机械设计实用计算之气动计算
一、气源过滤精度选择：
a、一般机械及一般气动回路等过滤精度＜40μm；
b、逻辑元件、射流元件、气马达等过滤精度＜10μm；
c、食品、医药、电子、烟酒、空气轴承等过滤精度＜5μm。
二、气动技术要点:
a、气缸的推力一般在1.7~48230N，常规速度在50~500mm/s范围之内，标准气缸活塞可达到1500mm/s，冲击气缸达到10m/s，特殊状况的高速甚至可达32m/s。气缸的低速平稳目前可达3m/s，如与液压阻尼缸组合使用，气缸的最低速度可达0.5mm/s。
b、阀的寿命一般大于3000万次，高的可达1亿次以上；气缸的寿命在5000km以上，高的可超过10000km。
c、空气可压缩，所以动作速度易受载荷的影响。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。
d、低速时，摩擦阻力占比大，不如液压缸平稳。
e、气缸输出力比液压缸小得多。
三、气动系统的构成：
1）气源部分：
空气压缩机（储气罐、安全阀、减压阀、压力表）、冷却器、主管道过滤器、干燥器、排水器等。`
2）管道处理部分：
气动三联件（减压阀、过滤器、油雾器、增压阀）
附件（气管、接头、压力表）。
3）控制部分：
操作检测元件（手动换向阀、机控换向阀、压力开关、接近开关、压力传感器、流量传感器、按钮）；
控制元件（方向控制阀（换向阀、梭阀、双压阀、单向阀）、压力控制阀（减压阀、压力顺序阀））；
步进控制器、PLC、继电器；
4）驱动部分：
控制元件（方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀）；
执行元件（气缸、气马达、摆动气缸、气爪）；
附件（消声器、接头、缓冲器、快排阀、磁性开关、单向阀）
四、气缸流程：
1、确定气缸内径
1）、根据所需气缸的实际负载状态确定气缸的轴向负载推力；
a、气缸输出力理论值：
F=π*D^2*P/4
式中：
F一气缸理论输出力，N；
D一气缸缸径，mm；
P一工作压力，MPa；根据气源供气条件，应小于减压阀进口压力的85%。
b、气缸缩回力理论值：
F’=π*（D^2-d^2）*P/4
式中：
F’一气缸理论缩回力，N；
d一气缸活塞杆杆径，mm；
气缸的工作阻力，主要来自于缸内密封件及导向部位的阻力F1和排气侧产生的阻力F2。F2的大小与气缸的运行速度密切相关。
c、气缸实际输出力：
N=η*F
式中：
N一气缸的实际输出力或负载力，N；
η一安全系数或负载率η，由实际工况需求决定。
注：气缸的负载率，是指气缸活塞杆受到的轴向负载力与气缸的理论输出力之比。
2）、根据负载的运动状态，确定气缸的负载率ŋ，负载率与气缸的运动速度有关，
一般推荐：
a、静载荷或低速时:ŋ≤0.7；
b、速度50~500mm/s：ŋ≤0.5；
c、当速度＞500mm/s：ŋ≤0.3。
3）、根据供气条件确定气缸的工作压力，一般气缸的工作压力为0.4~0.6MPa。
2、确定气缸的行程
根据气缸操作距离及传动机构的行程比来预选气缸行程。为便于安装调试，对计算出的行程要留有适当的余量。应尽可能选用标准行程，可保证供货迅速，成本降低。
3、确定气缸的类别
根据气缸使用的具体要求及其安装要求来选择气缸的品种。
4、选择气缸的缓冲形式
如果负载与速度较大时，紧靠气缸本身的缓冲是很难吸收冲击能力的，因此必须设计缓冲回路或选用外部缓冲器以缓和冲击。
5、确定气缸是否带磁
根据实际情况，确定气缸是否带磁石，并选择相应的传感器。
6、选择气缸的安装方式
根据气缸使用及安装要求来选择气缸的安装方式。
7、选择气缸活塞杆端连接方式
在气缸预选后，根据其不同的安置方式，有必要对气缸的活塞杆（特别是在细长比较大状态时）稳定性进行验算；并且对气缸在实际使用条件下的耗气量进行验算。
空气耗气量计算：
式中：
Qn一一自由空气消耗量（自由空气，即标准大气压下的空气），L/min；
Aa一一活塞A端面积（无杆端），mm^2；
Ab一一活塞B端面积（有杆端），mm^2；
L一一气缸行程，mm；
P一一工作压力，MPa；
n一一每分钟动作次数，次/min。
附：
a、与压缩空气等价的自由空气体积（设为等温变化过程）：
V=Vc*（p+0.1013）/0.1013 （m^3）
式中：
V一自由空气的体积，m^3；
Vc一压缩空气的体积，m^3；
P一表压力指示值，MPa。
b、常用单位
1Pa（帕）=1N/m^2；
1bar（巴）=0.1MPa；
1MPa=1N/mm^2；
1MPa（兆帕）=10^3kPa（千帕）=10^6Pa；
1kgf（公斤力）=10N（g=9.81m/s^2=10N）；
1kgf/cm^2=10N/ cm^2=10^5N/m=1Bar=0.1MPa。
1标准大气压=101.3千帕；
1L（升）=1dm^3（立方分米）=10^-3 m^3（立方米）=1000cm^3（立方厘米）=1000ml（毫升）
c、温度
T=273+t（K）
式中：
T一一热力学温度，K（开）；
t一一摄氏温度，℃。