毕业设计__自动门气动系统设计及运动仿真(编辑修改稿)

毕业设计__自动门气动系统设计及运动仿真(编辑修改稿)内容摘要：

选择 气泵是气动系统的动力源，它把机械能转换成气压能输送给气动系统。 气压传动的压力一般都在 ~ MP 范围内， 因为 CQ2 系列的气缸最高使用压力为 并且此次设计中所需要的使用的压力为 ，所以此次选用的气泵输出的最高压力必须大于 ，并小于 ，这样 既能满足设计要求，又能保证即使压力达到最大时也不会对气缸造成损害。 气缸的 选择 气缸是气动系统的执行元件之一。 除几种特殊气缸外，普通气缸其种类及结构形式与液压缸基本相同。 目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。 气缸是气动系统中使用最多的一种执行元件，根据使用条件不同 ， 其结构、形状也有多种形式， 气缸也有不同的分类方式。 结合本次设计的需要，重点讨论以一下两种分类： (1)按压缩空气对活塞端面作用力的方向分 1)单作用气缸 单作用气缸只有一个方向的运动是气压传动 ， 活塞的复位靠弹 簧力或自重和其他外力。 2)双作用气缸 双作用气缸的往返运动全靠压缩空气来完成。 (2)按气缸的功能分 1)普通气缸 包括单作用式和双作用式气缸。 常用于无特殊的场合。 2)缓冲气缸 气缸一端或两端带有缓冲装置，以防止和减少活塞运动到端点时对气缸缸盖的冲击。 3)气 —液阻尼缸 气缸与液压缸串联，可控制气缸活塞的运动速度，并使其速度相对稳定。 4)摆动气缸 用于要求气缸叶片轴在一定角度内绕轴线回转的场合，如夹具转为、阀门的启闭等。 5)冲击气缸 是一种以活塞杆高速运动形成冲击力的高速缸， 可以用于冲压、切断等。 6)进步气缸 是一种根据不同的控制信号，使活塞杆伸出不同的相应位置的气缸 [3]。 本次设计 中需要使用气缸活塞的往返运动来 控制门的自动开闭，由于气压传动受负载的影响较大，为了实现门的平稳开启，所选用的气缸需要 带有 缓冲装置。 所以此次设计选择双作用缓冲气缸。 在此次设计中，由于自动门分为左右两扇相同的玻璃门，因此需要选用两个相同的气缸。 自动门的材质为玻璃，门的高为 m2 ；宽为 m1 ；厚为 ；每扇 8 门的重量为 kg17。 门与固定支座之间的摩擦因数为 。 传动机构齿轮的齿数为 40Z ，模数为 3m。 根据以上的参数进行设计。 气缸主要尺寸的设计 设计气缸气缸时，只有保证气缸的下边几个主要尺寸，才能实现气缸的功能。 (1)气缸的直径 D 气缸的直径也就是气缸的内径，可根据外负载 F 的大小来确定，当气源提供气压为 p 时，气缸的内径 D 为 pFD 4 （ 4— 1） 所求的 D 值，一般要提高 %20 再圆整到系列标准值。 气缸的内径系列 如 表 2 所示。 表 2 气缸的 内径系列 气缸直径 mm/D 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 活塞杆直径mm/d 12 14 16 18 20 25 32 40 50 63 70 80 90 100 在此设计中气缸的活塞与齿条联接，通过齿条带动齿轮转动，从而使自动门实现开闭。 齿轮的齿数为 40Z ；模 数为 3m ；则由此可以计算出分度圆的直径为mm120 zmd ；又易知齿轮转动 90 便可以实现自动门的完全开闭 ， 自动门与固定支座间的摩擦力为 ： Nmgf   令齿轮的传动力为 F ，则根据理论力学中有关力矩的知识可得出 50060  fF 从而求得 NF 708 ；那么气缸的推动力至少应为 N708 ，考虑到气缸运功过程中的误差的存在，取 NF 750 ； 取气源的供气压力为 MPap  ；根据公式（ 4— 1）可知气缸的直径应满足 7504 D；所求的 D 值，一般要提高 %20 再圆整到系列标准值。 即 %)201( D ；经圆整查表 2 可得气缸的直径为mm50D ；活塞杆直径 mm16d ； (2)活塞的行程 L 9 活塞的行程 L 一般根据实际需要来确定，通常 L 的值取 D）（ 5~。 (3)气缸进、排气口直径。 d 的大小，直接决定了气缸进气速度，亦决定了活塞的运动速度。 设计中，应予以充分的 重视，直径。 d 的确定可根据空气流经排气口的速度 ][v 来计算，一般取 smv /25~10][  ，因而。 d 为 ][4vqd 。 （ 4— 2） 式中， q 为工作压力下输入气缸的空气量。 一般情况下进气口直径。 d 根据气缸的内径 D 的大小来选取。 如表 3 所示。 表 3 排气口直径与气缸内径的关系 气缸内径 mm/D 进排气口直径 mm/d 40 50， 63 80,100,125 140,160,180 8 10 15 20 因为缸的直径为 mm50D ，所以查表 3 可得进排气口的直径 mm10d。 气缸的主要结构设计 在设计气缸各部分机械结构时，主要要确定各部分的结构形式及主要尺寸。 气缸的结构尺寸设计 气缸筒的的主要作用是提供压缩空气的储存与膨胀空间及对活塞实现导向，从而通过活塞将压力能转化为机械能。 气缸筒均为圆筒形状，要确定的主要尺寸为 ： (1)气缸的直径 D 已求出。 (2)气缸筒的壁厚  壁厚  可利用 薄壁圆筒的强度计算公式来确定 CpD ][2 （ 4— 3） 式中 ： p —— 气缸工作压力 )(MPa ； D —— 气缸内径 )mm( ；  —— 气缸材料的许用拉应力 )(MPa ； nb/][   ， b —— 缸体材料的抗拉强度 )(MPa ， n —— 安全系数，一般取 8~6 ； C —— 考虑到刚度、加工制造、腐蚀等要求所加的裕量。 气缸的材料的许用拉应力通常取下来数据； 铸铁 150HT 和 200HT ，10 MPa30][  ； 235Q 钢管， MPa60][  ； 45 钢管， MPa120][  ； 铸造铝合金203ZL ， MPa30][ 。 常用气缸直径、材料和壁厚的关系如表 4 所示。 表 4 气缸直径、材料和壁厚的关系 材 料 气缸直径 mm/D 50 80 100 125 160 200 250 320 壁厚 mm/ 铸铁 150HT 7 8 10 10 12 14 16 16 45 钢， Q235 5 7 8 8 9 9 11 12 铝合金 ZL203 12~8 14~12 17~14 本次设计中材 料选用 23545 Q钢， ；缸的直径为 mm50D ，查表 4 可得缸的壁厚为 mm5。 气缸的选择 目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。 本设计中所使用的气缸选择 SMC(中国 )有限公司生产的气缸系列 [5]。 (1)气缸系列的选择 SMC 气缸的部分系列如表 5 所示。 表 5 SMC 气缸的部分系列 气缸系列 气缸缸径 mm 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 CJ2 系列 小型不锈钢缸筒系 列 √ √ √ CM2 系列 轻型不锈钢缸筒系列 √ √ √ √ CG1 系列 铝制缸筒、轻型 √ √ √ √ √ √ √ √ CA2 系列 拉杆型中缸系列 √ √ √ √ √ MB 系列 √ √ √ √ √ √ C85 符合 CETOP 标准的气缸 √ √ √ √ √ √ C95 √ √ √ √ √ √ CQ2 系列 薄壁 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ CQS 系列 紧凑，薄型 √ √ √ √ 11 因为所选用的气缸的直径应为 mm50 ；所以查表 5 中确定本设计选用 2CQ 系列的气缸。 (2)气缸安装的形式选择 不同气缸有不同的安装形式，而各系列亦有多种不同的安装形式可供选择，应根据气缸的不同用途来选择安装形式。 安装形式可分为：普通型、脚座型、法兰型、耳环型、耳轴型。 本设计中气缸选择脚座型安装形式。 (3)气缸的缓冲方式选择 本设计中需 要实现自动门的平稳开闭，故选择橡胶缓冲的形式。 气缸的缓冲方式选择如表 6 所示。 表 6 气缸的缓冲方式 气缸系列 缓冲形式 CJ2 CM2 CG1 CA2 MB C95 CQ2 CQS 无缓冲 √ √ 橡胶缓冲 √ √ √ √ √ 气缓冲 √ √ √ √ √ √ 液压缓冲 (4)活塞杆端配件的选择 活塞杆端的接头形式 如表 7 所示。 表 7 活塞的接头形式 肘接头 I 型单肘节头 Y 型双肘节头 浮动接头 标准型 法兰型 脚座型 浮动接头可避免工件与活塞轴向偏心的问题，故选用浮动接头的法兰型。 (5)CQ 气缸的选择 根据设计参数，可确定本设计中选用的气缸型号为 DCLCQ 125502  ，其中2CQ 表示气缸的系列， L 表示气缸的安装方式为脚座式， 50 表示缸的直径， 125表示气缸的行程， D 表示气缸的动作方式为双作用方式， C 表示缓冲方式为添加缓冲垫。 12 其它气动元件的选择 (1)控制元件的选择 1)二位四通电磁换向阀的选择 选用 SMC(中国 )有限公司生产的 单电控二位四通电磁换向阀 ，其型号为：551121 MLVQD  ；为单体式直接配管型 ； 2)排气 节流阀的选择 节流阀依靠改变阀口的通流面积的大小或通流通道的长短来控制空气流量的。 SMC(中国 )公司生产的节流阀和气缸是配套使用的，因此根据气缸的型号便可以选出节流阀的型号。 设计中选 用 SMC(中国 )有限公司生产的 排气 节流阀，其型号为： SSFAS 08022 3 0 1 。 (2)其他气动元件的选择 其它气动元件也全部选择 SMC(中国 )有限公司生产的 系列产品。 消声器选用消声效果为 30 分贝的 8200 KMAN — 消声器；气动三元件 FRL 单元空气组合元件； 配管选用外径为 8 的配管；选用浮动接头的型号为 1501063 JB。 5 可编程控制器（ PLC）的选择 PLC 的产生与发展 PLC 是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过 数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计。 PLC 的产生可追溯到上世纪 70 年代， 1969 年美国数据设备公司（ DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在 GM 公司的生产线上。 其后日本、原联邦德国等相继引入，使其迅速发展起来。 但这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC（ programmable logic controller）。 PLC 从诞生至今，其发展大体经历了三个阶段：从 20 世纪 70 年代至 80 年代中期，以单机为主发展硬件技术，为取代传统的继电器 —接触器控制系统而设计各种型号的 PLC。 到 80 年代末期，为适应柔性制造系统的 (FMS)的发展，在提高单片机功能的同时，加强软件的开发，提高同通信能力。 90 年代以来，为适应计算。