汽缸的设计计算

气压传动两维运动机械手设计

1.前言

气动技术是实现工业自动化的重要手段。气压传动的介质来自于空气，环境污染小，工程容易实现，所以其言传动四一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术。气动技术在机械、化工、电子、电气、纺织、食品、包装、印刷、轻工、汽车等各个制造行业，尤其在各种自动化生产装备和生产线中得到了广泛的应用，极大地提高了制造业的生产效率和产品质量。气动系统的应用，引起了世界各国产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度最快的行业之一。

可编程控制技器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，他具有机构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点，近年来在工业生产过程的自动控制中得到了越来越广泛的应用。

2.设计任务

2.1设计任务介绍及意义

通过课程设计培养学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的意义在于：

1．培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统（产品）的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

2．培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。

3．培养学生掌握机电产品设计的一般程序方法，进行工程师基本素质的训练。

4．树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

2.2设计任务明细

1．该机械手的功能：将货物自动放到坐标位置（300，300）处，并延时1分钟等待卸货，然后返回原点位置，延时1分钟等待装货。

2．任务要求：

执行元件：气动气缸；

运动方式：直角坐标；

控制方式：PLC控制；

控制要求：位置控制；

主要设计参数参数：

气缸工作行程——800 mm；

运动负载质量——100 kg；

移动速度控制——3m/min。

3．具体步骤如下：

（1）先根据参考资料，确定合适的设计方案。

（2）通过计算、分析设计执行元件的参数：气缸的内径、壁厚，活塞杆的直径，耗气量的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路设计，底座的设计.

（3）根据动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，完成机械系统的主要部件图。

（4）应用启动原理图，设计控制电路，编写控制程序，绘制电气控制电路原理图。

3.总体方案设计

方案一：

1.机身

2.水平臂

3.竖直臂

4.夹紧手

图1.气动机械手示意图

方案二：

1.垂直臂

2.水平臂

3.夹紧手

4.机座

5.导轨

图2.气动机械手示意图

参阅各种气压设计书籍和论文，对照设计任务要求，并通过对以前学习过的课程进行综合考虑，设计出的气动机械手的示意图如图1所示。机械手采用气压传动，选用品质精良的气动元件组合而成，为直角坐标式机械手结构，实现2个自由度，由机身、水平臂、竖直臂、夹紧手组成，可以完成水平臂的伸缩、竖直臂的升降以及抓取等动作，可以方便的通过节流

阀调节合适的执行元件的速度，完成物件平面内点对点的移动。机械臂用2个气缸控制，即横向移动气缸和纵向移动气缸，其控制系统采用目前控制领域应用比较普遍、性能优越的PLC，根据需要选用西门子公司的S7-200型PLC作为控制系统的核心。

由于该系统要求该气动机械手的动作逻辑顺序为：升降气缸1下降——抓取工件——升降气缸1上升——气缸2左移——气缸1下降——卸载工件，完成一次物料的搬运。

在设计计算时发现，如用方案一，则横向气缸活塞杆会承受很大的弯矩，影响装置的使用寿命，而且浪费原材料，不经济。故采用方案二，其中导轨分担了纵向活塞的重力，故在设计时可视作横向气缸只受轴向力，不受径向力。

4.机械传动系统设计

本方案的机械设计中重在气缸的设计，气缸1的作用是实现物料的横向移动，气缸2的作用是实现物料纵向的提升及物品的释放。对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到动作灵活、运动速度高、节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度

气缸的设计流程图如图3所示

图3 气缸设计流程图

气缸按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力完成。由于单作用液压缸仅向单向运动，有外力使活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方向运动但两个方向的输出力不同，所以该方案采用双作用单活塞缸。

D=1.27=1.27 =66.26mm

P —气缸的工作压力P a

按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=80 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=25 mm

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

80=56mm

由于气缸的行程L=800mm ,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 。

d=25 mm

S=886 mm

A=25mm