毕业论文定稿-旋转式压实器设计

毕 业 设 计（说明书）2012 届题 目 旋转式压实器设计 专 业 机械设计制造及其自动化学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763完成日期 2012 年 12 月 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制I原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 湖州师范学院本科毕业论文2关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 湖州师范学院本科毕业论文I摘 要秸秆压实器是把秸秆等生物质原料粉碎压缩制成高效、环保燃料或饲料的设备。秸秆压块机压出的产品是用来做饲料或燃料的。经过实践和不断的改进，秸秆压块机已日臻完善。秸秆压块机具有自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单、环境无污染等优点。因而秸秆压块机可广泛应用压制各种农作物秸秆和小树枝等生物质原料。本文对一种外形为 200X400X100 的物料进行压实器设计，其中旋转的压下，水平方向的 2 个压面强度和旋转压头的转速要求计算，最后压实的物块体积要求，用气压传动。关键词：压实器，旋转压实器，气动设计湖州师范学院本科毕业论文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 录摘 要 .IAbstractII目 录 .III第 1 章 绪论 11.1 课题研究意义 11.2 压实目的及操作原理 11.3 压实机的设计 2第 2 章 总体设计方案 3第 3 章 旋转压头的设计计算 53.1 旋转压头的转速 53.2 气缸安装位置的确定 .73.3 气缸推力的计算及选型 .93.4 气缸的选择 103.5 初步确定气缸参数 .153.6 活塞杆的设计与计算 .173.7 气缸工作行程的确定 .183.8 活塞的设计 .183.9 导向套的设计与计算 .183.10 端盖和缸底的设计与计算 203.11 缸体长度的确定 213.12 缓冲装置的设计 213.13 排气装置 213.14 密封件的选用 233.15 防尘圈 233.16 气缸的安装连接结构 24第 4 章 气缸材料及技术要求设计 .254.1 缸体 .254.2 活塞 .254.3 活塞杆 .264.4 缸盖 .274.5 导向套 .27第 5 章 水平气缸的设计与选型 .29IV5.1 水平方向的 2 个压面强度计算 .295.2 气缸的计算 295.2 气缸的选型 32第 6 章 主要零部件强度校核 336.1 气缸底架固定横梁的强度校核 .336.2 轴的强度校核 .356.2.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 .356.2.2 气缸缸体尾部销轴的强度校核 .366.2.3 气缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 .36总结与展望 38参考文献 39致 谢 .40湖州师范学院本科毕业论文1第 1 章 绪论1.1 课题研究意义我国每年仅农作物秸秆产量就越有 7 亿吨。同时由于经济发展迅速，电力供应非常紧张，因此秸秆发电在 我国的发展前景非常看好，现在大部分地区运行的发电项目都是采用的软质发电，也就是我们所说的黄色秸秆4些物料具有体积大、重量轻、密度小等特点，为满足锅炉燃烧发热量，保证单位时间内的上料量，需要打捆至规定体积和重量后输送至炉膛内燃烧。从国外经验来看，燃料的收集、储存和运送是电厂运行的瓶颈。因此进行压缩压实是解决问题的关键所在，秸秆压实机的使用便能解决这一问题。秸秆压块机是把秸秆等生物质原料粉碎压缩制成高效、环保燃料或饲料的设备。秸秆压块机压出的产品是用来做饲料或燃料的。经过实践和不断的改进，秸秆压块机已日臻完善。秸秆压块机具有自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单、环境无污染等优点5。因而秸秆压块机可广泛应用压制各种农作物秸秆和小树枝等生物质原料。秸秆压实机具有以下特点：（1）秸秆压块机自动化程度高、产量高、价格低、耗电少、操作简单。如无电力设备可用柴气机代替。 （2）秸秆压块机物料适应性强: 适应于各种生物质原料的成型，秸秆从粉状至 50mm 长度之间，含水率 5-30%之间，秸秆压块机都能加工成型。 （3）秸秆压块机压轮自动调节功能：利用推力轴承双向旋转的原理自动调节压力角度，使物料不挤团、不闷机，保证出料成型的稳定。 （4）秸秆压块机操作简单使用方便：自动化程度高，用工少，使用人工上料或输送机自动上料均可。1.2 压实目的及操作原理压实亦称压缩，即是利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减小体积，便于装卸、运输、贮存和填埋。固体废物中适合压实处理的主要是压缩性能大而复原性小的物质，如金属加工出来的金属细丝，金属碎片、冰箱与洗衣机，以及纸箱、纸袋、纤维等，有些固体废物、如木头、玻璃、金属、塑料块等已经很密实的固体，以及焦气、污泥等液态废物不宜作压缩处理。固体废物经压实处理后，体积减小的程度叫压缩比。废物压缩比决定于废物的种类及施加的压力。一般压缩比为 3-5。同时采用破碎与压实二种技术可使压缩比增加到 5-10。国外，生活垃圾的收集都采用压实机械以减少垃圾体积、增加垃圾车的收集量。一般，生活垃圾压实后，体积可减少 60-70%。城市垃圾经家庭压实器压实后密度变为 320.4kg/m3，体积可减少69%。压实的原理主要是减少空隙率，将空气压掉。如若采用高压压实，除减少空隙外，在分子之间可能产生晶格的破坏使物质变性。例如，日本采用高压压实的现代化方法处理城市垃圾，压力采用258kg/cm2，制成垃圾密度为 1125.4-1380kg/m3 压实块。由于高压，在压缩过程中挤压及升温使垃圾中 BOD 从 6000ppm 降到 200ppm，COD 从 8000ppm 降到 150ppm，垃圾块已成为一种均匀的类塑料结构的惰性材料，自然暴露在空气中三年，没有任何明显的降解痕迹。这与一般的压实作用不湖州师范学院本科毕业论文2同。压实工艺流程：1、垃圾垫有铁丝网容器压缩机压缩污水泵活性污泥处理系统上清液灭菌消毒排放。2、垃圾垫有铁丝网容器压缩机压缩沥青浸渍池(180200)冷却皮带输送垃圾填埋场。1.3 压实机的设计压实机有很多种类,下面就压实机根据不同的属性进行分类.按用途分:废纸压实机、金属压实机、秸秆压实机、棉花压实机、秸秆压实机等.按性能分:自动压实机、半自动压实机、手动压实机等.压实机可包括:全自动压实机、全自动无人化压实机、水平式压实机、穿剑式压实机、加压式压实机、半自动压实机、手提式压实机等等 11.水平式压实机：水平式压实机主要用于城市垃圾的处理。将废物加入装料室，依靠具有压面的水平压头作用使垃圾致密和定形，然后将坯块推出。三向联合式压实机：三向联合式压实机主要适用于金属类废物的压实。他具有 3 个互相垂直的压头，依次启动 3 个塔头即可将料斗中的废物压成块。回旋式压实机：回旋式压实机主要适用于压实体积小，质量轻的废物。废物装进单元后，先按水平压头的方向压缩，然后驱动旋动式压头是废物致密化。最后将废物压至一定尺寸排出。 压实机的选择主要是悬着合适的压缩比和使用压力。此外对不同的废物采用不同的压实机械。同时还需考虑后续处理过程，如是否会出现水分等 12。（1）装载面尺寸 装载尺寸要足以容纳需要压缩的最大件废物。如果压实机的容器用垃圾车装填，为了操作方便，时期容积至少能处理一垃圾车的废物。垃圾压实器的装载面一般为 0.7659.18m（2）循环时间 循环时间是指压头的压面从装料箱吧废物压入容器，然后再回到原来完全缩回的位置，准备接收下一次装载废物所需要的时间。循环时间变化范围在 2060s。循环时间和一次压实废料的量有关，量小则循环时间短。（3）压面压力 13 固定式压实器的一般为 1033432kPa。由于压实比和压面压力并不是线性关系，所以应根据废物的压缩特性来选择。（4）压面的形成 压面的行程是指压头压入容器的深度。压头压入容器中越深，压实比越大。所以应先确定压力实比，在选择合适的压面形成。（5）体积排率 体积排率即处理率，等于压头每次压入容器的可压缩废物体积与每小时机器的循环次数之积。体积排率略大于废物生产率。（6）其他 压实器应与容器匹配。压实器的场所要与压实器相适应压实器的选择主要针对压缩比，应当选择合适的压缩比和使用压力。此外，应注意压缩过程中的情况在城市垃圾的综合利用中，垃圾压实后产生水分，在风选分离纸时是不利的，因此，是否选用压实装置与后继处理过程也有关、应当综合考虑。湖州师范学院本科毕业论文3第 2 章 总体设计方案旋转的压下的不是垂直压下的，水平方向的 2 个压面强度和旋转压头的转速要求计算，最后压实的物块体积要求 20*40*10，用气压传动，图纸要 3 张 A0 纸，任务说明书要求 15000 字左右。图 2-1 回转式压实器图 2-2 三向联合式压实器1,2,3压头湖州师范学院本科毕业论文4图 2-3 水平式压实器1 破碎杆 2装料室 3压面旋转压头设计图如下图图 2-4 旋转压头湖州师范学院本科毕业论文5第 3 章 旋转压头的设计计算3.1 旋转压头的转速角速度 =45/s(1)腔流量，公式得： SVQ=200 40=1004800mm/s=0.1/10m/s=1000ml/s(2)腔工作压力，公式（4.8） 得：SFP式中： F 取工件重和手臂活动部件总重，估算 F =10+20=30kg， 摩F=1000N。所以代入公式（3.12）得： SFP摩= 24018.93=0.26Mpa升降部分的运动原理如图所示湖州师范学院本科毕业论文6图 3-4 运动原理图湖州师范学院本科毕业论文73.2 气缸安装位置的确定由图 3-4 可知 .(3.21)sinSh则 maxmaxsinShmii所以， 567.018sin即 5.34max而 0in初选， ， , , ， 。l1ml02NG50mP601.f而液压升降台的有效垂直升降高度 为h.(3.22)sin(iiaxinax L根据 ，气缸上下交接点 g、f 的距离 S（即气缸的瞬时长度）为dgf(3.23)co(211llS可知，行程 S 是关于 的变量函数，代入数值则有如图 3-5 所示曲线湖州师范学院本科毕业论文8图 3-5 S- 关系曲线气缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为)cos(2max11max llSinin设气缸的有效行程为 ，为了使气缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞不抵到气缸缸底，并考虑气缸结构尺寸 和 （如图 3-6 所示） ，一般应取1K2.(3.24)SKS21min同样，为了使气缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离气缸中的导向套，一般应取(3.25)SS21max式（3.24）和式（3.25）中的 和 根据气缸的具体结构决定。K图 3-6 气缸结构尺寸湖州师范学院本科毕业论文9气缸铰接点 g 距离工作台面的上下导轨的距离分别为 和 ，如图 3-4 所示yx则有 .(3.26)hyx.(3.27)sin(1l由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 (3.28)si(1lL由式(3.28)可看出， 是关于 的变量函数，代入数值则有如图 3-7 所示曲线y图 3-7 - 关系曲线y3.3 气缸推力的计算及选型将数值带入式(3.12)中，得出 随 值变化的曲线,如图 3-8 所示T图 3-8 随 值变化的曲线T可看出当 时，气缸的推力最大。但由图 3-7 可知，此时 为负值，故 不可取。同0y0时我们可看出当 时， 。60y湖州师范学院本科毕业论文10那么，就取 ，此时，由式(3.12)得6minNT3158max而 ，则5.34axNT18203in若取安全系数为 1.5，则 .475.ax参照参考文献5,选用缸径为 的杆端外螺纹杆头耳环式气缸，其最小安装连接尺寸 ZM+6为 295mm+S，最大行程 800mm。当 时，由式(3.23)得6minmS295301min又由式(3.23)，当 时，即工作台升至最高点，气缸的安装尺寸达到最大，计算ax得 ，故气缸的行程和安装尺寸都符合要求。S8017.4ax综上所述，选择缸径为 的杆端外螺纹杆头耳环式气缸。63因此从最低到最高位置上升时，气缸在此过程中所需要补充的气量为 LmldV31.017.4221 3.4 气缸的选择气缸的选用要根据以下方面进行分析：1、类型的选择 根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给气或无气润滑气缸等。 2、安装形式 根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等） ，应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。 3、作用力的大小即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。 4、活塞行程湖州师范学院本科毕业论文11与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加 1020的余量。5、活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为 50800/s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。图 3.1 气缸实物图 6、气缸的选型步骤及其类型介绍程序 1：根据操作形式选定气缸类型：气缸操作方式有双动，单动弹簧压入及单动弹簧压出等三种方式程序 2：选定其它参数：1、选定气缸缸径大小 根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定2、选定气缸行程 工件移动距离3、选定气缸系列4、选定气缸安装型式 不同系列有不同安装方式，主要有基本型、脚座型、法兰型、U 型钩、轴耳型5、选定缓冲器 无缓冲、橡胶缓冲、气缓冲、气压吸震器6、选定磁感开关 主要是作位置检测用，要求气缸内置磁环7、选定气缸配件 包括相关接头（一）单作用气缸湖州师范学院本科毕业论文12单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。其原理及结构见下图：图 3.2 单作用气缸1缸体；2活塞；3弹簧；4活塞杆；单作用气缸的特点是：1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。（二） 双作用气缸双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。1） 双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。2） 缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气） ，活塞杆带动工作台左右运动，工作台运动范围等于其有效行程 s 的 3 倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。湖州师范学院本科毕业论文13活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与载荷（工作台）连成一体，压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向左运动，工作台的运动范围为其有效行程 s 的 2 倍。适用于中、大型设备。 图 3.3 双活塞杆双作用气缸a）缸体固定；b）活塞杆固定1缸体；2工作台；3活塞；4活塞杆；5机架双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时，其往返运动力及速度均相等。(三) 缓冲气缸缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸见下图，主要由活塞杆 1、活塞 2、缓冲柱塞3、单向阀 5、节流阀 6、端盖 7 等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸右腔的气体经柱塞孔 4 及缸盖上的气孔 8 排出。在活塞运动接近行程末端时，活塞右侧的缓冲柱塞 3 将柱塞孔 4 堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀 6 及气孔 8 排出，被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀 6 阀口开度的大小，即可控制排气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令活塞反向运动时，从气孔 8 输入压缩空气，可直接顶开单向阀 5，推动活塞向左运动。如节流阀 6 阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。湖州师范学院本科毕业论文14图 3.4 缓冲气缸1活塞杆；2活塞；3缓冲柱塞；4柱塞孔；5单向阀6节流阀；7端盖；8气孔7、气缸结构气 缸 是 由 缸 筒 、 端 盖 、 活 塞 、 活 塞 杆 和 密 封 件 组 成 ， 其 内 部 结 构 如 图 所 示 ： 1） 缸 筒 缸 筒 的 内 径 大 小 代 表 了 气 缸 输 出 力 的 大 小 。 活 塞 要 在 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 ， 缸 筒 应 使 用 不 锈 钢 、 铝 合 金 或 黄铜 等 材 质 。 SMC CM2 气 缸 活 塞 上 采 用 组 合 密 封 圈 实 现 双 向 密 封 ， 活 塞 与 活 塞 杆 用 压 铆 链 接 ， 不 用 螺母 。 2） 端 盖 湖州师范学院本科毕业论文15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 使 用 寿 命 。导 向 套 通 常 使 用 烧 结 含 气 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 使 用 聚 氨 酯 、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 期 磨 损 和 卡 死 。 活 塞 的 材 质 常 用 铝 合 金 和 铸 铁 ， 小 型 缸 的 活 塞 有 黄铜 制 成 的 。 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 。 缸 筒 与 端 盖 的 连 接 方 法 主 要 有 以 下 几 种 ： 整 体 型 、 铆 接 型 、 螺 纹 联 接 型 、 法 兰 型 、 拉 杆 型 。 6） 气 缸 工 作 时 要 靠 压 缩 空 气 中 的 气 雾 对 活 塞 进 行 润 滑 。 也 有 小 部 分 免 润 滑 气 缸 。 8、工作原理根 据 工 作 所 需 力 的 大 小 来 确 定 活 塞 杆 上 的 推 力 和 拉 力 。 由 此 来 选 择 气 缸 时 应 使 气 缸 的 输 出力 稍 有 余 量 。 若 缸 径 选 小 了 ， 输 出 力 不 够 ， 气 缸 不 能 正 常 工 作 ； 但 缸 径 过 大 ， 不 仅 使 设 备 笨 重 、成 本 高 ， 同 时 耗 气 量 增 大 ， 造 成 能 源 浪 费 。 在 夹 具 设 计 时 ， 应 尽 量 采 用 增 力 机 构 ， 以 减 少 气 缸的 尺 寸 。 气 缸 下 面 是 气 缸 理 论 出 力 的 计 算 公 式 ： F： 气 缸 理 论 输 出 力 (kgf) F ： 效 率 为 85 时 的 输 出 力 (kgf) (F F85 ） D： 气 缸 缸 径 (mm) P： 工 作 压 力 (kgf cm2) 例 ： 直 径 340mm 的 气 缸 ， 工 作 压 力 为 3kgf cm2 时 ， 其 理 论 输 出 力 为 多 少 ?芽 输 出 力 是多 少 ? 将 P、 D 连 接 ， 找 出 F、 F 上 的 点 ， 得 ： F 2800kgf； F 2300kgf 在 工 程 设 计 时 选 择 气 缸 缸 径 ， 可 根 据 其 使 用 压 力 和 理 论 推 力 或 拉 力 的 大 小 ， 从 经 验 表1 1 中 查 出 。 3.5 初步确定气缸参数湖州师范学院本科毕业论文16表 2-1 按负载选择工作压力 1负载/ KN 50工作压力/MPa 1.25 ，满足最低速度的要求。12c22.活塞杆强度计算：56mm （4-4）mF150.18374d6式中 许用应力； （Q235 钢的抗拉强度为 375-500MPa， MPa8nb取 400MPa，为位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中）3活塞杆的结构设计湖州师范学院本科毕业论文18活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应气缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。4.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夹织物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等 6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/f9 选取。薄钢片厚度为 0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择 O 型密封圈。3.7 气缸工作行程的确定气缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 4-4 选取标准值。气缸活塞行程参数优先次序按表 4-4 中的 a、b、c 选用。表 4-4（a）气缸行程系列（GB 2349-80） 625 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（b） 气缸行程系列（GB 2349-80） 640 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3600表 4-4（c） 气缸形成系列（GB 2349-80） 6240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 3800根据设计要求知，活塞杆最大行程为 400mm。根据表 3-8，可选取气缸的工作行程为 400mm。3.8 活塞的设计由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起气缸内部泄露，降低容积效率，使气缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的气缸活塞的密封） 、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封） 、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小） 、Y 形密封圈（用在 20Mpa 压力下、往复运动速度较高的气缸密封） 、 形密封圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代xYY 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于 50Mpa 压力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。综合以上因素，考虑选用 O 型密封圈。3.9 导向套的设计与计算湖州师范学院本科毕业论文191.最小导向长度 H 的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 1。如果导向长度过短，将使气缸因间隙引起的初始挠度增大，影响气缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证气缸有一定的最小导向长度。根据经验,当气缸最大行程为 L,缸筒直径为 D 时,最小导向长度为:（4-5）20DLH一般导向套滑动面的长度 A，在缸径小于 80mm 时取 A=(0.61.0)D，当缸径大于 80mm 时取A=(0.61.0)d.。活塞宽度 B 取 B=(0.61.0)D。若导向长度 H 不够时,可在活塞杆上增加一个导向套 K(见图 4-1)来增加 H 值。隔套 K 的宽度 。)21BAC（图 4-1 气缸最小导向长度 1因此:最小导向长度 ，取 H=9cm；7cm2104(20DLH）导向套滑动面长度 A= c8.6.58活塞宽度 B= 7m9.隔套 K 的宽度 3c.1)2.74(19)21BAC（2.导向套的结构导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适当选择。1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，气槽内的压力气起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用 6。2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向湖州师范学院本科毕业论文20套和密封圈而又不允许拆卸气缸的情况下。3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的气缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力气膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力气中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。3.10 端盖和缸底的设计与计算在单活塞气缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1.端盖的设计计算端盖厚 h 为： )-3p(1cpdD式中 D1螺钉孔分布直径，cm；P液压力， ；2kgf/m密封环形端面平均直径，cm；cpd材料的许用应力， 。2f/c2.缸底的设计缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。3.端盖的结构端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题 6。缸体端部的连接形式有以下几种：A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式气缸。B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。C法兰连接 特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。湖州师范学院本科毕业论文21E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进气口边缘擦伤。F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。3.11 缸体长度的确定气缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度 1。一般气缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030 倍。取系数为 5,则气缸缸体长度：L=5*10cm=50cm。3.12 缓冲装置的设计气缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入气缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响气缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少气缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。当气缸中活塞活塞运动速度在 6m/min 以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在 12m/min 以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床液压系统中，动力滑台的最大速度为 4m/min,因此没有必要设计缓冲装置。3.13 排气装置如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力气进入气缸后，缸内仍会存在空气 6。由于空气具有压缩性和滞后扩张性,会造成气缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行,影响气缸的正常工作。比如液压导轨磨床在加工过程中，这不仅会影响被加工表面的光洁程度和精度，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，还必须在气缸上设置排气装置。配气装置的位置要合理，由于空气比压力气轻，总是向上浮动，因此水平安装的气缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的气缸，应设在端盖的上方。一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图 4-2（a）所示。表 4-5 排气阀（塞）尺寸 6阀座 阀杆 孔d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 46 23M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 48 28湖州师范学院本科毕业论文22图 4-2 (a) 整体排气孔 图 4-2（b） 组合排气孔图 4-2（c） 整体排气阀零件结构尺寸由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，造成外泄漏。组合排气塞如图 4-2（b）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见 4-2（c）以及表 4-2（d） 。图 4-2（d） 组合排气阀零件结构尺寸