雙手動安全控制回路(共23頁)

1、 課程設(shè)計題目：雙手動安全控制回路學(xué)院：應(yīng)用(yngyng)技術(shù)學(xué)院專業(yè)(zhuny)班級：機電(jdin)一體化技術(shù)1302班學(xué)生姓名：XXX指導(dǎo)老師：XXX學(xué) 號：31312030XXX時間：2015年12月29日 I摘 要在電氣(dinq)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，安全控制的平板壓力機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛。研究壓力機的控制和工作方式，對提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。由于氣動壓力機輸出力是柔和、恒定的壓力及可調(diào)的速度，保持壓力的情況下完成工件的裝配與變形，用于裝配與成形等工藝，氣動主要優(yōu)點是功耗低，輸出力對模具以及工件沒有損傷(snshng)、出力柔和、工作

2、效力率高、且占地面積小、操作方便、如配上壓力傳感器后，輸出的壓力更加具有直觀性，使工藝更具可控性。為安全考慮，利用PLC的門電路和延時繼電器實現(xiàn)延時控制功能，主要對氣動回路進行設(shè)計(shj)，使其只能在雙手同時（0.5秒內(nèi)）按下按鈕時，壓力機才可以安全運行，并且在運行過程中只要有一個手松開的話，則通過快速排氣閥的作用使氣缸的活塞桿盡可能快的迅速返回，活塞桿的伸出可以用單向節(jié)流閥進行無級調(diào)節(jié)等。雙手動主要是基于安全的考慮，實現(xiàn)雙手動開啟方式，防止工作人員在操作壓力機時壓傷雙手。完成氣動回路的設(shè)計及電路圖的設(shè)計之后對氣缸的直徑進行計算，在國家標(biāo)準(zhǔn)系列選擇了直徑為160mm的氣缸，并計算出耗氣量，由

3、耗氣量選擇適合的單向節(jié)流閥以及換向閥、快速排氣閥等，在部件選擇過程中，要通過對所給的數(shù)據(jù)參數(shù)分析、計算，才可以通過計算結(jié)果選擇合理的部件，使整個系統(tǒng)在達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的同時達到設(shè)計的最優(yōu)化。關(guān)鍵詞 雙手動，氣動回路，安全控制，最優(yōu)化 II目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc439184568 第1章 氣壓傳動概述 PAGEREF _Toc439184568 h 1 HYPERLINK l _Toc439184569 1.1氣壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc439184569 h 1 HYPERLINK l _Toc439184570 1.2 氣壓傳動技

4、術(shù)的特點和發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc439184570 h 2 HYPERLINK l _Toc439184571 1.2.1 氣壓傳動技術(shù)的特點 PAGEREF _Toc439184571 h 2 HYPERLINK l _Toc439184572 1.2.2氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc439184572 h 3 HYPERLINK l _Toc439184573 第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc439184573 h 4 HYPERLINK l _Toc439184574 2.1系統(tǒng)設(shè)計要求 PAGEREF _Toc439184574 h 4 HY

5、PERLINK l _Toc439184575 2.2氣壓傳動的工作原理和組成 PAGEREF _Toc439184575 h 4 HYPERLINK l _Toc439184576 2.3系統(tǒng)設(shè)計原理 PAGEREF _Toc439184576 h 5 HYPERLINK l _Toc439184577 2.4 氣動回路設(shè)計 PAGEREF _Toc439184577 h 6 HYPERLINK l _Toc439184578 2.5 功能圖設(shè)計 PAGEREF _Toc439184578 h 7 HYPERLINK l _Toc439184579 2.6 電路圖設(shè)計 PAGEREF _To

6、c439184579 h 7 HYPERLINK l _Toc439184580 第3章 部件的選用 PAGEREF _Toc439184580 h 8 HYPERLINK l _Toc439184581 3.1氣缸的選用 PAGEREF _Toc439184581 h 8 HYPERLINK l _Toc439184582 3.1.1 氣缸的組成 PAGEREF _Toc439184582 h 8 HYPERLINK l _Toc439184583 3.1.2氣缸的計算9 HYPERLINK l _Toc439184584 3.2單向節(jié)流閥的選用 PAGEREF _Toc439184584

7、h 10 HYPERLINK l _Toc439184585 3.2.1耗氣量的計算 PAGEREF _Toc439184585 h 10 HYPERLINK l _Toc439184586 3.2.2單向節(jié)流閥的選擇 PAGEREF _Toc439184586 h 10 HYPERLINK l _Toc439184587 3.3換向閥的選用 PAGEREF _Toc439184587 h 11 HYPERLINK l _Toc439184588 3.4消聲器的選用 PAGEREF _Toc439184588 h 12 HYPERLINK l _Toc439184589 3.5快速排氣閥的選用

8、 PAGEREF _Toc439184589 h 13 HYPERLINK l _Toc439184590 3.6空氣壓縮裝置的選用 PAGEREF _Toc439184590 h 13 HYPERLINK l _Toc439184591 3.6.1選擇要求 PAGEREF _Toc439184591 h 13 HYPERLINK l _Toc439184592 3.6.2空氣壓縮裝置的選擇 PAGEREF _Toc439184592 h 13 HYPERLINK l _Toc439184593 3.7繼電器的選用 PAGEREF _Toc439184593 h 15 HYPERLINK l

9、_Toc439184594 總結(jié) PAGEREF _Toc439184594 h 17 HYPERLINK l _Toc439184595 參考文獻 PAGEREF _Toc439184595 h 18 第1章 氣壓(qy)傳動概述氣壓傳動是風(fēng)動技術(shù)與液壓技術(shù)演變、發(fā)展而來。氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)傳遞運動和動力。由于氣壓傳動的動力傳遞介質(zhì)是取之不盡的空氣，所以污染(wrn)小，因此在自動化領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。氣壓傳動廣泛應(yīng)用于紡織、機械、汽車、電子、軍事、鋼鐵、化工、食品、包裝等行業(yè)中。隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展，氣壓傳動技術(shù)必將更加廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。1.

10、1氣壓技術(shù)(jsh)的應(yīng)用現(xiàn)狀人們利用空氣的能量完成各種工作的歷史可以追溯到古代，但作為氣動技術(shù)應(yīng)用的雛形，大約開始于1776年John Wilkinson發(fā)明的能產(chǎn)生1atm左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動制動裝置，將它成功的用到火車的制動上面。20世紀(jì)30年代初，氣動技術(shù)成功的應(yīng)用于自動門的關(guān)閉及各種機械的輔助動作是上。進入到60年代，尤其是70年代初，隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展，氣動技術(shù)才廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動化的各個領(lǐng)域，形成現(xiàn)代氣動技術(shù)。1.汽車制造行業(yè)現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)工藝的焊接生產(chǎn)線，幾乎無一例外的采用了氣動技術(shù)，如車身的

11、每個工序的移動；車身外殼北真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位，東采用了各種特殊功能的氣缸及相應(yīng)的氣動控制系統(tǒng)。高頻率的點焊、利空的準(zhǔn)確性及完成整個過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動技術(shù)應(yīng)用之一。2.電子、半導(dǎo)體制造行業(yè)在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印制電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸 、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很那抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕的吸住，運送到指定位置上等。3.生產(chǎn)自動化的實現(xiàn)20世紀(jì)60年代，氣動技術(shù)主要應(yīng)用于比較繁重的作業(yè)領(lǐng)域作為輔助傳動?，F(xiàn)在，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，為了保證產(chǎn)

12、品質(zhì)量的均一性，為了能減輕單調(diào)或繁重的體力勞動、提高生產(chǎn)效率，為了降低成本，都已廣泛應(yīng)用了氣動技術(shù)。如自動噴漆織布機、塑料制品生產(chǎn)線、玻璃制品加工線等許多場合，都大量使用了氣動技術(shù)。4.包裝(bozhung)自動化的實現(xiàn)氣動技術(shù)還廣泛應(yīng)用于化肥、化工、糧食、食品、藥品等許多行業(yè)，實現(xiàn)粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(zdng)計量包裝。用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。用于對粘稠液體（如油漆、牙膏等）、有毒氣體（如煤氣等）的自動計量灌裝。由上面所舉例子可見，氣動技術(shù)咋各行各業(yè)已得到(d do)廣泛的應(yīng)用。1.2 氣壓傳動技術(shù)的特點和發(fā)展趨勢1.2.1 氣壓傳動技術(shù)的特點近20年來，隨著氣壓

13、傳動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合，氣壓傳動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其在各種自動化生產(chǎn)線上的到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣壓傳動技術(shù)相結(jié)合，使得整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣壓傳動技術(shù)提出了更多更高的要求；氣壓傳動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例、伺服控制，控制精度不斷提高。氣動技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè)部門。氣動機械手、組合機床、加工中心、生產(chǎn)自動線、自動檢測和實驗裝置等已大量涌現(xiàn)。在提高生產(chǎn)效率、自動化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這

14、主要是因為氣壓傳動與機械、電氣、液壓傳動相比有以下特點：1.氣壓傳動的優(yōu)點：(1)工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動通道，用過后可將其隨時排入大氣中，不污染環(huán)境。(2)空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時，對空氣的粘度影響極小，故不會影響傳動性能。(3)空氣的粘度很?。s為液壓油的萬分之一），所以流動阻力小，在管道中流動的壓力損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。(4)相對液壓傳動而言，氣動動作迅速、反應(yīng)快，一般只需0.020.3秒就可達到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動速度一般為15m/s，而氣體的流速最小也大于10m/s，有時

15、甚至達到音速，排氣時還達到超音速。(5)氣體壓力具有較強的自保持能力，即使壓縮機停機，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變。(6)氣動元件可靠性高、壽命長。電氣元件可運行百萬次，而氣動元件可運行20004000萬次。(7)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射(fsh)、振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動和控制(kngzh)優(yōu)越。(8)氣動裝置結(jié)構(gòu)(jigu)簡單、成本低、維護方便、過載能自動保護。2.氣壓傳動的缺點：(1)因空氣的可壓縮性較大，氣動裝置的動作穩(wěn)定

16、性較差。(2)氣動裝置工作壓力低，輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動裝置比液壓傳動裝置輸出的力要小得多。(3)氣動裝置中的信號傳動速度比光、電控制速度慢，所以不宜于信號傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中。同時實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遙控也比較困難，但對一般的機械設(shè)備，氣動信號的傳遞速度是能滿足工作要求的。(4)噪聲較大，尤其是在超音速排氣時要加消聲器。1.2.2氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢縱觀世界氣動行業(yè)的發(fā)展趨勢，氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展動向可歸納如下(1)高質(zhì)量。電磁閥的壽命可達20000萬次以上，氣缸的壽命達20008000km； (2)高精度。定位精度達0.50.1mm；(3)高速度。小型電

17、磁閥的換向頻率可達數(shù)1000Hz，氣缸的最大速度可達3m/s；(4)節(jié)能環(huán)保。電磁閥的功耗可降至0.1W。多種節(jié)氣閥、節(jié)氣缸等節(jié)能元件已投放市場，采用環(huán)保材料制造元件以保護環(huán)境；(5)輕量化。采用鋁合金及塑料等新型材料，并且進行強度設(shè)計，重量大為減輕，如已制造出4g重的低功率電磁閥；(6)小型化。元件制成超薄、超短、超小形。例如：寬6mm的電磁閥；缸徑2.5mm的單作用氣缸；缸徑4mm的雙作用氣缸，M3的管接頭和內(nèi)徑2mm的連接管等；(7)無給油化。不供油潤滑元件組成的系統(tǒng)不污染環(huán)境，系統(tǒng)簡單，節(jié)省潤滑油，且摩擦力穩(wěn)定，成本低，壽命長，適應(yīng)食品的、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的需

18、要；(8)符合集成化。減少配線、配管和元件，節(jié)省空間，簡化拆裝，提高工作效率；(9)機電一體化。由“PLC+傳感器+氣動元件”組成的控制系統(tǒng)是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣壓傳動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入高精度的“反饋控制”；復(fù)合集成化系統(tǒng)不僅減少配線配管和元件，而且拆裝方便，大大提高系統(tǒng)的可靠性；第2章 系統(tǒng)(xtng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計(shj)要求(1)為了保護工人(gng rn)的人身安全，在操縱沖壓機時，必須要遵守一定的安全規(guī)定；(2)為了避免出現(xiàn)危險動作，必須強迫操作者使用雙手來同時操作雙手動控制按鈕；(3)雙手動控制按鈕必須在0.5秒間隔內(nèi)被

19、按下并按住，為的是使平板壓力機的執(zhí)行元件（汽缸）能夠?qū)蓚€平板壓在一起；(4)如果兩雙手動控制按鈕中的一個松開的話，那么，氣缸會盡可能快速地迅速返回；(5)如果雙手動控制按鈕不能在0.5秒間隔被按下的話，那么，沖壓過程就不能發(fā)生；(6)如果只有一個雙手動控制按鈕被按下，或者中的一個被用機械的方式鎖定，或者一個觸電被短路的話，那么按鈕另外一個按鈕，則動作不會發(fā)生。只有當(dāng)兩個信號在0.5秒間隔內(nèi)同時出現(xiàn)的話，動作才能發(fā)生。2.2氣壓傳動的工作原理和組成一般而言，氣壓傳動系統(tǒng)包含以下四部分組成：1.氣源設(shè)備氣源設(shè)備由空氣壓縮機或真空泵構(gòu)成，有的還配有儲氣罐、氣源處理元件等附屬設(shè)備。它將原動機提供的機

20、械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣動設(shè)備較多的廠礦常將氣源裝置及其附件集中于一處，組成中央氣壓站，由中央氣壓站向各處用氣點分送壓縮空氣。2.氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件起能量轉(zhuǎn)換作用，把壓縮空氣的氣壓能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動裝置的機械能，如氣缸輸出直線往復(fù)運動的機械能，擺動氣缸和氣動馬達分別輸出回轉(zhuǎn)擺動和旋轉(zhuǎn)的機械能。對于以真空動力為動力源的系統(tǒng)，采用真空吸盤以完成各種吸吊作業(yè)。3.氣動控制元件氣動控制元件是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，使執(zhí)行元件按照要求的程序和性能工作。氣動控制的元件種類繁多，除基本的壓力控制、流量控制、方向控制三大類型閥以外，還包括各種邏輯元件、射流元件，以實現(xiàn)“是”、“與”、“

21、非”等邏輯功能。4.氣動輔助(fzh)元件氣動輔助元件是提供元件內(nèi)部潤滑、消除排氣噪聲、進行(jnxng)元件間的連接，以及進行信號轉(zhuǎn)換、顯示。放大、檢測等所需的各種氣動元件。如油霧器消聲器、管件及管接頭、氣液轉(zhuǎn)換器、限位開關(guān)、氣動傳感器等。2.3系統(tǒng)設(shè)計(shj)原理空氣壓縮機保證氣壓傳動和控制系統(tǒng)正常工作的動力源，即氣源，將機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，氣體的壓力能推動執(zhí)行機構(gòu)氣缸完成往復(fù)的直線運動，又將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，在此過程中，通過節(jié)流閥和快速排氣閥對氣體流量進行控制以達到對運動過程中活塞桿速度的控制，使氣缸的活塞桿能夠按照慢進快退的工作要求，此系統(tǒng)中采用帶磁性活塞環(huán)的雙作用氣缸，電磁

22、閥采用帶彈簧復(fù)位的二位五通換向閥。 圖2-1 平板壓力機模型圖表2-1 元件表位置號數(shù)量說明041帶磁性活塞環(huán)的雙作用汽缸311帶彈簧復(fù)位的（5/2）二位五通電磁換向閥151單向節(jié)流閥161快速排氣閥371開關(guān)盒，1個控制開關(guān)，2個按鈕343帶4個轉(zhuǎn)換觸點的繼電器361繼電延時繼電器501穩(wěn)壓電源411顯示單元421接線端子盒011壓縮空氣預(yù)處理單元021壓縮空氣分配器附件：實驗室用導(dǎo)線，氣管若干。2.4 氣動(q dn)回路設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求(yoqi)，設(shè)計的氣動回路圖如圖 2-2 所示，按照(nzho)要求，如圖當(dāng)不通電時，活塞桿處于位于氣缸里。圖 2-2 氣動回路1.當(dāng)電壓加到帶彈簧復(fù)位

23、的二位五通電磁換向閥的電磁鐵Y1（14）上時，雙手動Z1的活塞桿伸出。2.當(dāng)換向閥的電磁鐵斷電時，通過使用快速排氣閥，可以使汽缸Z1的活塞桿以盡可能快的速度返回到他的終端位置。3.活塞桿的伸出可以用單向節(jié)流閥進行無級調(diào)節(jié)，也可以使活塞桿返回時進氣口沒有限制。2.5 功能圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求及氣動回路圖可得如圖2-3所示的功能圖。利用PLC的與門實現(xiàn)在只有雙手同時壓下S1、S2時，或者兩手動作前后時差在0.5秒內(nèi)，氣壓機才進行沖壓動作，且在工作過程中需要一直按住雙手。若上述條件有一個不滿足，則氣壓機不動作。圖 2-3 功能(gngnng)圖2.6 電路圖設(shè)計(shj)根據(jù)設(shè)計(shj)要求及功能圖

24、設(shè)計出如圖3-5 所示的電路圖。此電路圖的動作過程為：當(dāng)S1和S2同時按下時繼電器K1和K2得電，觸頭K1和K2閉合，通電延時繼電器K4得電，K3繼電器得電自鎖，K3觸頭得電閉合，壓力機活塞桿開始沖壓動作，0.5秒后K4常開觸頭閉合，常閉觸頭打開，H1指示燈亮，當(dāng)S1或者S2任意一個松開時，K3繼電器失電斷開，壓力機回到初始位置。1.在0.5秒間隔內(nèi)按動控制按鈕S1和S2：(1)兩個控制按鈕S1和S2分別使控制各自的繼電器K1和K2，使在第3條控制線路上K1和K2觸點閉合。(2)K1和K2和常閉觸點K4使繼電器K3得電。(3)第9條控制線路上的觸點K3使電磁鐵Y1帶電，氣缸的活塞桿伸出。2.如

25、果S1和S2沒能在0.5秒內(nèi)被按下，或者只有一個被按下的話；(1)通電延時繼電器或者被第5條控制線路上的觸點K1，過著被第7條控制線路上的觸點K2所控制；(2)在0.5秒間隔之后，第4條控制線路上的觸點K4斷開。使繼電器K3斷電，從而電磁鐵斷電；(3) 第8條控制線路上的延時觸點閉合，顯示燈H1亮。圖 2-4 電路圖第3章 部件(bjin)的選用3.1氣缸(q n)的選用3.1.1 氣缸(q n)的組成氣缸由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件組成雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)分成兩個腔室，有桿腔和無桿腔，有活塞桿的稱為有桿腔，無活塞桿的稱為無桿腔，當(dāng)壓縮空氣進入無桿腔時，壓縮空氣作用在活塞右端面上

26、的力將克服各種反方向作用力，推動活塞前進，使有桿腔的空氣排入大氣，使活塞桿伸出；反之，當(dāng)壓縮空氣進入氣缸的有桿腔時，活塞便向左運動，活塞桿退回。氣缸無桿腔和有桿腔的交替進氣和排氣，使活塞桿伸出和退回，氣缸實現(xiàn)往復(fù)直線運動。為了減緩運動沖擊，在活塞端部設(shè)置緩沖柱塞，在端蓋上開有相應(yīng)的緩沖柱塞孔，并裝在緩沖節(jié)流閥，和緩沖密封圈，組成氣缸的緩沖裝置，當(dāng)活塞運動接近行程末端，緩沖柱塞進入緩沖柱塞孔，主排氣通道被堵死，排氣腔內(nèi)的剩余氣體只能通過緩沖節(jié)流閥排出。排氣腔內(nèi)氣體壓力升高，使活塞運動速度漸減，達到緩沖的目的。調(diào)節(jié)緩沖節(jié)流閥開度，可控制活塞的緩沖程度，這種設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。本設(shè)置緩沖

27、裝置的氣缸稱為無緩沖氣缸。1.活塞壓縮空氣作用在活塞面上產(chǎn)生推力做功，并在缸筒內(nèi)滑動。活塞材料應(yīng)具有足夠的強度和良好的滑動性能，特別是耐磨性和不發(fā)生“咬缸”現(xiàn)象?；钊膶挾群兔芊馊Φ臄?shù)量，導(dǎo)向環(huán)的形式等因素有關(guān)，從使用上講，活塞的滑動面小容易引起早期磨損，一般活塞的寬度為缸經(jīng)的20%25%。2.活塞桿活塞桿是用來傳遞力的零件，要求能承受拉伸、壓縮、振動等負(fù)載，表面耐磨，不發(fā)生銹蝕(xi sh)，一般選用碳鋼、精軋不銹鋼等材料。鋼材表面需要鍍鉻及調(diào)質(zhì)處理。氣缸(q n)使用時必須注意活塞桿的強度問題。(1)由于活塞桿頭部螺紋連接處受慣性負(fù)載的沖擊(chngj)而遭受破壞。(2)承受推力負(fù)載時，應(yīng)

28、注意細(xì)長桿的壓桿穩(wěn)定性問題。(3)氣缸水平安裝時，活塞桿伸出因自重引起的活塞桿頭部下垂的問題。3.導(dǎo)向套導(dǎo)向套的作用是用活塞桿往復(fù)運動時導(dǎo)向，應(yīng)具有良好的滑動性能，能承受由于活塞桿的受負(fù)載時引起的彎曲、振動及沖擊。常用聚四氟乙烯復(fù)合材料和其他復(fù)合樹脂材料，及銅顆粒燒結(jié)的含油軸承材料。導(dǎo)向套內(nèi)經(jīng)尺寸容許公差取H8，表面粗糙度Ra0.4um。4.密封(1)缸蓋和缸筒的連接的密封 一般采用O型密封圈安裝在缸蓋和缸筒配合的溝槽內(nèi)，有時也采用橡膠等平墊圈安放在連接止口上，構(gòu)成平面密封。(2)活塞的密封 活塞有兩處地方需要密封，一處是活塞與缸筒之間的動密封，除了用O型密封圈和唇形密封圈外，也有W型密封。它

29、是把活塞與橡膠硫化成一體的密封結(jié)構(gòu)，W型密封是雙向密封，軸向尺寸小。另一處是活塞與活塞桿連接處的靜密封，一般用O型密封圈。(3)活塞桿的密封 在缸蓋的溝槽里放置里放置唇形的密封圈和防塵密封圈，或防塵組合密封圈，保證活塞桿往復(fù)運動時的密封和防塵。(4)緩沖柱塞的密封 有兩種方法：一種是在緩沖柱塞的溝槽里安放孔用唇形密封圈，另一種是在缸蓋上壓入氣缸緩沖專用密封圈。它是在圓形缸蓋上硫化了一個唇形密封圈構(gòu)成。這種緩沖專用密封圈的緩沖性能比前者好。近年出現(xiàn)的浮動緩沖密封結(jié)構(gòu)，它是在缸蓋上浮置了一個唇形密封圈。當(dāng)緩沖柱塞進入緩沖后，浮置的唇形密封圈能隨緩沖柱塞移動一小段距離。采用這種浮動密封結(jié)構(gòu)，能降低對

30、氣缸零件加工和安裝的同心度要求，保證緩沖的密封要求。3.1.2氣缸的計算設(shè)計給定：軸向負(fù)載力為 F=500Kgf,壓力 P=46Kgf/cm2根據(jù)平板壓力機設(shè)計要求取氣缸平均速度為 200mm/s,壓力 P=5Kgf/cm2。根據(jù)(gnj)平均速度由表1-1可選 a=0.5表 3-1 氣缸的運動狀態(tài)(zhungti)與負(fù)載率負(fù)載運動狀態(tài)載荷（如夾緊、低速壓鉚）慣性負(fù)載的運動速度500 mm/s負(fù)載率a=0.80.650.50.3則軸向理論(lln)負(fù)載力： F0=F/a=（5009.8）/0.5=9800N (3-1)確定缸經(jīng)的工作壓力：P=5Kgf/cm2=598000= 0.49MPa (

31、3-2)由單桿雙作用氣缸理論推力計算公式公式 F0=4D2p 得： D=4F0/p =498000.49 = 159.58mm (3-3) 則計算出的氣缸直徑為 159.58mm表3-2 氣缸缸徑尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160180200（220）250320400500630根據(jù)表1-2可以選取國家標(biāo)準(zhǔn)系列氣缸缸經(jīng) D=160mm。氣缸活塞行程根據(jù)設(shè)計要求在國標(biāo)系列中選擇 L=400mm。根據(jù)上述數(shù)據(jù)和設(shè)計要求氣缸選擇SMC的 CS1 系列的氣缸3.2單向節(jié)流閥的選用3.2.1耗氣量的計算耗氣量即為氣缸往復(fù)一個行程的情況下，氣

32、缸以及缸與換向閥之間的配管內(nèi)所消耗的空氣量（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下）。最大耗氣率是氣缸活塞以最大速度運動時，單位時間內(nèi)所消耗的空氣量（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下），耗氣量是選擇流量閥的依據(jù)，故需要計算氣缸的最大耗氣量。 最大耗氣量可表示為： qr=0.0462Dum（p+0.102） (3-4)qr 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣缸最大耗氣量，L/min （ANR）；D 氣缸的缸徑，cm ；um 氣缸的最大速度，mm/s ；p 使用壓力，MPa；氣缸的最大速度一般取平均速度的1.21.4倍，根據(jù)設(shè)計要求取1.3倍。則，氣缸的最大速度：um=1.3u=1.3200=260 mm/s氣缸最大耗氣量：qr=0.046216260（

33、0.49+0.102）= 1820.44L/min根據(jù)(gnj)國標(biāo)進行圓整，取qr =2300 L/min。3.2.2單向(dn xin)節(jié)流閥的選擇該單向節(jié)流閥的作用是通過調(diào)節(jié)流量來對氣缸活塞桿的伸出速度進行無級調(diào)節(jié)，它應(yīng)該具有足夠的調(diào)速范圍，保證(bozhng)穩(wěn)定的最小流量，溫度和壓力變化對流量影響小，調(diào)節(jié)方便，泄露小等特點。在氣壓傳動系統(tǒng)中，有時需要控制氣缸的運動速度，有時需要控制換向閥的切換時間和氣動信號的傳遞速度，都需要調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實現(xiàn)。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實現(xiàn)流量控制的元件。節(jié)流閥是依靠改變閥的流通面積來調(diào)節(jié)流量的。一般要求節(jié)流閥流量的調(diào)節(jié)范圍比較寬，

34、能進行微小調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，閥芯開度與通過的流量成正比，一般有平板閥、針閥和球閥等幾種類型。單向節(jié)流閥有單向閥和節(jié)流閥組合而成的起流量調(diào)節(jié)作用的單向閥。氣流沿一個方向流動時，單向閥關(guān)閉，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流；反向流動時，單向閥打開，不經(jīng)節(jié)流閥。常用來做控制氣缸的運動速度。根據(jù)設(shè)計要求，對氣缸活塞桿的伸出速度進行無級調(diào)節(jié)，且使氣缸盡可能快速地迅速返回。則采用排氣節(jié)流方式的單向節(jié)流閥。表3-3公稱通（mm）346810152025接管螺紋M50.8M50.8M101M141.5M181.5M221.5M272M332Kv、C值（m3/h）0.150.30.51.02.03.05.69.6標(biāo)準(zhǔn)額定流

35、量Q(L/min)170340570115023003400630010900在額定流量下的壓降（KPa）2020201515151212有效截面積S值（mm2）34510204060110根據(jù)表2-3耗氣量2300L/min選擇公稱通徑為10mm的排氣節(jié)流型單向節(jié)流閥。選擇的AS系列的單項節(jié)流閥。3.3換向閥的選用電磁閥是氣動控制元件中最主要的元件，是利用電磁線圈通電時，靜鐵芯產(chǎn)生的電磁吸力使閥切換以改變氣流方向的閥，全稱為電磁控制方向閥，簡稱電磁閥。其電氣結(jié)構(gòu)包括電磁鐵、接線座及保護電路。這種閥易于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，因此得到了廣泛的應(yīng)用。按其操縱方法，有直動式和先導(dǎo)式兩

36、類，按結(jié)構(gòu)，有滑柱式、截止式和同軸截止式三類。按密封形式，有間隙密封和彈性密封兩類。按所用電源，有直流和交流兩類。按所使用的環(huán)境，有普通型和防爆型等。按潤滑條件，有不給油潤滑和油霧潤滑等。要控制(kngzh)氣缸完成慢進快退的功能要求，故需選擇五位二通先導(dǎo)(xindo)電磁換向閥，當(dāng)電磁線圈通電時，閥動作換向，活塞桿工作(gngzu)，斷電時，閥桿在彈簧力的作用下復(fù)位，活塞桿快速復(fù)位。這種單電控制閥在電控信號消失后，復(fù)位方式有彈簧復(fù)位、氣壓復(fù)位及彈簧加氣壓的混合復(fù)位。本電磁閥采用彈簧復(fù)位。因為彈簧復(fù)位工作可靠，但在工作氣壓較低或波動時，其復(fù)位力小，閥芯動作不穩(wěn)定。 為彌補其不足，可以另加一個彈

37、簧，形成復(fù)合復(fù)位形式，同時可以適當(dāng)減小復(fù)位活塞直徑。圖3-1 五位二通先導(dǎo)電磁換向閥工作原理圖3.4消聲器的選用在氣壓傳動系統(tǒng)之中，氣缸、氣閥等元件工作時，排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強弱隨排氣的速度、排量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達100120dB，為了降低噪聲可以在排氣口裝消聲器。消聲器就是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣速度和功率，從而降低噪聲的。氣動元件使用的消聲器一般由三種類型：吸收型消聲器、膨脹干涉型消聲器和膨脹干涉吸收型消聲器。根據(jù)(gnj)設(shè)計要求,消聲器選用(xunyng)吸收(xshu)型消聲器吸收型消聲器（

38、如圖3-2所示）結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的消除中、高頻噪聲的性能。消聲效果大于20dB 。在氣壓傳動系統(tǒng)中，排氣噪聲主要是中、高頻噪聲，尤其是高頻噪聲，所以采用這種消聲器是合適的。吸收性消聲器主要依靠吸音材料消聲。消音罩2為多孔的吸音材料。一般用聚苯乙烯或銅珠燒結(jié)而成。當(dāng)消聲器的通徑小于20mm時，多用聚苯乙烯作消音材料制成消聲罩，當(dāng)消聲器的通徑大于20mm時，消音罩多用銅珠燒結(jié)，以增加強度。其消聲原理是：當(dāng)有壓氣體通過消聲罩時，氣流受到阻力、聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化成熱能，從而降低了噪聲強度。3.5快速排氣閥的選用當(dāng)進口壓力下降到一定值時，出口有壓氣體自動從排氣口迅速排氣的閥，稱為快速排氣閥。快速排

39、氣閥用于使情動元件和裝置迅速排氣的場合。把它裝在啟剛和換向閥之間，氣缸不在通過換向閥排氣，直接從快速排氣閥，可大大提高氣缸的運動速度。根據(jù)設(shè)計要求，快速排氣閥選用SMC的AQ系列的快速排氣閥3.6空氣壓縮裝置的選用3.6.1選擇要求 （1）要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。（2）要求壓縮空氣具有一定的清潔度和干燥度。清潔度是指氣源中含有量，含灰塵雜的質(zhì)量及顆粒大小都要控制在很低范圍內(nèi)。干燥度是指壓縮空氣中含水量的多少，啟動裝置要求要鎖空氣的含水量越低越好。混在壓縮空氣中的油蒸汽可能聚集在儲氣罐，管道，氣動系統(tǒng)的容器中，又引起爆炸的危險或影響設(shè)備的壽命。（3）壓縮空氣中含有的飽和水分，在一

40、定的條件下會凝結(jié)成水，并聚集在個別管道中。在寒冷的冬季，凝結(jié)的水會使管道及附近結(jié)冰而損壞，影響氣動(q dn)裝置的正常工作。（4）壓縮空氣中的灰塵等雜志，對氣動系統(tǒng)中作往復(fù)運動或轉(zhuǎn)動的氣動元件(yunjin)的運動副會產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣而降低效率，影響它的使用壽命。 因此氣源裝置必須設(shè)置一些除油，除水，除雜，并使壓縮空氣干燥(gnzo)，提高壓縮空氣質(zhì)量，進行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。3.6.2空氣壓縮裝置的選擇(1)空壓機的輸出壓力pc pc=p+p (3-5) 式中 pc 空壓機輸出壓力，MPa p 氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，MPa P氣動系統(tǒng)的總壓力損失，MPa，一般情況下

41、，P=0.15-0.2 遂取 P=0.18MPa，P=0.49MPa，Pc=0.67MPa(2)空壓機的輸入流量qc設(shè)氣罐 qb=qmax式中qb 向氣動系統(tǒng)提供的流量，m3/min（ANR） qmax 氣動系統(tǒng)的最大耗氣量，m3/min（ANR）空壓機的吸入流量 qc=kqb (3-6) 式中qc 空壓機輸入流量，m3/min（ANR） k修正系數(shù)，一般k=1.5-2.0取k=1.6qmax =2300L/min= 2.3m3/min，qb= qmax =2300L/min= 2.3m3/min qc =kqb =1.62.3 m3/min=3.68 m3/min （3）空壓機的功率P p=

42、(n+1)kk-1p1qc0.06pcp1k-1n+1k-1 (3-7)式中 p空壓機的功率，kwP1吸入空氣的絕對壓力，MPaPc輸出空氣的絕對壓力，MPaqc空壓機的輸入流量，m3/min（ANR）k等熵指數(shù)，對空氣k=1.4n中間(zhngjin)冷卻器個數(shù)代入數(shù)值(shz)，經(jīng)計算得：p=12.55 kw表3-4 各種空壓機特性(txng)比較空壓機類型活塞式螺桿式透平式成本低。0.2-500KW高。0.75-370KW。75KW以上與活塞式的價格差變小高。750KW以下無優(yōu)勢脈動大小小振動大小較小噪聲大小小空氣中的污染物塵埃、水分、油霧、炭末塵埃、水分、油霧，塵埃、水分排氣方式斷續(xù)排

43、氣，需設(shè)氣管連續(xù)排氣，不需設(shè)氣管連續(xù)排氣，不需設(shè)氣管綜合評價活塞式空壓機設(shè)置場所受限制，空壓機房需要防震，防噪聲。為防止壓力脈動，需設(shè)氣罐?；钊酱嬖谔磕┑?，要求空氣清潔度高的場合，還需對壓縮空氣做特別處理，故總體而言，比螺桿式費用可能高。根據(jù)(gnj)設(shè)計要求及表3-4選用(xunyng) 螺桿式空壓機。3.7繼電器的選用繼電器是一種電控制 HYPERLINK /view/481400.htm t _blank 器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動關(guān)系，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。所選擇的繼電器要滿足電路圖中所加的24V直流電壓的要求。體積不宜過大，得帶有4 個轉(zhuǎn)換觸點。要有較快的動作時間和釋放時間以減少實驗誤差。根據(jù)設(shè)計要求選擇正泰的JQX-13F小型大功率電磁繼電器，其規(guī)格參數(shù)如下：表3-5 規(guī)格參數(shù)額定電壓V動作電壓V（）釋放電壓（）線圈電阻10%2418.02.4640其他(qt)相關(guān)參數(shù)為：表3-6 其他相關(guān)(xinggun)參數(shù)動作時間25ms釋放時間25ms最大開關(guān)電壓250VAC/125VDC最大開關(guān)電流10A最大切換功率2200VA 280W電氣壽命（次）1*105機械壽命（次）1*107總結(jié)(zngji)通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實(zh shi)的掌握了機電一體化方面的