气缸的作用和原理.docx

单作用气缸 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，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下图图：单作用气缸1—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） 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—缸体； 2—工作台； 3—活塞； 4—活塞杆； 5—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—柱塞孔； 5—单向阀 6—节流阀； 7—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1.2.3 组合气缸组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气-液阻尼缸、气-液增压缸等 众所周知，通常气缸采用的工作介质是压缩空气，其特点是动作快，但速度不易 控制，当载荷变化较大时，容易产生“爬行”或“自走”现象；而液压缸采用的 工作介质是通常认为不可压缩的液压油，其特点是动作不如气缸快，但速度易于 控制，当载荷变化较大时，采用措施得当，一般不会产生“爬行”和“自走”现 象把气缸与液压缸巧妙组合起来，取长补短，即成为气动系统中普遍采用的气 -液阻尼缸气-液阻尼缸工作原理见图 42.2-5实际是气缸与液压缸串联而成，两活塞 固定在同一活塞杆上。

液压缸不用泵供油，只要充满油即可，其进出口间装有液 压单向阀、节流阀及补油杯当气缸右端供气时，气缸克服载荷带动液压缸活塞 向左运动（气缸左端排气），此时液压缸左端排油，单向阀关闭，油只能通过节 流阀流入液压缸右腔及油杯内，这时若将节流阀阀口开大，则液压缸左腔排油通 畅，两活塞运动速度就快，反之，若将节流阀阀口关小，液压缸左腔排油受阻， 两活塞运动速度会减慢这样，调节节流阀开口大小，就能控制活塞的运动速度 可以看出，气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力（推力或拉力）与 液压缸中油的阻尼力之差图 42.2-5 气 - 液阻尼缸 1—节流阀；2—油杯；3—单向阀；4—液压缸；5—气缸；6—外载荷 气-液阻尼缸的类型有多种 按气缸与液压缸的连接形式，可分为串联型与并联型两种前面所述为串联 型，图 42.2-6 为并联型气-液阻尼缸串联型缸体较长；加工与安装时对同轴度 要求较高；有时两缸间会产生窜气窜油现象并联型缸体较短、结构紧凑；气、 液缸分置，不会产生窜气窜油现象；因液压缸工作压力可以相当高，液压缸可制 成相当小的直径（不必与气缸等直径）；但因气、液两缸安装在不同轴线上，会 产生附加力矩，会增加导轨装置磨损，也可能产生“爬行”现象。

串联型气-液 阻尼缸还有液压缸在前或在后之分，液压缸在后参见图 42.2-5，液压缸活塞两 端作用面积不等，工作过程中需要储油或补油，油杯较大如将液压缸放在前面 （气缸在后面），则液压缸两端都有活塞杆，两端作用面积相等，除补充泄漏之 外就不存在储油、补油问题，油杯可以很小图 42.2-6 并联型气 - 液阻尼缸1—液压缸；2—气缸按调速特性可分为：1 ）慢进慢退式；2 ）慢进快退式；3 ）快进慢进快退式其调速特性及应用见表 42.2-3就气-液阻尼缸的结构而言，尚可分为多种形式：节流阀、单向阀单独设置 或装于缸盖上；单向阀装在活塞上（如挡板式单向阀）；缸壁上开孔、开沟槽、 缸内滑柱式、机械浮动联结式、行程阀控制快速趋近式等活塞上有挡板式单向 阀的气-液阻尼缸见图 42.2-7活塞上带有挡板式单向阀，活塞向右运动时，挡 板离开活塞，单向阀打开，液压缸右腔的油通过活塞上的孔（即挡板单向阀孔） 流至左腔，实现快退，用活塞上孔的多少和大小来控制快退时的速度活塞向左 运动时，挡板挡住活塞上的孔，单向阀关闭，液压缸左腔的油经节流阀流至右腔 （经缸外管路）调节节流阀的开度即可调节活塞慢进的速度。

其结构较为简单， 制造加工较方便图 42.2-8 为采用机械浮动联接的快速趋近式气 - 液阻尼缸原理图靠液压缸 活塞杆端部的T形顶块与气缸活塞杆端部的拉钩间有一空行程si,实现空程快 速趋近，然后再带动液压缸活塞，通过节流阻尼，实现慢进返程时也是先走空 行程si,再与液压活塞一起运动，通过单向阀，实现快退表 42.2-3 气-液阻尼缸调速特性及应用调速方式结构示意图特性曲线作用原理应用双向节流调速1亠" '1在气-液阻尼 缸的回油管路 装设可调式节 流阀，使活塞往 复运动的速度 可调并相同适用于空 行程及工作 行程都较短 的场合（sV 20mm）单向节流调速快速趋近单向节流调速Ed按进I将一单向阀和一节流阀并联在调速油路中活塞向右运适用于空动时，单向阀关行程较短而闭，节流慢进；工作行程较活塞向左运动长的场合时，单向阀打开，不经节流快退将液压缸的/点与a点用管路相通，活塞开始向右运动时，由于快速右腔油经由趋近，节省fgea回路直接了空程时流入a端实现间，提咼了快速趋近，当活劳动生产塞移过/■点，油率是各种只能经节流阀机床、设备流入a端，实最常用的方现慢进，活塞向式左运动时，单向阀打开，实现快退。

图 42.2-7 活塞上有挡板式单向阀的气- 液阻尼缸图 42.2-8 浮动联接气 - 液阻尼缸原理图1—气缸；2—顶丝；3—T形顶块；4—拉钩；5—液压缸图42.2-9是又一种浮动联接气-液阻尼缸与前者的区别在于：T形顶块和 拉钩装设位置不同，前者设置在缸外部后者设置在气缸活塞杆内，结构紧凑但 不易调整空行程si （前者调节顶丝即可方便调节si的大小）1.2.4 特殊气缸（1）冲击气缸图 42.2-9 浮动联接气-液阻尼缸冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞、活塞杆高速运动的能量，利用此 动能去做功冲击气缸分普通型和快排型两种1）普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构见图42.2-10与普通气缸相比, 此种冲击气缸增设了蓄气缸1和带流线型喷气口 4及具有排气孔3的中盖2其 工作原理及工作过程可简述为如下五个阶段（见图 42.2-11）：第一阶段：复位段见图42.2-10和图42.2-11a，接通气源，换向阀处复 位状态，孔A进气，孔B排气，活塞5在压差的作用下，克服密封阻力及运动部 件重量而上移，借助活塞上的密封胶垫封住中盖上的喷气口 4中盖和活塞之间 的环形空间C经过排气小孔3与大气相通。

最后，活塞有杆腔压力升高至气源压 力，蓄气缸内压力降至大气压力第二阶段：储能段见图42.2-10和图42.2-11b，换向阀换向，B孔进气充 入蓄气缸腔内，A孔排气由于蓄气缸腔内压力作用在活塞上的面积只是喷气口 4的面积，它比有杆腔压力作用在活塞上的面积要小得多，故只有待蓄气缸内压 力上升，有杆腔压力下降，直到下列力平衡方程成立时，活塞才开始移动^2（^30-1.013xl05） + G = -1.013 xl05）+ 〔4221）式中d 中盖喷气口直径（m）；p30——活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力（绝对压力）（Pa）； p20——活塞开始移动瞬时有杆腔内压力（绝对压力）（Pa）； G——运动部件（活塞、活塞杆及锤头号模具等）所受的重力（N）； D——活塞直径（m）；di 活塞杆直径（m）；F/0——活塞开始移动瞬时的密封摩擦力（N）d\ = ~D若不计式（42.2-1 ）中G和F/0项，且令d=dl, 3 ，则当7?20-1.013xlO5 = £（卩20 -1.013 xlOJ）时，活塞才开始移动这里的p20、p30均为绝对压力可见活塞开始移动瞬时， 蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。

这一点很明显地与普通气缸不同图 42.2-10 普通型冲击气缸第三阶段：冲击段活塞开始移动瞬时，蓄气缸腔内压力p30可认为已达气 源压力ps,同时，容积很小的无杆腔（包括环形空间C）通过排气孔3与大气相 通，故无杆腔压力p10等于大气压力pa由于pa/ps大于临界压力比0.528,所 以活塞开始移动后，在最小流通截面处（喷气口与活塞之间的环形面）为声速流 动，使无杆腔压力急剧增加，直至与蓄气缸腔内压力平衡该平衡压力略低于气 源压力以上可以称为冲击段的第I区段第I区段的作用时间极短（只有几毫 秒）在第I区段，有杆腔压力变化很小，故第I区段末，无杆腔压力pl （作 用在活塞全面积上）比有杆腔压力p2 （作用在活塞杆侧的环状面积上）大得多, 活塞在这样大的压差力作用下，获。