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F1??D2p4?? （4-6）

F2??(D2?d2)p4?? （4-7）

计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取??0.3~0.5，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取??0.7~0.85。

由以上分析得双向作用气缸的直径: D?

代入有关数据，可得

D?4F1 （4-8） ?p?4?3454F1? 6??0.4?10?0.85?p??35.95(mm)

查机械设计手册圆整，得D?40mm

由d/D?0.2?0.3,可得活塞杆直径:d?(0.2~0.3)D?8~12mm 圆整后，取活塞杆直径d?12mm 3.缸筒壁厚和外径的设计

缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:

式中，

??DPp/2[?]

（4-9）

?- 缸筒壁厚，mm

D- 气缸内径，mm

Pp- 气缸试验压力，一般取Pp?1.5p（Pa）

p-气缸工作压力 （Pa）

[?]-缸筒材料许用应力（Pa）

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本课题手爪夹紧气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106,[?]=3MPa 代入己知数据，则壁厚为:

??DPp/2[?]

?40?1.5?4?105/(2?3?106)

?4(mm)取??4mm，则缸筒外径为:D1?40?4?2?48(mm) 4.手部活塞杆行程长L计算

30??2?R?6.5mm （4-10） 活塞杆的位移量?360?气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加10~20mm的行程余量。

L?6.5?20?26.5mm （4-11）

故查有关手册圆整为l?27mm 5.校核：

（1）活塞杆稳定性的验算：

（L?10d）当活塞杆的长度L较小时，可以只按强度条件校核计算活塞杆直径d有:

0.5d?(4F1/?[?]) （4-12）

其中，[?]?120MPa，F1?345N 则:

d?(4?345/??120)0.5

?1.9?12

所以满足实际设计要求。 （2）气缸推力验算：

F1??D2p4??

3.14?0.042?0.4?106?0.85 =

4（N） =427(N)?345

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由以上计算可知气压缸能产生的推力F1?427N大于夹紧工件所需的推力

F实际?345N。所以该气缸满足要求。 6.耗气量的计算：

气缸的耗气量与缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量Q为： Q?式中，

D-气缸缸径，m

?s4n(2D2?d2)(m3/min) (4-13)

d-活塞杆直径，m

s-活塞行程，m

n-气缸活塞每分钟往复次数

此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。

3.14?0.027?30?（2?0.042?0.0122）?0.002m3/min (4-14) 47.气缸进排口的计算

Q?气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径d0用下式计算：

d0?2式中，

Q??(m) (4-15)

Q-工作压力下气缸的耗气量，m3/s

?-空气流经进排气口的速度，一般取??10~15m/s

把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T 14038—93<<气缸气口螺纹>>选择合适的气口螺纹[11]。故，

d0?0.003m

8.手抓部分总质量估算

m?m手爪?m气缸?m零件 (4-16)

其中：手爪部分和活塞杆材料采用45钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金ZL106 查相关手册， 45号钢密度为7.85?103kg/m3

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ZL106的密度为 2.73?103kg/m3 手抓部分总质量约为

m?0.2491?1.1191?1?2.3682kg

4.3.2 气缸结构设计 1.缸筒和缸盖的连接

缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，参见表4-2。对于双头螺栓和螺栓连接，一般是四根螺栓，但是对于工作压力高于1MPa时，一定要校核螺栓强度，必要时增加螺栓数量，例如6根[12]。

表4-2 缸筒和缸盖的连接

查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接，采用4根螺栓。该结构简单，易于加工，易于装卸。由于工作压力小于1MPa，故无须校核螺栓强度。 2．活塞杆与活塞的连接结构

活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接[13]。

该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。 3．密封

气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。 对密封元件的要求如下：

（1）密封性好，耐磨损，使用寿命长。

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（2）稳定性好，不易膨胀和收缩，难于溶解，不易老化及软化。 （3）摩擦力小。

（4）密封件表面平整、光滑、无气泡、杂质、凹凸等缺陷。 （5）结构简单，成本低。

查阅机械手册的表4-3 活塞的结构与密封形式

表4-3活塞的结构与密封型式

O型密封圈工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。故采用O型密封圈。 4．气缸的安装连接结构

根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用脚架式安装连接[13]。

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