气缸的设计计算

4.1 纵向气缸的设计计算与校核

由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位140N，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到机械爪的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率β：

由《液压与气压传动技术》表11-1 ：

运动速度v=30mm/s，取β =0.7 ，所以实际液压缸的负载大小为：F=F0/

β=200N

4.1.1 气缸内径的确定

D=1.27 =1.27 =66.26mm

F—气缸的输出拉力N；

P —气缸的工作压力P a

按照GB/T2348-1993 标准进行圆整，取D=20 mm

气缸缸径尺寸系列

4.1.2 活塞杆直径的确定

由d=0.3D 估取活塞杆直径d=8mm

4.1.3 缸筒长度的确定

缸筒长度S=L+B+30

L 为活塞行程；B 为活塞厚度

活塞厚度B=（0.6 1.0）D= 0.7 20=14mm

由于气缸的行程L=50mm ,所以S=L+B+30=886 mm

导向套滑动面长度A:

一般导向套滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=（0.6 1.0）D ；在D>80mm 时, 可取A=（0.6 1.0）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：代入数据即最小导向长度H + =80 mm

活塞杆的长度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961 mm

4.1.4 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；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 MPa

n 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p≤16 MPa 时，P=1.5p；当工作压力p>16 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 mm

4.1.5 气缸耗气量的计算

Q ==

=1.85/s

4.1.6 气缸进排气口直径d0

) 选取v = 12 m/s v—空气流经进排气口的速度，可取v=10 15

由公式d 0 = 2

代入数据得 d 0 = 14.014 mm

V -- 空气流经进排气口的速度，可取v=10 25 ）

4.1.7 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《机械设计手册单行本》

由《液压气动技术手册》

稳定性校核：

由公式F P0 ≤

式中F P0—活塞杆承受的最大轴向压力（N）；

F P0=1633N

F K —纵向弯曲极限力（N）；

n K —稳定性安全系数，一般取 1.5 4。综合考虑选取2

K—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

由于细长杆比≥85 即F K =

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 = 1/4

E—材料弹性模量，钢材E = 2.1 1011 P a ；

J—活塞杆横截面惯性矩（m4）；

d—活塞杆的直径（m）；

L—气缸的安装长度为活塞杆的长度为961mm

代入数据得F K =2.685 N

因为= 1.34 F P0 所以活塞杆的稳定性满足条件；

强度校核：

由公式d ≥

，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，=600 MPa ，= = 120 MP a

则= 4.16 mm < 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。