气动震源机械传动系统设计.docx
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气动震源机械传动系统设计
摘要
当今社会，机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。
在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。
在新的市场需求的推动下，对气动震源机械传动系统进行改良和优化是当务之急。
有大型气动震源机械传动系统生产设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。
在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。
国内气动震源机械传动系统设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。
气动震源机械传动系统的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。
本次设计是关于气动震源机械传动系统结构的设计，通过对传统的气动震源机械传动系统结构进行了改进和优化，使得此种类型的气动震源机械传动系统结构的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。
关键词：
气动震源机械传动系统结构；结构；效率；参考
Abstract
Foralotofspecialplaces,liketheriskisverybig,orwearedifficulttoreach,suchasdisarmbombs,unknowncorrespondingdomainssuchasdetection,probingdeepofmoredangeroussituationusuallyneedtoimplementtherobot.It’samainpartofrobotformicropedipulator,walkingrobotsandmorethansixfeet,comparedtotheEightLeggedRobot,becauseofstrongbearingcapacity,goodstability,whichthemeritssissimpleconstruction,So,alargenumberofresearchersaroundtheworld,startgenerallyattachimportance.
Thispapermainlytothefourbarmechanismasthemainexecutionelementstodesignofmicrowalkingthewholeschemeofthefourbarmechanism.Itsprincipleisdiagonalsynchronization,legactivitybythestructureofthecrankrocker,frontlegmovementsaroundthesame,itdetailedperformancecurvecharacteristicsoftheconnectingrod,whenthecurvetrajectorydiagonalstraightlinesegment,therobotisstationary,themotiontrajectorywhenthediagonalcurveisslantinglinedothewalkingmotion,robot.TheminiaturewalkingrobotismainlydrivenbyDCservomotor,soastodrivethelegactiondrivensynchronousbeltwheelbyacrankandrockermechanism.
sothedesignofaspecialpressbeimperative.Graduationprojectthistimeisatubeaxialcompressiveloadingmachine.Thispaperintroducesthetheoreticalcalculationtodesignsleevepressingmachinestructure,workingprincipleandmainpartsofthestrengthcheckandtheadvantagesofthesleeve,pressingmachineisefficient.
Keyword:
pneumaticmanipulator；cylinder；pneumaticloop；Foutdegreesoffreedom.
摘要1
Abstract2
1.1课题的来源与研究的目的和意义5
1.2气动震源机械传动系统简介8
1.3本课题研究的内容10
第五章设计总结29
第一章绪论
1.1课题的来源与研究的目的和意义
由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。
但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。
封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。
因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。
人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。
机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。
在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。
机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。
现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。
人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。
电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。
这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。
人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。
又一方面实践促进人脑智力。
在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。
大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。
在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。
相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。
在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。
在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。
在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。
由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。
但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。
封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。
因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。
人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。
综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。
从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。
综合和专业水平。
有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。
在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。
1.2气动震源机械传动系统器简介
针对目前石油勘探中使用炸药震源对环境的污染,对人和建筑物的破坏性和危害性等一系列问题,提出了一种可替代炸药震源的车载式锤击震源系统,分析了该震源系统的工作原理,研究设计了一种典型的气动控制回路。
给出了气动控制回路图和电气控制回路图,并用PLC进行气动控制系统设计,提供了硬件及软件设计方案。
该系统具有冲击力强、速度快、耗气量小、控制方便的特点。
1.3本课题研究的内容
本论文主要研究运用绘图软件对气动震源机械传动系统进行设计。
在设计过程中，了解绘图软件的各种功能。
绘图软件公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。
当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。
从1995年推出第一套绘图软件三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。
1997年，绘图软件被法国达索（DassaultSystemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。
绘图软件软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。
由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，绘图软件公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得绘图软件每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。
从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。
其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予绘图软件最佳编辑奖，以表彰绘图软件的创新、活力和简明。
至此，绘图软件所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。
由于绘图软件出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将绘图软件全资并购。
公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的绘图软件以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。
绘图软件三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。
绘图软件成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示，目前全球发放的绘图软件软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过绘图软件的培训课程。
据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3DCAD软件相比，绘图软件相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用绘图软件三维软件，越来越多的企业需要绘图软件人才。
绘图软件软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是绘图软件的五大特点。
使得绘图软件三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。
绘图软件在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。
在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，绘图软件是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。
它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。
绘图软件软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，绘图软件公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得绘图软件每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予绘图软件最佳编辑奖，以表彰绘图软件的创新、活力和简明。
至此，绘图软件所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。
由于绘图软件出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将绘图软件全资并购。
公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的绘图软件以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，绘图软件三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，绘图软件成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示，目前全球发放的绘图软件软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过绘图软件的培训课程。
据世界上著名的人才网站检索，与其它3DCAD系统相比，与绘图软件相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用绘图软件，越来越多的企业雇佣绘图软件人才。
据统计，全世界用户每年使用绘图软件的时间已达5500万小时。
在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把绘图软件列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用绘图软件进行教学。
绘图软件软件功能强大，组件繁多。
绘图软件有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得绘图软件成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
绘图软件能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
绘图软件不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
绘图软件在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且绘图软件公司对中国市场重点开发，日后绘图软件应用将会更加完善，更加普遍。
通过前文对绘图软件的深入了解后，往后会对绘图软件进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。
第三章气动震源机械传动系统结构的设计
3.1气动震源机械传动系统结构的总体方案图
震源是石油勘探的重要物探设备,是产生地震信号的源头。
人工震源通常包括炸药震源、落重震源、锤击震源、撞击震源、气枪震源、气爆震源、电火花震源、可控震源等,人工震源激发具有可控性强、定位精度高等优点。
炸药震源具有瞬时能量大,产生脉冲尖锐、分辨率高、经济性好。
其布局的具体方案如下：
1）液压缸的类型及结构形式
液压缸有多种类型。
按作用方式可分为单作用式和双作用式两种；按结构形式可分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式四大类。
其中，单作用液压缸分为：
单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、柱塞式液压缸、差动液压缸和伸缩液压缸。
但是，差动式液压缸和柱塞式液压缸只能单作用而不能双作用。
组合液压缸包括：
弹簧复位式、齿条式、串联式和增压式四种。
摆动液压缸又分为：
单叶片式和双叶片式两种。
下面以一种典型液压缸为例，说明液压缸的基本组成。
空心活塞式液压缸如上图所示。
它由缸筒10，活塞8，活塞杆1、15，缸盖18、24，密封圈4、7、17，导向套6、19，压板11、20等主要零件成。
这种液压缸活塞杆固定，缸筒带动工作台作往复运动。
活塞用锥销9、22与空心活塞杆连接，并用堵头2堵死活塞杆的一头。
缸筒两端外圆上套有钢丝环12、21，用于阻止压板11、20向外移动，从而通过螺栓将缸盖18、24与压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒的两端。
为了减少泄漏，在液压缸中可能发生泄漏的结合面安放了密封圈和纸垫。
空心活塞杆和其上的油口a、c提供了液压缸的进、出油口。
当缸筒移动到左、右终端时，油口a、c的开度逐渐减小，造成回油阻力逐渐增大，对运动部件起到制动缓冲作用。
在缸盖上设有与排气阀（图中没有画出）相连的排气孔5、14，可以排出液压缸中的空气，使运动更加平稳。
表2-1液压缸的类型和特点
类型
速度
作用力
特点
单
作
用
液
压
缸
双活塞杆液压缸
U=q/A3
F=p1A1
活塞的两侧都装有活塞杆，只能向活塞一侧供给压力油，由外力使活塞反向运动
单活塞杆液压缸
U=q/A3
F1=p1A1
活塞仅单向运动，返回行程利用自重或负荷将活塞推回
柱塞式液压缸
U=q/A3
F1=p1A1
柱塞仅单向运动，由外力使柱塞反向运动
差动液压缸
U3=q/A3
F3=p1A1
可使速度加快，但作用力相应减小
伸缩液压缸
---
---
以短缸获得长行程；缸由大到小逐节推出，靠外力由小到大逐节缩回
双
作用液压缸
双活塞杆液压缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
双边有杆，双向液压驱动，双向推力和速度均相等
单活塞杆液压缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
单边有杆，双向液压驱动，u1〈VU2，F1〉F2
伸缩液压缸
---
---
双向液压驱动，由大到小逐节推出，由小到大逐节缩回
组
合
液
压
缸
弹簧复位液压缸
---
---
单向由液压驱动，回程弹簧复位
串联液压缸
U1=q/（A1+A2）
U2=q2A2
F1=p1（A1-A2）-2qA2
F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）
用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可获得在的推力
增压缸
---
---
由活塞缸和柱塞缸组合而成，低压油送入A腔，B腔输出高压油
齿条液压缸
---
---
活塞的移动通过传动机构变成齿轮的往复回转运动
摆动液压缸
单叶片液压缸
W
=8q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/8
把液压能变为回转的机械能，输出轴摆动角<300度
双叶片液压缸
W
=4q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/4
把液压能变为回转的机械能，输出轴摆动角<150度
注：
b—叶片宽度；D—叶片的底端、顶端直径；w—叶片轴的角速度；T--理论转矩
2）液压缸的工作压力
根据负载并查表，初选工作压力
P1=3MPa
3）计算液压缸尺寸
鉴于砂轮要求快进、快退速度相等，可选用单杆式轻负载型液压缸。
无杆腔工作面积A1，有杆腔工作面积A2，
且A1=2A2，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。
回油路上背压P2取0.8MPa
油路压力损失△P取0.5MPa
A1=F/（P1-P2/2）=4182×10-6/（3-0.8/2）m2=0.0016m2
D=
=45.13mm
d=0.707D=31.91mm
按GB/T2348-2001将直径元整成就进标准值
D=50mmd=35mm;
液压缸两腔的实际有效面积为：
A1=πD2/4=19.63×10-4m2
A2=π（D2-d2）/4=10.01×10-4m2
根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力
4）液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算
工况
推力
F/N
回油腔压力P2/MPa
进油腔压力P1/MPa
输入流量
输入功率
计算公式
快进
启动
1289
0
1.86
—
-
加速
1193
△P=0.5
1.76
—
-
恒速
645
1.29
4.81
0.10
工进
4182
0.8
2.54
1.57～0.098
0.07
快退
启动
1289
0
1.29
—
-
加速
1193
0.5
2.17
—
-
恒速
645
1.62
5.01
0.135
3.5液压缸工况图
5）液压缸推力的计算
根据系统工况，可知油压范围介于14MPa之间，故根据液压缸推力计算公式可知：
F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N.
6）液压系统的压力损失计算
1）、快进
滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上通过单向阀3的流量是6L/min，通过电液换向阀4，液压缸有杆腔的回油与进油路汇合，以12.24L/min通过行程阀5并进入无杆腔。
因此进油路上的总压降为
∑△pv=[0.2×（6/63）2+0.5×（6/80）2+0.3×（12.24/63）2]
=（0.019+0.038+0.058）MPa=0.115MPa
压力阀不会被打开，油泵的流量全部进入液压缸。
回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀4和单向阀9的流量都是6.24L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀5流入无杆腔。
由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差
△p=p2-p1=[0.5×（6.24/80）2+0.2×（6.24/63）2+0.3×（12.24/63）2]
=（0.039+0.020+0.058）MPa=0.117MPa此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。
2）、工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0.5L/min,在调速阀7处得压力损失为0.5MPa，油液在回油路上通过换向阀4的流量是0.25L/min，在背压阀10处得压力损失为0.5MPa，通过顺序阀11的流量为（6+0.24）=6.24L/min，因此这时液压缸回油腔的压力p2为p2=[0.5×（0.24/80）2+0.5+0.3×（6.24/63）2]
=（0.002+0.5+0.030）MPa=0.532MPa
此值小于原估计值0.8MPa。
重新计算工进时液压缸进油腔压力p1
p1=（F`+p2A2）/A1
=（4182+0.532×106×10.01×10-4）/19.63×106×10-4
=2.40MPa
此数值与2.54MPa接近。
3）、快退
快退时，油液在进油路上通过换向阀4的流量为6L/min；油液在回油路上通过单向阀7、换向阀4和单向阀13的流量都是11.76L/min，因此进油路上总压降为
∑△pv1=[0.2×（6/63）2+0.5×（6/80）2]=（0.019+0.038）MPa=0.057MPa
此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。
回油路上总压降为
∑△pv2=[0.2×（11.76/63）2+0.5×（11.76/80）2+0.2×（11.76/6
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