某氣體增壓單元初步設計計算及元器件選擇分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24001.1氣體增壓單元的系統(tǒng)設計與初步設計計算 1261021.1.1增壓比的確定 2327221.1.2高壓活塞和活塞行程 2270891.1.3驅動活塞和氣缸套 3291301.1.4輸出流量 34961.1.5管道內(nèi)徑的計算 4111371.2氣體增壓單元元器件的選擇 4271861.2.1氣體增壓器的選擇 4244801.2.2氣動三聯(lián)件的選擇 5327101.2.3截止閥的選擇 61.1氣體增壓單元的系統(tǒng)設計與初步設計計算通過對氣體增壓器增壓充氣過程的分析，我們可以得出以下結論：（1）在增壓器向氣罐充氣的過程中，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，耗氣量與驅動壓力的大小成正比；排氣壓力與驅動壓力成正比，在設計時可通過排氣壓力和驅動壓力的比值來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、排氣量等指標的主要結構參數(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動活塞直徑確定氣缸套壁厚求出驅動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度確定活塞行程確定活塞桿長度確定活塞行程求出氣缸套長度選定驅動活塞厚度求出氣缸套長度選定驅動活塞厚度圖1.1主要參數(shù)設計思路如圖1.1所示是增壓器主要參數(shù)的設計思路：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)增壓比求出驅動活塞直徑D；由缸筒壁厚公式確定驅動腔氣缸套壁厚；根據(jù)活塞行程和驅動活塞厚度確定氣缸套長度和活塞桿長度。1.1.1增壓比的確定圖1.2活塞面積與壓力關系示意圖P1A1=P2A2（1.1）i=P1P2=由以上可知根據(jù)驅動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)設計指標，驅動壓力范圍為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，設計增壓比應比理論值大。理論和實驗表明，增壓器在其極限驅動壓力的2/3附近工作時，有最高的輸出功率和較高的效率，所以在實際應用時應該選擇驅動壓力在0.5MPa為宜。根據(jù)驅動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、活塞行程標準表，通過下表，結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)標準表缸內(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驅動活塞和氣缸套根據(jù)增壓比和高壓活塞直徑，由公式i=D2/d2求得驅動活塞的直徑D=136mm。由于氣缸套要承受一定的壓力，因此要有足夠的強度和耐壓性能，氣缸套的材料選用無縫鋼管。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度，那么σ=pD/2δ≤520MPa，將已知參數(shù)代入求得計算所得的活塞直徑，一般圓整為標準系列。即驅動活塞的直徑圓整為D=150mm。1.1.4輸出流量在已知驅動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——驅動活塞直徑；L——活塞桿有效行程。將驅動活塞的直徑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)最多可以往復運行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)運行的往復次數(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)運行的往復次數(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。即滿足任務書上所給流量要求。即設計系統(tǒng)滿足要求。1.1.5管道內(nèi)徑的計算由貯氣罐輸出的壓縮空氣，經(jīng)導氣管、各種接頭、控制間和輔助裝置而最后至氣動工作機械時，往往有兩種損失:(1)由于管接頭及各種裝置漏氣，使實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，發(fā)生摩擦和阻力，使得壓力有所下降。在進行氣壓網(wǎng)路的設計與安裝時，應使上述兩種損失都達到最低。前者應在管路接頭處和各種附設裝置中保證無漏氣的現(xiàn)象，而后者則是為了使得管路在安裝時盡可能避免彎曲，少加接頭。管道內(nèi)徑的基本計算公式: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)的流動速度（m/s）；Γ——介質(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。空氣的密度為1.293kg/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氣體增壓單元元器件的選擇1.2.1氣體增壓器的選擇氣體增壓器選擇的要點：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力或受到的拉力。當速度增高，則由于背壓增高等多種因素的影響，出力會急劇下降，其中這種變化并不是直線的關系。在選擇氣缸直徑時，對這一點必須特別注意。應當依據(jù)氣缸在工作環(huán)境中的情況不同，按外載荷進行理論均勻平衡，將所需的氣缸內(nèi)載荷作用力再近似地乘1.15~2的準備用量系數(shù)，從而計算確定氣缸內(nèi)徑。2.活塞運行行程的長短：行程即為氣缸活塞運行時可以達到其所能移動的極端距離，帶有緩沖器的氣缸其中一個緩沖段的距離也被全部包含。行程的時間長短與實際應用場合的不同有關，也會直接影響到加工及結構的穩(wěn)定性。1.安裝方式：根據(jù)所設計的安裝位置、使用意圖等各種影響因素而進行決定。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，其種類有以下幾種：固定型的氣缸、回轉式氣缸和擺動型氣缸。4.活塞桿的運動速度：主要還是取決于氣缸的每個進排氣口以及導管中內(nèi)徑的大小。若用戶要求在活塞桿需要高速運動，此時，應選用大型的進氣口、排氣口以及導管。結合任務書上對氣體增壓器的要求，我們選擇的氣體增壓器型號為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氣動三聯(lián)件的選擇氣動三聯(lián)件一般是由空氣過濾器、減壓閥和油霧器組成。這幾個元件可以根據(jù)具體需要進行選擇，并且可以根據(jù)實際情況將他們組合使用。氣動三聯(lián)件選型主要看以下幾個參數(shù)：1.空氣流量：即后面的氣動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：在設備因素和環(huán)境情況下，需要使用的是手動式排水還是自動式排水；4.空氣過濾器其過濾精度的確定：一般所謂的過濾精度是指通過過濾器的濾芯的顆粒的最大直徑。其中分別設置有5um、10um、25um、50um等四檔，可根據(jù)對不同的空氣質(zhì)量要求從而自行選定；5.壓力的確定：根據(jù)氣動控制系統(tǒng)最高工作壓力值來決定選用三聯(lián)件，氣源的壓力應該比最高的工作壓力還要大0.1MPa；6.調(diào)壓范圍：減壓閥要應根據(jù)實際的最高使用壓力選定調(diào)壓范圍。當然，這些僅僅就是就是一些技術參數(shù)，還有其他的一些技術參數(shù)可能還需要進一步的確認。在正常使用三聯(lián)件時，應盡量避開調(diào)壓幅度的下限。最好使用上限值的30%-80%，并且我們應該考慮到選用一種符合這個調(diào)壓范圍的壓力表，壓力表讀數(shù)也應該不會超過上限值所設定的20%在實際使用時，要求安裝氣動三聯(lián)件順序：按照三聯(lián)件表面上箭頭所指向的方向為安裝方向，不可反裝。氣體應該從水分過濾器開始流入氣動三聯(lián)件。根據(jù)以上的選用原則，我們選擇的氣動三聯(lián)件型號為AC2000-02。其三視圖如圖1.4所示。圖1.4氣動三聯(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)的管道回路或設備上應該盡量選擇截止閥。2.