【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 選擇 氣泵是氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓能輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。 氣壓傳動(dòng)的壓力一般都在 ~ MP 范圍內(nèi)， 因?yàn)?CQ2 系列的氣缸最高使用壓力為 并且此次設(shè)計(jì)中所需要的使用的壓力為 ，所以此次選用的氣泵輸出的最高壓力必須大于 ，并小于 ，這樣 既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能保證即使壓力達(dá)到最大時(shí)也不會(huì)對(duì)氣缸造成損害。 氣缸的 選擇 氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一。除幾種特殊氣缸外，普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。 氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)中使用最多的一種執(zhí)行元件，根據(jù)使用條件不同 ， 其結(jié)構(gòu)、形狀也有多種形式， 氣缸也有不同的分類方式。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，重點(diǎn)討論以一下兩種分類： (1)按壓縮空氣對(duì)活塞端面作用力的方向分 1)單作用氣缸 單作用氣缸只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是氣壓傳動(dòng) ， 活塞的復(fù)位靠彈 簧力或自重和其他外力。 2)雙作用氣缸 雙作用氣缸的往返運(yùn)動(dòng)全靠壓縮空氣來(lái)完成。 (2)按氣缸的功能分 1)普通氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無(wú)特殊的場(chǎng)合。 2)緩沖氣缸 氣缸一端或兩端帶有緩沖裝置，以防止和減少活塞運(yùn)動(dòng)到端點(diǎn)時(shí)對(duì)氣缸缸蓋的沖擊。 3)氣 —液阻尼缸 氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使其速度相對(duì)穩(wěn)定。 4)擺動(dòng)氣缸 用于要求氣缸葉片軸在一定角度內(nèi)繞軸線回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，如夾具轉(zhuǎn)為、閥門的啟閉等。 5)沖擊氣缸 是一種以活塞桿高速運(yùn)動(dòng)形成沖擊力的高速缸， 可以用于沖壓、切斷等。 6)進(jìn)步氣缸 是一種根據(jù)不同的控制信號(hào)，使活塞桿伸出不同的相應(yīng)位置的氣缸 [3] 。 本次設(shè)計(jì) 中需要使用氣缸活塞的往返運(yùn)動(dòng)來(lái) 控制門的自動(dòng)開(kāi)閉，由于氣壓傳動(dòng)受負(fù)載的影響較大，為了實(shí)現(xiàn)門的平穩(wěn)開(kāi)啟，所選用的氣缸需要 帶有 緩沖裝置 。所以此次設(shè)計(jì)選擇雙作用緩沖氣缸。 在此次設(shè)計(jì)中，由于自動(dòng)門分為左右兩扇相同的玻璃門，因此需要選用兩個(gè)相同的氣缸。自動(dòng)門的材質(zhì)為玻璃，門的高為 m2 ；寬為 m1 ；厚為 ；每扇 8 門的重量為 kg17 。門與固定支座之間的摩擦因數(shù)為 ?? 。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪的齒數(shù)為 40?Z ，模數(shù)為 3?m 。根據(jù)以上的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 氣缸主要尺寸的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)氣缸氣缸時(shí)，只有保證氣缸的下邊幾個(gè)主要尺寸，才能實(shí)現(xiàn)氣缸的功能。 (1)氣缸的直徑 D 氣缸的直徑也就是氣缸的內(nèi)徑，可根據(jù)外負(fù)載 F 的大小來(lái)確定，當(dāng)氣源提供氣壓為 p 時(shí)，氣缸的內(nèi)徑 D 為 pFD ?4? （ 4— 1） 所求的 D 值，一般要提高 %20 再圓整到系列標(biāo)準(zhǔn)值。氣缸的內(nèi)徑系列 如 表 2 所示 。 表 2 氣缸的 內(nèi)徑系列 氣缸直徑 mm/D 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 活塞桿直徑mm/d 12 14 16 18 20 25 32 40 50 63 70 80 90 100 在此設(shè)計(jì)中氣缸的活塞與齒條聯(lián)接，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自動(dòng)門實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉。 齒輪的齒數(shù)為 40?Z ；模 數(shù)為 3?m ；則由此可以計(jì)算出分度圓的直徑為mm120??? zmd ；又易知齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) ?90 便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的完全開(kāi)閉 ， 自動(dòng)門與固定支座間的摩擦力為 ： Nmgf ????? ? 令齒輪的傳動(dòng)力為 F ，則根據(jù)理論力學(xué)中有關(guān)力矩的知識(shí)可得出 50060 ??? fF 從而求得 NF 708? ；那么氣缸的推動(dòng)力至少應(yīng)為 N708 ，考慮到氣缸運(yùn)功過(guò)程中的誤差的存在，取 NF 750? ； 取氣源的供氣壓力為 MPap ? ；根據(jù)公式（ 4— 1）可知?dú)飧椎闹睆綉?yīng)滿足 7504 ????D；所求的 D 值，一般要提高 %20 再圓整到系列標(biāo)準(zhǔn)值。即 %)201( ????D ；經(jīng)圓整查表 2 可得氣缸的直徑為mm50?D ；活塞桿直徑 mm16?d ； (2)活塞的行程 L 9 活塞的行程 L 一般根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定，通常 L 的值取 D）（ 5~ 。 (3)氣缸進(jìn)、排氣口直徑 。d 的大小，直接決定了氣缸進(jìn)氣速度，亦決定了活塞的運(yùn)動(dòng)速度。設(shè)計(jì)中，應(yīng)予以充分的 重視，直徑 。d 的確定可根據(jù)空氣流經(jīng)排氣口的速度 ][v 來(lái)計(jì)算，一般取 smv /25~10][ ? ，因而 。d 為 ][4vqd ??。 （ 4— 2） 式中， q 為工作壓力下輸入氣缸的空氣量。 一般情況下進(jìn)氣口直徑 。d 根據(jù)氣缸的內(nèi)徑 D 的大小來(lái)選取。如表 3 所示 。 表 3 排氣口直徑與氣缸內(nèi)徑的關(guān)系 氣缸內(nèi)徑 mm/D 進(jìn)排氣口直徑 mm/d 40 50， 63 80,100,125 140,160,180 8 10 15 20 因?yàn)楦椎闹睆綖?mm50?D ，所以查表 3 可得進(jìn)排氣口的直徑 mm10?d 。 氣缸的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)氣缸各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，主要要確定各部分的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸。 氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 氣缸筒的的主要作用是提供壓縮空氣的儲(chǔ)存與膨脹空間及對(duì)活塞實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，從而通過(guò)活塞將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氣缸筒均為圓筒形狀，要確定的主要尺寸為 ： (1)氣缸的直徑 D 已求出。 (2)氣缸筒的壁厚 ? 壁厚 ? 可利用 薄壁圓筒的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)確定 CpD?? ][2?? （ 4— 3） 式中 ： p —— 氣缸工作壓力 )(MPa ； D —— 氣缸內(nèi)徑 )mm( ； ? —— 氣缸材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； nb/][ ?? ? ， b? —— 缸體材料的抗拉強(qiáng)度 )(MPa ， n —— 安全系數(shù)，一般取 8~6 ； C —— 考慮到剛度、加工制造、腐蝕等要求所加的裕量。 氣缸的材料的許用拉應(yīng)力通常取下來(lái)數(shù)據(jù)； 鑄鐵 150HT 和 200HT ，10 MPa30][ ?? ； 235Q 鋼管， MPa60][ ?? ； 45 鋼管， MPa120][ ?? ； 鑄造鋁合金203ZL ， MPa30][ ?? 。 常用氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系如表 4 所示 。 表 4 氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系 材 料 氣缸直徑 mm/D 50 80 100 125 160 200 250 320 壁厚 mm/? 鑄鐵 150HT 7 8 10 10 12 14 16 16 45 鋼， Q235 5 7 8 8 9 9 11 12 鋁合金 ZL203 12~8 14~12 17~14 本次設(shè)計(jì)中材 料選用 23545 Q鋼， ；缸的直徑為 mm50?D ，查表 4 可得缸的壁厚為 mm5?? 。 氣缸的選擇 目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。本設(shè)計(jì)中所使用的氣缸選擇 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的氣缸系列 [5] 。 (1)氣缸系列的選擇 SMC 氣缸的部分系列如表 5 所示 。 表 5 SMC 氣缸的部分系列 氣缸系列 氣缸缸徑 mm 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 CJ2 系列 小型不銹鋼缸筒系 列 √ √ √ CM2 系列 輕型不銹鋼缸筒系列 √ √ √ √ CG1 系列 鋁制缸筒、輕型 √ √ √ √ √ √ √ √ CA2 系列 拉桿型中缸系列 √ √ √ √ √ MB 系列 √ √ √ √ √ √ C85 符合 CETOP 標(biāo)準(zhǔn)的氣缸 √ √ √ √ √ √ C95 √ √ √ √ √ √ CQ2 系列 薄壁 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ CQS 系列 緊湊，薄型 √ √ √ √ 11 因?yàn)樗x用的氣缸的直徑應(yīng)為 mm50 ；所以查表 5 中確定本設(shè)計(jì)選用 2CQ 系列的氣缸。 (2)氣缸安裝的形式選擇 不同氣缸有不同的安裝形式，而各系列亦有多種不同的安裝形式可供選擇，應(yīng)根據(jù)氣缸的不同用途來(lái)選擇安裝形式。安裝形式可分為：普通型、腳座型、法蘭型、耳環(huán)型、耳軸型。 本設(shè)計(jì)中氣缸選擇腳座型安裝形式。 (3)氣缸的緩沖方式選擇 本設(shè)計(jì)中需 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的平穩(wěn)開(kāi)閉，故選擇橡膠緩沖的形式。 氣缸的緩沖方式選擇如表 6 所示。 表 6 氣缸的緩沖方式 氣缸系列 緩沖形式 CJ2 CM2 CG1 CA2 MB C95 CQ2 CQS 無(wú)緩沖 √ √ 橡膠緩沖 √ √ √ √ √ 氣緩沖 √ √ √ √ √ √ 液壓緩沖 (4)活塞桿端配件的選擇 活塞桿端的接頭形式 如表 7 所示。 表 7 活塞的接頭形式 肘接頭 I 型單肘節(jié)頭 Y 型雙肘節(jié)頭 浮動(dòng)接頭 標(biāo)準(zhǔn)型 法蘭型 腳座型 浮動(dòng)接頭可避免工件與活塞軸向偏心的問(wèn)題，故選用浮動(dòng)接頭的法蘭型。 (5)CQ 氣缸的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，可確定本設(shè)計(jì)中選用的氣缸型號(hào)為 DCLCQ 125502 ? ，其中2CQ 表示氣缸的系列， L 表示氣缸的安裝方式為腳座式， 50 表示缸的直徑， 125表示氣缸的行程， D 表示氣缸的動(dòng)作方式為雙作用方式， C 表示緩沖方式為添加緩沖墊 。 12 其它氣動(dòng)元件的選擇 (1)控制元件的選擇 1)二位四通電磁換向閥的選擇 選用 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的 單電控二位四通電磁換向閥 ，其型號(hào)為：551121 MLVQD ?? ；為單體式直接配管型 ； 2)排氣 節(jié)流閥的選擇 節(jié)流閥依靠改變閥口的通流面積的大小或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)控制空氣流量的。 SMC(中國(guó) )公司生產(chǎn)的節(jié)流閥和氣缸是配套使用的，因此根據(jù)氣缸的型號(hào)便可以選出節(jié)流閥的型號(hào)。設(shè)計(jì)中選 用 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的 排氣 節(jié)流閥，其型號(hào)為： SSFAS 08022 3 0 1 ?? 。 (2)其他氣動(dòng)元件的選擇 其它氣動(dòng)元件也全部選擇 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的 系列產(chǎn)品。 消聲器選用消聲效果為 30 分貝的 8200 KMAN — 消聲器；氣動(dòng)三元件 FRL 單元空氣組合元件； 配管選用外徑為 8? 的配管；選用浮動(dòng)接頭的型號(hào)為 1501063 ??JB 。 5 可編程控制器（ PLC）的選擇 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò) 數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)。 PLC 的產(chǎn)生可追溯到上世紀(jì) 70 年代， 1969 年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（ DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在 GM 公司的生產(chǎn)線上。其后日本、原聯(lián)邦德國(guó)等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來(lái)。但這一時(shí)期它主要用于順序控制，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱 PLC（ programmable logic controller） 。 PLC 從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：從 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為取代傳統(tǒng)的繼電器 —接觸器控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)各種型號(hào)的 PLC。到 80 年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)的 (FMS)的發(fā)展，在提高單片機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)軟件的開(kāi)發(fā)，提高同通信能力。 90 年代以來(lái)，為適應(yīng)計(jì)算