1、111111111第二篇 氣壓傳動系統的設計第一章氣壓傳動的特原理、組成及特點（一）原理 氣壓傳動以壓縮氣體為工作介質， 靠氣體的壓力傳遞動力或信息的流體傳動。 傳 遞動力的系統是將壓縮氣體經由管道和控制閥輸送給氣動執行元件， 把壓縮氣體 的壓力能轉換為機械能而作功； 傳遞信息的系統是利用氣動邏輯元件或射流元件 以實現邏輯運算等功能，亦稱氣動控制系統。但氣壓傳動速度低，需要氣源。氣壓傳動的特點是 :工作壓力低 ,一般為 0.3 0.8兆帕，氣體粘度小，管道阻力損失小，便于集中供氣和中距離輸送，使用安 全，無爆炸和電擊危險，有過載保護（二）組成氣壓傳動由氣源、 氣動執行元件、 氣動控制閥和氣動輔

2、件組成。 氣源一般由 Link title 壓縮機提供。氣動執行元件把壓縮氣體的壓力能轉換為機械能，用來驅 動工作部件， 包括氣缸和啟動馬達。 氣動控制閥 用來調節氣流的方向、 壓力和流 量，相應地分為方向控制閥、 壓力控制閥 和 流量控制閥 。氣動輔件包括：凈化空 氣用的分水濾氣器， 改善空氣潤滑性能的 油霧器，消除噪聲的 消聲器，管子聯接 件等。在氣壓傳動中還有用來感受和傳遞各種信息的氣動傳感器。（三）特點1.氣壓傳動的優點（1）由于氣壓傳動的工作介質是空氣，它取之不盡用之不竭，用后的空氣可以排到大氣中去，不會污染環境。（ 2）氣壓傳動的工作介質 粘度 很低，所以流動阻力很小，壓力損失小，

3、便于集中供氣和遠距離輸送。（3）動作迅速、反應快；（4）工作環境適應性好，氣動元件采用相應的材料后，能夠在在易燃、易爆、 多塵埃、強磁、強輻射、強振動、強腐蝕等惡劣工作環境中正常工作；（5）成本低，使用安全，無爆炸和電擊危險，過載能自動保護；（6）壓縮空氣的工作壓力較低，因此，對氣動元件的材質要求較低；（7）氣動系統維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質變質、補充、更換等問 題。2.氣壓傳動的缺點（1）由于空氣的可壓縮性大，氣壓 傳動系統 的速度穩定性差，給系統 的速度和位置控制精度帶來很大的影響。 （2）氣壓傳動系統 的噪聲大，尤 其是排氣時，需要加 消音器 。（3）由于空氣具有可壓縮性，因此

4、工作速度 穩定性稍差。但采用氣液聯動裝置會得到較滿意的效果。4）因工作壓力低（一般為 0.3 1.0MPa），又因結構尺寸不宜過大，氣壓傳動 裝置的總輸出力不宜大于 10 40kN，且傳動效率較低。5）氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內比電子及光速慢，因此，氣動控 制系統不宜用于元件級數過多的復雜回路；第二章氣壓傳動系統元件的選擇（一）氣缸的選擇由于本設計是關于 BH3300型無菌紙盒灌裝機氣動系統的設計，且該設備的 工藝 路線及操作步驟為：供紙 紙的輸送 貼塑 消毒滅菌 （擠水） 成筒 切刀 下橫封整型 焊角成型 上橫封 灌裝其中要用到氣壓傳動的部位有貼塑、擠水輥擠水、擠壓成筒、 切刀、下

5、橫 封、 上橫封、擠壓焊接成型、噴霧系統，而要用到氣壓傳動的部位就要用到氣 缸，在這里我以上下橫封的氣缸選擇為例， 其相關的技術參數如表 2 所示，并由 此參數而得出氣缸的其余參數，從而確定缸的型號類型。通過查相關文獻得：氣缸的效率一般在 0.70.95之間，這里去取0.90氣缸的工作壓力一般為 0.4Mpa 0.6Mpa ，這里取 p 0.6Mpa1. 缸筒內徑的確定又1kgf/cm 2 0.098Mpa,1Mpa 10.197kgf/ cm2 ,1kgf/cm 2 9.8N. （注： 1kgf/cm 2是 指 工 程 大 氣 壓 ： 大 氣 壓 的 兩 種 量 度 單 位 之 一 , 用

6、at 表 示 ,1at=1Kgf/cm 2 =98.07KPa，相當于海拔 200m處正常大氣壓） 從而得 p 0.6Mpa 6.12kgf/cm 2 ，又由表 2的該氣缸的工作負載為 G=120N，則 F' =G=120N=12.2kgf 因此氣缸的理論推力 F=12.2kgf由設計任務可以知道，要驅動的負載大小 F0 =120N，考慮到氣缸未加載時實際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之負載間的 摩擦力的影響。所以在確定氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率 ：阻性負載負載的運動速度 v<100mm/s100 500mm/s>500mm/s0.65

7、0.50.3氣缸的實際負載 氣缸的理論負載經過查相關文獻得其活塞桿的運動狀態和負載率如表 5 所示：實際液壓缸的負載大小為：F=F0/ =120N/0.2 =600N。又有缸徑的計算公式得又由表 2 得其運動的最大速度為 1m/s=1000mm/s,因此在此取 =0.2 ，所以D=0.08m=80mm4F 4 600P 3.14 0.6 106 0.22. 氣缸筒壁厚的確定通過查相關文獻得氣缸筒的壁厚的計算公式為 s P.D ：錯誤！未找到引用2 源。式中錯誤！未找到引用源。 缸筒壁厚（ m）； D缸筒內徑（ m）；P缸筒承受的最大工作壓力（ MPa）；錯誤！未找到引用源。 缸筒材料的許用應力

8、（ MPa）；s 實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的 7 倍；重型氣缸約 取計算值的 20 倍，再圓整到標準管材尺碼。而本設計是飲料灌裝機的氣壓系統 的設計，固所用氣缸為一般氣缸，所以取計算值的 7 倍即可參考液壓與氣壓傳動缸筒壁厚強度計算及校核為錯誤！未找到引用源。 , 在這里缸筒的材料選擇 45號鋼，錯誤！未找到引用源。 =600 MPa， 600 =120（n 為安全系數 一般取 n=5； 錯誤！未找到引用源。5缸筒材料的抗拉強度 （Pa）P缸筒承受的最大工作壓力( Mpa)。當工作壓力 p16Mpa時， P=1.5p；當工作壓力 p>16Mpa時， P=1.25p

9、由此可知工作壓力 0.6Mpa 小于 16Mpa ，P=1.5p=1.5 × 0.6=0.9Mpa則 s P.D =0.9 80mm 0.3 mm取, 7 倍得 2.1mm,經過圓整后取 4mm。2 2 1203 活塞桿直徑的確定通過查相關文獻可知在確定氣缸活塞桿直徑時，一般按 d/D=0.20.3 進行計算。 則 d (0.20.3)D( 0.20.3)80m m=(1624)mm 但根據相關的技術要求要把所得的值進行圓整，固圓整后取 20mm.4.確定氣缸型號 根據以上參數以及相關的技術要求可選擇引進德國技術制造的 LCZM 型雙作用 無油潤滑氣缸如圖 所示 ：該缸自帶緩沖裝置，

10、工作溫度在 -2580 。，安裝位置任意，其行程范圍及工作壓力如表所示：在這里因選擇缸徑為 80mm,行程為 >100<1400的氣缸2. 空壓機的選擇氣源裝置是向氣動系統提供所需壓縮空氣的動力源， 空壓機是氣壓發生裝 2. 空壓二空壓機的選擇氣源裝置是向氣動系統提供所需壓縮空氣的動力源，空壓機是氣壓發生裝 置，是將機械能轉換為氣體壓力能的轉換裝置。 而選擇空氣壓縮機的根據是氣壓 傳動系統所需要的工作壓力和流量兩個主要參數。 而一般空氣壓縮機為中壓空氣壓 縮機，額定排氣壓力為 1Mpa ，在此只需進行流量的計算。1）耗氣量的計算：由于缸徑 D=80mm行, 程 s=140mm全,

11、程需要的時間 t=0.194s則伸出耗氣量：2 s 3.14 2 0.14 -2 3 Q伸D20.08020.36 10-2m3 /s伸 4 t 4 0.194縮回耗氣量：Q縮 （D2 d2）s 3.14 （0.082 - 0.022）0.14 0.34 10-2 m3 / s 縮 4 t 4 0.1942）自由空氣量的 算（一個標準大氣壓狀態下的流量）： 計Q' Qp 0.10130.1013' P 0.1013 2 0.6 0.1013 3Q伸 Q 伸0.36 10 0.025m /s則 伸 伸 0.1013 0.1013Q縮 Q縮p 0.10130.1013-20.34

12、10-20.6 0.10130.10130.0235m3 / s3）氣缸的理論用氣量的計算：nQZi 1(aQ Zt)i /T其中：n ：氣缸的個數，本設計中有 4個氣缸（上下橫封 4個氣缸），所以 n=4A：在一個周期內單程作用次數，所以 a=2Q'Z ：一氣缸在一個周期內的平均用氣量t: 氣缸一個單行程的時間 ,t=0.194sT: 設備的一次工作循環的總時間 , T 4t 0.776sQZ （4 Q'縮 4 4 Q 伸 4）/0.776（4 0.0235 4 4 0.025）/0.776 1m3 /s取設備利用系數0.95 ；漏損系數 K1 1.2 ；備用系數 K2 1.

13、4 則該設備氣缸的理論用氣量：Qj 0.95 1.2 1.4QZ' 1.596m3 /s三控制元件的選擇1. 選擇換向閥 由于本設計中要求氣缸完成快進 工進和快退的動作循環，而且有些部位的氣缸 整個生產過程只需使活塞桿到達指定位置即可， 在加上整個生產過程采用自動化 控制。所以對整個設備的氣壓控制系統而言要使氣缸完成相關的動作，應選擇 二位二通和三位五通電磁換向閥方可滿足要求，根據氣缸的工作壓力及流量要求查表 得，選換向閥的通徑為 ?=6mm，型號 為 SLP1DF02V3A0的6 二位二通電磁換向閥，選型號為 Q35D2 L3T 的 三位五通電 磁換向閥2. 選擇流量控制閥由于本設備

14、的每個工作點的氣缸的活塞桿的運動速度均不相同，且均需要 完成快進 工進和快退的動作循環，這就需要對每一個缸的進出口氣流流速進行 控制，固在此選用型號為 的排氣節流調速閥。3. 選擇氣動三大件氣動三大件是指調壓閥 、分水過濾器和油霧器的組合件。 (1) 本設計為了 調整或控制氣壓的變化，保持壓縮空氣減壓后穩定在需要值可選擇YK43氣體減壓閥( 該閥屬于先導活塞式減壓閥。由主閥和導閥兩部分組成。 YK43型氣體減壓 閥主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成 , 導閥主要由閥座、閥瓣、 膜片、彈簧、調節彈簧等零件組成。通過調節調節彈簧壓力設定出口壓力、利用 膜片傳感出口壓力變化， 通過導閥啟閉

15、驅動活塞調節主閥節流部位過流面積的大 小，實現減壓穩壓功能。 ) 。(2) 由于空氣中存在灰塵 水分等雜質，這就需要 在減壓閥的進口處接一個分水過濾器對空氣進行過濾， 而分水濾氣器指將壓縮氣 體中的水汽、 油滴及其他一些雜質從氣體中分離出來， 達到凈化的作用從而很好 的保護了氣動執行元件，分水濾氣器又稱為空氣過濾器或氣水分離器。(3)在氣動流體傳動系統中， 動力是通過閉合回路中的壓縮空氣來傳遞和控制的。 在空 氣介質需要潤滑的場合， 油霧器就是設計用以把需要的潤滑劑加入到空氣流中的 元器件。 油霧器是一種特殊的注油裝置， 它將潤滑油進行霧化并注入空氣流中， 隨壓縮空氣流入需要潤滑的部位， 達到潤滑的目的。 其通常安裝在減壓閥的出口 處組成氣動三大件之一 。4. 消聲器 由于氣缸氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積