气缸的设计计算

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：

/β=200N 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=F

4.1.1气缸内径的确定

D=1.27=1.27 =66.26mm

F—气缸的输出拉力 N；

P —气缸的工作压力P

a

按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=20 mm

气缸缸径尺寸系列8 1 40 50 63 80 （90）100

（110）125 （140）160 （180）200 （220）25 30

4.1.2活塞杆直径的确定

由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=8mm

4.1.3缸筒长度的确定

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=(0.6 1.0)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=(0.6 1.0)D；在D>80mm 时, 可取A=(0.6 1.0)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

4.1.4气缸筒的壁厚的确定

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

4.1.5气缸耗气量的计算

Q = =

=

=1.85/s

4.1.6气缸进排气口直径d

v—空气流经进排气口的速度，可取v=1015）选取v = 12 m/s = 2

由公式 d

= 14.014 mm

代入数据得 d

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）

4.1.7活塞杆的校核

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 F

P0

式中 F

—活塞杆承受的最大轴向压力（N）；

P0

=1633N

F

P0

F

—纵向弯曲极限力（N）；

K

—稳定性安全系数，一般取1.54。综合考虑选取2

n

KK—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 F

K

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 P

a

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 F

=2.685 N

K

所以活塞杆的稳定性满足条件；因为 = 1.34 F

P0

. '. 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 MP a 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。