气动系统设计与分析大作业知识讲解.doc

气动系统设计与分析大作业

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宁波理工学院

《气动系统设计与分析》大作业

题 目 气动系统设计与分析
姓 名 陈明豪
学 号 3110612003 　
专业班级 机电111 　
指导教师 黄方平
学 院 机电与能源工程学院
完成日期 2014年12月30日

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目 录
1 设计任务 1
2 总体方案设计 2
2.1 系统控制流程图 2
2.2 气动原理设计 2
2.3 工作过程 3
循环工作：工件夹紧----钻孔----返回----工件松开----推出工件----准备下一次动作 3
2.4 PLC控制程序 3
2.5 系统仿真 3
3 气动系统设计计算 5
3.1 执行元件选择 5
3.1.1 夹紧气缸参数计算 5
3.1.2 钻孔气缸参数计算 5
3.1.3 推出气缸参数计算 6
3.2 控制元件选择 6
3.3 确定管道直径 7
3.4 气动辅助元件的选择 7
3.5 选择空压机 8
3.6 元件明细列表 8
4 设计小结 9
5 参考文献 10

1 设计任务
某专用打孔机的结构如下图所示，其动作要求如下：工件夹紧----钻孔----返回----工件松开----推出工件----准备下一次动作。
要求夹紧力200N，钻孔推力大于100N，画出系统的气动原理图，写出计算过程，选择气缸型号,画出控制程序流程图并利用automation软件仿真。（提交设计说明书，PLC控制程序，automation仿真图）

气动原理图 图1
2 总体方案设计
2.1 系统控制流程图

控制流程图 图2-1
2.2 气动原理设计
空气压缩机提供动力。启动工作，首先打开空气压缩机提供气源，二位二通电磁换向阀1得电，气缸1夹紧工件；接着，二位二通电磁换向阀2得电，气缸2钻孔并返回；最后，二位二通电磁换向阀1得电，气缸1松开工件，二位二通电磁换向阀3得电，气缸3推出工件，完成一次周期工作。
2.3 工作过程
循环工作：工件夹紧----钻孔----返回----工件松开----推出工件----准备下一次动作
2.4 PLC控制程序

PLC控制程序 图2-4
2.5 系统仿真

工位1夹紧 图2-5-1

工位2钻孔 图2-5-2

工位3工件推出 图2-5-3

工序结束 图2-5-4
3 气动系统设计计算
3.1 执行元件选择
通过F=P*A公式，已知夹紧力200N，钻孔压力100N；选用SMC标准气缸MB系列型号，最高使用压力为P1.0MPa。因此，可得最小缸径。又因处于安全考虑，选用缸径稍大气缸。

SMC标准气缸MB系列型号 图3-1
3.1.1 夹紧气缸参数计算
A1=F1/P=200N/1MPa=Pi*R2
R=8.0mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
3.1.2 钻孔气缸参数计算
A1=F1/P=100N/1MPa=Pi*R2
R=3.9mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
3.1.3 推出气缸参数计算
A1=fmax/P=200N/1MPa=Pi*R2
R=8.0mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
3.2 控制元件选择
（1） 换向阀的选择

选用费斯通G1/4二位二通电磁换向阀
（2） 压力阀的选择

选用费斯通G1/4快插压力阀
（3） 单向节流阀的选择

选用费斯通G1/4快插单向节流阀
3.3 确定管道直径
（1） 确定管道直径
由于气缸最大使用压力为1MPa，因此选择最大承受压力为2MPa的M6软管。
（2） 计算压力损失
管道中的压力损失分沿程压力损失和局部压力损失.
沿程压力损失Pf=(λL/d)ρV^2/2
局部压力损失Pj=∑ζρV^2/2
管道中的总压力损失
Pw=Pf+Pj=(λL/d)ρV^2/2+∑ζρV^2/2=[(λL/d)+∑ζ]ρV^2/2
式中:λ－—管道的沿程阻力系数；L——管道长度；d——管道内径；
∑——总和号；ζ－—管道的局部阻力系数；ρ－－流体密度；V－
－管道流速。
对于长管道，局部压力损失可忽略，管道中的总压力损失Pw=Pf＝
(λL/d)ρV^2/2
或 Pw＝ρgsLQ^2
式中:ρ－—流体密度；g－－重力加速度；s——管道比阻；L－－管
道长度；Q－—管道流量。
管道比阻与沿程阻力系数的关系：s=8λ/(gπ^2d^5)
3.4 气动辅助元件的选择

选择多款口径为M6的快插接头
3.5 选择空压机
（1） 计算空压力的供气量
Qs = Q0 (1 + 111 % ×Δp) ,m3/ min
式中 Qs ———降低排气压力后的排气量, m3/ min
Q0 ———原机型额定排气压力下的排气量,m3/ min
Δp = p0 - p1 , bar
p0 ———原机型额定排气压力, bar
p1 ———所需排气压力, bar
（2） 计算供气压力
供气压力可选用气缸最大压力的60%，即为0.6MPa。
3.6 元件明细列表
元件名
规格
数量
备注
SMC气缸
MDBL32-50-Z73
3个
MB系列
电磁换向阀
VZWD-G1/4
3个
二位二通
压力阀
LRMA-G1/4
3个
快插管接头
单向阀
CRGRLA-G1/4
3个
快插管接头
空气压缩机
VMS-0735
1个

软管
M6 
多米

气动管接头
M6
4个

4 设计小结
在黄老师的指导下，经过一学期的努力，我的气动系统设计与分析的大作业总算有了初步的成果。通过此次设计，我再一次系统性的学习了专业知识，受益匪浅。
通过这次的气动系统的设计与分析，让我体验了学习该门课程的基本模式和相关学习思路。这门课程中，我向往常一样根据老师所给的题目去构思，收集整理设计中所需要的资料，不浪费一分一秒，来更好的完成该门课程的大作业。这个过程是艰辛的，但也让我再次明白设计工作的辛酸。
通过该门课程的大作业实践的过程，它使我更好的将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合运用学过的知识。这也算温习所学知识，使知识点牢固于心。最后，再次感谢黄老师能在百忙中，抽空帮忙和指导我完成该门作业。
5 参考文献
[1]《机械设计手册》（第五卷） 机械工业出版社 徐灏主编
[2]《液压与气压传动》 山东大学出版社 徐冬主编
[3]《机电一体化设计手册》 江苏科学技术出版社 万德钧主编