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湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（說明書）
2012 屆
題 目 旋轉(zhuǎn)式壓實(shí)器設(shè)計(jì)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 ╳╳╳
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師 ╳╳╳
論文字?jǐn)?shù)
完成日期 2012年12月
湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制
2
原 創(chuàng) 性 聲 明
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論文作者簽名： 日 期：
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論文作者簽名： 日 期：
指導(dǎo)老師簽名： 日 期：
摘 要
秸稈壓實(shí)器是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效、環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備。秸稈壓塊機(jī)壓出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的。經(jīng)過實(shí)踐和不斷的改進(jìn)，秸稈壓塊機(jī)已日臻完善。秸稈壓塊機(jī)具有自動(dòng)化程度高、產(chǎn)量高、價(jià)格低、耗電少、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。因而秸稈壓塊機(jī)可廣泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料。
本文對(duì)一種外形為200X400X100的物料進(jìn)行壓實(shí)器設(shè)計(jì)，其中旋轉(zhuǎn)的壓下，水平方向的2個(gè)壓面強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計(jì)算，最后壓實(shí)的物塊體積要求，用氣壓傳動(dòng)。
關(guān)鍵詞：壓實(shí)器，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)器，氣動(dòng)設(shè)計(jì)
IV
Abstract
Straw compactor is the biological materials such as straw crushing efficiency, environmental protection fuel or compressed into the feed device. Straw briquetting machine extruding products are used as feedstuff or fuel. After practice and continuous improvement, straw briquetting machine has been improving. Straw briquetting machine with a high degree of automation, high yield, low cost, less power consumption, simple operation, no environmental pollution and other advantages. So the straw briquetting machine can be widely used to suppress all kinds of straw and twigs and other biomass materials.
In this paper a shape of 200X400X100 material compaction device design, wherein the rotary press, 2 horizontal pressing surface intensity and the rotary press head speed requirement calculation, the final compacted blocks with volume requirements, pneumatic transmission.
Key words: compaction device, rotary compactor, aerodynamic design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2 壓實(shí)目的及操作原理 1
1.3 壓實(shí)機(jī)的設(shè)計(jì) 2
第2章 總體設(shè)計(jì)方案 3
第3章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 5
3.1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速 5
3.2氣缸安裝位置的確定 7
3.3氣缸推力的計(jì)算及選型 9
3.4氣缸的選擇 10
3.5 初步確定氣缸參數(shù) 15
3.6 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
3.7 氣缸工作行程的確定 18
3.8 活塞的設(shè)計(jì) 18
3.9 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
3.10 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20
3.11 缸體長(zhǎng)度的確定 21
3.12 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 21
3.13 排氣裝置 21
3.14 密封件的選用 23
3.15 防塵圈 23
3.16 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 24
第4章 氣缸材料及技術(shù)要求設(shè)計(jì) 25
4.1 缸體 25
4.2 活塞 25
4.3 活塞桿 26
4.4 缸蓋 27
4.5 導(dǎo)向套 27
第5章 水平氣缸的設(shè)計(jì)與選型 29
5.1 水平方向的2個(gè)壓面強(qiáng)度計(jì)算 29
5.2氣缸的計(jì)算 29
5.2氣缸的選型 32
第6章 主要零部件強(qiáng)度校核 33
6.1 氣缸底架固定橫梁的強(qiáng)度校核 33
6.2 軸的強(qiáng)度校核 35
6.2.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強(qiáng)度校核 35
6.2.2 氣缸缸體尾部銷軸的強(qiáng)度校核 36
6.2.3 氣缸活塞桿頭部支撐軸的強(qiáng)度校核 36
總結(jié)與展望 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
第1章 緒論
1.1 課題研究意義
我國(guó)每年僅農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就越有7億噸。同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力供應(yīng)非常緊張，因此秸稈發(fā)電在 我國(guó)的發(fā)展前景非?？春茫F(xiàn)在大部分地區(qū)運(yùn)行的發(fā)電項(xiàng)目都是采用的軟質(zhì)發(fā)電，也就是我們所說的黃色秸稈[4]些物料具有體積大、重量輕、密度小等特點(diǎn)，為滿足鍋爐燃燒發(fā)熱量，保證單位時(shí)間內(nèi)的上料量，需要打捆至規(guī)定體積和重量后輸送至爐膛內(nèi)燃燒。從國(guó)外經(jīng)驗(yàn)來看，燃料的收集、儲(chǔ)存和運(yùn)送是電廠運(yùn)行的瓶頸。因此進(jìn)行壓縮壓實(shí)是解決問題的關(guān)鍵所在，秸稈壓實(shí)機(jī)的使用便能解決這一問題。
秸稈壓塊機(jī)是把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效、環(huán)保燃料或飼料的設(shè)備。秸稈壓塊機(jī)壓出的產(chǎn)品是用來做飼料或燃料的。經(jīng)過實(shí)踐和不斷的改進(jìn)，秸稈壓塊機(jī)已日臻完善。秸稈壓塊機(jī)具有自動(dòng)化程度高、產(chǎn)量高、價(jià)格低、耗電少、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)[5]。因而秸稈壓塊機(jī)可廣泛應(yīng)用壓制各種農(nóng)作物秸稈和小樹枝等生物質(zhì)原料。
秸稈壓實(shí)機(jī)具有以下特點(diǎn)：
（1）秸稈壓塊機(jī)自動(dòng)化程度高、產(chǎn)量高、價(jià)格低、耗電少、操作簡(jiǎn)單。如無電力設(shè)備可用柴氣機(jī)代替。
（2）秸稈壓塊機(jī)物料適應(yīng)性強(qiáng): 適應(yīng)于各種生物質(zhì)原料的成型，秸稈從粉狀至50mm長(zhǎng)度之間，含水率5--30%之間，秸稈壓塊機(jī)都能加工成型。
（3）秸稈壓塊機(jī)壓輪自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：利用推力軸承雙向旋轉(zhuǎn)的原理自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力角度，使物料不擠團(tuán)、不悶機(jī)，保證出料成型的穩(wěn)定。
（4）秸稈壓塊機(jī)操作簡(jiǎn)單使用方便：自動(dòng)化程度高，用工少，使用人工上料或輸送機(jī)自動(dòng)上料均可。
1.2 壓實(shí)目的及操作原理
壓實(shí)亦稱壓縮，即是利用機(jī)械的方法增加固體廢物的聚集程度，增大容重和減小體積，便于裝卸、運(yùn)輸、貯存和填埋。固體廢物中適合壓實(shí)處理的主要是壓縮性能大而復(fù)原性小的物質(zhì)，如金屬加工出來的金屬細(xì)絲，金屬碎片、冰箱與洗衣機(jī)，以及紙箱、紙袋、纖維等，有些固體廢物、如木頭、玻璃、金屬、塑料塊等已經(jīng)很密實(shí)的固體，以及焦氣、污泥等液態(tài)廢物不宜作壓縮處理。
固體廢物經(jīng)壓實(shí)處理后，體積減小的程度叫壓縮比。廢物壓縮比決定于廢物的種類及施加的壓力。一般壓縮比為3-5。同時(shí)采用破碎與壓實(shí)二種技術(shù)可使壓縮比增加到5-10。
國(guó)外，生活垃圾的收集都采用壓實(shí)機(jī)械以減少垃圾體積、增加垃圾車的收集量。一般，生活垃圾壓實(shí)后，體積可減少60-70%。城市垃圾經(jīng)家庭壓實(shí)器壓實(shí)后密度變?yōu)?20.4kg/m3，體積可減少69%。
壓實(shí)的原理主要是減少空隙率，將空氣壓掉。如若采用高壓壓實(shí)，除減少空隙外，在分子之間可能產(chǎn)生晶格的破壞使物質(zhì)變性。例如，日本采用高壓壓實(shí)的現(xiàn)代化方法處理城市垃圾，壓力采用258kg/cm2，制成垃圾密度為1125.4-1380kg/m3壓實(shí)塊。由于高壓，在壓縮過程中擠壓及升溫使垃圾中BOD從6000ppm降到200ppm，COD從8000ppm降到150ppm，垃圾塊已成為一種均勻的類塑料結(jié)構(gòu)的惰性材料，自然暴露在空氣中三年，沒有任何明顯的降解痕跡。這與一般的壓實(shí)作用不同。
壓實(shí)工藝流程：1、垃圾—墊有鐵絲網(wǎng)容器—壓縮機(jī)壓縮—污水—泵—活性污泥處理系統(tǒng)—上清液滅菌消毒—排放。2、垃圾—墊有鐵絲網(wǎng)容器—壓縮機(jī)壓縮—瀝青浸漬池(180~200℃)—冷卻—皮帶輸送—垃圾填埋場(chǎng)。
1.3 壓實(shí)機(jī)的設(shè)計(jì)
壓實(shí)機(jī)有很多種類,下面就壓實(shí)機(jī)根據(jù)不同的屬性進(jìn)行分類.按用途分:廢紙壓實(shí)機(jī)、金屬壓實(shí)機(jī)、秸稈壓實(shí)機(jī)、棉花壓實(shí)機(jī)、秸稈壓實(shí)機(jī)等.按性能分:自動(dòng)壓實(shí)機(jī)、半自動(dòng)壓實(shí)機(jī)、手動(dòng)壓實(shí)機(jī)等.壓實(shí)機(jī)可包括:全自動(dòng)壓實(shí)機(jī)、全自動(dòng)無人化壓實(shí)機(jī)、水平式壓實(shí)機(jī)、穿劍式壓實(shí)機(jī)、加壓式壓實(shí)機(jī)、半自動(dòng)壓實(shí)機(jī)、手提式壓實(shí)機(jī)等等[11].
水平式壓實(shí)機(jī)：水平式壓實(shí)機(jī)主要用于城市垃圾的處理。將廢物加入裝料室，依靠具有壓面的水平壓頭作用使垃圾致密和定形，然后將坯塊推出。
三向聯(lián)合式壓實(shí)機(jī)：三向聯(lián)合式壓實(shí)機(jī)主要適用于金屬類廢物的壓實(shí)。他具有3個(gè)互相垂直的壓頭，依次啟動(dòng)3個(gè)塔頭即可將料斗中的廢物壓成塊。
回旋式壓實(shí)機(jī)：回旋式壓實(shí)機(jī)主要適用于壓實(shí)體積小，質(zhì)量輕的廢物。廢物裝進(jìn)單元后，先按水平壓頭的方向壓縮，然后驅(qū)動(dòng)旋動(dòng)式壓頭是廢物致密化。最后將廢物壓至一定尺寸排出。
壓實(shí)機(jī)的選擇主要是懸著合適的壓縮比和使用壓力。此外對(duì)不同的廢物采用不同的壓實(shí)機(jī)械。同時(shí)還需考慮后續(xù)處理過程，如是否會(huì)出現(xiàn)水分等[12]。
（1）裝載面尺寸 裝載尺寸要足以容納需要壓縮的最大件廢物。如果壓實(shí)機(jī)的容器用垃圾車裝填，為了操作方便，時(shí)期容積至少能處理一垃圾車的廢物。垃圾壓實(shí)器的裝載面一般為0.765~9.18m3
（2）循環(huán)時(shí)間 循環(huán)時(shí)間是指壓頭的壓面從裝料箱吧廢物壓入容器，然后再回到原來完全縮回的位置，準(zhǔn)備接收下一次裝載廢物所需要的時(shí)間。循環(huán)時(shí)間變化范圍在20~60s。循環(huán)時(shí)間和一次壓實(shí)廢料的量有關(guān)，量小則循環(huán)時(shí)間短。
（3）壓面壓力[13] 固定式壓實(shí)器的一般為103~3432kPa。由于壓實(shí)比和壓面壓力并不是線性關(guān)系，所以應(yīng)根據(jù)廢物的壓縮特性來選擇。
（4）壓面的形成 壓面的行程是指壓頭壓入容器的深度。壓頭壓入容器中越深，壓實(shí)比越大。所以應(yīng)先確定壓力實(shí)比，在選擇合適的壓面形成。
（5）體積排率 體積排率即處理率，等于壓頭每次壓入容器的可壓縮廢物體積與每小時(shí)機(jī)器的循環(huán)次數(shù)之積。體積排率略大于廢物生產(chǎn)率。
（6）其他 壓實(shí)器應(yīng)與容器匹配。壓實(shí)器的場(chǎng)所要與壓實(shí)器相適應(yīng)
壓實(shí)器的選擇主要針對(duì)壓縮比，應(yīng)當(dāng)選擇合適的壓縮比和使用壓力。此外，應(yīng)注意壓縮過程中的情況在城市垃圾的綜合利用中，垃圾壓實(shí)后產(chǎn)生水分，在風(fēng)選分離紙時(shí)是不利的，因此，是否選用壓實(shí)裝置與后繼處理過程也有關(guān)、應(yīng)當(dāng)綜合考慮。
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第2章 總體設(shè)計(jì)方案
旋轉(zhuǎn)的壓下的不是垂直壓下的，水平方向的2個(gè)壓面強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速要求計(jì)算，最后壓實(shí)的物塊體積要求20*40*10，用氣壓傳動(dòng)，圖紙要3張A0紙，任務(wù)說明書要求15000字左右。
圖2-1 回轉(zhuǎn)式壓實(shí)器
圖2-2 三向聯(lián)合式壓實(shí)器
1,2,3—壓頭
圖2-3 水平式壓實(shí)器
1— 破碎桿 2—裝料室 3—壓面
旋轉(zhuǎn)壓頭設(shè)計(jì)圖如下圖
圖2-4 旋轉(zhuǎn)壓頭
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第3章 旋轉(zhuǎn)壓頭的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 旋轉(zhuǎn)壓頭的轉(zhuǎn)速
角速度=45o/s
(1)腔流量，公式得：
=200×π×402
=1004800mm3/s
=0.1/102m3/s
=1000ml/s
(2)腔工作壓力，公式（4.8） 得：
式中：F ——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F =10+20=30kg，=1000N。
所以代入公式（3.12）得：
=
=0.26Mpa
升降部分的運(yùn)動(dòng)原理如圖所示
圖3-4 運(yùn)動(dòng)原理圖
3.2氣缸安裝位置的確定
由圖3-4可知 ...............................(3.21)
則
所以，
即
而
初選，，,,，。
而液壓升降臺(tái)的有效垂直升降高度為
.....................(3.22)
根據(jù)，氣缸上下交接點(diǎn)g、f的距離S（即氣缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度）為
............................(3.23)
可知，行程S是關(guān)于的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖3-5所示曲線
圖3-5 S-關(guān)系曲線
氣缸兩交接點(diǎn)之間的最大距離和最小距離分別為
設(shè)氣缸的有效行程為，為了使氣缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最小值時(shí)，柱塞不抵到氣缸缸底，并考慮氣缸結(jié)構(gòu)尺寸和（如圖3-6所示），一般應(yīng)取
...............................(3.24)
同樣，為了使氣缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最大值時(shí)，柱塞不會(huì)脫離氣缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取
..............................(3.25)
式（3.24）和式（3.25）中的和根據(jù)氣缸的具體結(jié)構(gòu)決定。
圖3-6 氣缸結(jié)構(gòu)尺寸
氣缸鉸接點(diǎn)g距離工作臺(tái)面的上下導(dǎo)軌的距離分別為和，如圖3-4所示
則有 .....................................(3.26)
.................................(3.27)
由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 ..............(3.28)
由式(3.28)可看出，是關(guān)于的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖3-7所示曲線
圖3-7 -關(guān)系曲線
3.3氣缸推力的計(jì)算及選型
將數(shù)值帶入式(3.12)中，得出隨值變化的曲線,如圖3-8所示
圖3-8 隨值變化的曲線
可看出當(dāng)時(shí)，氣缸的推力最大。但由圖3-7可知，此時(shí)為負(fù)值，故不可取。同時(shí)我們可看出當(dāng)時(shí)，。
那么，就取，此時(shí)，由式(3.12)得
而，則
若取安全系數(shù)為1.5，則
參照參考文獻(xiàn)[5],選用缸徑為的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸，其最小安裝連接尺寸ZM+為295mm+S，最大行程800mm。
當(dāng)時(shí)，由式(3.23)得
又由式(3.23)，當(dāng)時(shí)，即工作臺(tái)升至最高點(diǎn)，氣缸的安裝尺寸達(dá)到最大，計(jì)算得，故氣缸的行程和安裝尺寸都符合要求。
綜上所述，選擇缸徑為的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式氣缸。
因此從最低到最高位置上升時(shí)，氣缸在此過程中所需要補(bǔ)充的氣量為
3.4氣缸的選擇
氣缸的選用要根據(jù)以下方面進(jìn)行分析：
1、類型的選擇? ?
根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動(dòng)精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時(shí)需要選用無給氣或無氣潤(rùn)滑氣缸等。
2、安裝形式? ?
根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。
3、作用力的大小
即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。
4、活塞行程
與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)按計(jì)算所需的行程增加10～20㎜的余量。
5、活塞的運(yùn)動(dòng)速度
主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)取大值。氣缸運(yùn)動(dòng)速度一般為50～800㎜/s。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對(duì)于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實(shí)現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動(dòng)負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。
圖3.1 氣缸實(shí)物圖
6、氣缸的選型步驟及其類型介紹
程序1：根據(jù)操作形式選定氣缸類型：
氣缸操作方式有雙動(dòng)，單動(dòng)彈簧壓入及單動(dòng)彈簧壓出等三種方式
程序2：選定其它參數(shù)：
1、選定氣缸缸徑大小? ?? ? 根據(jù)有關(guān)負(fù)載、使用空氣壓力及作用方向確定
2、選定氣缸行程? ?? ?? ??工件移動(dòng)距離
3、選定氣缸系列
4、選定氣缸安裝型式? ?? ? 不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、法蘭型、U型鉤、軸耳型
5、選定緩沖器? ?? ?? ?? 無緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、氣壓吸震器
6、選定磁感開關(guān)? ?? ?? ??主要是作位置檢測(cè)用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)
7、選定氣缸配件? ?? ?? ??包括相關(guān)接頭
（一）單作用氣缸
? ? 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。其原理及結(jié)構(gòu)見下圖：
圖3.2單作用氣缸
1— 缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；
單作用氣缸的特點(diǎn)是：
? ? 1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小。
? ? 2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
? ? 3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。
? ? 4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。
? ? 由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場(chǎng)合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長(zhǎng)行程、高載荷的場(chǎng)合。
（二） 雙作用氣缸
? ? 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。
1） 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。
2） 缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。
活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。
圖3.3雙活塞桿雙作用氣缸
a）缸體固定；b）活塞桿固定
1—缸體；2—工作臺(tái)；3—活塞；4—活塞桿；5—機(jī)架
雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)力及速度均相等。
(三)?緩沖氣缸
緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見下圖，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。
圖3.4緩沖氣缸
1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—?dú)饪?
7、氣缸結(jié)構(gòu)
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。
SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含氣合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來決定?；瑒?dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的氣霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。
8、工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：
F：氣缸理論輸出力(kgf)
F′：效率為85％時(shí)的輸出力(kgf)－－(F′＝F×85％）
D：氣缸缸徑(mm)
P：工作壓力(kgf／cm2)
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf／cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
F＝2800kgf；F′＝2300kgf
在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。
3.5 初步確定氣缸參數(shù)
表2-1 按負(fù)載選擇工作壓力[1]
負(fù)載/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表2-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]
機(jī)械類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)
大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由表2-1和表2-2可知， 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為13777N，初選氣缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的氣缸課選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則氣缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，氣缸需保持一定的回氣背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取氣缸機(jī)械效率。則氣缸上的平衡方程
故氣缸無桿腔的有效面積：
氣缸直徑
氣缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑）
則氣缸有效面積為：
2.缸體壁厚的校核
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取壁厚為10mm。則
根據(jù)時(shí)； （4-2）
可算出缸體壁厚為：
<10mm
則氣缸的外徑
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強(qiáng)度適中），P-缸筒試驗(yàn)壓力。
3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。
3.6 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算
活塞桿是氣缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。
1.活塞桿直徑的計(jì)算[1]
由=2 可知活塞桿直徑：
按GB/T2348—1993將所計(jì)算的d值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得：
d=56mm
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算氣缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=0.4m/min為最小速度，則由式
（4-3）
本例=78.5>1.25，滿足最低速度的要求。
2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算：
<56mm （4-4）
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）
3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)氣缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。
3.7 氣缸工作行程的確定
氣缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。氣缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。
表4-4（a）氣缸行程系列（GB 2349-80）[6]
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
表4-4（b） 氣缸行程系列（GB 2349-80）[6]
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3600
表4-4（c） 氣缸形成系列（GB 2349-80）[6]
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3400
3800
根據(jù)設(shè)計(jì)要求知，活塞桿最大行程為400mm。根據(jù)表3-8，可選取氣缸的工作行程為400mm。
3.8 活塞的設(shè)計(jì)
由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會(huì)引起氣缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使氣缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。
活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的氣缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間小）、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的氣缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。
3.9 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定
當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過短，將使氣缸因間隙引起的初始撓度增大，影響氣缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證氣缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)氣缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為:
（4-5）
一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)d.。活塞寬度B取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。
圖4-1 氣缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]
因此:最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取H=9cm；
導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A=
活塞寬度B=
隔套K的寬度
2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。
1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，氣槽內(nèi)的壓力氣起潤(rùn)滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。
2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時(shí)，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸氣缸的情況下。
3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時(shí)，導(dǎo)向套可以自動(dòng)調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動(dòng)方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。
4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率高、速度快、振動(dòng)大的氣缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力氣膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力氣中浮動(dòng)，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動(dòng)、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。
3.10 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算
在單活塞氣缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。
1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算
端蓋厚h為：
式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；
P——液壓力，；
——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；
——材料的許用應(yīng)力，。
2.缸底的設(shè)計(jì)
缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。
3.端蓋的結(jié)構(gòu)
端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種：
A．焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式氣缸。
B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。
C．法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。
D．拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。
E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)氣口邊緣擦傷。
F．鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小。
3.11 缸體長(zhǎng)度的確定
氣缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般氣缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則氣缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。
3.12 緩沖裝置的設(shè)計(jì)
氣缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入氣缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響氣缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少氣缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。
當(dāng)氣缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。
3.13 排氣裝置
如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力氣進(jìn)入氣缸后，缸內(nèi)仍會(huì)存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會(huì)造成氣缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響氣缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會(huì)影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會(huì)損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在氣缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力氣輕，總是向上浮動(dòng)，因此水平安裝的氣缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的氣缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。
一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。
表4-5 排氣閥（塞）尺寸[6]
d
閥座
閥桿
孔
c
D
M16
6
11
6
19.2
9
3
2
31
17
10
8.5
3
48
4~6
23
M20x2
8
14
7
25.4
11
4
3
39
22
13
11
4
59
4~8
28
圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔
圖4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸
由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見4-2（c）以及表4-2（d）。
圖4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸
3.14 密封件的選用
1.對(duì)密封件的要求
氣缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，正確地選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，氣缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個(gè)綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式氣缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。
在液壓元件中，對(duì)氣缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料氣缸，如擺動(dòng)氣缸等。氣缸中不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。
密封件一般以斷面形狀分類。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。
2.O形密封圈的選用
氣缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處[6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會(huì)引起過量的內(nèi)漏和外漏。
靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實(shí)一種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計(jì)選用時(shí)，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。
安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡(jiǎn)便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。
3.動(dòng)密封部位密封圈的選用
氣缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套）的密封等。
形密封圈是我國(guó)氣缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時(shí)，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過16MPa并用于活塞動(dòng)密封裝置時(shí)，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。
3.15 防塵圈
防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入氣缸，從而可以防止液壓氣被污染導(dǎo)致元件磨損。
1.防塵圈
A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。
B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結(jié)構(gòu)形式
內(nèi)安裝，起防塵作用。
C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵
和輔助密封的作用。
2.防塵罩
防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時(shí)，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時(shí)，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時(shí)，要注意在高頻率動(dòng)作時(shí)的耐久性，同時(shí)注意在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)伸縮套透氣孔是否能及時(shí)導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給氣缸的裝配調(diào)整會(huì)帶來一些困難。
3.16 氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括氣缸的安裝結(jié)構(gòu)、氣缸近處有口的連接等。1.氣缸的安裝形式
氣缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類。
1）軸線固定類 這類安裝形式的氣缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的氣缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。
A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。一般短行程、壓力低的氣缸。
B 法蘭式。用氣缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。
C 支座式。將氣缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于氣缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。
2）周線擺動(dòng)類 氣缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類氣缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的氣缸多用這類安裝形式。
A 耳軸式。將固定在氣缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使氣缸軸線能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。
B 耳環(huán)式。將氣缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使氣缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。耳環(huán)在氣缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。
C 球頭式。將氣缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使氣缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。
2.氣缸氣口設(shè)計(jì)
氣口孔是壓力氣進(jìn)入氣缸的直接通道，雖然只是一個(gè)孔，但不能輕視其作用[6]。如果孔小了，不僅造成進(jìn)氣時(shí)流量供不應(yīng)求，影響氣缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而且會(huì)造成回氣時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少氣缸的負(fù)載能力。對(duì)氣缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。
氣缸的進(jìn)出氣口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對(duì)于活塞桿固定的氣缸，進(jìn)出氣口可以設(shè)在活塞桿端部。如果氣缸無專用排氣裝置，進(jìn)出氣口應(yīng)設(shè)在氣缸的最高處，以便空氣能首先從氣缸排出。氣缸進(jìn)出氣口的鏈接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。
第4章 氣缸材料及技術(shù)要求設(shè)計(jì)
4.1 缸體
1.缸體的材料
氣缸缸體的常用材料為20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管[6]。因20鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45鋼，并調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體的毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用ZG25、ZG35、ZG45等。鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵QT500-05、QY600-02等。特殊情況下，可采用鋁合金等材料。
2.主要表面粗糙度
氣缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-3）
圖4-3 缸筒的技術(shù)要求[6]
1）內(nèi)徑用H8~H9的配合；
2）內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；
3）內(nèi)表面母線直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm；
4）缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm；
5）缸體與端蓋采用螺紋連接時(shí)，螺紋采用6H級(jí)精度。
7）為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可以鍍0.03~0.04mm厚的硬鉻，在進(jìn)行拋光，剛體外涂耐蝕氣漆。
4.2 活塞
1.活塞的材料
缸徑較小的整體式活塞一般采用35鋼、45鋼；其他常用耐磨鑄鐵、灰鑄鐵HT300、HT350（有外徑上套有尼龍66、尼龍1010或加布酚醛塑料的耐磨環(huán)）以及鋁合金等。
2.主要表面粗糙度
活塞外圓柱表面粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-4）
圖4-4 活塞的技術(shù)要求[6]
1）外徑的圓度、圓柱度不大于外徑公差之半；
2）外徑D對(duì)內(nèi)徑d1的徑向圓跳動(dòng)不大于外徑公差之半；
3）端面T對(duì)軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；
4）活塞外徑用橡膠密封時(shí)可取f7~f9配合，內(nèi)孔與活塞的配合可取H8。
4.3 活塞桿
1.材料
實(shí)心活塞桿材料為35鋼、45鋼；空心活塞桿材料為35鋼、45鋼的無縫鋼管。
2.主要表面粗糙度
桿外圓柱粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-5）
圖4-5 活塞桿的技術(shù)要求[6]
1）活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45~55HRC；
2）外徑d和d2的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；
3）外徑表面直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm；
4）d2對(duì)d的徑向跳動(dòng)不大于0.01mm；
5）活塞桿上與導(dǎo)向套采用H8/f7配合，與活塞的鏈接可采用H8/h8配合；
6）活塞桿上若有連接銷孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按H11級(jí)加工，該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級(jí)精度選?。?
7）活塞桿上的螺紋一般按6級(jí)精度加工，如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造。
4.4 缸蓋
1.缸蓋的材料
常用35、45鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。
2.主要表面粗糙度
配合表面粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-6）
圖4-6 缸蓋的技術(shù)要求[6]
1）配合表面的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；
2）d2、d3對(duì)D的同軸度不大于0.03mm；
3）端面A、B對(duì)孔軸線的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm。
4.5 導(dǎo)向套
1