气缸结构原理简介_经验分享

1、氣缸結構原氣缸結構原理理簡介簡介 谷令鵬 2015/06/16IAC Confidential氣缸簡介氣缸簡介 一、氣動系統概述一、氣動系統概述 二、氣缸的種類二、氣缸的種類 三、氣缸的結構和原理三、氣缸的結構和原理 四、氣缸的參數和選型四、氣缸的參數和選型 五、氣缸的維護五、氣缸的維護 IAC Confidential氣動系統概述氣動系統概述 气动系统构成IAC Confidential氣動系統概述氣動系統概述气动系统气动系统由下面几种元件及装置组成由下面几种元件及装置组成 一、氣源裝置一、氣源裝置 壓縮空氣的發生裝置以及壓縮空氣的存貯、淨化壓縮空氣的發生裝置以及壓縮空氣的存貯、淨化的輔助裝

2、置。它為系統提供合乎質量要求的壓縮空氣。的輔助裝置。它為系統提供合乎質量要求的壓縮空氣。 二、二、執行元件執行元件 將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣動馬達等。件，如氣缸、氣動馬達等。 三、控制元件三、控制元件 控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類（電磁閥、速度控制閥）。閥類（電磁閥、速度控制閥）。 四、四、氣動輔件氣動輔件 氣動系統中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭氣動系統中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。等。 IAC Confidential氣缸的種類氣缸的種類 氣缸：氣

3、壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行氣缸：氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行元件。元件。 氣缸按運動形式可分為以下幾種類型：做往復直線運動的氣缸、氣缸按運動形式可分為以下幾種類型：做往復直線運動的氣缸、做往復擺動的氣缸、回轉氣缸、氣液阻尼氣缸和步進氣缸。做往復擺動的氣缸、回轉氣缸、氣液阻尼氣缸和步進氣缸。做往復直線運動的氣缸又可分為：做往復直線運動的氣缸又可分為： 1、單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產生氣壓，、單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產生氣壓， 氣壓推動活塞產生推力伸出，靠彈簧或自重返回。氣壓推動活塞產生推力伸出，靠彈簧或自重返

4、回。 2、雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。、雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。 3、膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧、膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。復位。它的密封性能好，但行程短。 4、衝擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為、衝擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速（活塞高速（1020米米/秒）運動的動能，借以做功。秒）運動的動能，借以做功。 5、無桿氣缸：沒有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸，纜索氣缸、無桿氣缸：沒有活塞桿的氣缸的總稱

5、。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類。兩大類。 IAC Confidential氣缸的結構和原理氣缸的結構和原理 气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，其内部结构如图所示：其内部结构如图所示： 磁环磁环活塞活塞 密封圈密封圈 活塞杆活塞杆密封圈密封圈 缸体缸体 端蓋端蓋IAC Confidential氣缸的結構和原理氣缸的結構和原理1）缸筒）缸筒 缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往復缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往復滑動，缸筒內表面的表面粗糙度應達到滑動，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra

6、0.8m。2）端蓋）端蓋 端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩衝機構。桿側端蓋上設有端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩衝機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，較少活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。較少活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。3）活塞）活塞活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互串氣，設有活塞密封圈。活

7、塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互串氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的摩擦損耗，減少摩擦活塞上的耐磨環可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的摩擦損耗，減少摩擦阻力。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部份長度來決定。滑動部份太短，阻力。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部份長度來決定。滑動部份太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅易引起早期磨損和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅製成的。製成的。 4）活塞杆）活塞杆 活塞杆是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經鍍硬鉻處理、活塞杆是氣缸中最

8、重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經鍍硬鉻處理、或使用不鏽鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。或使用不鏽鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。5）密封圈）密封圈 回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部份的密封稱為靜密封。回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部份的密封稱為靜密封。 IAC Confidential典型氣缸的結構和工作原理典型氣缸的結構和工作原理典型雙作用氣缸典型雙作用氣缸 以氣動系統中最常使用的單活塞杆雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結構如下圖所示。它由活塞、活以氣動系統中最常使用的單活塞杆雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結構如下圖所示。它由活塞、活塞桿、前端蓋、后端

9、蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內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。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形成的力克服阻力負載推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形成的力克服阻力負載推動活塞運動，使活塞杆伸出；當有桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞杆縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣動活塞運動，使活塞杆伸出；當有桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞杆縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣，活塞實現往復直線運動。和

10、排氣，活塞實現往復直線運動。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 普通雙作用氣缸普通雙作用氣缸 1、3緩衝柱塞緩衝柱塞2活塞活塞 4缸筒缸筒 5導向套導向套 6防塵圈防塵圈7前端蓋前端蓋 8氣口氣口9傳感器傳感器 10活塞桿活塞桿11耐磨環耐磨環 12密封圈密封圈 13后端蓋后端蓋 14緩衝節流閥緩衝節流閥IAC Confidential典型氣缸的結構和工作原理典型氣缸的結構和工作原理機械接觸式無桿氣缸機械接觸式無桿氣缸 在氣缸缸管軸向開有一條槽，活塞與滑塊在槽上部移動。為了防止洩露及防塵需要，在開口部採用聚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

11、洩露及防塵需要，在開口部採用聚氨酯密封帶和防塵不鏽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。活塞與滑塊連接氨酯密封帶和防塵不鏽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。活塞與滑塊連接在一起，帶動固定在滑塊上的執行機構實現往復運動。在一起，帶動固定在滑塊上的執行機構實現往復運動。機械接觸式無桿缸機械接觸式無桿缸 1節流閥節流閥2緩衝柱塞緩衝柱塞 3密封帶密封帶 4防塵不鏽鋼帶防塵不鏽鋼帶 5活塞活塞6壞塊壞塊7活塞架活塞架IAC Confidential典型氣缸的結構和工作原理典型氣缸的結構和工作原理磁性無桿氣缸磁性無桿氣缸 活塞通過磁力帶動缸體外部的移動體做同步

12、移動，其結構如圖所示。它的工作原理是：在活塞上安裝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，磁力線通過薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環作用，由於兩磁環磁性相反，具一組高強磁性的永久磁環，磁力線通過薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環作用，由於兩磁環磁性相反，具有很強的吸力。當活塞在缸筒內被氣壓推動時，則在磁力作用下，帶動缸筒外的磁環套一起移動。氣缸活有很強的吸力。當活塞在缸筒內被氣壓推動時，則在磁力作用下，帶動缸筒外的磁環套一起移動。氣缸活塞的推力必須與磁環的吸力相適應。塞的推力必須與磁環的吸力相適應。 磁性無桿缸磁性無桿缸 1套筒

13、套筒2外磁環外磁環 3外磁導板外磁導板4內磁環內磁環 5內磁導板內磁導板6壓蓋壓蓋7卡環卡環8活塞活塞9活塞軸活塞軸10緩衝柱塞緩衝柱塞11氣缸筒氣缸筒12端蓋端蓋13進、排氣口進、排氣口IAC Confidential兩種無桿缸的區別兩種無桿缸的區別 機械接觸式：機械接觸式：機械連接，動作穩定機械連接，動作穩定可使用氣緩衝可使用氣緩衝機構不完全密封，有微漏機構不完全密封，有微漏磁性無桿缸：磁性無桿缸：可以製作小口徑可以製作小口徑密封簡單，動作穩定密封簡單，動作穩定無洩漏，可用於潔淨環境無洩漏，可用於潔淨環境IAC Confidential氣缸的技術參數氣缸的技術參數1）氣缸的輸出力）氣缸的輸

14、出力 雙作用單活塞杆氣缸推力計算如下：雙作用單活塞杆氣缸推力計算如下： 理論推力（活塞杆伸出）理論推力（活塞杆伸出） Ft1A1p （1-1） 理論拉力（活塞杆縮回）理論拉力（活塞杆縮回） Ft2A2p （1-2)式中式中 Ft1、Ft2氣缸理論輸出力氣缸理論輸出力（N）；）； A1、A2無桿腔、有桿腔活塞面積無桿腔、有桿腔活塞面積（m2）；）； p 氣缸工作壓力氣缸工作壓力（Pa）。）。 實際中，由於活塞等運動部件的慣性力以及密封等部份的摩擦力，活塞杆實際中，由於活塞等運動部件的慣性力以及密封等部份的摩擦力，活塞杆的實際輸出力小於理論推力，稱這個推力為氣缸的實際輸出力。的實際輸出力小於理論推

15、力，稱這個推力為氣缸的實際輸出力。 IAC Confidential氣缸的技術參數氣缸的技術參數2）負載率）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。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。於是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時，常用到負載率的概念。氣缸的負載於是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時，常用到負載率的概念。氣缸的負載率率定義為：定義為： 氣缸的實際負載是由實際工況所決定的，若確定了氣缸的負載率，則定義氣缸的實際負載是由實際工況所決定的，若確定了氣缸的負載率，則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。就能確定氣缸的理

16、論輸出力，從而可以計算氣缸的缸徑。 對於阻性負載，如氣缸用做氣動夾具，負載不產生慣性力，一般選取負載對於阻性負載，如氣缸用做氣動夾具，負載不產生慣性力，一般選取負載率率為為0.8；對於慣性負載，如氣缸用來推送工件，負載將產生慣性力，負載率；對於慣性負載，如氣缸用來推送工件，負載將產生慣性力，負載率的取值如下：的取值如下： 0.65 当气缸低速运动，当气缸低速运动，v 100 mm/s时；时； 0.5 当气缸中速运动，当气缸中速运动，v100500 mm/s时；时； 0.35 当气缸高速运动，当气缸高速运动，v 500 mm/s时。时。%100tFF气缸的理论输出力气缸的实际负载IAC Conf

17、idential氣缸的技術參數氣缸的技術參數3）氣缸的耗氣量）氣缸的耗氣量 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。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。4）氣缸的特性）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態特性和動態特性。氣缸的靜態特性是指與氣缸的輸出氣缸的特性分為靜態特性和動態特性。氣缸的靜態特性是指與氣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。氣缸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。氣缸的動態特性是指在氣缸運動過程中氣缸兩腔內空氣壓力、溫度、活塞速度、位的動態特性是指在氣缸運動過程中氣缸兩

18、腔內空氣壓力、溫度、活塞速度、位移等參數隨時間的變化情況。它能真實地反映氣缸的工作性能。移等參數隨時間的變化情況。它能真實地反映氣缸的工作性能。 IAC Confidential氣缸的選型及計算氣缸的選型及計算1、氣缸的選型步驟、氣缸的選型步驟 氣缸的選型應根據工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。下面以單活塞氣缸的選型應根據工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。下面以單活塞雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。（1）氣缸缸徑：根據氣缸負載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計算出氣）氣缸缸徑：根據氣缸負載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計算出氣缸的缸徑。缸的缸徑。（2）氣缸

19、的行程：氣缸的行程與使用的場合和機構的行程有關，但一般不選）氣缸的行程：氣缸的行程與使用的場合和機構的行程有關，但一般不選用滿行程。用滿行程。（3）氣缸的強度和穩定性計算）氣缸的強度和穩定性計算（4）氣缸的安裝形式：氣缸的安裝形式更具安裝位置和使用目的等因素決定。）氣缸的安裝形式：氣缸的安裝形式更具安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，採用固定式氣缸。在需要隨工作機構連續回轉時（如車床、磨床一般情況下，採用固定式氣缸。在需要隨工作機構連續回轉時（如車床、磨床等），應選用回轉氣缸。在活塞桿除直線運動外，還需做圓弧擺動時，則選用等），應選用回轉氣缸。在活塞桿除直線運動外，還需做圓弧擺動時，則選

20、用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應選用相應的特種氣缸。軸銷式氣缸。有特殊要求時，應選用相應的特種氣缸。（5）氣缸的緩衝裝置：根據活塞的速度決定是否應採用緩衝裝置。）氣缸的緩衝裝置：根據活塞的速度決定是否應採用緩衝裝置。（6）磁性開關：當氣動系統採用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關的氣缸。）磁性開關：當氣動系統採用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關的氣缸。（7）其它要求：如氣缸工作在有灰塵等惡劣環境下，需在活塞桿伸出端安裝）其它要求：如氣缸工作在有灰塵等惡劣環境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸。防塵罩。要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸。IAC Confide

21、ntial氣缸的選型及計算氣缸的選型及計算2、氣缸的直徑計算、氣缸的直徑計算 氣缸直徑的設計計算需根據其負載大小、運行速度和系統工作壓力來決定。氣缸直徑的設計計算需根據其負載大小、運行速度和系統工作壓力來決定。首先，根據氣缸安裝及驅動負載的實際工況，分析計算出氣缸軸向實際負載首先，根據氣缸安裝及驅動負載的實際工況，分析計算出氣缸軸向實際負載F，再由氣缸平均運行速度來選定氣缸的負載率再由氣缸平均運行速度來選定氣缸的負載率，初步選定氣缸工作壓力（一般，初步選定氣缸工作壓力（一般為為0.4MPa0.6MPa)，再由，再由F/,計算出氣缸理論出力計算出氣缸理論出力Ft，最後計算出缸徑及，最後計算出缸徑

22、及桿徑，并按標準圓整得到實際所需的缸徑和桿徑。桿徑，并按標準圓整得到實際所需的缸徑和桿徑。例題：氣缸推動工件在水平導軌上運動。已知工件等運動件質量為例題：氣缸推動工件在水平導軌上運動。已知工件等運動件質量為 m=250kg，工件與導軌間摩擦係數工件與導軌間摩擦係數 =0.25，氣缸行程，氣缸行程 s=400mm，徑，徑1.5 s時間工件運時間工件運動到位，系統工作壓力動到位，系統工作壓力 P=0.4MPa，試選定氣缸直徑。，試選定氣缸直徑。 解：氣缸實際軸向負載解：氣缸實際軸向負載 F mg 0.25 x 250 x 9.81613.13 N 氣缸的平均速度氣缸的平均速度 mm/s2675 .

23、 1400tsvIAC Confidential氣缸的選型及計算氣缸的選型及計算2、氣缸的直徑計算、氣缸的直徑計算 選定負載率選定負載率 =0.5 則氣缸理論輸出力則氣缸理論輸出力 雙作用氣缸理論推力雙作用氣缸理論推力 氣缸直徑氣缸直徑 按標準選定氣缸缸徑為按標準選定氣缸缸徑為63mm。N6 .12265 . 013.6131FFpDF2141mm48.624 . 014. 33 .122644pFDtIAC Confidential氣缸的維護氣缸的維護氣缸常見故障判斷氣缸常見故障判斷好的氣缸：好的氣缸： 用手緊緊堵住氣孔，然後用手拉活塞杆，拉的時候有很大的反向力，放的用手緊緊堵住氣孔，然後用

24、手拉活塞杆，拉的時候有很大的反向力，放的時候活塞會自動彈回原位；拉出活塞杆再堵住氣孔，用手壓活塞杆時也有很大時候活塞會自動彈回原位；拉出活塞杆再堵住氣孔，用手壓活塞杆時也有很大的反向力，放的時候活塞會自動彈回原位。的反向力，放的時候活塞會自動彈回原位。 壞的氣缸：壞的氣缸： 拉的時候無阻力或阻力很小，放的時候活塞無動作或動作無力緩慢，拉出拉的時候無阻力或阻力很小，放的時候活塞無動作或動作無力緩慢，拉出的時候有反向力但連續拉的時候慢慢減小；壓的時候沒有壓力或壓力很小，有的時候有反向力但連續拉的時候慢慢減小；壓的時候沒有壓力或壓力很小，有壓力但越壓壓力越小。壓力但越壓壓力越小。氣孔氣孔IAC Confidential氣缸的維護氣缸的維護常用維修工具常用維修工具 卡簧鉗卡簧鉗 1500#砂紙砂紙 氣缸潤滑油氣缸潤滑油 新氣缸密封圈新氣缸密封圈 清潔布清潔布IAC Confidential氣缸的維護氣缸的維護常用維修技巧常用維修技巧 1、找到與氣缸配、找到與氣缸配套的密封圈套的密封圈2、拆下端蓋、拆下端蓋3、拆下卡