣中三年，沒有任何明顯的降解痕跡。這與一般的壓實作用不湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文2同。壓實工藝流程：1、垃圾—墊有鐵絲網(wǎng)容器—壓縮機壓縮—污水—泵—活性污泥處理系統(tǒng)—上清液滅菌消毒—排放。2、垃圾—墊有鐵絲網(wǎng)容器—壓縮機壓縮—瀝青浸漬池(180~200℃)—冷卻—皮帶輸送—垃圾填埋場。1.3 壓實機的設(shè)計壓實機有很多種類,下面就壓實機根據(jù)不同的屬性進(jìn)行分類.按用途分:廢紙壓實機、金屬壓實機、秸稈壓實機、棉花壓實機、秸稈壓實機等.按性能分:自動壓實機、半自動壓實機、手動壓實機等.壓實機可包括:全自動壓實機、全自動無人化壓實機、水平式壓實機、穿劍式壓實機、加壓式壓實機、半自動壓實機、手提式壓實機等等 [11].水平式壓實機：水平式壓實機主要用于城市垃圾的處理。將廢物加入裝料室，依靠具有壓面的水平壓頭作用使垃圾致密和定形，然后將坯塊推出。三向聯(lián)合式壓實機：三向聯(lián)合式壓實機主要適用于金屬類廢物的壓實。他具有 3 個互相垂直的壓頭，依次啟動 3 個塔頭即可將料斗中的廢物壓成塊?；匦綁簩崣C：回旋式壓實機主要適用于壓實體積小，質(zhì)量輕的廢物。廢物裝進(jìn)單元后，先按水平壓頭的方向壓縮，然后驅(qū)動旋動式壓頭是廢物致密化。最后將廢物壓至一定尺寸排出。 壓實機的選擇主要是懸著合適的壓縮比和使用壓力。此外對不同的廢物采用不同的壓實機械。同時還需考慮后續(xù)處理過程，如是否會出現(xiàn)水分等 [12]。（1）裝載面尺寸 裝載尺寸要足以容納需要壓縮的最大件廢物。如果壓實機的容器用垃圾車裝填，為了操作方便，時期容積至少能處理一垃圾車的廢物。垃圾壓實器的裝載面一般為 0.765~9.18m3（2）循環(huán)時間 循環(huán)時間是指壓頭的壓面從裝料箱吧廢物壓入容器，然后再回到原來完全縮回的位置，準(zhǔn)備接收下一次裝載廢物所需要的時間。循環(huán)時間變化范圍在 20~60s。循環(huán)時間和一次壓實廢料的量有關(guān)，量小則循環(huán)時間短。（3）壓面壓力 [13] 固定式壓實器的一般為 103~3432kPa。由于壓實比和壓面壓力并不是線性關(guān)系，所以應(yīng)根據(jù)廢物的壓縮特性來選擇。（4）壓面的形成 壓面的行程是指壓頭壓入容器的深度。壓頭壓入容器中越深，壓實比越大。所以應(yīng)先確定壓力實比，在選擇合適的壓面形成。（5）體積排率 體積排率即處理率，等于壓頭每次壓入容器的可壓縮廢物體積與每小時機器的循環(huán)次數(shù)之積。體積排率略大于廢物生產(chǎn)率。（6）其他 壓實器應(yīng)與容器匹配。壓實器的場所要與壓實器相適應(yīng)壓實器的選擇主要針對壓縮比，應(yīng)當(dāng)選擇合適的壓縮比和使用壓力。此外，應(yīng)注意壓縮過程中的情況在城市垃圾的綜合利用中，垃圾壓實后產(chǎn)生水分，在風(fēng)選分離紙時是不利的，因此，是否選用壓實裝置與后繼處理過程也有關(guān)、應(yīng)當(dāng)綜合考慮。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文3第 2 章 總體設(shè)計方案旋轉(zhuǎn)的壓下的不是垂直壓下的，水平方向的 2 個壓面強度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計算，最后壓實的物塊體積要求 20*40*10，用氣壓傳動，圖紙要 3 張 A0 紙，任務(wù)說明書要求 15000 字左右。圖 2-1 回轉(zhuǎn)式壓實器圖 2-2 三向聯(lián)合式壓實器1,2,3—壓頭湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文4圖 2-3 水平式壓實器1— 破碎桿 2—裝料室 3—壓面旋轉(zhuǎn)壓頭設(shè)計圖如下圖圖 2-4 旋轉(zhuǎn)壓頭湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文5第 3 章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計計算3.1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速角速度 ?=45o/s(1)腔流量，公式得： SVQ?=200×π ×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s(2)腔工作壓力，公式（4.8） 得：SFP?式中： F ——取工件重和手臂活動部件總重，估算 F =10+20=30kg， 摩F=1000N。所以代入公式（3.12）得： SFP摩??= 24018.93??=0.26Mpa升降部分的運動原理如圖所示湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文6圖 3-4 運動原理圖湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文73.2 氣缸安裝位置的確定由圖 3-4 可知 .(3.21)?sinSh?則 maxmaxsin?Sh?mii所以， 567.018sin即 ?5.34max??而 0in?初選， ， , , ， 。l1ml02NG50?mP601.?f而液壓升降臺的有效垂直升降高度 為h?.(3.22))sin(iiaxinax ???L根據(jù) ，氣缸上下交接點 g、f 的距離 S（即氣缸的瞬時長度）為dgf?(3.23))co(211????llS可知，行程 S 是關(guān)于 的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖 3-5 所示曲線?湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文8圖 3-5 S- 關(guān)系曲線?氣缸兩交接點之間的最大距離和最小距離分別為)cos(2max11max ?????llSinin設(shè)氣缸的有效行程為 ，為了使氣缸兩鉸接點之間的距離為最小值時，柱塞不抵到氣缸缸底，?并考慮氣缸結(jié)構(gòu)尺寸 和 （如圖 3-6 所示） ，一般應(yīng)取1K2.(3.24)SKS???21min同樣，為了使氣缸兩鉸接點之間的距離為最大值時，柱塞不會脫離氣缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取(3.25)SS?21max式（3.24）和式（3.25）中的 和 根據(jù)氣缸的具體結(jié)構(gòu)決定。K圖 3-6 氣缸結(jié)構(gòu)尺寸湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文9氣缸鉸接點 g 距離工作臺面的上下導(dǎo)軌的距離分別為 和 ，如圖 3-4 所示yx則有 .(3.26)hyx??.(3.27))sin(1??l由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 (3.28))si(1??lL由式(3.28)可看出， 是關(guān)于 的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖 3-7 所示曲線y圖 3-7 - 關(guān)系曲線y?3.3 氣缸推力的計算及選型將數(shù)值帶入式(3.12)中，得出 隨 值變化的曲線,如圖 3-8 所示T圖 3-8 隨 值變化的曲線T?可看出當(dāng) 時，氣缸的推力最大。但由圖 3-7 可知，此時 為負(fù)值，故 不可取。同0??y0??時我們可看出當(dāng) 時， 。?6?0y湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文10那么，就取 ，此時，由式(3.12)得?6min??NT3158max?而 ，則5.34ax?NT18203in?若取安全系數(shù)為 1.5，則 .475.ax?參照參考文獻(xiàn)[5],選用缸徑為 的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸，其最小安裝連接尺寸 ZM+6?為 295mm+S，最大行程 800mm。當(dāng) 時，由式(3.23)得?6min??mS295301min??又由式(3.23)，當(dāng) 時，即工作臺升至最高點，氣缸的安裝尺寸達(dá)到最大，計算ax?得 ，故氣缸的行程和安裝尺寸都符合要求。S8017.4ax?綜上所述，選擇缸徑為 的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸。63?因此從最低到最高位置上升時，氣缸在此過程中所需要補充的氣量為 LmldV31.017.4221 ?????3.4 氣缸的選擇氣缸的選用要根據(jù)以下方面進(jìn)行分析：1、類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給氣或無氣潤滑氣缸等。 2、安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等） ，應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。 3、作用力的大小即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用擴力機構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。 4、活塞行程湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文11與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構(gòu)等，應(yīng)按計算所需的行程增加 10～20㎜的余量。5、活塞的運動速度主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應(yīng)取大值。氣缸運動速度一般為 50～800㎜/s。對高速運動氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負(fù)載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。圖 3.1 氣缸實物圖 6、氣缸的選型步驟及其類型介紹程序 1：根據(jù)操作形式選定氣缸類型：氣缸操作方式有雙動，單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式程序 2：選定其它參數(shù)：1、選定氣缸缸徑大小 根據(jù)有關(guān)負(fù)載、使用空氣壓力及作用方向確定2、選定氣缸行程 工件移動距離3、選定氣缸系列4、選定氣缸安裝型式 不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、法蘭型、U 型鉤、軸耳型5、選定緩沖器 無緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、氣壓吸震器6、選定磁感開關(guān) 主要是作位置檢測用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)7、選定氣缸配件 包括相關(guān)接頭（一）單作用氣缸湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文12單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。其原理及結(jié)構(gòu)見下圖：圖 3.2 單作用氣缸1—缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；單作用氣缸的特點是：1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小。2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。（二） 雙作用氣缸雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現(xiàn)雙向運動的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。1） 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。2） 缸體固定時，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣） ，活塞桿帶動工作臺左右運動，工作臺運動范圍等于其有效行程 s 的 3 倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文13活塞桿固定時，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動工作臺向左或向左運動，工作臺的運動范圍為其有效行程 s 的 2 倍。適用于中、大型設(shè)備。 圖 3.3 雙活塞桿雙作用氣缸a）缸體固定；b）活塞桿固定1—缸體；2—工作臺；3—活塞；4—活塞桿；5—機架雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時，其往返運動力及速度均相等。(三) 緩沖氣缸緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動和損壞機件。為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見下圖，主要由活塞桿 1、活塞 2、緩沖柱塞3、單向閥 5、節(jié)流閥 6、端蓋 7 等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動下向右運動時，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔 4 及缸蓋上的氣孔 8 排出。在活塞運動接近行程末端時，活塞右側(cè)的緩沖柱塞 3 將柱塞孔 4 堵死、活塞繼續(xù)向右運動時，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥 6 及氣孔 8 排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡，即會取得緩沖效果，使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥 6 閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運動時，從氣孔 8 輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥 5，推動活塞向左運動。如節(jié)流閥 6 閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文14圖 3.4 緩沖氣缸1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—氣孔7、氣缸結(jié)構(gòu)氣 缸 是 由 缸 筒 、 端 蓋 、 活 塞 、 活 塞 桿 和 密 封 件 組 成 ， 其 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 ： 1） 缸 筒 缸 筒 的 內(nèi) 徑 大 小 代 表 了 氣 缸 輸 出 力 的 大 小 。 活 塞 要 在 缸 筒 內(nèi) 做 平 穩(wěn) 的 往 復(fù) 滑 動 ， 缸 筒 內(nèi) 表面 的 表 面 粗 糙 度 應(yīng) 達(dá) 到 Ra0.8um。 對 鋼 管 缸 筒 ， 內(nèi) 表 面 還 應(yīng) 鍍 硬 鉻 ， 以 減 小 摩 擦 阻 力 和 磨 損 ，并 能 防 止 銹 蝕 。 缸 筒 材 質(zhì) 除 使 用 高 碳 鋼 管 外 ， 還 是 用 高 強 度 鋁 合 金 和 黃 銅 。 小 型 氣 缸 有 使 用 不銹 鋼 管 的 。 帶 磁 性 開 關(guān) 的 氣 缸 或 在 耐 腐 蝕 環(huán) 境 中 使 用 的 氣 缸 ， 缸 筒 應(yīng) 使 用 不 銹 鋼 、 鋁 合 金 或 黃銅 等 材 質(zhì) 。 SMC CM2 氣 缸 活 塞 上 采 用 組 合 密 封 圈 實 現(xiàn) 雙 向 密 封 ， 活 塞 與 活 塞 桿 用 壓 鉚 鏈 接 ， 不 用 螺母 。 2） 端 蓋 湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文15端 蓋 上 設(shè) 有 進(jìn) 排 氣 通 口 ， 有 的 還 在 端 蓋 內(nèi) 設(shè) 有 緩 沖 機 構(gòu) 。 桿 側(cè) 端 蓋 上 設(shè) 有 密 封 圈 和 防 塵 圈 ，以 防 止 從 活 塞 桿 處 向 外 漏 氣 和 防 止 外 部 灰 塵 混 入 缸 內(nèi) 。 桿 側(cè) 端 蓋 上 設(shè) 有 導(dǎo) 向 套 ， 以 提 高 氣 缸 的導(dǎo) 向 精 度 ， 承 受 活 塞 桿 上 少 量 的 橫 向 負(fù) 載 ， 減 小 活 塞 桿 伸 出 時 的 下 彎 量 ， 延 長 氣 缸 使 用 壽 命 。導(dǎo) 向 套 通 常 使 用 燒 結(jié) 含 氣 合 金 、 前 傾 銅 鑄 件 。 端 蓋 過 去 常 用 可 鍛 鑄 鐵 ， 現(xiàn) 在 為 減 輕 重 量 并 防銹 ， 常 使 用 鋁 合 金 壓 鑄 ， 微 型 缸 有 使 用 黃 銅 材 料 的 。 3） 活 塞 活 塞 是 氣 缸 中 的 受 壓 力 零 件 。 為 防 止 活 塞 左 右 兩 腔 相 互 竄 氣 ， 設(shè) 有 活 塞 密 封 圈 。 活 塞 上的 耐 磨 環(huán) 可 提 高 氣 缸 的 導(dǎo) 向 性 ， 減 少 活 塞 密 封 圈 的 磨 耗 ， 減 少 摩 擦 阻 力 。 耐 磨 環(huán) 長 使 用 聚 氨 酯 、聚 四 氟 乙 烯 、 夾 布 合 成 樹 脂 等 材 料 。 活 塞 的 寬 度 由 密 封 圈 尺 寸 和 必 要 的 滑 動 部 分 長 度 來 決 定 ?；?動 部 分 太 短 ， 易 引 起 早 期 磨 損 和 卡 死 。 活 塞 的 材 質(zhì) 常 用 鋁 合 金 和 鑄 鐵 ， 小 型 缸 的 活 塞 有 黃銅 制 成 的 。 4） 活 塞 桿 活 塞 桿 是 氣 缸 中 最 重 要 的 受 力 零 件 。 通 常 使 用 高 碳 鋼 ， 表 面 經(jīng) 鍍 硬 鉻 處理 ， 或 使 用 不 銹 鋼 ， 以 防 腐 蝕 ， 并 提 高 密 封 圈 的 耐 磨 性 。 5） 密 封 圈 回 轉(zhuǎn) 或 往 復(fù) 運 動 處 的 部 件 密 封 稱 為 動 密 封 ， 靜 止 件 部 分 的 密 封 稱 為 靜 密封 。 缸 筒 與 端 蓋 的 連 接 方 法 主 要 有 以 下 幾 種 ： 整 體 型 、 鉚 接 型 、 螺 紋 聯(lián) 接 型 、 法 蘭 型 、 拉 桿 型 。 6） 氣 缸 工 作 時 要 靠 壓 縮 空 氣 中 的 氣 霧 對 活 塞 進(jìn) 行 潤 滑 。 也 有 小 部 分 免 潤 滑 氣 缸 。 8、工作原理根 據(jù) 工 作 所 需 力 的 大 小 來 確 定 活 塞 桿 上 的 推 力 和 拉 力 。 由 此 來 選 擇 氣 缸 時 應(yīng) 使 氣 缸 的 輸 出力 稍 有 余 量 。 若 缸 徑 選 小 了 ， 輸 出 力 不 夠 ， 氣 缸 不 能 正 常 工 作 ； 但 缸 徑 過 大 ， 不 僅 使 設(shè) 備 笨 重 、成 本 高 ， 同 時 耗 氣 量 增 大 ， 造 成 能 源 浪 費 。 在 夾 具 設(shè) 計 時 ， 應(yīng) 盡 量 采 用 增 力 機 構(gòu) ， 以 減 少 氣 缸的 尺 寸 。 氣 缸 下 面 是 氣 缸 理 論 出 力 的 計 算 公 式 ： F： 氣 缸 理 論 輸 出 力 (kgf) F′ ： 效 率 為 85％ 時 的 輸 出 力 (kgf)－ － (F′ ＝ F×85％ ） D： 氣 缸 缸 徑 (mm) P： 工 作 壓 力 (kgf／ cm2) 例 ： 直 徑 340mm 的 氣 缸 ， 工 作 壓 力 為 3kgf／ cm2 時 ， 其 理 論 輸 出 力 為 多 少 ?芽 輸 出 力 是多 少 ? 將 P、 D 連 接 ， 找 出 F、 F′ 上 的 點 ， 得 ： F＝ 2800kgf； F′ ＝ 2300kgf 在 工 程 設(shè) 計 時 選 擇 氣 缸 缸 徑 ， 可 根 據(jù) 其 使 用 壓 力 和 理 論 推 力 或 拉 力 的 大 小 ， 從 經(jīng) 驗 表1－ 1 中 查 出 。 3.5 初步確定氣缸參數(shù)湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文16表 2-1 按負(fù)載選擇工作壓力 [1]負(fù)載/ KN 50工作壓力/MPa 1.25 ，滿足最低速度的要求。12c22.活塞桿強度計算：56mm （4-4）mF150.18374][d6??????式中 ————許用應(yīng)力； （Q235 鋼的抗拉強度為 375-500MPa，][ MPa8n][b取 400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即活塞桿的強度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文18活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動電機機構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)氣缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夾織物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等 [6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按 H9/f9 選取。薄鋼片厚度為 0.5mm。為方便設(shè)計和維護(hù)，本方案選擇 O 型密封圈。3.7 氣缸工作行程的確定氣缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表 4-4 選取標(biāo)準(zhǔn)值。氣缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表 4-4 中的 a、b、c 選用。表 4-4（a）氣缸行程系列（GB 2349-80） [6]25 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（b） 氣缸行程系列（GB 2349-80） [6]40 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3600表 4-4（c） 氣缸形成系列（GB 2349-80） [6]240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 3800根據(jù)設(shè)計要求知，活塞桿最大行程為 400mm。根據(jù)表 3-8，可選取氣缸的工作行程為 400mm。3.8 活塞的設(shè)計由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起氣缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使氣缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能?；钊c缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的氣缸活塞的密封） 、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封） 、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。?、Y 形密封圈（用在 20Mpa 壓力下、往復(fù)運動速度較高的氣缸密封） 、 形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代xYY 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于 50Mpa 壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。綜合以上因素，考慮選用 O 型密封圈。3.9 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文191.最小導(dǎo)向長度 H 的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 [1]。如果導(dǎo)向長度過短，將使氣缸因間隙引起的初始撓度增大，影響氣缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證氣缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當(dāng)氣缸最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時,最小導(dǎo)向長度為:（4-5）20DLH??一般導(dǎo)向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時取 A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于 80mm 時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度 H 不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。)21BAC???（圖 4-1 氣缸最小導(dǎo)向長度 [1]因此:最小導(dǎo)向長度 ，取 H=9cm；7cm2104(20????DLH）導(dǎo)向套滑動面長度 A= c8.6.58?活塞寬度 B= 7m9.隔套 K 的寬度 3c.1)]2.74(19[)21???????BAC（2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，氣槽內(nèi)的壓力氣起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用 [6]。2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文20套和密封圈而又不允許拆卸氣缸的情況下。3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時，導(dǎo)向套可以自動調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運動方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運動頻率高、速度快、振動大的氣缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力氣膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力氣中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。3.10 端蓋和缸底的設(shè)計與計算在單活塞氣缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計計算端蓋厚 h 為： ][)-3p(1??cpdD?式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——液壓力， ；2kgf/m——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；cpd——材料的許用應(yīng)力， 。][?2f/c2.缸底的設(shè)計缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.端蓋的結(jié)構(gòu)端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題 [6]。缸體端部的連接形式有以下幾種：A．焊接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式氣缸。B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。C．法蘭連接 特點是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。D．拉桿連接 特點是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文21E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)氣口邊緣擦傷。F．鋼絲連接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。3.11 缸體長度的確定氣缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度 [1]。一般氣缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的 20~30 倍。取系數(shù)為 5,則氣缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。3.12 緩沖裝置的設(shè)計氣缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入氣缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響氣缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少氣缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當(dāng)氣缸中活塞活塞運動速度在 6m/min 以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運動速度在 12m/min 以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。3.13 排氣裝置如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力氣進(jìn)入氣缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣 [6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性,會造成氣缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響氣缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在氣缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力氣輕，總是向上浮動，因此水平安裝的氣缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的氣缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖 4-2（a）所示。表 4-5 排氣閥（塞）尺寸 [6]閥座 閥桿 孔d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 4~6 23M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4~8 28湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文22圖 4-2 (a) 整體排氣孔 圖 4-2（b） 組合排氣孔圖 4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖 4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見 4-2（c）以及表 4-2（d） 。圖 4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸