气动增压器结构设计-毕业论文设计.doc

气动增压器结构设计学生姓名： 指导教师： 所在院系： 所学专业：研究方向：Design of Air Operated Pressure Intensifier气动增压器结构设计摘 要气动增压器是极低压力气体加压到高压力，驱使气体，达到作用效果。气动式往复液压泵是气动增压器种的一种，属于新型动力机，是在这30年种逐渐发展起来的，液压泵活塞和气缸活塞通过活塞杆直接刚性连接组成气动增压器的活塞组件。气动增压器与曲轴式发动机和液压泵的组合动力的区别是省去了液压泵中将旋转运动转换为泵活塞往复运动的旋转斜盘机构，以及曲轴式内燃机中将活塞的往复运动转换为旋转运动的曲柄连杆机构。所以气动增压器成本低、结构简单、重量轻、零件数目少、效率高及节能等优点。作为新兴发动机，目前世界上老式发动机已被往复式液压泵在实际应用中所取代。第一，运用热力学、数学方程、动量方程等对气动增压系统的输出压力、流量特性、执行机构的运动特性进行了数学描述,重点讨论了气动增压系统的输出压力、流量特性,为气动增压器的研制提供了理论基础。 第二,依据系统规范的要求和性能指标,基本结构参数、系统原理、实际情况和控制回路、进行设计与计算。 第三,方案评审即气动增压器设计方案,通过评审后对该气压增压器具体结构进行设计。本论文以气动增压器为设计对象，在多方面进行分析包括纯理论分析、方案的可行性分析与液压原理的建立分析，设计结构和校对等诸方面的工作原理进行全面的系统设计。首先，根据系统要求的性能指标，对系统的工作原理和控制回路进行了设计并对其可行性进行了分析，设计中需要的基本结构参数进行了初步的设计与计算。其次，课题的背景及发展概况要进行介绍，在设计过程中将要出现的难题及相应的解决方式进行了分析。最后，对该结构组件进行综合设计，液压缸组件设计、包括气缸组件设计、液压缸组件设计、气针单向阀设计和二位五通阀的设计。依据上述，对气动增压器进行结构设计及图纸绘制。关键词：气动增压；往复运动；气针单向阀；二位五通阀；结构设计ABSTRACTPneumatic supercharger is extremely low pressure gas pressure to high pressure, driven by gas, reach the effect. Pneumatic type reciprocating pump is a kind of pneumatic supercharger, belong to the new engine, is gradually in the 30 years of development, hydraulic pump piston and the cylinder piston by the piston rod of rigid connection of pneumatic supercharger piston component directly. Pneumatic supercharger and crankshaft engine and hydraulic pump combination of power saving is the difference between the hydraulic pump will be rotary motion into reciprocating motion of piston pump swash plate, and the crankshaft type internal combustion engine piston in reciprocating motion into rotary motion of the crank connecting rod mechanism. Pneumatic supercharger so low cost, simple structure, light weight, less number of parts, high efficiency and energy saving, etc. As a new engine, the old engine in the world today has been replaced by reciprocating pump in the practical application. First, by using thermodynamics, mathematics equation, momentum equation and the output pressure and flow rate characteristics of pneumatic supercharging system, the features of the movement of the actuator mathematical description, focuses on the output pressure and flow rate characteristics of pneumatic supercharging system, as the theoretical basis is provided for the development of pneumatic supercharger. Second, according to the system requirements specification and performance index, the basic structure parameters, the system principle, the actual situation and the control circuit, the design and calculation. Third, review the design of pneumatic supercharger, after review of the pneumatic supercharger concrete structure design. With pneumatic supercharger as design object, this paper analyzed in many aspects including pure theoretical analysis, project feasibility analysis and the establishment of the principle of hydraulic analysis, design structure and proofreading, and other aspects of the work principle of a comprehensive system design. First of all, according to the performance of the system requirements, the systems working principle and control circuit design and its feasibility is analyzed, the basic needs in the design of structural parameters, has carried on the preliminary design and calculation. Second, the topic introduces the background and development situation, will appear in the process of design problems and corresponding solutions are analyzed. Finally, the integrated design of the structure components, hydraulic cylinder component design, component design, design of hydraulic cylinder components including cylinder, gas needle valve design and two four-way valve design. On the basis of the above, pneumatic supercharger for structure design and drawing. Key words: pneumatic booster; Reciprocating motion. Gas needle valve; Two four-way valve; The structure design III目 录摘 要IABSTRACTII1.前言- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.2 增压技术的发展概况- 1 -1.2.1 国外发展状况- 1 -1.2.2 国内发展状况- 2 -1.3 气动增压系统的发展背景及意义- 2 -1.4 课题的提出及主要内容- 3 -1.4.1 课题研究的目标- 3 -1.4.2 课题的主要内容- 3 -2 .气动增压器结构原理及设计计算- 4 -2.1 气动增压器系统原理- 4 -2.1.1 系统的构成- 4 -2.1.2 工作过程的分析- 4 -2.2 系统的理论分析与计算- 7 -2.2.1 理论流量- 7 -2.2.2 基本设计- 8 -2.2.3 主要参数初定- 10 -3 .组件结构设计- 12 -3.1 引言- 12 -3.2 气缸内组件的结构选定与设计- 12 -3.2.1缸筒- 12 -3.2.2 活塞的固定- 12 -3.2.3 气口螺纹连接- 13 -3.3 液压缸各组件的结构与设计- 14 -3.3.1缸筒- 14 -3.3.2 活塞与活塞杆- 15 -3.3.3进油口孔排油口孔与油口螺纹连接- 15 -3.3.4密封的选择- 16 -3.4二位五通换向阀的结构设计- 16 -3.5蓄能器的结构选择- 17 -3.6 本章小结- 17 -4.结 论- 18 -致 谢- 20 -II1.前言1.1 课题背景目前，国内外对于低压气动技术研究与运用较多，但对于高压气动技术的研究则进展缓慢，之所以在这方面技术研究较少原因在于高压气动技术涉及到系统密封问题、系统的泄露问题、以及对材料有苛刻要求等问题。尽管高压气动技术存在上述很多问题，但是高压气动技术存在诸多优点，比如高压气动技术能够有效提高高压气动系统的动态性能，减轻了系统整体的质量，还能够节约系统安装空间以及减少生产成本等等，正因为它的这些优点，使得高压气动技术越来越受到国内外重视。高压气动技术是一项新兴的技术，在近几年来才逐步收到国内外重视，其真正投入到实际应用中可追溯到20世纪70年代初期。当时，国外的一些发达国家就开始了高压气动技术的研究，如美国、英国和法国等发达国家的某些发射装置或者舵角控制装置上便运用了高压气动技术。正因为这些发射装置成功运用了高压气动技术，使其整个装置系统质量减轻很多，也是其结构变得简单，不仅如此，它还提高了发射装置的命中率。在很长一段时间，中国都没有重视高压气动技术的发展，更别提踏入高压气动技术的研制领域。当国家已经认识到高压气动技术举足轻重的地位后，国家不断地重视和加大科研力量与科研经费的促进下，中国的高压气动技术也开始稳定向上发展，与外国的研制水平的差距在一步步的缩小，在未来很有可能赶超其他国家。计算机的普及，微电技术的快速发展，还有控制体系的不断完善，尤其是新型材料的发展，新工艺的探索，都是高压气动技术发展的基础，这不仅能够提高国外传统高压气动元件的大部分性能，还能够运用目前先进的设计技术与先进的加工方法对高压气动元件重新加以设计与制造，使其能够更好的符合人们的需求，同时这还可以使人们对于高压气动技术有重新的认识，更加重视高压气动技术的作用和发展。而在液压系统中，由于设计的需要，常常要在系统中的某个部分增大工作压力，若是运用常规的方法将整个系统的总的工作压力提高，虽然也可以解决上述问题，但这必然会造成整个系统的生产成本，造成不必要的损失。所以如果将流体增压技术运用在其中，通过增压装置，在不增加整个系统工作压力的情况下，提高系统的某个部分的工作压力，既满足系统设计的需要，又大大降低了生产成本，也未尝不是一种明智的选择。其次，流体增压技术成本低、性能良好、原理简单、应用广泛，并且能减少环境污染。这些优点使其在液压系统中得到了广泛运用，越来越多的液压系统都开始运用流体增压技术。综上所述，若是将压缩空气作为系统的动力源，采用气-液增压缸装置，提高系统某个部分的工作压力，不仅可以符合设计的要求，还能够简化系统的结构，减少生产成本，减轻环境污染。如今，液压泵也成为现代液压系统中不可缺少的液压元件，当液压系统工作时，液压泵往往总会一直处在工作状态，所以液压泵一般均为液压系统中的的易损元件。若能将液压泵的使用寿命加以提高，便相当于提高了整个液压系统的使用寿命。提高液压泵寿命的方法一般会采用间歇式供油，动力源一般为人力、液压和气动等。除此之外，将采压缩空气作为动力源还具有简单、性能稳定和生产制造成本低廉等诸多优点，所以设计了气动增压器。1.2 增压技术的发展概况1.2.1 国外发展状况因为各个国家参与该领域时间先后顺序不同，以及投入的尽力的不同，直接导致各个国家对增压技术的研究水平大不相同。在国外，增压技术已经有七十多年的发展历史了，最近这几年发展更为快速。1988年，欧洲的六个主要公司开发了18种新机型，而近七成新机型为增压器。德国著名的3K公司的增压器产量在上世纪70年代已经达到了5万台，80年代初期已将产量已经超过15万台，1983年产量达到45万台，1988年产量达到60万台，90年代初产量突破100万台，产量逐年大幅度提高。当然，增压器技术发展速度最快的国家还是要属于美国，无论在技术水平上或者在生产规模上，其发展水平均领先于欧洲各个国家，其在增压器市场占有率很高，目前在增压器研制上处在领先地位。除了美国增压器技术发展迅速，日本的发展也很迅速，特别是在增大增压器效率、简易化、高效化上成绩非常明显。据相关数据统计，目前世界上增压器年产量已经突破1000万台，并且还在不断上升。主要集中在美国霍尼韦尔公司（年产量已经达到300万台）、霍尔塞特(康明斯)公司、德国3K公司、美国Holset公司（隶属于美国康明斯公司）、瑞士abb公司、日本石川岛播磨公司及三菱重工公司等世界级著名大公司。近几年来，美国、日本、部分欧洲发达国家在重型汽车上的柴油机已经全部安置了增压器，而中小型汽车上的柴油机安置比例也逐步增至85%，气动增压技术逐步成熟的应用到小型轿车上的柴油机上。总体来说，国外增压技术发展十分迅速，得到了许多发达国家的重视，越来越多的汽车上都采用了增压技术。1.2.2 国内发展状况我国增压器技术的发展已有50多年的历史，中国最早开始引进增压技术是在1958年，经过不断地创新与发展，目前增压技术已逐渐成形，但与发达国家还有一定差距。截止目前，我国增压器厂商已有上百余家，且数量呈上升趋势。具有较大规模的生产厂家有：山东潍坊富源增压器有限公司、山东潍坊欧特增压器有限公司、无锡康明斯涡轮增压器有限公司、合肥赛亚科技有限公司、福田雷沃重工、江苏四达动力机械集团、霍尼韦尔、上海增压器系统有限公司、以及无锡的霍尔塞特工程有限公司等，以上公司主要负责生产压气机轮直径50、60、68、76、82、92、102、112、119等系列增压器，其中76、82型号的增压器一般适用于功率在120220KW的柴油机上。近几年年来，小型汽车和重型汽车用的柴油机发展十分迅速，与之相适配的气压机轮直径65、90、127、128、135等系列增压也开始被国内许多大型增压器企业重视起来，这些企业生产的增压器型号也逐步多样化，生产技术也明显提高。随着国内外汽车行业的兴起，对增压器的需求也不断扩大，国内很多增压器厂也看准了其中的商机，提高了技术改造、扩大了生产规模，投入了更多的研发力量，以保证产品的质量。截止目前，国内大部分增压器厂家已经基本保证了增压器生产规模与质量，研发能力也明显提高，尽管与发达国家仍有较大的差距，但差距在逐步减小。目前，国内拥有先进生产技术水平与大规模生产能力的增压器厂家要属上海霍尼韦尔增压器系统有限公司与无锡霍尔塞特工程有限公司。原名上海联信涡轮增压系统有限公司的上海霍尼韦尔涡轮增压系统有限公司于1994年7月成立，作为霍尼韦尔在全球范围内建立的第十个涡轮增压器及相关产业的生产厂的总投资为2,700万美元。世界知名的盖瑞特牌涡轮增压器及相关产品专业制造和销售来自于上海霍尼韦尔涡轮增压系统有限公司。盖瑞特牌涡轮增压器具有多种优势，第一提高动力性能、降低燃油损耗。第二降低排放，增加扭矩储备。第三，适应高原作业，功率补偿等功效。成立于1996年2月无锡康明斯涡轮增压技术有限公司（原无锡霍尔塞特工程有限公司）由无锡动力工程股份有限公司和康明斯涡轮增压技术有限公司（原霍尔塞特工程有限公司）共同投资组建。主要生产HE300、HE400、HX20、HX25、HX30、HX40型号的增压器，随着增压技术的发展，该公司成功地与北汽福田轻型发动机配套并成为独家供应商在近几年在轻型车市场也取得了显著的突破。从此打进轻型增压器市场，参与全面竞争，并有了一定的竞争能力和发展前景。1.3 气动增压器系统的发展历史及对社会进步的意义在中国多年来一直注重抓经济发展，带来了高消耗和高污染。很多不可再生的自然资源面临枯竭，能源捉襟见肘能源资源短缺问题也日益严重，能源结构的变化和人们对环境保护意识的提高，加上行走机构中曲轴式内燃机和液压泵组合动力的巨大节能空间，所以在气动增压器在液压发展的世界大舞台上将愈加受关注，成为动力机明星。气液增压装置在实际生活中，尤其是在机床的液压夹具中得到了广泛的应用，已经成为液压夹具中不可缺少的装置。在实际工作中，如果应用气压在1MPa以上，那么小型空气压缩机就无法满足这种气压，而假如购买一台高压空气压缩机虽然问题可以解决，但造成了不必要的浪费。这个问题便可以通过采用气液增压装置来解决。气压传动大多数用在传递较迅速，没有速度要求的场合；而液压传动一般用在传递相对稳定，速度要求严格的场合。压缩气体作为气动液压泵的动力源，由于压缩气体响应速度很快，所以液压泵不需要处于开启状态。采用压缩气体作动力，则不需要电源，省去了电路控制的部分。此外，气动液压泵还能够防火、防爆、防磁场干扰、防外力冲击，具有无污染、安装方便、结构简易、性能稳定等许多特点。人们可以充分发挥液压与气动各自的特点，将其应用在一些有特殊场合。气动增压器是依据某个型号的技术指标来研究出相对应其系统的重要零部件，是提高该系统工作性能的重要保证。所以，能够研制出性能稳定、可靠性高的增压器对世界动力发展具有十分重要历史意义。1.4 课题的提出及主要内容1.4.1 课题研究的目标本课题研究的目标是依据某个型号的技术指标来研究出相对应其系统的重要零部件。该增压器的主要技术指标为：气动增压器质量8kg；气动增压器工作频率10Hz；增压器入口液体压力0.5MPa；增压器出口液体压力6MPa；气源压力为2MPa；油液压力为6MPa；气动设计指标：增压器尺寸不大于300300200（单位:mm）液体1密度：1.446103kg/m3,质量流量：1.958kg/s；液体2密度：0.876103kg/m3，质量流量：1.203kg/s；最大工期口面积：A供气 =1.310-4m2； 总效率：0.8；1.4.2 课题的主要内容本课题的主要内容为：气动增压器技术难题的提出及相应解决方式、液压原理设计和改正、系统的理论分析和主要参数的初定。结构设计计算、气液增压缸组件的结构设计、气针单向阀的结构设计、二位五通换向阀的结构设计。设计图纸的绘制：根据计算结果和综合性分析对系统的各零部件进行具体的结构设计及图纸的最后编制。2 .如何设计气动增压器结构及气动增压器原理2.1 气动增压器系统原理2.1.1 系统的构成气动增压器的组成部件:1、气缸 气缸内的压缩空气由气缸两侧进入即为成双作用式，推动活塞运动从而输出动力，二位五通换向阀通过控制气体进给方向改变运动方向。2、换向阀3、单向阀4、蓄能器5、连接管路2.1.2 工作过程的分析1、气动增压系统的原理如图2.1所示，通过二位五通换向阀p1和p2进入高压气体。控制气缸1 的二位五通换向阀1初始位置为图中所示的右位，当高压控制气体进减压阀调节后通过大流量电磁阀进入二位五通换向阀1的入口P处，再由P口流经B口，进入气缸1的左腔，推动活塞向右运动，气缸1的右腔气体从A口流经O2排出。当活塞碰到气针单向阀b的气针时，阀b通，高压控制气体通过气针单向阀b与二位五通换向阀2的左端相连，从而使二位五通换向阀2处于左位，此时高压气体由P口流经D口，进入气缸2的左腔，推动活塞向右运动，气缸2的左腔气体从C口流经O1排出。当活塞碰到气针单向阀c的气针时，阀c通，高压控制气体通过气针单向阀c与二位五通换向阀1的左端相连，从而使二位五通换向阀1处于左位，此时高压气体由P口流经A口，进入气缸1的右腔，推动活塞向左运动，气缸1的左腔气体从B口流经O1排出。当活塞碰到气针单向阀a的气针时，阀a通，使控制气缸2的二位五通换向阀2的左端与大气相连，从而使二位五通换向阀2处于右位，此时高压气体由P口流经C口，进入气缸2的右腔，推动活塞向左运动，气缸2的左腔气体从D口流经O2排出。当活塞碰到气针单向阀d的气针时，阀d通，使控制气缸1的二位五通换向阀1的左端与大气相连，从而使二位五通换向阀1又处于右位，这样周而复始地进行气流换向，迫使气动增压缸中气缸活塞左右移动，从而带动两端液压缸中的液压泵活塞进行液压介质增压。 1.二位五通换向阀1 2.气缸活塞 3.液压缸1活塞4.气针单向阀（a、b、c、d） 5.气动增压缸 6.液压缸2活塞7.二位五通换向阀2 8.蓄能器图2.1 气动增压器结构工作原理示意图2、换向阀的结构原理二位五通阀结构简图（以二位五通换向阀1为例）：如图2.2所示：当气缸2活塞运动到顶针端点时，使单向阀打开，P1口气体压强迅速增加，使阀芯向右运动，此时阀芯位于右位，高压气体通过P-A进入气缸1驱动气缸活塞运动，气缸另一腔气体通B-O排出。图2.2 阀芯在右位时如图2.3所示：当气缸1活塞运动到顶针端点时，使单向阀打开，此时阀芯因P1口气体压强迅速减小而向左运动。此刻阀芯位于左位，高压气体通过P-B进入气缸2驱动气缸活塞运动，气缸另一腔气体通A-O排出 。图2.3 阀芯在左位时4、系统设计结构简图为更加形象直观的表述本装置的工作过程附上系统简图，如图2.4：1.气缸1 2.二位五通换向阀1 3.二位五通换向阀24.气缸2 5.气针单向阀（a、b、c、d）图2.4 系统结构简图2.2 系统的理论分析与计算2.2.1 理论流量 (2.1)液体输出体积流量为qv；A 液压缸活塞有效面积；L 缸的行程；T 缸的运动周期。2.2.2 基本设计由动源压力和工作压力确定工作缸面积与驱动缸的面积之比为1：3.5。根据计算的尺寸来确定工作缸和驱动缸的直径及行程。1、几点讨论：（1）在驱动缸中，如果驱动过程中压力与停止时压力的差异忽略不计，那么下面公式近似成立： （2.2） PS油液工作压力；P 气 源 压 力； Ag工作缸 面 积；Ad驱动缸面积。 AgL/T一定，PsAdL/T也一定，所以工作一周期的耗气量一定，所以说驱动缸耗气量与面积、行程、周期近似无关。但如果减小，由公式得换向机构的耗气量增大，这时气源负荷增加。2、蓄能器蓄能器就是一个能量中转站，像一个水塔把水储藏起来，然后居民需要用水的时候水塔上水的势能转换成动能到千家万户。蓄能器还能消除系统的活塞泵流量脉动。图2.5 活塞泵流量脉动的二维曲线图消除活塞泵流量脉动器件，最佳液压元件是蓄能器。那么选择蓄能器就要根据总容积这参数来选择。那么蓄能器需完一次成吸油和排油，也就是流量脉动的一个周期。即: （2.3） 蓄能器设置点脉动的最低压力(绝对压力，物理意义是蓄能器的充气压力的绝对值，即P1=P0)； 压力为时气体的容积V1，它的实际意义就是蓄能器的充气容积，即V1=V0； 蓄能器设置点脉动的最高压力P2即(绝对压力)； 压力为P2时气体的容积V2，； 在液压泵瞬时流量脉动的一个周期内，瞬时流量Qsh高于平均流量Qm部分的体积为。在没有蓄能器时，应用动态流量计测定瞬时流量脉动的一个周期，并绘成曲线。再用求积仪求面积或者其它方法算出瞬时流量高出平均流量部分的体积，即值。如2-5所示，对于活塞泵，为了便于测量则可在无负载、低转速及角速度为常数的条件下来测量和绘制流量的脉动曲线。所以由公式(2.3)可写成 （2.4）故得 （2.5）又考虑到压力脉动系数: 中压力脉动的平均值为（绝对压力，Pa）所以 将上式代入式（2.5）得： （2.6）由公式2.6知，如果要使系统压力没有脉动，即，那么要求=，所以这不可能。一般限定不要超过最大值和最小值。如果已知及压力脉动系数，则由(2.6)能计算出蓄能器的总容积。如果值没有，但是知道限定系统压力的最大值和系统脉动的最低压力。则由(2.5)来计算值，继而确定蓄能器的大小和尺寸。2.2.3 主要参数初定1、周期T课题要求频率不低于10HZ，取T=100ms； 液体1的体积流量：液体2的体积流量：因为液体1与液体2体积流量相同均为，为克服流动过程中的粘性力圆整后取得：=1.4L/s所以：=1.4L/s=0.035L根据设计要求装置限制总长度不大于300mm。取三个活塞宽50mm，四个端盖120mm。则Lmm，取L=40mm，则=90cm2,则=3.3cm工作缸直径圆整取=40mm因为一个驱动缸需要驱动两个工作缸，所以，得出：=98mm取5%余量以克服运动中腔压下降、摩擦力、辅助机构阻力等各种损失。取驱动缸直径为=125mm，=16（活塞杆直径）；2、主阀通径活塞的运动速度为=1.6m/s设气缸压力为1.1=1.47MPa 则气缸耗气量为=197L/s 气缸的平均耗气量 L/min； 气缸的工作频度； （cm） 气缸的行程； 装配管的内径 （cm）；（换向阀和气缸） （cm） 配管的长度。以氦气为介质，其质量流量为=197L/s1.29kg/=0.035kg/s气源压力为 =2MPa， 0.48， （2.8）式中T温度，K，T=300；b临界压力比（对于氦气0.48）；R气体常数（），R=2077； = =0.735得=3.55105 m23、主阀切换时间如果缸的运动时间为25ms，则主阀切换时间应小于5ms，设主阀的行程为Sv，要Tv内到位，以等价速度运动计算，有，若=10mm,则=800m/s,若阀芯为100g，即=0.1kg，则驱动力需以1.5MPa驱动压力计算，净驱动面积约为=0.5 cm2 。4、主阀供气由前，主阀速度= =4m/s耗气量=（15+1）=3.2L/s=5.710-4kg/s，此为进气一侧。大端排气侧=（15+1）=（15+1）2=1.1410-3kg/s。 3 .组件结构设计3.1 引言通过上一章系统的分析与设计计算，气缸活塞直径为100mm。气缸进排气口内径为14mm；活塞杆直径为16mm；两液压缸活塞直径40mm；液体1和2的液压缸进油口内径分别为16mm和14mm。3.2 下面将选定气缸内组件的结构和怎样设计内部组件3.2.1缸筒1、缸筒、缸盖采用的连接形式由气动增压器具有对称性。因为双头螺栓的连接形式更好。该结构应用广泛，重量轻，易于运转和加工，结构简单。2、缸筒的材料与壁厚 表3.1 缸筒材料 单位:mm 材料缸径20253240506380100125160200250320铝合金2AL2壁厚2.52.533.544.5520钢无缝钢管2.533.54.555.56因为气缸缸筒壁厚与内径之比，气缸钢筒承受压缩气体的压力，壁厚按薄壁筒公式计算：。根据公式计算出的壁厚一般都很薄，对加工工艺要求很高。实际设计过程中一般都按照加工工艺要求，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管或铝合金管，参照上表=100 mm，取=4 mm。3.2.2 活塞的固定卡簧式固定活塞，如下图3.1。图3.1 气缸活塞的固定方式3.2.3 气口螺纹连接根据已知最大供气口面积A供气=1.310-4m2，这样就能得到气口最小面积应该大于13mm，所以气口螺纹连接的尺寸选M161.5。3.2.4 密封的选择弹性密封圈密封应用非常广泛，所以气缸密封也采用。如应用弹性密封圈密封，长的使用寿命与低的空气泄漏量和低的摩擦力的要求相对立的。O 形密封圈是气动密封圈之一，也是比较普遍的。发展至今密封圈的种类多样化，综合化。图 3.2中 X、I、K、Z、L、U 形密封圈克服了普通 O 形圈在保证设计要求接触宽度下产生较大径向刚度所对应的较大接触压力和较大摩擦力的缺点。I、K、Z、L、U 形圈具有对制造公差不敏感的适应特点，L、U形圈结构简单适合于加工制造。由于一个 L形圈或一个 U 形圈只适合于单个方向的密封，因此对于常用双作用气缸常采用 2 个圈背靠背的组合布置方式来完成双向密封要求。O形圈 X形圈 I形圈 K形圈 Z形圈 L形圈 U形圈3.2 单件密封1、静密封的选择因O型密封圈展历史悠久，使用也非常广泛，工作可靠、静摩擦因数大、活塞的结构比较简单，所以将采用O型密封。a整体活塞密封 b.PTFE组合密封；e.极小摩擦密封 f.k全密封图3.4 平均密封摩擦3.3 下面介绍液压缸各组件的结构、内部设计 3.3.1缸筒1、缸筒的结构根据工作压力、使用环境及用途选择缸筒与缸盖的连接形式继而选择缸筒结构。本系统将采用结构简单易于加工、承受高压的拉杆式连接，因为本装置要在缸盖上安装插装阀，导致缸盖结构复杂，尺寸较大。2、缸筒的材料国内采用20、35和45号无缝钢管。当采用焊接性比较好的35号刚时，缸筒与缸底、管接头、耳轴等是应该焊接在一起的，还要调质。缸筒上不用焊接零件时，一般采用45号调质钢，一般调质硬度为241285HB。3、计算壁厚和外径（液压缸） （3.1） 液压缸的壁厚 m；液压缸的内径，m，=0.04 m；液压缸的最高工作压力，MPa；当16 MPa时， ， =6MPa；=1.56MPa=9MPa；缸筒材料的许用应力，MPa， =； 安全系数，一般可取=5；材料的抗拉强度极限，MPa，45号钢610MPa，610/5=122MPa因此 =取=0.002 m=2 mm。得到缸壁厚度，即能求出缸筒的外径：+2=0.04+0.004=0.044 m取=0.05 m=50 mm。3.3.2 活塞与活塞杆1、活塞与活塞杆的连接形式因为活塞运动频繁为防止松动，应该用紧锁，还要静密封，所以经采用螺母型连接。2、活塞与活塞杆的材料为符合气动增压器的特点重量轻，活塞材料将选择铝合金，活塞杆的材料用45号碳钢，然后进行调制处理。3、活塞杆的计算液压缸与气压缸靠活塞杆传递能量。它要承受各种力所以必须有足够的强度和刚度在双作用单边活塞杆液压缸系列中，活塞杆直径用d=(1/31/5)D计算 圆整=16 mm。4、活塞杆螺纹尺寸由上文知活塞杆的直径是16mm。选定螺纹直径应该为M101.25。3.3.3油口的螺纹连接1、进油口孔进油口压降为0.25Pa； 油口面积公式（m2）: 液体1： = (4.2) 液体2： = （4.3）=、已知，整理得出油口直径，圆整后：=15 mm、=14 mm，管子外径分别为18 mm，16 mm。2、出油口孔出油口压降为1Pa的单向截流 ；这样得出=12 mm， =10 mm，管子外径分别为14 mm，12 mm。3、油口螺纹连接根据油口孔选液体1出油口螺纹为M181.5；液体2出油口螺纹为M161.5。3.3.4密封的选择1、静密封静密封亦将用O形。3.4二位五通换向阀的结构设计二位五通换向阀结构，如图3.8所示：图3.8 二位五通换向阀的结构图