氣動舉升運罐小車設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

氣動舉升運罐小車設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,說明書+CAD+SOLIDWORKS,氣動舉升運罐小車設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,氣動,舉升運罐,小車,設計,說明書,仿單,cad,solidworks 機械加工工藝卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 叉桿 零件名稱 叉桿 第 頁 材料名稱 材料牌號 材料性能 共 頁 45號鋼 QT45-5 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 零件重量 （kg） 毛重 凈重 工序號 工序內(nèi)容 設備 切削用量 工時定額/min 主軸轉(zhuǎn)速(r/min) 切削速度(mm/min) 進給量（mm/r） 背吃刀量（mm） 進給次數(shù) 準終 單件 1 鑄造 鑄造設備 描 圖 2 檢驗 檢驗裝置 3 時效處理HBS160-210 加熱爐 描 校 4 粗銑下端面 銑床 650 45~90 0.15~0.30 2~5 1 5 粗銑上端面 銑床 650 45~90 0.15~0.30 2~5 1~2 底圖號 6 鉆→擴→鉸Ф9mm通孔 鉆孔機 7 粗銑—半精銑以為半徑孔的上端面，保證其垂直度誤差 銑床 900 30~60 0.10~0.15 1.5~2 裝訂號 8 粗銑—半精銑以為半徑孔的下端面，保證其垂直度誤差 銑床 900 30~60 0.10~0.15 1.5~2 9 擴以為半徑的孔 鉆孔機 10 銑斷 銑床 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 設計 日期 審核 日期 標準化日期 會簽 日期 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 軸 零件名稱 軸 車 間 工序號 工序名稱 軸的車削 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 鑄件 ×185 1 設備名稱 設備型號 設備編號 車床 夾具編號 夾具名稱 切削液 通用夾具 無 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工步內(nèi)容 工步設備 主軸轉(zhuǎn)速(r/min) 切削速度(mm/min) 進給量（mm/r） 背吃刀量（mm） 進給次數(shù) 機動 輔助 1 鑄造 鑄造設備 描 圖 2 檢驗 檢驗設備 1 3 時效處理HBS160-210 加熱爐 描 校 4 平端面 車床 600 60-90 0.5 5 車中心孔 車床 600 底圖號 6 粗車外圓 車床 600 0.5 1.9 6 7 車退刀槽C1 車床 600 60-90 0.5 1 裝訂號 8 車倒角 車床 600 1 9 精車外圓 車床 900 90-120 0.25 0.6 1 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 設計 日期 審核 日期 標準化日期 會簽 日期 題目：氣動舉升運罐小車 設計要求：1、用途：運送桶狀物。 2、設備功能：該車總高約1500，運送的桶狀物最大尺寸為Φ400x500，總重量約60kg，具有四腳和四輪，移動時收起四腳用四輪，3、3、停放時收起四輪用四腳，圍欄高度約300，舉升高度離地為 1400 。舉升平臺距離地面約400，在任意位置斷氣應自鎖以確保安全。 4、其他要求：實施條件為0.7Mpa氣源 老師要求：基于本題目技術要求和學校統(tǒng)一論文格式要求完成畢業(yè)論文（必含綜述1.5萬左右）；綜合運用所學專業(yè)知識，設計實用且工藝性良好的總體方案。使用三維設計（用CAXA或者SW）軟件完成詳細設計、二維設計軟件完成主要零部件的工程圖設計（至少1張A3總裝圖、5張A4復雜零件圖）、完成兩個復雜零件的工藝規(guī)程編制（按規(guī)定格式的工藝卡）。熟悉工程設計機械工程師電子手冊（英科宇），完成互聯(lián)網(wǎng)相關信息檢索。 氣動舉升運罐小車的設計 摘 要 3 ABSTRACT 4 第一章 緒論 5 1.1 舉升機的發(fā)展簡史 5 1.2舉升機的設計特點 6 1.3舉升機安全保證措施 6 1.4 舉升機未來的發(fā)展 7 第二章 舉升機的選擇及其受力分析 8 2.1舉升機結構形式的選取及分析 8 2.3 雙鉸接剪叉式舉升平臺機構的動力參數(shù)計算 11 2.4 剪叉式舉升平臺機構設計時應注意的問題 12 2.5 針對性實例比較 12 2.6雙鉸接剪叉式舉升平臺機構中兩種氣壓缸布置方式的分析比較 14 2.6.1問題的提出 15 2.6.2兩種布置方式的分析和比較 16 2.6.3實例計算 18 第三章 氣壓傳動系統(tǒng)的設計與計算 21 3.1明確設計要求 制定基本方案 21 3.2制定液壓系統(tǒng)的基本方案 21 3.2.1確定氣壓執(zhí)行元件的形式 21 3.2.2 確定氣壓缸的類型 22 3.2.3 確定氣壓缸的安裝方式 23 3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型 23 3.2.5擬訂氣壓執(zhí)行元件運動控制回路 23 3.2.6氣壓源系統(tǒng) 23 3.3確定氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 24 3.3.1載荷的組成與計算 24 3.3.2初選系統(tǒng)壓力 26 3.3.3計算氣壓缸的主要結構尺 26 3.3.4確定氣壓泵的參數(shù) 30 3.3.5管道尺寸的確定 31 3.3.6氣箱容量的確定 32 3.4氣壓缸主要零件結構、材料及技術要求 32 3.4.1缸體 32 3.4.2活塞 33 3.4.3活塞桿的設計計算 34 3.4.4活塞桿的導向、密封和防塵 35 3.4.5氣壓缸安裝聯(lián)接部分的型式及尺寸 36 3.4.6繪制氣壓系統(tǒng)原理圖 36 第四章 臺板、叉桿以及車輪的設計計算 39 4.1確定叉桿的結構材料及尺寸 40 4.2橫軸的選取 44 4.3安放油罐結構的設計 45 4.4車輪和車腳的設計 45 總 結 47 致 謝 48 參考文獻 49 摘 要 舉升裝置的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動效率，節(jié)省了勞動時間。在舉升裝置出現(xiàn)之前人們往往要花費大力氣、花費長時間才能將物品搬往高處，但現(xiàn)在在舉升裝置的幫助下能輕易做到。在廠房或倉庫堆放貨物時舉升裝置是必不可少的，特別是現(xiàn)在的油儲備領域。 舉升油罐小車主要包括舉升機構、小車架、小車運行機構等部分。此次設計的舉升氣罐小車采用的是氣動傳動系統(tǒng)控制，裝置簡單安全，運用于儲油機構的廠房和倉庫之中，用于油罐的運送和堆放。儲油機構用的一般都是一些小型設備，并且對設備的防火防爆能力要求很高，而采用氣動傳動系統(tǒng)控制恰好具有這些方面的優(yōu)勢。 關鍵詞：舉升裝置，舉升油罐小車，氣動傳動系統(tǒng)。 ABSTRACT The lifting device has greatly improved the efficiency of people's labor and saved the labor time.People tend to spend great efforts and take long time to move to the top items without the lifting device,but now can do it easily.The cargo lifting equipment is essential in the workshop or warehouse,especially in the oil reserve area. The car of lifting the oil reservoir consists of the lifting mechanism, the car frame, the car movement organization and so on.It is used in the pneumatic transmission system control and its device is simple and safe.It is applied to the storage mechanism of workshop and warehouse for the transporting and stacking of the oil reservoir.All the company of oil storage use some small devices and they have placed great importance on the fire and explosion proof ability,and the use of pneumatic transmission control system has these advantages. Key words: the lifting device,the car of lifting the oil reservoir,the pneumatic transmission system. 第一章 緒論 1.1 舉升機的發(fā)展簡史 舉升機在世界上已經(jīng)有了70年的歷史。1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于當時采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機才在美國以外的其他地方開始采用。 1966年，一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一次突破性進展，但是直到1977這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占據(jù)牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長。它和四柱舉升機相比，既有優(yōu)點，也有缺點。 我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計，如剪式舉升機、菱形式舉升機等。但這類舉升機仍然存在兩個主要問題，接近車下部較難；在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當然，可移動性是這類舉升機的突出優(yōu)點?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣泛采用，而移動式舉升機確要少的多。 單柱舉升機有兩大優(yōu)點：當其下降后，不致成維修車間的障礙物；物件可在舉升機上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責難，主要是舉升機的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是：第一，它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才能安裝；其次，它只能為使用提供車輪支撐方式；第三，使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩個問題：第一是檢修這些零件部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較高時更是如此。 雙柱舉升機（包括液氣壓式或機械式），均有以下優(yōu)點：第一，檢修汽車下部具有很高的可接近性；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因而拆卸車輪時不需要其他輔助性的舉升措施；第三，結構緊湊，占地面小。缺點是：安置舉升機時要求非常嚴格，否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆；由于舉升機采用車輪自由型的方式支撐；由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應力，其承力件易于磨損，因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。 四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐物件的兩個臺板。舉升前，物件很容易正確移動到四柱舉升機的臺板。由于臺板內(nèi)側設備有凸緣，當物件移動上臺板時也不至于墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是：第一，舉升機裝載物件時勿需較高的技術，操作也簡便；第二，承載時非常穩(wěn)定；第三，支撐載荷受力簡單，應力較低，從而延長了設備的使用壽命；第四，由于具有較高的使用價值，從經(jīng)濟上來看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能夠固定立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是：和雙柱舉升機相比，占地面積較大，對物件可接近性較差。 解放后，特別是改革開放以來，我國經(jīng)濟全面發(fā)展，汽車維修企業(yè)和石油儲備企業(yè)等已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機如雨后春筍不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，銷量逐年增加。當今世界上許多先進技術，如自動控制\光電開關等，已廣泛應用到各種安全裝置的設計領域，因而在設計制造舉升機時，應結合產(chǎn)品的特點，積極采用先進可靠實用的現(xiàn)代安全技術。大多數(shù)舉升機普遍采用的安全措施為了使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機有使用前的準備工作，舉升物件時應該注意的事項，承載時的穩(wěn)定性，降下物件時的注意事項，日常和定期維修檢查工作等。 1.2舉升機的設計特點 （1）舉升機臺板降到下位時，與地面應盡可能在同一平面上，為達到此目的，雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費用，也破壞了車間地面的平整性。為此，在保證強度和剛度的前提下，應盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度；這樣，既便于油罐運上舉升機，又使駛上臺板的斜面長度盡可能短，節(jié)約車間的占地。在條件許可時，舉升機臺板（或橫梁）應選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。 （2）正確選擇傳動方式。采用機械傳動（螺母、螺桿）或液氣壓傳動（油缸），均用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經(jīng)驗證明：機械傳動的能耗為氣壓傳動所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下）。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快，而氣壓式舉升機的維修量卻相對要小些。雖然氣壓式舉升機的技術難度較大，但多數(shù)零部件（氣壓泵、氣壓缸、閥門、密封元件等）均可外購或外協(xié)，當然一定要選用優(yōu)資產(chǎn)品。 （3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機立柱的斷面尺寸，應該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數(shù)，一般應達8。為此，應增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國某公司3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為9mm，兩根并列，每根37股，每股6根鋼絲?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?，而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、50%的尼龍）。這樣，不僅價格便宜，還能減輕鋼絲繩的磨損，延長其使用壽命。 1.3舉升機安全保證措施 現(xiàn)在全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關注。舉升機運行時存在潛在的危險，因為人們要在其下面工作；當其升降時如不小心，也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī)，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設計制造方面采取措施，好提高汽車舉升機的安全技術特性；另一方面則應在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程，保證汽車舉升機能在良好的技術狀態(tài)下正確地運行。 當今世界上的許多先進技術，如自動控制\光電開關等，已廣泛應用到各種安全裝置的設計領域，因而在設計制造舉升機時，應結合產(chǎn)品的特點，積極采用先進可靠實用的現(xiàn)代安全技術。以下僅列舉多數(shù)舉升機普遍采用的安全措施。 （1）舉升機應能經(jīng)受超負荷試驗(包括舉升和支撐)，一般應為最大舉升能力的125%此時舉升機的構件不得有任何永久性的變形和損壞。 （2）所有的操作控制機構均采用“雙重保險”，以防誤操作，即舉升機運行前必需操作兩個控制機構(或按鈕開關)后才能驅(qū)動。 （3）所有的控制電路均采用失效保護，即任何單個元件失效，也不會使舉升機墜或上升所造成非常危險的局面。 （4）所有的舉升機器件均應有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效時，它能自動進行有效的支撐。 （5）所有的柔性提升手段，如鋼絲繩，鏈條等，均應有足夠的安全系數(shù)，并在制造廠設置的保護罩內(nèi)傳動。 （6）所有的運動零件均應有防護裝置，以免撞擊操作人員的任何部位，特別是手，足，衣服等。 （7）所有舉升機的設計均應把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。 1.4 舉升機未來的發(fā)展 （一）市場分析 不同的維修企業(yè)根據(jù)財力、維修項目、車間大小的不同，需求類型也不僅相同。 兩柱舉升機是當前被廣泛采用的主流，是大部分的經(jīng)銷商銷量最大的舉升機類型。對于國內(nèi)使用較為普遍的一些兩柱舉升機品牌而言，國產(chǎn)的價位約在0.6～1.4萬元，進口的約在1.8萬～2.8萬元。這種舉升機安裝起來很快，不需要大范圍地開挖，也不需要對維修廠的整體布局進行一些永久性的變動。兩柱舉升機噪聲較小，升降平穩(wěn)，可調(diào)整不同車型的支撐部位。這種舉升機適用于舉升中小汽車進行維修及裝配工作。主要用戶為以總成大修為主的修理廠及4S店。 四柱舉升機國產(chǎn)設備的價位在1.0～3.5萬元，進口品牌在1.8～4.5萬元，價格隨著舉升噸位的提高而增加?？蛇m用于大多數(shù)車型。但是四柱舉升機寬大的支承裝置往往會妨礙工人干活。主要用戶為快速保養(yǎng)為主的小型企業(yè)，因為快速保養(yǎng)業(yè)務需要車輛能夠快速起降，如果購買兩柱舉升機則需要在車輛起降過程中花費一些時間。同時4S店對四柱舉升機也有很大的需求。 剪式舉升機使用方便，不用時不占空間，受到很多實力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來舉升機的發(fā)展方向。一般國產(chǎn)設備價位在1.0～4.0萬元，進口產(chǎn)品在1.5～4.5萬元。但剪式舉升機較為精密，做工不好或者設計不好就容易導致臺面不平、單邊升降等危險發(fā)生，如果利用剪式舉升機作四輪定位儀的平臺，要求就更加嚴格。 （二）市場發(fā)展趨勢 1、市場容量將不斷擴大 隨著中國汽車保有量的不斷增多，私人購買成為購車的主流，售后市場也將得到蓬勃發(fā)展，舉升機在未來的需求量也將不斷增加，據(jù)業(yè)內(nèi)專家預測，在未來三年內(nèi)，舉升機市場將維持在8％～12％的增長率。 2、產(chǎn)品智能化將不斷提高 隨著技術開發(fā)的日薪月異，舉升機在設計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時隨著技術的不斷成熟，其標準也將逐步統(tǒng)一化。技術先進、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領市場。 3、售后服務貼近用戶需求 舉升機產(chǎn)品的售后服務隨著競爭的激烈，從初期產(chǎn)品的安裝、到后期的維護，廠商服務將會更加貼近用戶的需求。 4、海外市場將是未來主要增長點 我國大概擁有的車輛2400多萬輛，美國約2億輛，日本8000多萬輛，國內(nèi)的汽車數(shù)量目前只占世界7億總數(shù)的3％，對于舉升機廠商來說，應該將視角伸向國外的龐大市場。舉升機全球的市場規(guī)模約為100億美元，目前已經(jīng)有不少廠商，通過開拓海外，分享到了國際市場的蛋糕。 我們獲取了目前該市場整體發(fā)展狀況，發(fā)展?jié)摿Α⑹袌鰞?nèi)主要品牌競爭力、流通渠道現(xiàn)狀及間接了解了消費者對舉升機購買行為等相關信息。我們認為：這一市場發(fā)展勢頭良好，具備一定的市場機會，但產(chǎn)業(yè)內(nèi)部總體發(fā)展還存在規(guī)模小、競爭力弱等諸多問題。對于國內(nèi)品牌來說，提高產(chǎn)品性能與可靠性，樹立企業(yè)形象，發(fā)揮原有銷售渠道優(yōu)勢，進一步擴大市場范圍，改進售后服務，拓展海外市場，這都是國內(nèi)舉升機任重道遠且亟需改進的地方。 第二章 舉升機的選擇及其受力分析 2.1舉升機結構形式的選取及分析 舉升機種類較多，其中剪式舉升機使用方便，不用時不占空間，受到很多實力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來舉升機的發(fā)展方向。一般國產(chǎn)設備價位在1.0～4.0萬元，進口產(chǎn)品在1.5～4.5萬元。但剪式舉升機較為精密，做工不好或者設計不好就容易導致臺面不平、單邊升降等危險發(fā)生，如果利用剪式舉升機作四輪定位儀的平臺，要求就更加嚴格。 氣液動剪叉式升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應用。本設計中主要側重于小型家用液壓式的升降平臺。在設計氣液動剪叉式升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下三種設計方案，如簡圖2-1所示： 圖2-1三種剪叉式升降臺結構簡圖 圖中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結構形式。長度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的中點E，兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機架上，兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機架上的導向槽內(nèi)滾動。圖中的三種結構形式的不同之處在于驅(qū)動件液壓缸的安裝位置不同。 圖a中的驅(qū)動液壓缸的下不固定在機架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖b中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿MN鉸接于N處。液壓缸驅(qū)動活塞桿控制平臺鉛直升降。 圖c中的氣壓缸缸體尾部與機架鉸接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。氣壓缸驅(qū)動活塞桿可控制平臺鉛直升降。 按照氣壓缸的安裝形式，稱圖a的形式為直立固定剪叉式結構，圖b的形式為水平固定剪叉式，圖c的形式為雙鉸接剪叉式結構。 直立固定剪叉式結構，氣壓缸的行程等于平臺的升降行程，整體結構尺寸龐大，且球鉸鏈加工負載，在實際種應用較少。 水平固定剪叉式機構，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于氣壓缸的行程，在應用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力要大的多。所以實際也很少采用。 雙鉸接剪叉式結構避免了上述缺點。結構比較合理，平臺的升降行程可以達到氣壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實際中逐漸得到廣泛的應用。本設計就重點對雙鉸接剪叉式結構形式加以分析、論述。 2.2 雙鉸接剪叉式舉升平臺機構的位置參數(shù)計算 圖2-2位置參數(shù)示意圖 根據(jù)圖2-2，可以得到 （1） （2） 上式中： H——任意位置時舉升平臺的高度； C——任意位置時鉸接點F到氣壓鉸接點G的距離； L——支撐桿的長度； ——支撐桿固定鉸支點A到鉸接點F的距離； T——機架長度（A到G點的距離）； ——活塞桿與水平線的夾角。 將（2）式代入（1）式，并整理得 （3） 設代入（3）式得 （4） 其中， ——舉升平臺的初始高度； ——氣壓缸初始長度。 雙鉸接剪叉式舉升平臺機構的運動參數(shù)計算： 圖2-3 運動參數(shù)示意圖 圖中，是F點的絕對速度；是B點絕對速度；是AB支撐桿的速度； 是氣壓缸活塞平均相對速度；是舉升平臺升降速度。 由圖2-3可知： （5） 其中， ——氣壓缸活塞平均相對運動速度； ——舉升平臺升降速度； ——支撐桿與水平線的夾角。 2.3 雙鉸接剪叉式舉升平臺機構的動力參數(shù)計算 圖2-4動力參數(shù)示意圖 圖中，P是由氣壓缸作用于活塞桿上的推力，Q是升降平臺所承受的重力載荷。通過分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出： 升降平臺上升時 （6） 升降平臺下降時 （7） 其中， P——氣壓缸作用于活塞桿的推力； Q——舉升平臺所承受的重力載荷； f——滾動摩擦系數(shù)； b——載荷Q的作用線到上平板左鉸支點M的水平距離。 由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很小（f=0.01）,為簡化計算，或忽略不計，由（6）、（7）式簡化為： （8） 2.4 剪叉式舉升平臺機構設計時應注意的問題 由式（5）和（8）可知：當、增大時，值隨之減?。划?、減小時，P/Q值隨之增大。在確定整體結構值隨之減小；當、減小時，P/Q值隨之增大，在氣壓缸行程不變的情況下，舉升平臺升降行程會減??；反之，則會使氣壓缸行程受力增大。因此設計時應綜合考慮舉升行程與氣壓缸受力兩個因素。在滿足舉升行程及整體結構尺寸的前提下，選取較高的、初始值。而且在整個機構中AB支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應重點對其進行強度校核。 氣壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都采用單作用柱塞缸，因為采用這樣的缸比較經(jīng)濟，而且總體泄漏量少，密封件壽命長。采用單作用柱塞缸時考慮到在空載荷時，上平板的自重應能克服氣壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會導致舉升平臺降不下來。 2.5 針對性實例比較 在本設計中，要求設計一種舉升平臺，要求升降平臺最大升降行程應為1000mm，升降平臺面高度應為400mm，最大承重載荷60kg 根據(jù)實際使用要求，我們選取了單作用柱塞缸式液壓缸。氣壓缸初始長度=922mm；最大行程=600mm。升降太機構尺寸：升降臺面最低高度=400mm;機架長度T=1860mm;支撐桿長度L=1908mm. 按照上述尺寸，結合以上公式分別對雙鉸接剪叉式和水平固定剪叉式兩種結構形式進行了計算。計算結果見表1、表2和統(tǒng)計圖2-5（其中滾動摩擦忽略不計）。水平固定剪叉式結構公式如下： 其中，S——氣壓缸的實際行程，T——機架長度（A點到G點的距離）。 表2-1 雙鉸接剪叉式結構計算結果 /mm s H h P/Q h/s 0 13.18 14.20 400 0 4.08 75 19.67 19.83 607.2 207.2 2.85 2.76 150 24.83 23.46 766.2 366.2 2.34 2.44 225 29.38 26.05 901.0 501.0 2.04 2.22 300 33.59 27.96 1020.5 620.5 1.82 2.07 375 37.56 29.93 1128.1 728.1 1.66 1.94 450 41.39 30.45 1193.5 793.5 1.52 1.76 525 45.11 31.21 1316.7 916.7 1.40 1.75 600 48.77 31.74 1400.0 1000.0 1.29 1.67 表中: S - 氣壓缸的實際行程， H – 升降臺實際行程,以下相同. 表2-2 水平固定剪叉式結構計算結果 /mm S H h P/Q h/s 0 13.8 400 0 4.27 75 19.74 589.3 189.3 2.79 2.52 150 24.67 741.3 341.3 2.18 2.28 225 28.80 864.1 464.1 1.82 2.06 300 32.45 968.6 568.6 1.57 1.90 375 35.77 1060.2 660.2 1.39 1.76 450 38.84 1141.5 741.5 1.24 1.65 525 41.71 1214.4 814.4 1.12 1.55 600 44.44 1280.8 880.8 1.02 1.47 從計算結果可以看出：在整體結構尺寸相同、氣壓缸行程相同的前提下，作用在氣壓缸活塞桿上的最大推力,水平固定剪叉式結構大于雙鉸接剪叉式結構；升降臺最大行程，雙鉸接剪叉式結構大于水平固定剪叉式結構。 由于采用了雙鉸接剪叉式結構液壓升降平臺，在設備安裝時避免了挖地坑，不僅節(jié)省了費用，還給以后了設備維護和檢修帶來方便。 綜上所述，氣液動雙鉸接剪叉式結構氣壓升降平臺整體尺寸較小，結構簡單、緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場合，是一種值得推薦使用的升降機構。 圖2-5 兩種結構計算結果對比 2.6雙鉸接剪叉式舉升平臺機構中兩種氣壓缸布置方式的分析比較 剛剛我們已經(jīng)簡單的分析并討論了雙鉸接剪叉式氣壓舉升平臺機構與其他兩種機構的區(qū)別以及在實際應用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱塞式氣壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的舉升平臺等都不改變的基礎之上，能否將設計進行進一步的優(yōu)化呢？ 為證明這一點，我們可以從該機構的布置方式考慮，將結構略改動一下。 從直觀的角度分析考慮，如下圖2-6所示： 圖2-6氣壓缸工作示意圖 我們可以從圖上看出，氣壓缸的尾部是連接在右側支撐桿活動的區(qū)域的，氣壓缸的頭部是連接在桿1的右端（偏向桿1的活動鉸連接）。因此，我們針對實際舉升臺剪叉機構中氣壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將氣壓缸布置在與之相對稱的左側，即與剪叉機構的固定支點在同一側，來進一步分析討論。利用瞬時速度中心法和虛位移原理，推導出這兩種布置方式氣壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關系式及活塞推力與臺面荷重的關系式，并對兩種布置方式進行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合。根據(jù)舉升臺剪叉機構的工程實例做了幾何、運動和動力參數(shù)的對比計算和氣壓缸結構參數(shù)的合理選擇。 2.6.1問題的提出 氣壓缸驅(qū)動的剪叉機構再各種舉升臺中廣泛應用，因安裝的空間不同，其折合后的高度也必然就不同，所以氣壓缸在剪叉機構內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文獻[4]的有關氣壓缸驅(qū)動剪叉機構的運動學及動力學分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖2-7： 圖2-7 氣壓缸布置在左側 氣壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關系式為 （1） 活塞推力與臺面荷重的關系式為 （2） 式中， 以上兩式的推導基于工程中常用的液壓缸布置方式，即氣壓缸下支點與剪叉機構的固定支點在同一側，如上圖2-7。這種布置方式的優(yōu)點是氣壓缸的有效行程比較短，這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機構折合后的高度h較小的情況下（即角較?。?，所需氣壓缸的推力將大大增加。在氣壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使得所用的氣壓缸的直徑增大，以致在折合后的剪叉機構中難以布置；或采用兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的氣壓缸，不過這將增加一對氣壓缸的支座，同時帶來機械加工、氣壓缸安裝以及氣壓系統(tǒng)的復雜性，加大了整個裝置的成本。 2.6.2兩種布置方式的分析和比較 為了解決以上提出的問題，可考慮將氣壓缸反向布置（即采用第一種設計方案），計算一下該方案的有關參數(shù)再將兩者作以比較。 如圖2-8： 圖2-8氣壓缸布置在右側 這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運動速度。桿ＦＤ上Ｄ點、Ａ點的瞬時轉(zhuǎn)動中心為F點，D點、A點的速度為： 臺面升降速度： Ａ點的運動速度： 活塞運動速度： （３） 式中， 依據(jù)虛位移原理有： （４） 由圖２分析可得： 經(jīng)變分后： 代入式（４），整理后得活塞推力： （５） 式（３）和式（５）的正確性可以用機械能守恒原理來證明，即 將式（５）與式（２）進行比較，再各參數(shù)都相同的條件下，顯然，氣壓缸布置再右側時的推力較氣壓缸布置在左側時??；而式（３）與式（１）比較，則氣壓缸布置在右側時的活塞速度較氣壓缸布置在左側時高?？梢?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價換來的。 氣壓缸布置在剪叉機構的右側，使得氣壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的氣壓缸，有利于氣壓缸在剪叉機構中的布置；帶來的問題是氣壓缸的有效行程較長，如果臺面升程范圍不大，氣壓缸行程的增加也是有限的。 2.6.3實例計算 根據(jù)以上分析結果，結合實例進行對比計算，實例結構簡圖如圖2-9所示，其中左右兩側分別為兩種布置情況。 圖2-9剪叉機構實例結構簡圖 剪叉機構的結構尺寸： h=400~1 400mm,=2 000mm,=535mm,=770mm,=3210mm.兩種布置方式主要參數(shù)計算結果見下表2-3： 表2-3兩種布置方式主要參數(shù)計算結果 參 數(shù) 氣壓缸布置在左側 氣壓缸布置在右側 桿FD傾角 氣壓缸傾角 起始角/() 5.739 5.739 起始角/() 20.236 20.236 起始活塞速度 0.185 0.279 起始活塞推力 5.42W 3.58W 終止角/() 17.458 17.458 終止角/() 50.473 22.262 活塞有效行程L/mm 253 365 從統(tǒng)計表中的數(shù)值比較可以看出，氣壓缸在剪叉機構中的布置方式對其運動參數(shù)和動力參數(shù)有著較明顯的差異。當起始角為最小值、時，活塞推力為最大值。在臺面荷重W相同的情況下，氣壓缸布置在右側時的推力明顯小于氣壓缸布置在左側時的情況，兩者的比值為0.66，而活塞的有效行程L則是液壓缸布置在右側時較長，比在左側時增加了112mm。如果載荷量不是很大的話（即載荷量W<1.5kN），這時可以考慮采用左側的布置方案，因為這樣可以縮短氣壓缸的伸長長度。如果伸長度過大的話，不僅在材料上會有所浪費，而且在長期承受載荷的同時也會相應的增大氣壓缸及活塞部分的彎曲應力。綜合以上考慮，可以初步設想采用氣壓缸布置在左側的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于氣壓缸布置在右側時的速度，兩者比值=0.66。為了彌補在速度方面的不足，以及減小舉升及整體的體積，可以考慮采用雙級支撐桿共同舉升平臺以達到提升速度的目的。如圖2-10所示： 圖2-10 機構各項參數(shù) 其轉(zhuǎn)換過程如圖2-11所示,將兩根支撐桿的右側部分折合到左側，產(chǎn)生四根相對比較短的支撐桿，即可達到目的。 圖2-11 參數(shù)轉(zhuǎn)化過程 那么首先我們就要計算一下這樣的設計方案所采用的氣壓缸的各項參數(shù)，然后再根據(jù)已求得的各項參數(shù)來具體確定一下此方案是否合理。 下面按照本設計的基本要求，進一步選擇合適的布置方案。為了使舉升機使用范圍廣泛，載荷更具有代表性，本設計首先建立了一個轎車模型，它的有關參數(shù)是：車寬0.6m,高1.5m,軸距2.4m。在載荷方面沒有超出允許的范圍內(nèi)，是可以采用該方案的。為了工作安全起見，要求舉升機在各高度上工作時都應自鎖，完工后可原速或緩速下降，在空載時也可實現(xiàn)快速下降，這在下面的氣壓系統(tǒng)回路分析中會探討到。 為了便于維修人員在升降臺底部維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化，還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙舉升臺同步舉升并采用共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個氣壓缸，16根支撐桿舉升。為了增強其安全可靠性，可以設其總承載量為，則平均每個舉升臺的承載量為。由于這樣平均每個氣壓缸承受的臺面載荷僅為294N，所以采用左側布置氣壓缸是完全可以的。 第三章 氣壓傳動系統(tǒng)的設計與計算 3.1明確設計要求 制定基本方案 設計之前先確定設計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設計要求制定基本方案。以下列出了本設計——剪式氣壓舉升臺的一些基本要求： 1) 主機的概況：主要用途用于家用小型重型設備的起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡潔； 2) 主要完成起升與下降重物的動作，速度較緩，氣壓沖擊小； 3) 最大載荷量定為2噸，采用單氣壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機構進行舉升動作。最大舉升高度略大于一人高度； 4) 運動平穩(wěn)性好； 5) 人工控制操作，按鈕啟動控制升降； 6) 工作環(huán)境要求：不宜在多沙石地面、木板磚板地面等非牢固地面進行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面進行操作，不宜在過度寒冷的室外進行操作； 性能可靠，成本低廉，便于移動，無其他附屬功能及特殊功能。 3.2制定液壓系統(tǒng)的基本方案 3.2.1確定氣壓執(zhí)行元件的形式 氣壓執(zhí)行元件大體分為氣壓缸或氣壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動，二者的特點及適用場合見下表3-1: 對于本設計實現(xiàn)單純并且簡單直線及回轉(zhuǎn)運動的機構，可以采用齒輪式氣壓泵及雙活塞桿氣壓缸，這樣不僅簡化氣壓系統(tǒng)降低設備成本，而且能改善運動機構的性能和氣壓執(zhí)行元件的載荷狀況。 表3-1 各執(zhí)行元件的特點 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿氣壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙作用往復運動 單活塞桿氣壓缸 有效工作面積大、雙向不對稱 往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進，A1=2A2往返速度相等 柱塞缸 結構簡單 單向工作，靠重力或其他外力返回 擺動缸 單葉片式轉(zhuǎn)角小于360度 雙葉片式轉(zhuǎn)角小于180度 小于360度的擺動 小于180度的擺動 齒輪泵 結構簡單，價格便宜 高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運動 葉片泵 體積小，轉(zhuǎn)動慣量小 高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動 擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩大 低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 徑向柱塞泵 轉(zhuǎn)速低，結構復雜，輸出大扭矩 低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積 常用的擴程機構有如下圖3-1二種形式： （a） (b) 圖3-1擴程機構 它們同時也可以實現(xiàn)增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺等氣壓設備。還有一種運動轉(zhuǎn)換機構，小角度的回轉(zhuǎn)運動用氣壓缸來實現(xiàn)，其運動比較平穩(wěn)，長行程的直線運動可以用氣壓馬達來完成。本設計要完成的剪叉式氣壓舉升臺綜合了擴程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。 3.2.2 確定氣壓缸的類型 工程氣壓缸主要用于工程機械、重型機械、起重運輸機械及礦山機械的氣壓系統(tǒng)。根據(jù)主機的運動要求，選擇氣壓缸的類型為：直線運動單活塞桿雙作用緩沖式氣壓缸。其特點：活塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力?；钊谐探K了時減速制動，減速值不變。 3.2.3 確定氣壓缸的安裝方式 工程氣壓缸均為雙作用單活塞式氣壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設計中氣壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動的形式，因此選擇氣壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。 3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型 按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。 3.2.5擬訂氣壓執(zhí)行元件運動控制回路 氣壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬訂氣壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的氣壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對于高壓大流量的氣壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導控制閥的組合來實現(xiàn)。本設計剪叉式氣壓舉升臺其特點：起升壓力大，運行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時并保持該高度自鎖。 3.2.6氣壓源系統(tǒng) 氣壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由氣壓源提供，氣壓源的核心是氣壓泵。在無其他輔助氣源的情況下，氣壓泵的供氣量要大于系統(tǒng)的需氣量，多余的氣經(jīng)過溢流閥回氣箱，溢流閥同時起到開展并穩(wěn)定氣源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供氣，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源并提高效率，氣壓泵的供氣量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需氣量相差較大的情況下，則采用多泵供氣或變量泵供氣。對于本設計，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當減少以節(jié)省能源，采用單泵供氣即可，不需蓄能器儲存能量。 對于氣體的凈化：氣體的凈化裝置在氣壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾氣器，進入系統(tǒng)的氣體根據(jù)被保護元件的要求，通過相應的精濾氣器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回氣箱，可在回氣路上設置磁過濾或其他形式濾氣器。根據(jù)氣壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.3確定氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設計氣壓系統(tǒng)，選擇氣壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于氣壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。 3.3.1載荷的組成與計算 首先，需要確定氣壓缸處于最大工作壓力時的位置，通過上述的討論，得知氣液壓缸與地面夾角為最小值時，也即支撐桿與地面夾角為最小值時，氣壓缸處于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據(jù)軸距0.937m，將支撐桿的長度選定0.95m/根。當氣壓缸下降至最低高度時（設此時支撐桿與地面夾角=）=，根據(jù)上述公式得=。 圖3-2機構各參數(shù) 現(xiàn)在值還是一個未知量，但值的大小必須在之內(nèi)，初步設定。根據(jù)活塞推力與臺面荷重量關系式得出P=13.3W。若設的話，就得出P=11.6W。通過二者比較，時，活塞的最大推力P要小于時。即在值不變的條件下，與P是成反比的。但考慮到活塞桿與支撐桿的鉸接點A又不能太靠近兩支撐桿的鉸接點B，否則將會在兩處鉸接點產(chǎn)生很大的應力集中，以致降低疲勞強度。因此，應選比較合適。這時將代入公式得 ， 當平臺處于最低位置時，液壓缸荷重P最大，P=11.6W=11.6298=3456.8N。下面就根據(jù)載荷量來選取合適的氣壓缸。 圖3-3氣壓缸 圖3-3表示一個以氣壓缸為執(zhí)行元件的氣壓系統(tǒng)計算簡圖。各有關參數(shù)標注于圖上，其中是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導向套之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。 （1）工作載荷 常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞的運動方向相同為負，相反為正。在實際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載荷，在圖3中，=P。由于本設計按最大載荷量定為60千克來計算，所以每個氣壓缸=P=3456.8N。 （2）導軌摩擦載荷 對于直動型安裝的氣壓缸一般都附有活塞導軌以固定其運動方向，導軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計，因此=0。 （3） 慣性載荷 ，。 ——速度變化量m/s ——起動或制動時間，s。一般機械=0.1~0.5s，對輕度載荷低速運動部件取小值，對重載荷高速部件取大值。行走機械一般取=0.5~1.5s ——加速度 初步選定速度變化量=0.16m/s，=0.6s，則==0.27， 以上三種載荷之和稱為氣壓缸的外載荷， 。 起動加速時 ， 穩(wěn)態(tài)運動時 ， 減速制動時 。 工作載荷并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則=0。但在計算和校核時，應按照最大值取。 除了外載荷外，作用于活塞上的載荷F還包括氣壓缸密封處的摩擦阻力，由于各種氣壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為 式中——氣壓缸的機械效率，一般取0.90~0.95，這里取0.95， 3.3.2初選系統(tǒng)壓力 氣壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設備，壓力可選低一些，行走機械重載設備壓力要選的高一些。而本設計要求氣缸工作壓力為0.7MPa。 3.3.3計算氣壓缸的主要結構尺 ⑴氣壓缸的相關參數(shù)和結構尺寸 氣壓缸有關的設計參數(shù)見圖3-4所示： 圖3-4 氣壓缸設計參數(shù) 圖a為氣壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b表示活塞桿受拉狀態(tài)。 活塞桿受壓時 活塞桿受拉時 式中 ——無桿腔活塞有效工作面積 ——有桿腔活塞有效工作面積 ——氣壓缸工作腔壓力 Pa ——氣壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照下表3-3估算 D——活塞直徑 m d——活塞桿直徑 m 表3-3 執(zhí)行元件背壓力表 系 統(tǒng) 類 型 背 壓 力 MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回氣帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回氣路設置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補氣泵的閉式回路 0.8~1.5 回氣路較復雜的工程機械 1.2~3 回氣路較短，可直接回氣路 可忽略不計 在這里我們?nèi)”硥毫χ? 在本設計中，氣壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其受壓。一般氣壓缸在受壓狀態(tài)下工作時，其活塞面積為： 氣缸活塞桿的推力和拉力分別為 其中，為負載率，p為氣缸工作壓力。 表3-4 負載率與氣缸工作壓力p的關系 p1/MPa 0.16 0.20 0.24 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70~1 η 0.10~0.30 0.15~0.40 0.20~0.50 0.25~0.60 0.30~0.65 0.35~0.70 0.40~0.75 0.45~0.75 負載率與氣缸工作壓力p有關，且綜合反映活塞的快速作用和氣缸的效率。表3-4列出傳輸氣缸與p的關系。對于最佳值為0.3~0.5，氣缸高速運動或垂直安裝時取，低速運動時取。對于作夾具用的夾緊氣缸取。而本設計中用到的是低速運動，故取。 計算活塞桿直徑d一般取d/D=0.2~0.3，必要時也可以去d/D=0.16~0.4.這里我們?nèi)/D=0.2，則，可以求出d=18.98mm。氣壓缸的直徑D和活塞桿徑d的計算值要按國家標準規(guī)定的氣壓缸的有關標準進行圓整，如與標準氣壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)氣壓缸，免于自行設計加工。按照機械手冊中工程氣壓缸的技術規(guī)格表可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑100mm，活塞桿徑22mm，工作壓力0.7Mpa，推力3713.5N。 氣缸筒壁厚的選擇。一般氣缸筒壁厚與缸徑之比小于1/10（),可按薄壁圓筒公式計算： 式中：為缸筒內(nèi)徑（m）；為試驗壓力（Pa）,取為工作壓力p的1.5倍；為缸筒材料的許用應力（Pa）；n為安全系數(shù)，一般取n=6~8.。本設計缸筒材料選取20號無縫鋼管，可算得缸筒內(nèi)徑為。 ⑵計算活塞桿的行程 當平臺處于最低位置時，此時活塞桿應處于完全收縮狀態(tài),氣壓缸的長度為最小值，=643mm。平臺到車面的高度。 再計算一下平臺上升的最大高度，這里設上升至最大高度的，計算得出最大高度H=1.4m。此時活塞桿伸長至。 當活塞桿處于完全收縮狀態(tài)時，氣壓缸的長度就等于，選定氣壓缸長度為643mm。計算其行程： 。 ,查表37-7-9可以查得氣壓缸長度不得小于，實際長度滿足要求。 （3） 氣缸耗氣量計算 氣缸耗氣量與其自身結構、動作時間以及連接管道容積等有關。一般連接管道容積比氣缸容積小得多，故可忽略。因而氣缸一個往復行程的壓縮空氣耗量q為 換算成自由空氣耗量為 式中：s為氣缸行程（m）；t為氣缸一個往復行程所需時間（s）；為氣缸容積效率，一般??；p，分別為氣缸工作壓力（MPa）和大氣壓力（MPa），。 取一個往復行程時間為t=1s，可得壓縮空氣耗量,自由空氣耗量。 選取氣壓缸，如與標準氣壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)氣壓缸，免于自行設計加工。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們氣缸選取10A-5型100×22的氣壓缸。 3.3.4確定氣壓泵的參數(shù) ⑴確定氣壓泵的最大工作壓力 Pa， 式中——氣壓缸最大工作壓力，根據(jù)可以求出 ——從氣壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的取0.2~0.5Mpa；管路復雜，進油口有調(diào)速閥的，取0.5~1.5 Mpa。這里取0.5Mpa。 ⑵確定氣壓泵的流量 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3，這里取1.2 ——氣壓缸的最大流量，對于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小溢流量，一般取 在前面已經(jīng)初步選定臺面速度變化量=0.16m/s， 我們就設定臺面起升的最大速度，則活塞的運動速度應用公式 ，（這是在臺面剛剛起升狀態(tài)時，） 所以 （3）選擇氣壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的氣壓泵的形式，從手冊中選擇相應的氣壓泵產(chǎn)品。為使氣壓泵油一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25~60%。 查找手冊選擇CB-型齒輪泵，其參數(shù)如下表3-4 表3-4 CB-型齒輪泵的各參數(shù)值 型號 排量 壓 力 轉(zhuǎn) 速 特點 生產(chǎn)廠 額定 最高 額定 最高 CB- 10~40 16 20 1800 2400 鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵 榆次液壓件廠 ⑷確定氣壓泵的驅(qū)動功率 在工作中，如果氣壓泵的壓力和流量比較恒定，則 ，其中——氣壓泵的總效率，參考下表3-5選擇=0.7 表3-5 各氣壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6~0.7 0.65~0.80 0.60~0.75 0.80~0.85 則，據(jù)此可選擇合適的電機型號。 3.3.5管道尺寸的確定 在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里我們采用鋼管連接。 管道內(nèi)徑計算 式中，Q為通過管道內(nèi)的壓縮空氣流量，V為計算管道內(nèi)壓縮空氣流速 。 一般壓縮空氣在廠區(qū)管道內(nèi)的流速取8~10m/s,用氣車間流速可用10~15m/s.為了避免損失過大，限定壓縮空氣管內(nèi)流速。計算可得管道內(nèi)徑d為12mm。 管道壁厚滿足 式中：p為計算管段內(nèi)氣體的壓力（Pa）；為管材許用應力（Pa）；為材料抗拉強度（Pa）；n為安全系數(shù)，一般取n=6~8。可算得管段壁厚=1.6mm。 3.3.6氣箱容量的確定 在確定氣箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供氣的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排氣時，氣箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿氣時，氣箱的油位不低于最低限度。初設計時，按經(jīng)驗公式 選取。 式中——氣壓泵每分鐘排出壓力油的容積 ——經(jīng)驗系數(shù),按下表3-7取 =4： 表3-7 各系統(tǒng)經(jīng)驗系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機械 1～2 2～4 5～7 6～12 10 則。 3.4氣壓缸主要零件結構、材料及技術要求 3.4.1缸體 1. 缸體端部聯(lián)接模式 采用簡單的焊接形式，其特點：結構簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應小心注意。主要用于柱塞式氣壓缸。 2. 缸體的材料（45號鋼） 氣壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應采用焊接性能比較號的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并應調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸體毛坯可采用鍛剛，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。 3. 缸體的技術要求 ⑴缸體內(nèi)徑采用H8、9配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1~0.4，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。 ⑵缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應按8級精度選取。 ⑶缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。 ⑷當缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應取為6級精度的公制螺紋。 ⑸當缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應按9級精度選取。 ⑹為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。 3.4.2活塞 1. 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見下表3-8 表3-8 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 聯(lián)接方式 備注說明 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機械振動較大的情況下