氣缸結(jié)構(gòu)原理簡介-經(jīng)驗(yàn)分享

氣缸結(jié)構(gòu)原理簡介

谷令鵬

2015/06/16IACConfidential氣缸簡介2一、氣動系統(tǒng)概述二、氣缸的種類三、氣缸的結(jié)構(gòu)和原理四、氣缸的參數(shù)和選型五、氣缸的維護(hù)

IACConfidential氣動系統(tǒng)概述3

氣動系統(tǒng)構(gòu)成IACConfidential氣動系統(tǒng)概述4氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成

一、氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、淨(jìng)化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣。

二、執(zhí)行元件將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣動馬達(dá)等。

三、控制元件控制氣體壓力、流量及運(yùn)動方向的元件，如各種閥類（電磁閥、速度控制閥）。

四、氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。

IACConfidential氣缸的種類5

氣缸：氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸按運(yùn)動形式可分為以下幾種類型：做往復(fù)直線運(yùn)動的氣缸、做往復(fù)擺動的氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼氣缸和步進(jìn)氣缸。做往復(fù)直線運(yùn)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(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。2、雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)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，用彈簧復(fù)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(zhuǎn)換為活塞高速（10~20米/秒）運(yùn)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，纜索氣缸兩大類。

IACConfidential氣缸的結(jié)構(gòu)和原理6氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：

磁環(huán)活塞密封圈活塞桿密封圈缸體端蓋IACConfidential氣缸的結(jié)構(gòu)和原理71）缸筒缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8μm。2）端蓋端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩衝機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)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(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，較少活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。3）活塞活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互串氣，設(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)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，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅製成的。4）活塞桿活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經(jīng)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。5）密封圈回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)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。

IACConfidential典型氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理8典型雙作用氣缸

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(jié)構(gòu)如下圖所示。它由活塞、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(dāng)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(fù)載推動活塞運(yùn)動，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動。普通雙作用氣缸1、3－緩衝柱塞2－活塞4－缸筒5－導(dǎo)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－緩衝節(jié)流閥IACConfidential典型氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理9機(jī)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?；钊c滑塊連接在一起，帶動固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。機(jī)械接觸式無桿缸1－節(jié)流閥2－緩衝柱塞3－密封帶4－防塵不鏽鋼帶5－活塞6－壞塊7－活塞架IACConfidential典型氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理10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(jié)構(gòu)如圖所示。它的工作原理是：在活塞上安裝一組高強(qiáng)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，由於兩磁環(huán)磁性相反，具有很強(qiáng)的吸力。當(dāng)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(yīng)。磁性無桿缸1－套筒2－外磁環(huán)3－外磁導(dǎo)板4－內(nèi)磁環(huán)5－內(nèi)磁導(dǎo)板6－壓蓋7－卡環(huán)8－活塞9－活塞軸10－緩衝柱塞11－氣缸筒12－端蓋13－進(jìn)、排氣口IACConfidential兩種無桿缸的區(qū)別11

機(jī)械接觸式：機(jī)械連接，動作穩(wěn)定可使用氣緩衝機(jī)構(gòu)不完全密封，有微漏磁性無桿缸：可以製作小口徑密封簡單，動作穩(wěn)定無洩漏，可用於潔淨(jìng)環(huán)境IACConfidential氣缸的技術(shù)參數(shù)121）氣缸的輸出力雙作用單活塞桿氣缸推力計算如下：理論推力（活塞桿伸出）Ft1＝A1p（1-1）理論拉力（活塞桿縮回）

Ft2＝A2p（1-2)式中Ft1、Ft2——?dú)飧桌碚撦敵隽Γ∟）；

A1、A2——無桿腔、有桿腔活塞面積（m2）；

p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）。

實(shí)際中，由於活塞等運(yùn)動部件的慣性力以及密封等部份的摩擦力，活塞桿的實(shí)際輸出力小於理論推力，稱這個推力為氣缸的實(shí)際輸出力。

IACConfidential氣缸的技術(shù)參數(shù)132）負(fù)載率β（θ）

從對氣缸運(yùn)行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實(shí)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(fù)載率的概念。氣缸的負(fù)載率β定義為：

氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所決定的，若確定了氣缸的負(fù)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。對於阻性負(fù)載，如氣缸用做氣動夾具，負(fù)載不產(chǎn)生慣性力，一般選取負(fù)載率β為0.8；對於慣性負(fù)載，如氣缸用來推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力，負(fù)載率β的取值如下：β＜0.65當(dāng)氣缸低速運(yùn)動，v＜100mm/s時；β＜0.5當(dāng)氣缸中速運(yùn)動，v＝100～500mm/s時；β＜0.35當(dāng)氣缸高速運(yùn)動，v＞500mm/s時。IACConfidential氣缸的技術(shù)參數(shù)143）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。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)特性是指與氣缸的輸出力及耗氣量密切相關(guān)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(yùn)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(shí)地反映氣缸的工作性能。

IACConfidential氣缸的選型及計算151、氣缸的選型步驟氣缸的選型應(yīng)根據(jù)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。（1）氣缸缸徑：根據(jù)氣缸負(fù)載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計算出氣缸的缸徑。（2）氣缸的行程：氣缸的行程與使用的場合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選用滿行程。（3）氣缸的強(qiáng)度和穩(wěn)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。一般情況下，採用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線運(yùn)動外，還需做圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選用相應(yīng)的特種氣缸。（5）氣缸的緩衝裝置：根據(jù)活塞的速度決定是否應(yīng)採用緩衝裝置。（6）磁性開關(guān)：當(dāng)氣動系統(tǒng)採用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關(guān)的氣缸。（7）其它要求：如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)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。IACConfidential氣缸的選型及計算162、氣缸的直徑計算氣缸直徑的設(shè)計計算需根據(jù)其負(fù)載大小、運(yùn)行速度和系統(tǒng)工作壓力來決定。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅(qū)動負(fù)載的實(shí)際工況，分析計算出氣缸軸向?qū)嶋H負(fù)載F，再由氣缸平均運(yùn)行速度來選定氣缸的負(fù)載率θ，初步選定氣缸工作壓力（一般為0.4MPa～0.6MPa)，再由F/θ,計算出氣缸理論出力Ft，最後計算出缸徑及桿徑，并按標(biāo)準(zhǔn)圓整得到實(shí)際所需的缸徑和桿徑。例題：氣缸推動工件在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動。已知工件等運(yùn)動件質(zhì)量為m=250kg，工件與導(dǎo)軌間摩擦係數(shù)μ=0.25，氣缸行程s=400mm，徑1.5s時間工件運(yùn)動到位，系統(tǒng)工作壓力P=0.4MPa，試選定氣缸直徑。

解：氣缸實(shí)際軸向負(fù)載F＝mg＝0.25x250x9.81＝613.13N氣缸的平均速度

IACConfidential氣缸的選型及計算172、氣缸的直徑計算

選定負(fù)載率θ=0.5

則氣缸理論輸出力

雙作用氣缸理論推力

氣缸直徑

按標(biāo)準(zhǔn)選定氣缸缸徑為63mm。IACConfidential氣缸的維護(hù)18氣缸常見故障判斷好的氣缸：用手緊緊堵住氣孔，然後用手拉活塞桿，拉的時候有很大的反向力，放的時候活塞會自動彈回原位；拉出活塞桿再堵住氣孔，用手壓活塞桿時也有很大的反向力，放的時候活塞會自動彈回原位。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，拉出的時候有反向力但連續(xù)拉的時候慢慢減?。粔旱臅r候沒有壓力或壓力很小，有壓力但越壓壓力越小。氣孔IACConfidential氣缸的維護(hù)19常用維修工具卡簧鉗1500#砂紙氣缸潤滑油新氣缸密封圈清潔布IACConfidential氣缸的維護(hù)20常用維修技巧

1、找到與氣缸配套的密封圈2、拆下端蓋3、拆下卡簧4、取出活塞桿5、拆下密封圈6、清潔所有部件，檢查磨損程度IACConfidential氣缸的維護(hù)21常用維修技巧

如果有起槽的部件，用砂紙磨光滑，防止漏氣和保證不會增加密封圈的磨損。將新的密封圈按正確的方向安裝好，并在表面涂上潤滑油。IACConfidential氣缸的維護(hù)22常用維修技巧

按拆的步驟反過來裝好氣缸起槽注意事項(xiàng)：

在拆開氣缸后，需要評估部件的維修價值：如果活塞桿或缸體