气缸使用原理分析

1、1概述1.1 气缸的分类普通气缸的结构组成见图42.2-1。主要由前盖、后盖9、活塞6、活塞杆4、缸筒5其他一些零件组成。气缸的种类很多。一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分类。气缸的类型及安装形式见表42.2-1、2。图42.2-1普通气缸1一组合防尘圈；一前端盖；3一轴用密封圈；4活塞杆；5一缸筒;6活塞；7一孔用M密封圈；8缓冲调节阀；9后端盖表42.2-1气缸的类型类别名称简图特点柱塞式气缸r压缩空气只能使柱塞向一个方向运动；借助外力或重力复位压缩空气只能使活塞向一个方向运动；借助外力或重力复位活塞式气缸单作用气缸薄膜式气缸双作用气缸普通气缸压缩空气只能使活塞向一

2、个方向运动；借助弹簧力复位；用于行程较小场合以膜片代替活塞的气缸。单向作用；借助弹簧力复位；行程短；结构简单，缸体内壁不须加工；须按行程比例增大直径。若无弹簧，用压缩空气复位，即为双向作用薄膜式气缸。行程较长的薄膜式气缸膜片受到滚压，常称滚压（风箱）式气缸。利用压缩空气使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定，双向作用的力和速度不同双活塞杆气缸不可调缓冲气缸可调缓冲气缸缓冲装置的减速和缓冲效果可根据需要调整侦修调援冲差动气缸气缸活塞两端有效面积差较大，利用压力差原理使活塞往复运动，工作时活塞杆侧始终通以压缩空气双活塞气缸两个活塞同时向相反方向运动压缩空气可使活塞向两个方向运动，且其速度

3、和行程都相等设有缓冲装置以使活塞临近行程终点时减速，防止冲击，缓冲效果不可调整多位气缸活塞杆沿行程长度方向可在多个位置停留，图示结构有四个位置特殊气缸串联气缸111TrT;_r冲击气缸J_=4=_L1.-X-7在一根活塞杆上串联多个活塞，可获得和各活塞有效面积总和成正比的输出力利用突然大量供气和快速排气相结合的方法得到活塞杆的快速冲击运动，用于切断、冲孔、打入工件等数字气缸回转气缸伺服气缸将若干个活塞沿轴向依次装在一起，每个活塞的行程由小到大，按几何级数增加进排气导管和导气头固定而气缸本体可相对转动。用于机床夹具和线材卷曲装置上将输入的气压信号成比例地转换为活塞杆的机械位移。用于自动调节系统中

4、。挠性气缸-E缸筒由挠，性材料制成，由夹住缸筒的滚子代替活塞。用于输出力小，占地空间小，行程较长的场合，缸筒可适当弯曲钢索式气缸以钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸，用于小直径，特长行程的场合©JJ-<-1.r增压气缸*硅牛活塞杆面积不相等，根据力平衡原理，可由小活塞端输出高压气体气-液增压缸逢IL.液体是不可压缩的，根据力的平衡原理，利用两两相连活塞面积的不等，压缩空气驱动大活塞，小活塞便可输出相应比例的高压液体p:,'A：r气-液阻尼缸利用液体不可压缩的性能及液体流量易于控制的优点，获得活塞杆的稳速运动组合气缸1.2 气缸的工作原理1.2.1 单作用气缸单作用气缸只有一

5、腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。其原理及结构见图42.2-2。图42.2-2单作用气缸1一缸体；2活塞；3弹簧；4活塞杆；单作用气缸的特点是：1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合，如

6、气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。1.2.2双作用气缸双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。1）双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。其工作原理见图42.2-3缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气），活塞杆带动工作台左右运动，工作台运动范围等于其有效行程s的3倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与载荷（工作台）

7、连成一体，压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向左运动，工作台的运动范围为其有效行程s的2倍。适用于中、大型设备。图42.2-3双活塞杆双作用气缸a）缸体固定；b）活塞杆固定1一缸体；2工作台；3活塞；4活塞杆；5一机架双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时，其往返运动输出力及速度均相等。2）缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸见图42.2-4,主要

8、由活塞杆1、活塞2、缓冲柱塞3、单向阀5、节流阀6、端盖7等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸右腔的气体经柱塞孔4及缸盖上的气孔8排出。在活塞运动接近行程末端时，活塞右侧的缓冲柱塞3将柱塞孔4堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀6及气孔8排出，被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀6阀口开度的大小，即可控制排气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令活塞反向运动时，从气孔8输入压缩空气，可直接顶开单向阀5,推

9、动活塞向左运动。如节流阀6阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。图42.2-4缓冲气缸1活塞杆；2活塞；3缓冲柱塞；4一柱塞孔；5单向阀6节流阀；7一端盖；8气孔气缸所设缓冲装置种类很多，上述只是其中之一，当然也可以在气动回路上采取措施，达到缓冲目的。1.3、 缸的选择1.31、 类型的选择根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需

10、选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。1.32、 安装形式根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。1.33、 作用力的大小即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，

11、浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。1.34、 活塞行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加1020mm的余量。1.35、 活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50800mm/so对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气一液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。1.36、 缸的选型程序1：根据操作形式选定气缸类型：气缸操作方式有双动，单动弹簧压入及单动弹簧压