FESTO氣缸工作原理

1、FESTO氣缸工作原理FESTO氣缸工作原理1.2.1單作用氣缸單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。它由四個部分組成：缸體；活塞；彈簧；活塞桿；單作用氣缸的特點是：1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小.2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力.3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些.4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程。

2、其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上.單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。1.2.2雙作用氣缸雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現(xiàn)雙向運動的氣缸.其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等.此類氣缸使用最為廣泛。D雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種.缸體固定時，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動工作臺左右運動，工作臺運動范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上?；钊麠U固定時，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工

3、作臺）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動工作臺向左或向左運動，工作臺的運動范圍為其有效行程S的2倍.適用于中、大型設(shè)備.1）雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時9其往返運動輸出力及速度均相等。2）緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運動平稔，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸主要由活塞桿、活塞、緩沖柱塞、單向陶、節(jié)流餌、端蓋等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動下向右運動時，缸右腔的氣體

4、經(jīng)柱塞孔及缸蓋上的氣孔排出。在活寒運動接近行程末端時，活塞右側(cè)的緩沖柱塞將柱塞孔堵死、活塞繼續(xù)向右運動時，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥及氣孔排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡，即會取得緩沖效果，使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖空）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運動時，從氣孔輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥，推動活塞向左運動。如節(jié)流閥閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。氣缸所設(shè)緩沖裝置種類很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動回路上采取措施

5、，達(dá)到緩沖目的。1.2.3組合氣缸組合氣缸一般指氣缸與液壓缸相組合形成的氣液阻尼缸、氣液增壓缸等,眾所周知，通常氣缸采用的工作介質(zhì)是壓縮空氣，其特點是動作快，但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象；而液壓缸采用的工作介質(zhì)是通常認(rèn)為不可壓縮的液壓油，其特點是動作不如氣缸快，但速度易于控制，當(dāng)載荷變化較大時，采用措施得當(dāng)，一般不會產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象.把氣缸與液壓缸巧妙組合起來，取長補(bǔ)短，即成為氣動系統(tǒng)中普遍采用的氣液阻尼缸。氣液阻尼缸實際是由氣缸與液壓缸串聯(lián)而成，兩活塞固定在同一活塞桿上。液壓缸不用泵供油，只要充滿油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓單向閥、節(jié)流閥及補(bǔ)油杯。

6、當(dāng)氣缸右端供氣時，氣缸克服載荷帶動液壓缸活塞向左運動（氣缸左端排氣），此時液壓缸左端排油，單向閥關(guān)閉，油只能通過節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)，這時若將節(jié)流閥閥口開大，則液壓缸左腔排油通暢，兩活塞運動速度就快，反之，若將節(jié)流向閥口關(guān)小，液壓缸左腔排油受阻，兩活塞運動速度會減慢.這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口大小，就能控制活塞的運動速度。可以看出，氣液阻尼缸的輸出力應(yīng)是氣缸中壓縮空氣產(chǎn)生的力（推力或拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差。氣液阻尼缸的類型有多種。按氣缸與液壓缸的連接形式，可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種。前面所述為串聯(lián)型。串聯(lián)型缸體較長；加工與安裝時對同軸度要求較高：有時兩缸間會產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象。并聯(lián)型缸體

7、較短、結(jié)構(gòu)緊湊；氣、液缸分置，不會產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象：因液壓缸工作壓力可以相當(dāng)高，液壓缸可制成相當(dāng)小的直徑（不必與氣缸等直徑）；但因氣、液兩缸安裝在不同軸線上，會產(chǎn)生附加力矩，會增加導(dǎo)軌裝置磨損，也可能產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象,串聯(lián)型氣液阻尼缸還有液壓缸在前或在后之分，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過程中需要儲油或補(bǔ)油，油杯較大,如將液壓缸放在前面（氣缸在后面），則液壓缸兩端都有活塞桿，兩端作用面積相等，除補(bǔ)充泄漏之外就不存在儲油、補(bǔ)油問題，油杯可以很小。按調(diào)速特性可分為：1）慢進(jìn)慢退式：2）慢進(jìn)快退式；3）快進(jìn)慢進(jìn)快退式。就氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)而言，尚可分為多種形式：節(jié)流閥，單向閥單獨設(shè)置或裝于缸蓋上；

8、單向閥裝在活塞上（如擋板式單向閥）；缸壁上開孔、開溝槽、缸內(nèi)滑柱式、機(jī)械浮動聯(lián)結(jié)式、行程閥控制快速趨近式等?；钊嫌袚醢迨絾蜗蜷y的氣液阻尼缸?；钊蠋в袚醢迨絾蜗蜷y，活塞向右運動時，擋板離開活塞，單向閥打開，液壓缸右腔的油通過活塞上的孔（叩擋板單向閥孔）流至左腔，實現(xiàn)快退，用活塞上孔的多少和大小來控制快退時的速度。活塞向左運動時，擋板擋住活塞上的孔，單向閥關(guān)閉，液壓缸左腔的油經(jīng)節(jié)流閥流至右腔（經(jīng)缸外管路）o調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)活塞慢進(jìn)的速度。其結(jié)構(gòu)較為簡單，制造加工較方便。采用機(jī)械浮動聯(lián)接的快速趨近式氣液阻尼缸原理圖。靠液壓缸活塞桿端部的T形頂塊與氣缸活塞桿端部的拉鉤間有一空行程s1,實現(xiàn)

9、空程快速趨近，然后再帶動液壓缸活塞，通過節(jié)流阻尼，實現(xiàn)慢進(jìn)。返程時也是先走空行程s1,再與液壓活塞一起運動，通過單向閥，實現(xiàn)快退。浮動聯(lián)接氣液阻尼缸與前者的區(qū)別在于，T形頂塊和拉鉤裝設(shè)位置不同，前者設(shè)置在缸外部。后者設(shè)置在氣缸活塞桿內(nèi)，結(jié)構(gòu)紫湊但不易調(diào)整空行程s1（前者調(diào)節(jié)頂絲即可方便調(diào)節(jié)S1的大?。?。1.2.4特缸（1）沖擊氣缸沖擊氣缸是把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為活塞、活塞桿高速運動的能量，利用此動能去做功。沖擊氣缸分普通型和快排型兩種.1）普通型沖擊氣缸普通型沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)與普通氣缸相比，此種沖擊氣缸增設(shè)了蓄氣缸和帶流線型噴氣口及具有排氣孔的中蓋.其工作原理及工作過程可簡述為如下五個階段：第一

10、階段：復(fù)位段。接通氣源，換向閥處復(fù)位狀態(tài)，孔A進(jìn)氣，孔B排氣，活塞在壓差的作用下，克服密封阻力及運動部件重量而上移，借助活塞上的密封膠墊封住中遞上的噴氣口.中蓋和活塞之間的環(huán)形空間經(jīng)過排氣小孔與大氣相通。最后，活塞有桿腔壓力升高至氣源壓力，蓄氣缸內(nèi)壓力降至大氣壓力。第二階段：儲能段.換向蚓換向，B孔進(jìn)氣充入蓄氣缸腔內(nèi)，A孔排氣.由于蓄氣缸腔內(nèi)壓力作用在活塞上的面積只是嘖氣口4的面積，它比有桿腔壓力作用在活塞上的面積要小得多，故只有待蓄氣缸內(nèi)壓力上升，有桿腔壓力下降，直到下列力平衡方程成立時，活塞才開始移動.活塞開始移動瞬時，蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差很大。這一點很明顯地與普通氣缸不同.普通型沖擊

11、氣缸第三階段：沖擊段?；钊_始移動瞬時，蓄氣缸腔內(nèi)壓力P30可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力PS,同時，容積很小的無桿腔（包括環(huán)形空間C）通過排氣孔3與大氣相通，故無桿腔壓力P10等于大氣壓力pa。由于pa/ps大于臨界壓力比0.528,所以活塞開始移動后，在最小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環(huán)形面）為聲速流動，使無桿腔壓力急劇增加，直至與蓄氣缸腔內(nèi)壓力平衡。該平衡壓力略低于氣源壓力。以上可以稱為沖擊段的第I區(qū)段.第I區(qū)段的作用時間極短（只有幾亳秒）。在第I區(qū)段，有桿腔壓力變化很小，故第I區(qū)段末，無桿腔壓力P1（作用在活塞全面積上）比有桿腔壓力p2（作用在活塞桿側(cè)的環(huán)狀面積上）大得多，活塞在這樣大的壓差力作

12、用下，獲得很高的運動加速度，使活塞高速運動,即進(jìn)行沖擊.在此過程B口仍在進(jìn)氣，蓄氣缸腔至無桿腔已連通且壓力相等，可認(rèn)為蓄氣-無桿腔內(nèi)為略帶充氣的絕熱膨脹過程.同時有桿腔排氣孔A通流面積有限，活塞高速沖擊勢必造成有桿腔內(nèi)氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會迅速升高（可能高于氣源壓力）這必將引起活塞減速，直至下降到速度為0。以上可稱為沖擊段的第n區(qū)段?？烧J(rèn)為第n區(qū)段的有桿腔內(nèi)為邊排氣的絕熱壓縮過程。整個沖擊段時間很短，約幾十毫秒。第四階段：彈跳段.在沖擊段之后，從能量觀點來說，蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動能，而活塞的部分動能又轉(zhuǎn)化成有桿腔的壓力能，結(jié)果造成有桿腔壓力比蓄氣-無桿腔壓力還高，即形成

13、“氣墊”，使活塞產(chǎn)生反向運動，結(jié)果又會使蓄氣-無桿腔壓力增加，且又大于有桿腔壓力。如此便出現(xiàn)活塞在缸體內(nèi)來回往復(fù)運動一即彈跳。直至活塞兩側(cè)壓力差克服不了活塞阻力不能再發(fā)生彈跳為止.待有桿腔氣體由A排空后，活塞便下行至終點.第五階段：耗能段?；钊滦兄两K點后，如換向閥不及時復(fù)位，則蓄氣-無桿腔內(nèi)會繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再復(fù)位時，充入的這部分氣體又需全部排掉。可見這種充氣不能作用有功，故稱之為耗能段。實際使用時應(yīng)避免此段（令換向閥及時換向返回曳位段）。對內(nèi)徑D=90mm的氣缸，在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實驗，所得沖擊氣缸特性曲線分析基本與特性曲線相符.對沖擊段的分析可以看出，很大的運動加速

14、使活塞產(chǎn)生很大的運動速度，但由于必須克服有桿腔不斷增加的背壓力及摩擦力，則活塞速度又要減慢，因此，在某個沖程處，運動速度必達(dá)最大值，此時的沖擊能也達(dá)最大值.各種沖擊作業(yè)應(yīng)在這個沖程附近進(jìn)行.沖擊氣缸在實際工作時，錘頭模具撞擊工件作完功，一般就借助行程開關(guān)發(fā)出信號使換向閥復(fù)位換向，缸即從沖擊段宜接轉(zhuǎn)為復(fù)位段。這種狀態(tài)可認(rèn)為不存在彈跳段和耗能段。2）快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見，其一部分能量（有時是較大部分能量）被消耗于克服背壓（即P2）做功，因而沖擊能沒有充分利用。假如沖擊一開始，就讓有桿腔氣體全排空，即使有桿腔壓力降至大氣壓力，則沖擊過程中，可節(jié)省大量的能量，而使沖擊氣缸發(fā)揮更大

15、的作用，輸出更大的沖擊能。這種在沖擊過程中，有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸，稱為快排型沖擊氣缸.快排型沖擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機(jī)構(gòu)”構(gòu)成。快排機(jī)構(gòu)是由快排導(dǎo)向蓋、快排缸體、快排活塞、密封膠墊等零件組成。快排型沖擊氣缸的氣控回路。接通氣源，通過閥F1同時向K1、K3充氣，K2通大氣。閥F1輸出口A用克管與K1孔連通，而用彎管與K3孔連通，彎管氣阻大于直管氣阻。這樣，壓縮空氣先經(jīng)K1使快排活塞3推到上邊，由快排活塞3與密封膠墊2一起切斷有桿腔與排氣口T的通道。然后經(jīng)K3孔向有桿腔進(jìn)氣，蓄氣一無桿腔氣體經(jīng)K4孔通過閥F2排氣，則活塞上移。當(dāng)活塞封住中蓋噴氣口時，裝在錘頭上的壓

16、塊觸動推桿，切換閥F3,發(fā)出信號控制閥F2使之切換，這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣，一直充至氣源壓力。沖擊工作開始時，使閥F1切換，則K2進(jìn)氣，K1和K3排氣，快排活塞下移，有桿腔的壓縮空氣便通過快排導(dǎo)向蓋1上的多個圓孔（8個），再經(jīng)過快排缸體4上的多個方孔T（10余個）及K3直接排至大氣中.因為上述多個圓孔和方孔的通流面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于K3的通流面積，所以有桿腔的壓力可以在極短的時間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時，活塞便開始下移,錘頭上壓塊便離開行程閥F3的推桿6,閥3在彈簧的作用下復(fù)位。由于接有氣阻7和氣容8,腳3雖然復(fù)位，但F2卻延時復(fù)位，這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來

17、完成使活塞迅速向下沖擊的工作。否則，若F3曳位，F(xiàn)2同時寬位的話，蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會在錘頭沒有運動到行程終點之前已經(jīng)通過K4孔和閥F2排氣了，所以當(dāng)錘頭開始沖擊后，F(xiàn)2的復(fù)位動作需延時幾十亳秒,因所需延時時間不長，沖擊缸沖擊時間又很短，往往不用氣阻、氣容也可以，只要閥F2的換向時間比沖擊時間長就可以了。在活塞向下沖擊的過程中，由于有桿腔氣體能充分地被排空，故不存在普通型沖擊氣缸有桿腔出現(xiàn)的較大背壓，因而快排型沖擊氣缸的沖擊能是同尺寸的普通型沖擊氣缸沖擊能的34倍.（2）數(shù)字氣缸它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成?；钊挠叶擞蠺字頭，活塞的左端有凹形孔，后面活塞的T字頭裝入前面活塞的凹形孔

18、內(nèi)，由于缸體的限制，T字頭只能在凹形孔內(nèi)沿缸軸向運動，而兩者不能脫開，若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體內(nèi)，T字頭在凹形孔中左右可移動的范圍就是此活塞的行程量.不同的進(jìn)氣孔A1Ai（可能是A1,或是A1和A2,或A1、A2和A3,還可能是A1和A3,或A2和A3等等）輸入壓縮空氣（0.40.8MPa）時，相應(yīng)的活塞就會向右移動，每個活塞的向右移動都可推動活塞桿3向右移動，因此，活塞桿3每次向右移動的總距離等于各個活塞行程量的總和.這里B孔始終與低壓氣源相通（0.05O.lMPa）,當(dāng)A1Ai孔排氣時，在低壓氣的作用下，活塞會自動退回原位.各活塞的行程大小，可根據(jù)需要的總行程s按幾何級數(shù)由小到大排列選取.設(shè)s=35mm,采用3個活塞，則各活塞的行程分別取a1=5mm；a2=10mm；a3=20mm。如s=31.5mm,可用6個活塞，貝ija1、a2、a3a6分別設(shè)計為0.5、1、2、4、8,16mm,由這些數(shù)值組合起來，就可在0.531.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的a1、a2、a3ai可以根據(jù)需要設(shè)計成各種不同數(shù)列