某氣體增壓?jiǎn)卧醪皆O(shè)計(jì)計(jì)算及元器件選擇分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24001.1氣體增壓?jiǎn)卧南到y(tǒng)設(shè)計(jì)與初步設(shè)計(jì)計(jì)算 1261021.1.1增壓比的確定 2327221.1.2高壓活塞和活塞行程 2270891.1.3驅(qū)動(dòng)活塞和氣缸套 3291301.1.4輸出流量 34961.1.5管道內(nèi)徑的計(jì)算 4111371.2氣體增壓?jiǎn)卧骷倪x擇 4271861.2.1氣體增壓器的選擇 4244801.2.2氣動(dòng)三聯(lián)件的選擇 5327101.2.3截止閥的選擇 61.1氣體增壓?jiǎn)卧南到y(tǒng)設(shè)計(jì)與初步設(shè)計(jì)計(jì)算通過(guò)對(duì)氣體增壓器增壓充氣過(guò)程的分析，我們可以得出以下結(jié)論：（1）在增壓器向氣罐充氣的過(guò)程中，排氣量和吸氣量都是變化的，其壓力逐漸增高，排氣量和吸氣量逐漸減小，最后為零；每循環(huán)的耗氣量恒定不變，為定值，耗氣量與驅(qū)動(dòng)壓力的大小成正比；排氣壓力與驅(qū)動(dòng)壓力成正比，在設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)排氣壓力和驅(qū)動(dòng)壓力的比值來(lái)確定氣體增壓器大小活塞的面積比。（2）影響氣體增壓器排氣壓力、吸氣量、排氣量等指標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有余隙容積V0、高壓活塞的直徑d和活塞行程S。確定增壓比確定增壓比確定氣缸套壁厚求出驅(qū)動(dòng)活塞直徑確定氣缸套壁厚求出驅(qū)動(dòng)活塞直徑確定高壓活塞直徑確定高壓活塞直徑確定活塞桿長(zhǎng)度確定活塞行程確定活塞桿長(zhǎng)度確定活塞行程求出氣缸套長(zhǎng)度選定驅(qū)動(dòng)活塞厚度求出氣缸套長(zhǎng)度選定驅(qū)動(dòng)活塞厚度圖1.1主要參數(shù)設(shè)計(jì)思路如圖1.1所示是增壓器主要參數(shù)的設(shè)計(jì)思路：首先確定增壓比，然后選定高壓活塞直徑d和活塞行程S；根據(jù)增壓比求出驅(qū)動(dòng)活塞直徑D；由缸筒壁厚公式確定驅(qū)動(dòng)腔氣缸套壁厚；根據(jù)活塞行程和驅(qū)動(dòng)活塞厚度確定氣缸套長(zhǎng)度和活塞桿長(zhǎng)度。1.1.1增壓比的確定圖1.2活塞面積與壓力關(guān)系示意圖P1A1=P2A2（1.1）i=P1P2=由以上可知根據(jù)驅(qū)動(dòng)壓力和最大輸出壓力可以求得增壓器大小活塞的面積比即增壓比。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，驅(qū)動(dòng)壓力范圍為0.1~0.7MPa，最大輸出壓力為15MPa，考慮到增壓器內(nèi)部損失和獲得必要的流量，設(shè)計(jì)增壓比應(yīng)比理論值大。理論和實(shí)驗(yàn)表明，增壓器在其極限驅(qū)動(dòng)壓力的2/3附近工作時(shí)，有最高的輸出功率和較高的效率，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該選擇驅(qū)動(dòng)壓力在0.5MPa為宜。根據(jù)驅(qū)動(dòng)壓力和輸出壓力求得大小活塞面積比為30，即增壓比i=30。1.1.2高壓活塞和活塞行程如表1.1所示是氣缸內(nèi)徑、活塞桿外徑、活塞行程標(biāo)準(zhǔn)表，通過(guò)下表，結(jié)合增壓器的整體尺寸，選定增壓器的高壓活塞直徑d=25mm，選定活塞桿與高壓活塞一體，直徑同樣為25mm，選定活塞桿有效行程為100mm。表1.1氣缸參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表缸內(nèi)徑及活塞桿外徑（GB/T2348-1993）缸內(nèi)徑/mm活塞桿外徑/mm810121620251012141618203240506380100222528323640缸活塞行程系列（GB2349-1980）2550801001251602002503204005006301.1.3驅(qū)動(dòng)活塞和氣缸套根據(jù)增壓比和高壓活塞直徑，由公式i=D2/d2求得驅(qū)動(dòng)活塞的直徑D=136mm。由于氣缸套要承受一定的壓力，因此要有足夠的強(qiáng)度和耐壓性能，氣缸套的材料選用無(wú)縫鋼管。σb≥520MPa。由力平衡方程。σ2δl?pDl=0可知σ=pD/2δ其中，δ是氣缸套壁厚；p是缸套受力；D是缸套直徑。要使缸筒有足夠的強(qiáng)度，那么σ=pD/2δ≤520MPa，將已知參數(shù)代入求得計(jì)算所得的活塞直徑，一般圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列。即驅(qū)動(dòng)活塞的直徑圓整為D=150mm。1.1.4輸出流量在已知驅(qū)動(dòng)活塞的直徑的情況下，系統(tǒng)在單行程中排出的氣體體積為：V=π4DV——系統(tǒng)單行程中排出的氣體體積；D——驅(qū)動(dòng)活塞直徑；L——活塞桿有效行程。將驅(qū)動(dòng)活塞的直徑D=150mm=0.15m和活塞桿有效行程L=100mm=0.1m帶入上式?？梢缘贸鱿到y(tǒng)單行程中排出的氣體體積為V=π4?0.152系統(tǒng)在一分鐘內(nèi)最多可以往復(fù)運(yùn)行80次，即該系統(tǒng)的最大輸出流量為：Q=V?Z（1.4）Q——輸出流量；V——系統(tǒng)單行程中排出的氣體體積；Z——系統(tǒng)一分鐘內(nèi)運(yùn)行的往復(fù)次數(shù)。將系統(tǒng)單行程中排出的氣體體積V=1.76L和系統(tǒng)一分鐘內(nèi)運(yùn)行的往復(fù)次數(shù)Z=80次帶入上式?？梢缘贸鱿到y(tǒng)在一分鐘之內(nèi)的最大輸出流量為Q=1.76*80=140L。即滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)上所給流量要求。即設(shè)計(jì)系統(tǒng)滿(mǎn)足要求。1.1.5管道內(nèi)徑的計(jì)算由貯氣罐輸出的壓縮空氣，經(jīng)導(dǎo)氣管、各種接頭、控制間和輔助裝置而最后至氣動(dòng)工作機(jī)械時(shí)，往往有兩種損失:(1)由于管接頭及各種裝置漏氣，使實(shí)際使用到的氣量較由貯氣罐中所輸出者為少，(2)由于大量的壓縮空氣沿著管路方向流動(dòng)，發(fā)生摩擦和阻力，使得壓力有所下降。在進(jìn)行氣壓網(wǎng)路的設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，應(yīng)使上述兩種損失都達(dá)到最低。前者應(yīng)在管路接頭處和各種附設(shè)裝置中保證無(wú)漏氣的現(xiàn)象，而后者則是為了使得管路在安裝時(shí)盡可能避免彎曲，少加接頭。管道內(nèi)徑的基本計(jì)算公式:d=4G3600?π?v?γ（d——管道內(nèi)徑（m）；G——介質(zhì)的重量流量（kg/h）；V——介質(zhì)的流動(dòng)速度（m/s）；?！橘|(zhì)的重度（kg/m3）。氣體增壓系統(tǒng)中，管道內(nèi)的介質(zhì)為空氣?？諝獾拿芏葹?.293kg/m3，即介質(zhì)的重量流量則為G=空氣密度×流量=1.293×（140×60）/1000=10.8612（kg/h），空氣在管道內(nèi)的流速最高為10m/s。根據(jù)以上數(shù)據(jù)則可以算出管道內(nèi)徑d=4×10.86123600×π×10×1.293即管道內(nèi)徑為17mm。1.2氣體增壓?jiǎn)卧骷倪x擇1.2.1氣體增壓器的選擇氣體增壓器選擇的要點(diǎn)：1.作用力大?。菏歉鶕?jù)外部工作所需要的力大小，確定在活塞桿上的推動(dòng)力或受到的拉力。當(dāng)速度增高，則由于背壓增高等多種因素的影響，出力會(huì)急劇下降，其中這種變化并不是直線(xiàn)的關(guān)系。在選擇氣缸直徑時(shí)，對(duì)這一點(diǎn)必須特別注意。應(yīng)當(dāng)依據(jù)氣缸在工作環(huán)境中的情況不同，按外載荷進(jìn)行理論均勻平衡，將所需的氣缸內(nèi)載荷作用力再近似地乘1.15~2的準(zhǔn)備用量系數(shù)，從而計(jì)算確定氣缸內(nèi)徑。2.活塞運(yùn)行行程的長(zhǎng)短：行程即為氣缸活塞運(yùn)行時(shí)可以達(dá)到其所能移動(dòng)的極端距離，帶有緩沖器的氣缸其中一個(gè)緩沖段的距離也被全部包含。行程的時(shí)間長(zhǎng)短與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的不同有關(guān)，也會(huì)直接影響到加工及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。1.安裝方式：根據(jù)所設(shè)計(jì)的安裝位置、使用意圖等各種影響因素而進(jìn)行決定。在安裝方式的選擇上，可以根據(jù)不同的工作要求或者工作環(huán)境選擇不同的安裝方式，其種類(lèi)有以下幾種：固定型的氣缸、回轉(zhuǎn)式氣缸和擺動(dòng)型氣缸。4.活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度：主要還是取決于氣缸的每個(gè)進(jìn)排氣口以及導(dǎo)管中內(nèi)徑的大小。若用戶(hù)要求在活塞桿需要高速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，應(yīng)選用大型的進(jìn)氣口、排氣口以及導(dǎo)管。結(jié)合任務(wù)書(shū)上對(duì)氣體增壓器的要求，我們選擇的氣體增壓器型號(hào)為DLE15-1-2。其三視圖如圖1.3所示。圖1.3氣體增壓器三視圖1.2.2氣動(dòng)三聯(lián)件的選擇氣動(dòng)三聯(lián)件一般是由空氣過(guò)濾器、減壓閥和油霧器組成。這幾個(gè)元件可以根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇，并且可以根據(jù)實(shí)際情況將他們組合使用。氣動(dòng)三聯(lián)件選型主要看以下幾個(gè)參數(shù)：1.空氣流量：即后面的氣動(dòng)元件一共所需要的流量是多少，根據(jù)這些流量確定三聯(lián)件的總體尺寸大小；2.接口：即連接口徑是多少；1.排水器選擇：在設(shè)備因素和環(huán)境情況下，需要使用的是手動(dòng)式排水還是自動(dòng)式排水；4.空氣過(guò)濾器其過(guò)濾精度的確定：一般所謂的過(guò)濾精度是指通過(guò)過(guò)濾器的濾芯的顆粒的最大直徑。其中分別設(shè)置有5um、10um、25um、50um等四檔，可根據(jù)對(duì)不同的空氣質(zhì)量要求從而自行選定；5.壓力的確定：根據(jù)氣動(dòng)控制系統(tǒng)最高工作壓力值來(lái)決定選用三聯(lián)件，氣源的壓力應(yīng)該比最高的工作壓力還要大0.1MPa；6.調(diào)壓范圍：減壓閥要應(yīng)根據(jù)實(shí)際的最高使用壓力選定調(diào)壓范圍。當(dāng)然，這些僅僅就是就是一些技術(shù)參數(shù)，還有其他的一些技術(shù)參數(shù)可能還需要進(jìn)一步的確認(rèn)。在正常使用三聯(lián)件時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)調(diào)壓幅度的下限。最好使用上限值的30%-80%，并且我們應(yīng)該考慮到選用一種符合這個(gè)調(diào)壓范圍的壓力表，壓力表讀數(shù)也應(yīng)該不會(huì)超過(guò)上限值所設(shè)定的20%在實(shí)際使用時(shí)，要求安裝氣動(dòng)三聯(lián)件順序：按照三聯(lián)件表面上箭頭所指向的方向?yàn)榘惭b方向，不可反裝。氣體應(yīng)該從水分過(guò)濾器開(kāi)始流入氣動(dòng)三聯(lián)件。根據(jù)以上的選用原則，我們選擇的氣動(dòng)三聯(lián)件型號(hào)為AC2000-02。其三視圖如圖1.4所示。圖1.4氣動(dòng)三聯(lián)件三視圖1.2.3截止閥的選擇截止閥選用原則是：1.在高溫、高壓介質(zhì)的管道回路或設(shè)備上應(yīng)該盡量選擇截止閥。2.