各種類型氣缸的原理

1、一.產(chǎn)品的性能及特點： 1.免潤滑性：該產(chǎn)品采用含油自潤滑軸承，使活塞桿無需加油潤滑； 2.耐久性：氣缸本體、采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼、硬質(zhì)氧化鋁合金材質(zhì)，前后端蓋經(jīng)過陽極硬質(zhì)氧化處理，不僅具有耐磨耐腐蝕性，而且更顯外觀小 巧精美； 3.可調(diào)緩沖性：該產(chǎn)品除了帶有固定緩沖外，氣缸終端還帶有可調(diào)緩沖，是氣缸換向時平穩(wěn)無沖擊； 4.安裝形式多樣性：多種安裝附件供客戶根據(jù)使用要求來選擇； 5.耐高溫性：可采用耐高溫密封材料，使氣缸在180C高溫條件下正常工作（客戶訂貨時需向本公司特殊說明訂購）； 6.附磁性：氣缸活塞上裝有一個永久磁鐵，它可觸發(fā)安裝在氣缸上的感應開關來感應氣缸的運動位置（客戶訂貨時需向本公司特

2、殊說明訂購）； 7.行程可調(diào)性：活塞桿端配有一個可調(diào)螺母，是氣缸在其行程范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)（推力F1=拉力F2）； 8.派生多樣性：可在原來的基礎上派生出多樣化的非標產(chǎn)品以此適合客戶需要的各種使用要求。 氣動執(zhí)行元件和控制元件 氣動執(zhí)行元件是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動機構實現(xiàn)直線往復運動、擺動、旋轉(zhuǎn)運動或沖擊動作。氣動執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達兩大類。氣缸用于提供直線往復運動或擺動，輸出力和直線速度或擺動角位移。氣馬達用于提供連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。氣動控制元件用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和方向等，以保證執(zhí)行機構按規(guī)定的程序正常進行工作。氣動控制元件按功能可分為壓

3、力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。氣缸 一、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 1.氣缸的典型結構和工作原理圖 1 普通雙作用氣缸 1、3緩沖柱塞 2活塞 4缸筒 5導向套 6防塵圈7前端蓋 8氣口 9傳感器 10活塞桿 11耐磨環(huán) 12密封圈 13后端蓋 14緩沖節(jié)流閥 以氣動系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結構如(圖1)所示。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。當從無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負載推動活塞運動，使活塞桿伸出；當有

4、桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣，活塞實現(xiàn)往復直線運動。 2.氣缸的分類 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結構特征、功能、驅(qū)動方式或安裝方法等進行分類。分類的方法也不同。按結構特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按運動形式分為直線運動氣缸和擺動氣缸兩類。 3.氣缸的安裝形式 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸 氣缸安裝在機體上固定不動，有腳座式和法蘭式。 2）軸銷式氣缸 缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動，有U形鉤式和耳軸式。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運動。這種氣缸常用于機床上氣動卡盤中，以實現(xiàn)工件的自動裝卡。 4）

5、嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。二、常用氣缸的結構原理 1.普通氣缸包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無特殊要求的場合。 圖2為最常用的單桿雙作用普通氣缸的基本結構，氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成。 缸筒7與前后缸蓋固定連接。有活塞桿側(cè)的缸蓋5為前缸蓋，缸底側(cè)的缸蓋14為后缸蓋。在缸蓋上開有進排氣通口，有的還設有氣緩沖機構。前缸蓋上，設有密封圈、防塵圈3，同時還設有導向套4，以提高氣缸的導向精度?；钊麠U6與活塞9緊固相連?；钊铣忻芊馊?0，11防止活塞左右兩腔相互漏氣外，還有耐磨環(huán)12以提高氣缸的導向性；帶磁性開關的氣缸，活塞上裝有磁環(huán)?；钊麅蓚?cè)常

6、裝有橡膠墊作為緩沖墊8。如果是氣緩沖，則活塞兩側(cè)沿軸線方向設有緩沖柱塞，同時缸蓋上有緩沖節(jié)流閥和緩沖套，當氣缸運動到端頭時，圖 2 普通雙作用氣缸1，13彈簧擋圈 2防塵圈壓板 3防塵圈 4導向套 5桿側(cè)端蓋 6活塞桿 7缸筒 8緩沖墊 9活塞 10活塞密封圈 11密封圈 12耐磨環(huán) 14無桿側(cè)端蓋緩沖柱塞進入緩沖套，氣缸排氣需經(jīng)緩沖節(jié)流閥，排氣阻力增加，產(chǎn)生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。2.特殊氣缸圖 3 薄膜氣缸1缸體 2膜片 3膜盤 4活塞桿 為了滿足不同的工作需要，在普通氣缸的基礎上，通過改變或增加氣缸的部分結構，設計開發(fā)出多種特殊氣缸。 （1）薄膜式氣缸圖3為膜片氣缸的工作原

7、理圖。膜片有平膜片和盤形膜片兩種 一般用夾織物橡膠、鋼片或磷青銅片制成，厚度為 56mm（有用12mm厚膜片的）。圖133所示的膜片氣缸的功能類似于彈簧復位的活塞式單作用氣缸，工作時，膜片在壓縮空氣作用下推動活塞桿運動。它的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊、體積小、重量輕、密封性好、不易漏氣、加工簡單、成本低、無磨損件、維修方便等，適用于行程短的場合。缺點是行程短，一般不超過50mm。平膜片的行程更短，約為其直徑的1/10。（2）磁性開關氣缸磁性開關氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開關，磁性開關用來檢測氣缸行程的位置，控制氣缸往復運動。因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開關來檢

8、測氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設置擋塊。其工作原理如圖134所示。它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán)，在缸筒外殼上裝有舌簧開關。開關內(nèi)裝有舌簧片、保護電路和動作指示燈等，均用樹脂塑封在一個盒子內(nèi)。當裝有永久磁鐵的活塞運動到舌簧片附近，磁力線通過舌簧片使其磁化，兩個簧片被吸引接觸，則開關接通。當永久磁鐵返回離開時，磁場減弱，兩簧片彈開，則開關斷開。由于開關的接通或斷開，使電磁閥換向，從而實現(xiàn)氣缸的往復運動。圖4磁性開關氣缸1動作指示燈 2保護電路 3開關外殼4導線5活塞6磁環(huán)7缸筒8舌簧開關氣缸磁性開關與其它開關的比較見表3-1。表3-1 氣缸磁性開關與其它開關的比較開關形式控制原理成本調(diào)整安裝復

9、雜性磁性開關磁場變化低方便，不占位置行程開關機械觸點低麻煩，占位置接近開關阻抗變化高麻煩，占位置光電開關光的變化高麻煩，占位置（3）帶閥氣缸帶閥氣缸是由氣缸、換向閥和速度控制閥等組成的一種組合式氣動執(zhí)行元件。它省去了連接管道和管接頭，減少了能量損耗，具有結構緊湊，安裝方便等優(yōu)點。帶閥氣缸的閥有電控、氣控、機控和手控等各種控制方式。閥的安裝形式有安裝在氣缸尾部、上部等幾種。如圖5 所示，電磁換向閥安裝在氣缸的上部，當有電信號時，則電磁閥被切換，輸出氣壓可直接控制氣缸動作。圖 5 帶閥組合氣缸1管接頭2氣缸3氣管4電磁換向閥5換向閥底板6單向節(jié)流閥組合件7密封圈。（4）帶導桿氣缸 圖6為帶導桿氣缸

10、，在缸筒兩側(cè)配導向用的滑動軸承（軸瓦式或滾珠式），因此導向精度高，承受橫向載荷能力強。圖6典型帶導桿氣缸的結構（5）無桿氣缸 無桿氣缸是指利用活塞直接或間接方式連接外界執(zhí)行機構，并使其跟隨活塞實現(xiàn)往復運動的氣缸。這種氣缸的最大優(yōu)點是節(jié)省安裝空間。 1）磁性無桿氣缸 活塞通過磁力帶動缸體外部的移動體做同步移動，其結構如圖7所示。它的工作原理是：在活塞上安裝一組高強磁性的永久磁環(huán)，磁力線通過薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環(huán)作用，由于兩組磁環(huán)磁性相反，具有很強的吸力。當活塞在缸筒內(nèi)被氣壓推動時，則在磁力作用下，帶動缸筒外的磁環(huán)套一起移動。氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相適應。圖7 磁性無桿氣缸1套筒

11、2外磁環(huán) 3外磁導板 4內(nèi)磁環(huán) 5內(nèi)磁導板 6壓蓋 7卡環(huán)8活塞 9活塞軸 10緩沖柱塞 11氣缸筒 12端蓋 13進、排氣口2）機械接觸式無桿氣缸 稱機械接觸式無桿氣缸，其結構如圖8所示。在氣缸缸管軸向開有一條槽，活塞與滑塊在槽上部移動。為了防止泄漏及防塵需要，在開口部采用聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶固定在兩端缸蓋上，活塞架穿過槽，把活塞與滑塊連成一體?；钊c滑塊連接在一起，帶動固定在滑塊上的執(zhí)行機構實現(xiàn)往復運動。這種氣缸的特點是：1) 與普通氣缸相比，在同樣行程下可縮小1/2安裝位置；2)不需設置防轉(zhuǎn)機構；3)適用于缸徑1080mm，最大行程在缸徑40mm時可達7m；4)速度高，標準型可達0

12、.10.5m/s；高速型可達到0.33.0m/s。其缺點是：1)密封性能差，容易產(chǎn)生外泄漏。在使用三位閥時必須選用中壓式；2)受負載力小，為了增加負載能力，必須增加導向機構。圖 8 機械接觸式無桿氣缸l節(jié)流閥2緩沖柱塞3密封帶4防塵不銹鋼帶 5活塞 6滑塊 7活塞架（6）鎖緊氣缸 帶有鎖緊裝置的氣缸稱為鎖緊氣缸。按鎖緊位置分為行程末端鎖緊型和任意位置鎖緊型。1）行程末端鎖緊型氣缸 如圖9所示，當活塞運動到行程末端，氣壓釋放后，鎖定活塞1在彈簧力的作用下插入活塞桿的卡槽中，活塞桿被鎖定。供氣加壓時，鎖定活塞1縮回退出卡槽而開鎖，活塞桿便可運動。圖9帶端鎖氣缸的結構原理a）手動解除非鎖式 b）手動

13、解除鎖式。1鎖定活塞2橡膠帽3，12帽4緩沖墊圈5鎖用彈簧6密封件7導向套8螺釘9旋鈕10彈簧11限位環(huán)2）任意位置鎖緊型氣缸 按鎖緊方式可分為卡套錐面式、彈簧式和偏心式等多種形式。卡套錐面式鎖緊裝置由錐形制動活塞6、制動瓦1、制動臂4和制動彈簧7等構成，其結構原理如圖10所示。作用在錐狀鎖緊活塞上的彈簧力由于楔的作用而被放大，再由杠桿原理得到放大。這個放大的作用力作用在制動瓦1上，把活塞桿鎖緊。要釋放對活塞的鎖緊，向供氣口A供應壓縮空氣，把鎖緊彈簧力撤掉。圖10 制動氣缸制動裝置工作原理a）自由狀態(tài)b）鎖緊狀態(tài)l制動瓦 2制動瓦座3轉(zhuǎn)軸 4制動臂 5壓輪 6錐形制動活塞7制動彈簧（7）氣動手

14、爪 氣動手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸。它可以用來抓取物體，實現(xiàn)機械手各種動作。在自動化系統(tǒng)中，氣動手爪常應用在搬運、傳送工件機構中抓取、拾放物體。圖 11 平行開合手指氣動手爪有平行開合手指（如圖11所示）、肘節(jié)擺動開合手爪、有兩爪、三爪和四爪等類型，其中兩爪中有平開式和支點開閉式驅(qū)動方式有直線式和旋轉(zhuǎn)式。氣動手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復直線運動帶動與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機構，驅(qū)動各個手爪同步做開、閉運動。（8）氣液阻尼缸氣缸以可壓縮空氣為工作介質(zhì)，動作快，但速度穩(wěn)定性差，當負載變化較大時，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象。另外，壓縮空氣的壓力較低，因而氣缸的輸出力較小

15、。為此，經(jīng)常采用氣缸和油缸相結合的方式，組成各種氣液組合式執(zhí)行元件，以達到控制速度或增大輸出力的目的。氣液阻尼缸是利用氣缸驅(qū)動油缸，油缸除起阻尼作用外，還能增加氣缸的剛性（因為油是不可壓縮的），發(fā)揮了液壓傳動穩(wěn)定、傳動速度較均勻的優(yōu)點。常用于機床和切削裝置的進給驅(qū)動裝置。串聯(lián)式氣液阻尼缸的結構如圖12所示。它采用一根活塞桿將兩活塞串在一起，油缸和氣缸之間用隔板隔開，防止氣體串入油缸中。當氣缸左端進氣時，氣缸將克服負載阻力，帶動油缸向右運動，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度就能改變阻尼缸活塞的運動速度。圖12氣液阻尼缸（10）擺動氣缸 擺動氣缸是一種在小于360角度范圍內(nèi)做往復擺動的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)

16、換成機械能，輸出力矩使機構實現(xiàn)往復擺動。擺動氣缸按結構特點可分為葉片式和活塞式兩種。1）葉片式擺動氣缸 單葉片式擺動氣缸的結構原理如圖13所示。它是由葉片軸轉(zhuǎn)子（即輸出軸）、定子、缸體和前后端蓋等部分組成。定子和缸體固定在一起，葉片和轉(zhuǎn)子聯(lián)在一起。在定子上有兩條氣路，當左路進氣時，右路排氣，壓縮空氣推動葉片帶動轉(zhuǎn)子順時針擺動。反之，作逆時針擺動。 葉片式擺動氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于80%。因此，在應用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場合，如夾具的回轉(zhuǎn)，閥門開閉及工作臺轉(zhuǎn)位等。圖13

17、單葉片式擺動氣缸工作原理圖1葉片2轉(zhuǎn)子3定子4缸體2）活塞式擺動氣缸 活塞式擺動氣缸是將活塞的往復運動通過機構轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的擺動運動。按結構不同可分為齒輪齒條式、螺桿式和曲柄式等幾種。圖14 齒輪齒條式擺動氣缸結構原理1齒條組件2彈簧柱銷3滑塊4端蓋5缸體6軸承7軸8活塞9齒輪齒輪齒條式擺動氣缸是通過連接在活塞上的齒條使齒輪回轉(zhuǎn)的一種擺動氣缸，其結構原理如圖14所示?；钊麅H作往復直線運動，摩擦損失少，齒輪傳動的效率較高，此擺動氣缸效率可達到95%左右。三、氣缸的技術參數(shù)1）氣缸的輸出力氣缸理論輸出力的設計計算與液壓缸類似，可參見液壓缸的設計計算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計算如下：理論推力（活塞

18、桿伸出）Ft1A1p理論拉力（活塞桿縮回）Ft2A2p式中Ft1、Ft2氣缸理論輸出力（N）；A1、A2無桿腔、有桿腔活塞面積（m2）； p氣缸工作壓力（Pa）。實際中，由于活塞等運動部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實際輸出力小于理論推力，稱這個推力為氣缸的實際輸出力。氣缸的效率h是氣缸的實際推力和理論推力的比值，即所以氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤滑狀態(tài)。此外，氣缸的運動速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會對效率產(chǎn)生一定的影響。2）負載率從對氣缸運行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時，常用

19、到負載率的概念。氣缸的負載率定義為氣缸的實際負載是由實際工況所決定的，若確定了氣缸負載率q，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計算氣缸的缸徑。對于阻性負載，如氣缸用作氣動夾具，負載不產(chǎn)生慣性力，一般選取負載率為0.8；對于慣性負載，如氣缸用來推送工件，負載將產(chǎn)生慣性力，負載率的取值如下0.65當氣缸低速運動，v100mm/s時；0.5當氣缸中速運動，v100500mm/s時；0.35當氣缸高速運動，v500mm/s時。 3）氣缸耗氣量氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積，稱這個容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。 4）氣缸的特性氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出力及耗氣量密切相關的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等參數(shù)。氣缸的動態(tài)特性是指在氣缸運動過程中氣缸兩腔內(nèi)空氣壓力，溫度，活塞速度、位移等參數(shù)隨時間的變化情況。它能真實地反映氣缸的工作性能。四、氣缸的選型及計算 1.氣缸的選型步驟 氣缸的選型應根據(jù)工作要求和條件，正