德國Aventics R412021192氣缸工作原理

氣缸的工作原理是通過活塞增加氣壓,，然后氣壓傳動將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)換為機械能,，驅(qū)動機構(gòu)直線往復運動，或擺動和旋轉(zhuǎn)運動,。

氣缸的工作具體過程是：無桿腔輸入壓縮空氣,，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差,，作用在活塞上所形成的力,，推動活塞運動，使活塞桿伸出,；當有桿腔進氣,，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回,，若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣,，活塞就能做往復直線運動。氣缸指的是引導活塞在缸內(nèi)進行直線往復運動的圓筒形金屬機件,，氣缸是由缸筒,、端蓋、活塞,、活塞桿,、緩沖柱塞、緩沖節(jié)流閥構(gòu)成

氣缸的工作原理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。其原理及結(jié)構(gòu)見圖42.2-2,。圖42.2-2單作用氣缸1?缸體,；2?活塞；3?彈簧,；4?活塞桿,；單作用氣缸的特點是：1）僅一端進（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單,，耗氣量小,。2）用彈簧力或膜片力等復位,，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,。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。1）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,。其工作原理見圖42.2-3,。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,，壓縮空氣依次進入氣缸兩腔（一腔進氣另一腔排氣）,，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（工作臺）連成一體,，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔,，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、大型設備,。圖42.2-3雙活塞桿雙作用氣缸a）缸體固定,；b）活塞桿固定1?缸體；2?工作臺,；3?活塞,；4?活塞桿；5?機架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,。當輸入壓力、流量相同時,，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,，引起振動和損壞機件。為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn),，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象,。在氣缸兩端加設緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸,。緩沖氣缸見圖42.2-4,，主要由活塞桿1、活塞2,、緩沖柱塞3,、單向閥5、節(jié)流閥6,、端蓋7等組成,。其工作原理是：當活塞在壓縮空氣推動下向右運動時，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出,。在活塞運動接近行程末端時,，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4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6及氣孔8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6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（稱緩沖室）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8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5,，推動活塞向左運動,。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié),，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸,。圖42.2-4緩沖氣缸1?活塞桿；2?活塞,；3?緩沖柱塞,；4?柱塞孔；5?單向閥6?節(jié)流閥,；7?端蓋,；8?氣孔氣缸所設緩沖裝置種類很多，上述只是其中之一,，當然也可以在氣動回路上采取措施,，達到緩沖目的。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。

德國Aventics R412021192氣缸工作原理 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,，當載荷變化較大時，采用措施得當,，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-液阻尼缸工作原理見圖42.2-5,。實際是氣缸與液壓缸串聯(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，其進出口間裝有液壓單向閥,、節(jié)流閥及補油杯,。當氣缸右端供氣時,，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)流閥閥口關(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?？梢钥闯?，氣液阻尼缸的輸出力應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。圖42.2-5氣-液阻尼缸1?節(jié)流閥,；2?油杯,；3?單向閥；4?液壓缸,；5?氣缸,；6?外載荷氣-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，圖42.2-6為并聯(lián)型氣-液阻尼缸,。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高，液壓缸可制成相當小的直徑（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,，液壓缸在后參見圖42.2-5,，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過程中需要儲油或補油,，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,，除補充泄漏之外就不存在儲油、補油問題,，油杯可以很小,。圖42.2-6并聯(lián)型氣-液阻尼缸1?液壓缸；2?氣缸按調(diào)速特性可分為：1）慢進慢退式,；2）慢進快退式,；3）快進慢進快退式。其調(diào)速特性及應用見表42.2-3,。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、單向閥單獨設置或裝于缸蓋上,；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-液阻尼缸見圖42.2-7。活塞上帶有擋板式單向閥,，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（即擋板單向閥孔）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,?；钊蜃筮\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）。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)活塞慢進的速度,。其結(jié)構(gòu)較為簡單,，制造加工較方便,。圖42.2-8為采用機械浮動聯(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)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,。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。表42.2-3氣-液阻尼缸調(diào)速特性及應用調(diào)速方式結(jié)構(gòu)示意圖特性曲線作用原理應用雙向節(jié)流調(diào)速在氣-液阻尼缸的回油管路裝設可調(diào)式節(jié)流閥,，使活塞往復運動的速度可調(diào)并相同適用于空行程及工作行程都較短的場合（s＜20mm）單向節(jié)流調(diào)速將一單向閥和一節(jié)流閥并聯(lián)在調(diào)速油路中,。活塞向右運動時,，單向閥關(guān)閉,，節(jié)流慢進；活塞向左運動時,，單向閥打開,，不經(jīng)節(jié)流快退。適用于空行程較短而工作行程較長的場合快速趨近單向節(jié)流調(diào)速將液壓缸的?點與α點用管路相通,，活塞開始向右運動時,，右腔油經(jīng)由fgea回路直接流入α端實現(xiàn)快速趨近，當活塞移過?點，油只能經(jīng)節(jié)流閥流入α端,，實現(xiàn)慢進,，活塞向左運動時，單向閥打開,，實現(xiàn)快退,。由于快速趨近，節(jié)省了空程時間,，提高了勞動生產(chǎn)率,。是各種機床、設備的方式圖42.2-7活塞上有擋板式單向閥的氣-液阻尼缸圖42.2-8浮動聯(lián)接氣-液阻尼缸原理圖1-氣缸,；2?頂絲,；3?T形頂塊；4?拉鉤,；5?液壓缸1?圖42.2-9是又一種浮動聯(lián)接氣-液阻尼缸,。與前者的區(qū)別在于：T形頂塊和拉鉤裝設位置不同，前者設置在缸外部,。后者設置在氣缸活塞桿內(nèi),，結(jié)構(gòu)緊湊但不易調(diào)整空行程s1（前者調(diào)節(jié)頂絲即可方便調(diào)節(jié)s1的大小）,。1.2.4特殊氣缸（1）沖擊氣缸圖42.2-9浮動聯(lián)接氣-液阻尼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)見圖42.2-10。與普通氣缸相比,，此種沖擊氣缸增設了蓄氣缸1和帶流線型噴氣口4及具有排氣孔3的中蓋2,。其工作原理及工作過程可簡述為如下五個階段（見圖42.2-11）：第一階段：復位段。見圖42.2-10和圖42.2-11a,，接通氣源,，換向閥處復位狀態(tài)，孔A進氣,，孔B排氣,，活塞5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蓋上的噴氣口4,。中蓋和活塞之間的環(huán)形空間C經(jīng)過排氣小孔3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。見圖42.2-10和圖42.2-11b,，換向閥換向,，B孔進氣充入蓄氣缸腔內(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噴氣口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,。式中d??中蓋噴氣口直徑（m）,；p30??活塞開始移動瞬時蓄氣缸腔內(nèi)壓力（絕對壓力）（Pa）；p20??活塞開始移動瞬時有桿腔內(nèi)壓力（絕對壓力）（Pa）,；G??運動部件（活塞,、活塞桿及錘頭號模具等）所受的重力（N）；D??活塞直徑（m）,；d1??活塞桿直徑（m）,；F?0??活塞開始移動瞬時的密封摩擦力（N）。若不計式（42.2-1）中G和F?0項,，且令d=d1,，，則當時,，活塞才開始移動。這里的p20,、p30均為絕對壓力,。可見活塞開始移動瞬時,，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。圖42.2-10普通型沖擊氣缸第三階段：沖擊段,?；钊_始移動瞬時，蓄氣缸腔內(nèi)壓力p30可認為已達氣源壓力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（只有幾毫秒）,。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用下,，獲得很高的運動加速度,，使活塞高速運動，即進行沖擊,。在此過程B口仍在進氣,，蓄氣缸腔至無桿腔已連通且壓力相等，可認為蓄氣-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Ⅱ區(qū)段?？烧J為第Ⅱ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,。見圖42.2-11c,。圖42.2-11普通型沖擊氣缸的工作原理1?蓄氣缸；2?中蓋,；3?排氣孔,；4?噴氣口；5?活塞第四階段：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“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)來回往復運動?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,。活塞下行至終點后,，如換向閥不及時復位,，則蓄氣-無桿腔內(nèi)會繼續(xù)充氣直至達到氣源壓力。再復位時,，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,。實際使用時應避免此段（令換向閥及時換向返回復位段）。對內(nèi)徑D=90mm的氣缸,，在氣源壓力0.65MPa下進行實驗,，所得沖擊氣缸特性曲線見圖42.2-12。上述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,，運動速度必達最大值,，此時的沖擊能也達最大值。各種沖擊作業(yè)應在這個沖程附近進行,。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)出信號使換向閥復位換向,，缸即從沖擊段直接轉(zhuǎn)為復位段。這種狀態(tài)可認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,。其結(jié)構(gòu)見圖42.2-13a,。快排型沖擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機構(gòu)”構(gòu)成,?？炫艡C構(gòu)是由快排導向蓋1、快排缸體4,、快排活塞3,、密封膠墊2等零件組成?？炫判蜎_擊氣缸的氣控回路見圖42.2-13b,。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用直管與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。當活塞封住中蓋噴氣口時,，裝在錘頭上的壓塊觸動推桿6,，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