气动平衡葫芦解决方案

气动葫芦外钢筒内孔加工精度控制方法

所采用的方法有以下三种方法：

第一种方法：采用冷拔钢管作为筒体材料，先进行焊接吊耳及表面开孔等工序。最后,进行内孔的加工。加工的方法是采用内孔先车后内圆磨、内孔镗孔后内圆磨或绗磨。其中，内孔表面的加工精度要求为: 直线度不大于0.03mm/160mm,圆柱度不大于0.02mm。国内常用具体几种加工方法及精度如下（仅供参考）:

根据以上条件已经调查到佛山有一家加工厂可以加工本件，材料选用无缝钢管180x145的毛坯料，选用先焊接吊耳和开表面的方孔后。最后对内孔进行先车后内圆磨到位。总共一套包工包料加工费900多元。

第二种方法：钢筒筒体及吊耳等部件直接铸造成型，采用铸钢件。铸钢件内表面不能有气孔、裂纹等缺陷。然后，采用上述加工内孔表面的方法进行加工。因为对外表面的要求不高，因而一般的铸造件均可满足要求。而采用铸造方面，可以避免由于切口及焊接过程产生的热量及应力对材料的变形的影响，从而可以满足内孔的表面精度。

第三种方法是直接购买已经成型后的冷拔管，即为直径φ170x5mm的冷拔管，即内孔尺寸即为φ160mm。此冷拔管的内孔表面粗糙度和直线度均能达到所需要求。后续加工只需在管料表面上开孔并焊接上吊耳即可。此方法对筒体内部的内胆部分要重新进行设计，即内胆外圆尺寸加大，以满足内胆装入筒体内。

气动葫芦活塞杆密封件与活塞密封件选择根据此气动平衡葫芦的运动情况，由于活塞在缸体内进行反复运动，活塞杆及活塞的密封形式采用格莱圈。活塞杆密封采用斯特封格莱圈，活塞密封采用格莱圈密封。

格莱圈由一个填充聚四氟乙烯（PTFE）方形滑环和一个橡胶O形圈组合而成，O形圈提供足够的密封预紧力，并对PTFE滑环的磨耗起补偿作用。四氟乙烯滑环摩擦系数小，动静摩擦系数相近。具有双向密封效果。格来圈为双作用活塞密封。摩擦力低,无爬行,启动力小,耐高压。

活塞杆密封选用斯特封格莱圈，对应的选择图为

图中即为活塞杆所用的斯特封格莱圈，型号为MSI-0450，对应的O型圈线径为5.33mm。

对应的活塞杆所选格莱圈型号对应参数如下

活塞密封选择的格莱圈，对应的选择图如下：

图中即为活塞所用的密封件，为孔用格莱圈。对应的型号为GS55044-1600。对应的型号参数图如下：

气动平衡葫芦滚珠丝杆负载力校核计算

该气动葫芦缸径160mm ，滚珠丝杠类型为公称直径40mm ，导程为10mm 。 由滚珠丝杠负载转矩公式：

001

22B

B L F P F P T i μπηπ⎛⎫⋅=+

⎪⎝

⎭

L T ：滚珠丝杠驱动下负载转矩

F ：轴方向负载

B P ：滚珠丝杠导程，此丝杠导程为10mm η：机械效率（0.85~0.95），本次计算取0.9

0μ:预压滚珠丝杠螺母的内部摩擦系数（0.1~0.3）

，本次计算取0.1

F ：预负载，一般情况下为（≈13F ）

i ：减速比（机构的减速比），本次计算中为1

本次计算中F 即为气动葫芦气动活塞时产生的推力，由公式

222

:0.7a =80-22.5=18515mm 80mm 225mm =Ps=070.818515=10363N 0.7MPa 07a 80%F Ps

P MP S π=⨯⨯空气压力，一般为：为活塞面积与活塞杆面积之差S （）为活塞的半径，.为活塞杆半径最后由F .，

由于在气动推力时实际的大气压会有损耗，本次计算是按实际空气.MP 的大气压的计算。

将计算后的气动推力F 代入上式，即

001

22103630.10.01103630.0113 =20.921 =18.33+0.55=18.88N m B

B L F P F P T i

μπηπππ⎛⎫⋅=+

⎪⎝

⎭⎛⎫⨯⨯ ⎪⨯+ ⎪

⨯ ⎪⎝⎭⋅

得出滚珠丝杠驱动下的负载转矩为18.88N m ⋅

由以下公式

2)[]

2A L A F mg D

T i F mg D Nm i ππμ+=

⨯(μ+ =

μ:滑动面的摩擦系数，由于本葫芦吊起重物为悬空，物体并没与外界接触，所以摩擦力方面忽略不计

即简化后公式为

2[]

2L mg D T i mgD Nm i ππ=

⨯ =

D ：为终端滑轮半径，本次计算中为葫芦绞盘半径，即为60mm 由上式L T =18.88N m ⋅，代入上式，即

18.882mg 18.882mg=0.06

m=64.2g D K ππ⨯=⨯⨯⨯

计算得出

由此得出结论：本气动葫芦在气压为0.7MPa 的气动推力作用下，额定可

以吊起的重物为64.2Kg 。

由该气动平衡葫芦的样本参数规定在常大气压作用下该气动葫芦可以吊

起重物最大重量为68Kg ，此校核验证计算符合实际要求，故合理。

离心盘校核计算

离心盘的作用是：当载荷突然消失或者气源出现问题时，防止重物快速下坠或者缆索快速上升而设置的。本例中的气动平衡吊离心盘仅在气压实然消失时才起作用。

它的工作原理是,当气源出现问题时，重物快速往下坠，绞线盘旋转，进而带动离心盘旋转，当弹簧及圆柱销共同提供的合力不足以提供圆盘凸轮机构快速旋转所需的向心力时，就产生离心现象。当凸轮机构被甩出去以后，带动凸轮旋转，进而锁止。

具体计算过程：

离心盘使重物在6英尺范围内停止漂移。即当重物自由下落152.4mm 时，此时绞线盘的速度达到临界速度，凸轮起作用，锁止。此时绞线盘的速度为： s

m gh v /73.12==

所以，离心盘的转速为:

1/R v w =

进而可得凸轮部件质心所在位置处的线速度为：

12'R R v v ⨯

=

其中：R1为绞线盘的中径。。R2为凸轮质心到回转中心的距离

凸轮部件受力分析如下图所示。先选取当凸轮刚好要与钢套接触时的临界状态进行分析。

凸轮部件受两个力的作用，即弹簧和圆柱销均对 其有力的用其中，弹簧的作用力沿着弹簧的方向 而圆柱销的作用力沿着销轴轴心与凸轮部件质心 的连线上。在这两个力的合力的作用下，共同维 持凸轮围绕圆心做回转运动的趋势，即向心力。 当向心力不足以维持时，即产生离心现象。由分 析可知，回转中心即为圆盘的中心。 由条件可知：

2211cos cos θθF F = 2

2112

'sin sin θθF F r v m -=

其中：m 为凸轮部件的质量。L 的两个值分别为弹簧的原长及最大伸长量。当原长确定以后，就可以确定弹簧的刚度数。代入数据可得最大工作载荷（静载）为： N F 24.62=