宁波理工学院
《气动系统设计与分析》大作业
题 目 气动系统设计与分析 姓 名 陈明豪
学 号 ********** 专业班级 机电111 指导教师 黄方平 学 院 机电与能源工程学院 完成日期 2014年12月30日
目 录
1 设计任务 ......................................................................................................... 1 2 总体方案设计 ................................................................................................. 2
2.1 系统控制流程图 .................................................................................... 2 2.2 气动原理设计 ........................................................................................ 2 2.3 工作过程 ................................................................................................ 3 2.4 PLC控制程序 ....................................................................................... 3 2.5 系统仿真 ................................................................................................ 3 3 气动系统设计计算 ......................................................................................... 5
3.1 执行元件选择 ........................................................................................ 5
3.1.1 气缸1参数计算 ......................................................................... 5 3.1.2 气缸2参数计算 ......................................................................... 5 3.1.3 气缸3参数计算 ......................................................................... 6 3.2 控制元件选择 ........................................................................................ 6 3.3 确定管道直径 ........................................................................................ 7 3.4 气动辅助元件的选择 ............................................................................ 7 3.5 选择空压机 ............................................................................................ 8 3.6 元件明细列表 ........................................................................................ 8 4 设计小结 ......................................................................................................... 9 5 参考文献 ....................................................................................................... 10
1 设计任务
某专用打孔机的结构如下图所示，其动作要求如下：工件夹紧----钻孔----返回----工件松开----推出工件----准备下一次动作。
要求夹紧力200N，钻孔推力大于100N，画出系统的气动原理图，写出计算过程，选择气缸型号,画出控制程序流程图并利用automation软件仿真。（提交设计说明书，PLC控制程序，automation仿真图）
气动原理图 图1
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2 总体方案设计
2.1 系统控制流程图
控制流程图 图2-1
2.2 气动原理设计
空气压缩机提供动力。启动工作，首先打开空气压缩机提供气源，二位二通电磁换向阀1得电，气缸1夹紧工件；接着，二位二通电磁换向阀2得电，气缸2钻孔并返回；最后，二位二通电磁换向阀1得电，气缸1松开工件，二位二通电磁换向阀3得电，气缸3推出工件，完成一次周期工作。
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2.3 工作过程
循环工作：工件夹紧----钻孔----返回----工件松开----推出工件----准备下一次动作
2.4 PLC控制程序
PLC控制程序 图2-4
2.5 系统仿真
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工位1夹紧 图2-5-1
工位2钻孔 图2-5-2
工位3工件推出 图2-5-3
工序结束 图2-5-4
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3 气动系统设计计算
3.1 执行元件选择
通过F=P*A公式，已知夹紧力200N，钻孔压力100N；选用SMC标准气缸MB系列型号，最高使用压力为P1.0MPa。因此，可得最小缸径。又因处于安全考虑，选用缸径稍大气缸。
SMC标准气缸MB系列型号 图3-1
3.1.1 夹紧气缸参数计算
A1=F1/P=200N/1MPa=Pi*R2
R=8.0mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
3.1.2 钻孔气缸参数计算
A1=F1/P=100N/1MPa=Pi*R2
R=3.9mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
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3.1.3 推出气缸参数计算
A1=fmax/P=200N/1MPa=Pi*R2
R=8.0mm
因此选用缸径为32mm的SMC气缸
3.2 控制元件选择
（1） 换向阀的选择
选用费斯通G1/4二位二通电磁换向阀 （2） 压力阀的选择
选用费斯通G1/4快插压力阀 （3） 单向节流阀的选择
选用费斯通G1/4快插单向节流阀
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3.3 确定管道直径
（1） 确定管道直径
由于气缸最大使用压力为1MPa，因此选择最大承受压力为2MPa的M6软管。
（2） 计算压力损失
管道中的压力损失分沿程压力损失和局部压力损失. 沿程压力损失Pf=(λL/d)ρV^2/2 局部压力损失Pj=∑ζρV^2/2
管道中的总压力损失
Pw=Pf+Pj=(λL/d)ρV^2/2+∑ζρV^2/2=[(λL/d)+∑ζ]ρV^2/2
式中:λ－—管道的沿程阻力系数；L——管道长度；d——管道内径；
∑——总和号；ζ－—管道的局部阻力系数；ρ－－流体密度；V－ －管道流速。
对于长管道，局部压力损失可忽略，管道中的总压力损失Pw=Pf＝
(λL/d)ρV^2/2 或 Pw＝ρgsLQ^2
式中:ρ－—流体密度；g－－重力加速度；s——管道比阻；L－－管
道长度；Q－—管道流量。
管道比阻与沿程阻力系数的关系：s=8λ/(gπ^2d^5)
3.4 气动辅助元件的选择
选择多款口径为M6的快插接头
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3.5 选择空压机
（1） 计算空压力的供气量
Qs = Q0 (1 + 111 % ×Δp) ,m3/ min
式中 Qs ———降低排气压力后的排气量, m3/ min Q0 ———原机型额定排气压力下的排气量,m3/ min Δp = p0 - p1 , bar
p0 ———原机型额定排气压力, bar p1 ———所需排气压力, bar （2） 计算供气压力
供气压力可选用气缸最大压力的60%，即为0.6MPa。
3.6 元件明细列表
元件名 SMC气缸 电磁换向阀 压力阀 单向阀 空气压缩机 软管 气动管接头
规格 MDBL32-50-Z73 VZWD-G1/4 LRMA-G1/4 CRGRLA-G1/4 VMS-0735 M6 M6 数量 3个 3个 3个 3个 1个 多米 4个 备注 MB系列 二位二通 快插管接头 快插管接头 第 8 页 共 10 页
4 设计小结
在黄老师的指导下，经过一学期的努力，我的气动系统设计与分析的大作业总算有了初步的成果。通过此次设计，我再一次系统性的学习了专业知识，受益匪浅。
通过这次的气动系统的设计与分析，让我体验了学习该门课程的基本模式和相关学习思路。这门课程中，我向往常一样根据老师所给的题目去构思，收集整理设计中所需要的资料，不浪费一分一秒，来更好的完成该门课程的大作业。这个过程是艰辛的，但也让我再次明白设计工作的辛酸。
通过该门课程的大作业实践的过程，它使我更好的将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合运用学过的知识。这也算温习所学知识，使知识点牢固于心。最后，再次感谢黄老师能在百忙中，抽空帮忙和指导我完成该门作业。
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5 参考文献
[1]《机械设计手册》（第五卷） 机械工业出版社 徐灏主编 [2]《液压与气压传动》 山东大学出版社 徐冬主编
[3]《机电一体化设计手册》 江苏科学技术出版社 万德钧主编
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