气缸的设计计算.doc

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

D=1.27= =66.26mm
F—气缸的输出拉力 N；
P —气缸的工作压力Pa
按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=20 mm
气缸缸径尺寸系列
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630

由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=8mm

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=(0.61.0)D= 0.720=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=(0.61.0)D；在D>80mm时, 可取A=(0.61.0)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：H
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

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

Q = = =
=1.85/s

v—空气流经进排气口的速度，可取v=1015） 选取v = 12 m/s
由公式 d0 = 2
代入数据得 d0 = 14.014 mm

所以取气缸排气口直径为15 mm
Q— —工作压力下输入气缸的空气流量（）
V----空气流经进排气口的速度，可取v=1025）

由于所选活塞杆的长度L10d，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 FP0 ≤
式中 FP0— 活塞杆承受的最大轴向压力（N）；
FP0=1633N
FK — 纵向弯曲极限力（N）；
nK — 稳定性安全系数，一般取1.54。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 FK =
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 Pa ；
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 FK =2.685 N
因为 = 1.34 FP0 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 MPa
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。
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