氣缸的工作原理

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1、氣缸的工作原理 第十三章氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件 氣動(dòng)執(zhí)行元件是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或沖擊動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達(dá)兩大類。氣缸用于提供直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出力和直線速度或擺動(dòng)角位移。氣馬達(dá)用于提供連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 氣動(dòng)控制元件用來(lái)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和方向等，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的程序正常進(jìn)行工作。氣動(dòng)控制元件按功能可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。 第一節(jié)氣缸 一、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 1.氣缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理 圖13－1 普通雙作用氣缸 1、3－緩沖柱塞

2、 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－緩沖節(jié)流閥 以氣動(dòng)系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來(lái)說(shuō)明，氣缸典型結(jié)構(gòu)如圖13－1所示。它由缸筒、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(gè)腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無(wú)活塞桿腔稱為無(wú)桿腔。 當(dāng)從無(wú)桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無(wú)桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無(wú)桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線

3、運(yùn)動(dòng)。 2.氣缸的分類 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動(dòng)方式或安裝方法等進(jìn)行分類。分類的方法也不同。按結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按運(yùn)動(dòng)形式分為直線運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)氣缸兩類。 3.氣缸的安裝形式 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸氣缸安裝在機(jī)體上固定不動(dòng)，有腳座式和法蘭式。 2）軸銷式氣缸缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動(dòng)，有U形鉤式和耳軸式。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸常用于機(jī)床上氣動(dòng)卡盤(pán)中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡。 4）嵌入式氣缸氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。 二、常用氣缸的結(jié)構(gòu)原理 1.普通

4、氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。 圖13－2為最常用的單桿雙作用普通氣缸的基本結(jié)構(gòu)，氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成。 缸筒7與前后缸蓋固定連接。有活塞桿側(cè)的缸蓋5為前缸蓋，缸底側(cè)的缸蓋14為后缸蓋。在缸蓋上開(kāi)有進(jìn)排氣通口，有的還設(shè)有氣緩沖機(jī)構(gòu)。前缸蓋上，設(shè)有密封圈、防塵圈3，同時(shí)還設(shè)有導(dǎo)向套4，以提高氣缸的導(dǎo)向精度?；钊麠U6與活塞9緊固相連。活塞上除有密封圈10，11防止活塞左右兩腔相互漏氣外，還有耐磨環(huán)12以提高氣缸的導(dǎo)向性；帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸，活塞上裝有磁環(huán)。活塞兩側(cè)常裝有橡膠墊作為緩沖墊8。如果是氣緩沖，則活塞兩側(cè)沿軸線方向

5、設(shè)有緩沖柱塞，同時(shí)缸蓋上有緩沖節(jié)流閥和緩沖套，當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到端頭時(shí)， 圖13－2 普通雙作用氣缸 1，13－彈簧擋圈 2－防塵圈壓板 3－防塵圈 4－導(dǎo)向套 5－桿側(cè)端蓋 6－活塞桿 7－缸筒8－緩沖墊9－活塞10－活塞密封圈11－密封圈12－耐磨環(huán)14－無(wú)桿 側(cè)端蓋 緩沖柱塞進(jìn)入緩沖套，氣缸排氣需經(jīng)緩沖節(jié)流閥，排氣阻力增加，產(chǎn)生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。 2.特殊氣缸 圖13－3 薄膜氣缸 1－缸體 2－膜片 3－膜盤(pán) 4－活塞桿 為了滿足不同的工作需要，在普通氣缸的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變或增加氣缸的部分結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出多種特殊氣缸。 （1）薄膜式氣

6、缸圖13－3為膜片氣缸的工作原理圖。膜片有平膜片和盤(pán)形膜片兩種一般用夾織物橡膠、鋼片或磷青銅片制成，厚度為 5～6mm （有用1～2mm 厚膜片的）。 圖13－3所示的膜片氣缸的功能類似于彈簧復(fù)位的活塞式單作用氣缸，工作時(shí)，膜片在壓縮空氣作用下推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、重量輕、密封性好、不易漏氣、加工簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)磨損件、維修方便等，適用于行程短的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是行程短，一般不趁過(guò)50mm。平膜片的行程更短，約為其直徑的1/10。 （2）磁性開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開(kāi)關(guān)，磁性開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸行程的位置，控制氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

7、因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設(shè)置擋塊。 其工作原理如圖13－4所示。它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán)，在缸筒外殼上裝有舌簧開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)內(nèi)裝有舌簧片、保護(hù)電路和動(dòng)作指示燈等，均用樹(shù)脂塑封在一個(gè)盒子內(nèi)。當(dāng)裝有永久磁鐵的活塞運(yùn)動(dòng)到舌簧片附近，磁力線通過(guò)舌簧片使其磁化，兩個(gè)簧片被吸引接觸，則開(kāi)關(guān)接通。當(dāng)永久磁鐵返回離開(kāi)時(shí)，磁場(chǎng)減弱，兩簧片彈開(kāi)，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。由于開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)，使電磁閥換向，從而實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 圖13－4磁性開(kāi)關(guān)氣缸 1－動(dòng)作指示燈 2－保護(hù)電路 3－開(kāi)關(guān)外殼4－導(dǎo)線5－活塞6－磁環(huán)7－缸筒8－舌簧開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比

8、較見(jiàn)表3-1。 表3-錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比較 帶閥氣缸是由氣缸、 換向閥和速度控制閥等組成的一種組合式氣動(dòng)執(zhí)行元件。它省去了連接管道和管接頭，減少了能量損耗，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。帶閥氣缸的閥有電控、氣控、機(jī)控和手控等各種控制方式。閥的安裝形式有安裝在氣缸尾部、上部等幾種。如圖13－5所示，電磁換向閥安裝在氣缸的上部，當(dāng)有電信號(hào)時(shí)，則電磁閥被切換，輸出氣壓可直接控制氣缸動(dòng)作。 圖13－5 帶閥組合氣缸 1－管接頭2－氣缸3－氣管4－電磁換向閥5－換向閥底板6－單向節(jié)流閥組合 件7－密封圈。 （4）帶導(dǎo)桿氣缸圖13－6為帶導(dǎo)桿氣缸，在缸筒兩側(cè)配導(dǎo)向用

9、的滑動(dòng)軸承（軸瓦式或滾珠式），因此導(dǎo)向精度高，承受橫向載荷能力強(qiáng)。 13－6典型帶導(dǎo)桿氣缸的結(jié)構(gòu) （5）無(wú)桿氣缸 無(wú)桿氣缸是指利用活塞直接或間接方式連接外界執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并使其跟隨活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸。這種氣缸的最 大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間。 1）磁性無(wú)桿氣缸 活塞通過(guò)磁力帶動(dòng)缸體外部的移動(dòng)體做同步移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖13－7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(guò)薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環(huán)作用，由于兩組磁環(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(dòng)時(shí)，則在磁力作用下，帶動(dòng)缸筒外的磁環(huán)套一起移動(dòng)。氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相適應(yīng)。

10、 圖13－7磁性無(wú)桿氣缸 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－緩沖柱塞 11－氣缸筒 12－端蓋 13－進(jìn)、排氣口 2）機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸 稱機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸，其結(jié)構(gòu)如13－8所示。在氣缸缸管軸向開(kāi)有一條槽，活塞與滑塊在槽上部移動(dòng)。 為了防止泄漏及防塵需要，在開(kāi)口部采用聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶固定在兩端缸蓋上，活塞架穿過(guò)槽，把活塞與滑塊連成一體。活塞與滑塊連接在一起，帶動(dòng)固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸的特點(diǎn)是：1) 與普通氣缸相比，在同樣行程下可縮小1/2安裝位置；2) 不需設(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；

11、3) 適用于缸徑10～80mm ，最大行程在缸徑≥40mm 時(shí)可達(dá)7m ；4) 速度高，標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá)0.1～ 0.5m/s ；高速型可達(dá)到0.3～3.0m/s 。其缺點(diǎn) 是：1) 密封性能差，容易產(chǎn)生外 泄漏。在使13－6 典型帶導(dǎo)桿 氣缸的結(jié)構(gòu) 用三位閥時(shí)必須選用中壓式；2) 受負(fù)載力小，為了增加負(fù)載能力，必須增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 圖13－8 機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸 l－節(jié)流閥2－緩沖柱塞3－密封帶4－防塵不銹鋼帶 5－活塞 6－滑塊 7－活塞 架 （6）鎖緊氣缸帶有鎖緊裝置的氣缸稱為鎖緊氣缸按鎖緊位置分為行程末端鎖緊型和任意位置鎖緊型。 1）行程末端鎖緊型氣缸如圖13－

12、9所示，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程末端，氣壓釋放后，鎖定活塞1在彈簧力的作用下插入活塞桿的卡槽中，活塞桿被鎖定。供氣加壓時(shí)，鎖定活塞1縮回退出卡槽而開(kāi)鎖，活塞桿便可運(yùn)動(dòng)。 圖13－9 帶端鎖氣缸的結(jié)構(gòu)原理 a）手動(dòng)解除非鎖式b）手動(dòng)解除鎖式。 1－鎖定活塞2－橡膠帽3，12－帽4－緩沖墊圈5－鎖用彈簧6－密封件7－導(dǎo)向套8－螺釘9－旋鈕10－彈簧11－限位環(huán)2）任意位置鎖緊型氣缸按鎖緊方式可分為卡套錐面式、彈簧式和偏心式等多種形式。卡套錐面式鎖緊裝置由錐形制動(dòng)活塞6、制動(dòng)瓦1、制動(dòng)臂4和制動(dòng)彈簧7等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理如圖13－10所示。作用在錐狀鎖緊活塞上的彈簧力由于楔的作用而被放大，再由杠桿原理得

13、到放大。這個(gè)放大的作用力作用在制動(dòng)瓦1上，把活塞桿鎖緊。要釋放對(duì)活塞的鎖緊，向供氣口A′供應(yīng)壓縮空氣，把鎖緊彈簧力撤掉。 圖13－10 制動(dòng)氣缸制動(dòng)裝置工作原理 a）自由狀態(tài)b）鎖緊狀態(tài)l－制動(dòng)瓦 2－制動(dòng)瓦座3－轉(zhuǎn)軸 4－制動(dòng)臂 5－壓輪 6－錐形制動(dòng)活 塞7－制動(dòng)彈簧 （7）氣動(dòng)手爪氣動(dòng)手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸。它可以用來(lái)抓取物體，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種動(dòng)作。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，氣動(dòng)手 爪常應(yīng)用在搬運(yùn)、傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取、拾放物體。 圖13－11 平行開(kāi)合手指 氣動(dòng)手爪有平行開(kāi)合手指（如圖13－11所示）、肘節(jié)擺動(dòng)開(kāi)合手爪、有兩爪、三爪和四爪等類型，其中兩爪中有平開(kāi)式和支點(diǎn)開(kāi)閉式驅(qū)

14、動(dòng)方式有直線式和旋轉(zhuǎn)式。 氣動(dòng)手爪的開(kāi)閉一般是通過(guò)由氣缸活塞產(chǎn)生的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開(kāi)、閉運(yùn)動(dòng)。 （8）氣液阻尼缸氣缸以可壓縮空氣為工作介質(zhì)，動(dòng)作快，但速度穩(wěn)定性差，當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象。另外，壓縮空氣的壓力較低，因而氣缸的輸出力較小。為此，經(jīng)常采用氣缸和油缸相結(jié)合的方式，組成各種氣液組合式執(zhí)行元件，以達(dá)到控制速度或增大輸出力的目的。 氣液阻尼缸是利用氣缸驅(qū)動(dòng)油缸，油缸除起阻尼作用 外，還能增加氣缸的剛性（因?yàn)橛褪遣豢蓧嚎s的），發(fā)揮了 液壓傳動(dòng)穩(wěn)定、傳動(dòng)速度較均勻的優(yōu)點(diǎn)。常用于機(jī)床和切削圖13－1

15、 裝置的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置。 串聯(lián)式氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)如圖13－12所示。它采用一根活塞桿將兩活塞串在一起，油缸和氣缸之間用隔板隔開(kāi)，防止氣體串入油缸中。當(dāng)氣缸左端進(jìn)氣時(shí)，氣缸將克服負(fù)載阻力，帶動(dòng)油缸向右運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)度就能改變阻尼缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 。 圖13－12氣液阻尼缸 （10）擺動(dòng)氣缸 擺動(dòng)氣缸 是一種在小于360角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的氣 缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出 力矩使 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)。擺動(dòng)氣缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為葉片式和活塞式兩種。 1）葉片式擺動(dòng)氣缸 單葉片式擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)原理如圖13－13所示。它是由葉片軸轉(zhuǎn)子（即輸出軸）、定子、缸體和

16、前后端蓋等部分組成。定子和缸體固定在一起，葉片和轉(zhuǎn)子聯(lián)在一起。在定子上有兩條氣路，當(dāng)左路進(jìn)氣時(shí)，右路排氣，壓縮空氣推動(dòng)葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針擺動(dòng)。反之，作逆時(shí)針擺動(dòng)。 葉片式擺動(dòng)氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動(dòng)密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于80%。因此，在應(yīng)用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場(chǎng)合，如夾具的回轉(zhuǎn)，閥門(mén)開(kāi)閉及工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等。 圖13－13 單葉片式擺動(dòng)氣缸工作原理圖 1－葉片2－轉(zhuǎn)子3－定子4－缸體 2）活塞式擺動(dòng)氣缸 活塞式擺動(dòng)氣缸是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵? 軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。按結(jié)構(gòu)不同

17、可分為齒輪齒條式、 螺桿式和曲柄式等幾種。 圖13－14 齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸結(jié)構(gòu)原理 1－齒條組件2－彈簧柱銷3－滑塊4－端蓋5－缸體6－軸承7－軸8－活塞9－ 齒輪 齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸是通過(guò)連接在活塞上的齒條使齒輪回轉(zhuǎn)的一種擺動(dòng)氣缸，其結(jié)構(gòu)原理如圖13－14所示。活塞僅作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)， 摩擦損失少，齒輪傳動(dòng)的效率較高，此擺動(dòng)氣缸效率可達(dá)到95%左右。 三、氣缸的技術(shù)參數(shù) 1）氣缸的輸出力氣缸理論輸出力的設(shè)計(jì)計(jì)算與液壓缸類似，可參見(jiàn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)算如下： 理論推力（活塞桿伸出） F t1＝A1p（13-1） 理論拉力（活塞桿縮回） F t2

18、＝A2p（13-2） 式中F t1、F t2——?dú)飧桌碚撦敵隽Γ∟）； A1、A2——無(wú)桿腔、有桿腔活塞面積（m2）； p—?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）。 實(shí)際中，由于活塞等運(yùn)動(dòng)部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實(shí)際輸出力小于理論推力，稱這個(gè)推力為氣缸的實(shí)際輸出力。 氣缸的效率 是氣缸的實(shí)際推力和理論推力的比值，即 t F F = η （13-3） 所以 ()p A F 1η= （13-4） 氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤(rùn)滑狀態(tài)。此外，氣缸的運(yùn)動(dòng)速度、排氣腔壓力、外載荷

19、狀況及管道狀態(tài)等都會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生一定的影響。 2）負(fù)載率β 從對(duì)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。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時(shí)，常用到負(fù)載率的概念。氣缸的負(fù)載率β定義為 %100?t F F 氣缸的理論輸出力氣缸的實(shí)際負(fù)載＝β （l3－5） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率θ，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。 對(duì)于阻性負(fù)載，如氣缸用作氣動(dòng)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(duì)于慣性負(fù)載，如氣缸用來(lái)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＜

20、0.65 當(dāng)氣缸低速運(yùn)動(dòng)，v ＜100 mm/s 時(shí)； β＜0.5 當(dāng)氣缸中速運(yùn)動(dòng)，v ＝100～500 mm/s 時(shí)； β＜0.35 當(dāng)氣缸高速運(yùn)動(dòng)，v ＞500 mm/s 時(shí)。 3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動(dòng)的容積，稱這個(gè)容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。 4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與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(dòng)態(tài)特性是指在氣缸運(yùn)動(dòng)過(guò)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(shí)間的變化情況。它能真實(shí)地反映氣缸的工作性能。

21、 四、氣缸的選型及計(jì)算 1.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。下面以單活塞桿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(lái)確定氣缸的輸出力，由此計(jì)算出氣缸的缸徑。 （2）氣缸的行程。氣缸的行程與使用的場(chǎng)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(jì)算 （4）氣缸的安裝形式。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車(chē)床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)的特種氣缸。

22、 （5）氣缸的緩沖裝置。根據(jù)活塞的速度決定是否應(yīng)采用緩沖裝置。 （6）磁性開(kāi)關(guān)。當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)采用電氣控制方式時(shí)，可選用帶磁性開(kāi)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(wú)污染時(shí)需選用無(wú)給油或無(wú)油潤(rùn)滑氣缸。 2.氣缸直徑計(jì)算 氣缸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)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(lái)決定。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的實(shí)際工況，分析計(jì)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(lái)選定氣缸的負(fù)載率θ，初步選定氣缸工作壓力（一般為0.4 MPa ～0.6 MPa ），再由 F ／θ，計(jì)算出氣缸理論出力F t ，最后計(jì)算出缸徑及桿徑，并按標(biāo)

23、準(zhǔn)圓整得到實(shí)際所需的缸徑和桿徑。 例題 氣缸推動(dòng)工件在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。已知工件等運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量為 m ＝250 kg ，工件與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)μ ＝0.25，氣缸行程 s 為 400 mm ，經(jīng)1.5 s 時(shí)間工件運(yùn)動(dòng)到位，系統(tǒng)工作壓力p = 0.4 MPa ，試選定氣缸直徑。 解：氣缸實(shí)際軸向負(fù)載 F ＝ mg ＝0.25 ? 250 ? 9.81＝613.13 N 氣缸平均速度 mm/s 2675.1400≈==t s v 選定負(fù)載率 θ ＝0.5 則氣缸理論輸出力 N 6.12265.013.6131===θ F F 雙作用氣缸理論推力 p D F ?=2141π

24、 氣缸直徑 mm 48.624.014.33.122644≈??==p F D t π 按標(biāo)準(zhǔn)選定氣缸缸徑為63 mm 。 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(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。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(jiàn)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(diǎn)是： 1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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

25、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(guò)程中是變化的。 由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場(chǎng)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(zhǎng)行程、高載 荷的場(chǎng)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(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)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

26、 理見(jiàn)圖42.2-3。 缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）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(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)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。 活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）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(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)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(tái)；3—活塞；4—活塞桿；5—機(jī)架 雙活塞桿氣缸因兩端活塞

27、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(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)輸出力及速度均相等。 2）緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，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 氣缸見(jiàn)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(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被

28、壓縮，緩慢地通過(guò)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(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開(kāi)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(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開(kāi)單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。 如節(jié)流閥6閥口開(kāi)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—?dú)饪? 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(dòng)回路

29、上采取 措施，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(diǎn)是動(dòng)作快，但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，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(diǎn)是動(dòng)作不如氣缸快，但速度易于控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，采用措施得當(dāng)，一般不會(huì)產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象。把氣缸與液壓缸巧妙組合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，即成為氣動(dòng)系統(tǒng)中普遍采用的氣-液阻 尼缸。 氣-液阻尼缸工作原理見(jiàn)圖42.2-5。實(shí)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

30、供油，只要充滿油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓?jiǎn)蜗蜷y、節(jié)流閥及補(bǔ)油杯。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)，氣缸克服載荷帶動(dòng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)（氣缸左端排氣），此時(shí)液壓缸左端排油，單向閥關(guān)閉，油只能通過(guò)節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)，這時(shí)若將節(jié)流閥閥口開(kāi)大，則液壓缸左腔排油通暢，兩活塞運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口大小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)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。 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—?dú)飧祝?—外載荷 氣-液

31、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(zhǎng)；加工與安裝時(shí)對(duì)同軸度要求較高；有時(shí)兩缸間會(huì)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(huì)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(huì)產(chǎn)生附加力矩，會(huì)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，液壓缸在后參見(jiàn)圖42.2-5，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過(guò)程中需要儲(chǔ)油或補(bǔ)油，油杯較大。如將液壓缸放在前面（氣缸在后

32、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(chǔ)油、補(bǔ)油問(wèn)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—?dú)飧装凑{(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。 其調(diào)速特性及應(yīng)用見(jiàn)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(dú)設(shè)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(kāi)孔、開(kāi)溝槽、缸內(nèi)滑柱式、機(jī)械浮動(dòng)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(jiàn)圖42.2-7?；钊蠋в袚醢迨絾蜗蜷y，活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板離開(kāi)活塞，單向閥打開(kāi)，

33、液壓缸右腔的油通過(guò)活塞上的孔（即擋板單向閥孔）流至左腔，實(shí)現(xiàn)快退，用活塞上孔的多少和大小來(lái)控制快退時(shí)的速度。活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(kāi)度即可調(diào)節(jié)活塞慢進(jìn)的速 度。其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造加工較方便。 圖42.2-8為采用機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)接的快速趨近式氣-液阻尼缸原理圖?？恳簤焊谆钊麠U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(shí)現(xiàn)空程快速趨近，然后再帶動(dòng)液壓缸活塞，通過(guò)節(jié)流阻尼，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)。返程時(shí)也是先走空行程s1，再與液壓活塞一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)單向閥，實(shí)現(xiàn)快退。 表42.2-3氣-液阻尼缸調(diào)速特性及應(yīng)用 調(diào)速

34、方式結(jié)構(gòu)示意圖特性曲線作用原理應(yīng)用 雙向節(jié)流調(diào)速在氣-液阻尼缸的回油管路裝設(shè)可調(diào)式節(jié)流閥，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥關(guān)閉，節(jié)流慢進(jìn)；活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不經(jīng)節(jié)流快退。適用于空行 程較短而工作行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合 快速趨近單 向節(jié)流調(diào)速將液壓缸的點(diǎn)與α點(diǎn)用管路相通，活塞開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右腔油經(jīng)由fgea回路直接流入α端實(shí)現(xiàn)快速趨近，當(dāng)活塞移過(guò)點(diǎn)，油只能經(jīng)節(jié)流閥流入α端，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)快退。由于快速趨近，節(jié)省了空程時(shí)間，提高了勞動(dòng)生

35、產(chǎn)率。是各種機(jī)床、設(shè)備最常用的 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(dòng)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(dòng)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)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?。? 1.2.4 特殊氣缸 （1）沖擊氣缸 圖42.2-9 浮動(dòng)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(yùn)動(dòng)的能量，利用此動(dòng)能 去做功。 沖擊氣缸分普通型和快排型兩種

36、。 1）普通型沖擊氣缸普通型沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-10。與普通氣缸相比，此種沖擊氣缸增設(shè)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(guò)程可簡(jiǎn)述為如下五個(gè)階段（見(jiàn)圖42.2-11）： 第一階段：復(fù)位段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11a，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5在壓差的作用下，克服密封阻力及運(yùn)動(dòng)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(guò)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(chǔ)能段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11b，

37、換向閥換向，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(shí)，活塞才開(kāi)始移動(dòng)。 式中 d——中蓋噴氣口直徑（m）； p30——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)蓄氣缸腔內(nèi)壓力（絕對(duì)壓力）（Pa）； p20——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)有桿腔內(nèi)壓力（絕對(duì)壓力）（Pa）； G——運(yùn)動(dòng)部件（活塞、活塞桿及錘頭號(hào)模具等）所受的重力（N）； D——活塞直徑（m）； d1——活塞桿直徑（m）； F0——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)的密封摩擦力（N）。 若不計(jì)式（42.2-1）中G和

38、F0項(xiàng)，且令d=d1，，則當(dāng) 時(shí)，活塞才開(kāi)始移動(dòng)。這里的p20、p30均為絕對(duì)壓力?？梢?jiàn)活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差很大。這一點(diǎn)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_(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔內(nèi)壓力p30可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力ps，同時(shí)，容積很小的無(wú)桿腔（包括環(huán)形空間C）通過(guò)排氣孔3與大氣相通，故無(wú)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(kāi)始移動(dòng)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(dòng)，使無(wú)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

39、I區(qū)段。第I區(qū)段的作用時(shí)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(wú)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(yùn)動(dòng)加速度，使活塞高速運(yùn)動(dòng)，即進(jìn)行沖擊。在此過(guò)程B口仍在進(jìn)氣，蓄氣缸腔至無(wú)桿腔已連通且壓力相等，可認(rèn)為蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)為略帶充氣的絕熱膨脹過(guò)程。同時(shí)有桿腔排氣孔A通流面積有限，活塞高速?zèng)_擊勢(shì)必造成有桿腔內(nèi)氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會(huì)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(rèn)為第Ⅱ區(qū)段的有桿腔內(nèi)為邊排氣的絕熱壓縮過(guò)

40、程。整個(gè)沖擊段時(shí)間很短，約幾十毫秒。見(jiàn)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(diǎn)來(lái)說(shuō)，蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動(dòng)能，而活塞的部分動(dòng)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(wú)桿腔壓力還高，即形成“氣墊”，使活塞產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果又會(huì)使蓄氣-無(wú)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(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)—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(diǎn)。 第五階段：耗能段?；钊滦兄两K點(diǎn)后，如換

41、向閥不及時(shí)復(fù)位，則蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)會(huì)繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再?gòu)?fù)位時(shí)，充入的這部分氣體又需全部排掉?？梢?jiàn)這種充氣不能作用有功，故稱之為耗能段。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)避免此段（令換向 閥及時(shí)換向返回復(fù)位段）。 對(duì)內(nèi)徑D=90mm的氣缸，在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得沖擊氣缸特性曲線見(jiàn)圖42.2-12。上述分析基本與特性曲線相符。 對(duì)沖擊段的分析可以看出，很大的運(yùn)動(dòng)加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)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(gè)沖程處，運(yùn)動(dòng)速度必達(dá)最大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)最大值。各種沖擊作業(yè)應(yīng)在 這個(gè)沖程附近進(jìn)行。 沖擊氣缸在實(shí)際工作時(shí)，錘頭模

42、具撞擊工件作完功，一般就借助行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)使換向閥復(fù)位換向，缸即從沖擊段直接轉(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(jiàn)，其一部分能量（有時(shí)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(méi)有充分利用。假如沖擊一開(kāi)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(jī)構(gòu)”構(gòu)成?？炫艡C(jī)構(gòu)是由

43、快排導(dǎo)向蓋1、快排缸體4、快排活塞3、密封膠墊2等零件組成。 快排型沖擊氣缸的氣控回路見(jiàn)圖42.2-13b。接通氣源，通過(guò)閥F1同時(shí)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(jìn)氣，蓄氣一無(wú)桿腔氣體經(jīng)K4孔通過(guò)閥F2排氣，則活塞上移。當(dāng)活塞封住中蓋噴氣口時(shí)，裝在錘頭上的壓塊觸動(dòng)推桿6，切換閥F3，發(fā)出信號(hào)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(kāi)始時(shí)，使閥F1

44、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(guò)快排導(dǎo)向蓋1上的多個(gè)圓孔（8個(gè)），再經(jīng)過(guò)快排缸體4上的多個(gè)方孔T（10余個(gè)）及K3直接排至大氣中。因?yàn)樯鲜龆鄠€(gè)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(shí)間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時(shí)，活塞便開(kāi)始下移。錘頭上壓塊便離開(kāi)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，閥3雖然復(fù)位，但F2卻延時(shí)復(fù)位，這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來(lái)完成使活 塞迅速向下沖擊的工作。否則，若F3復(fù)位，F(xiàn)2同時(shí)復(fù)位的話，蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會(huì)在錘頭沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)之前已經(jīng)通過(guò)K4孔和

45、閥F2排氣了，所以當(dāng)錘頭開(kāi)始沖擊后，F(xiàn)2的復(fù)位動(dòng)作需延時(shí)幾十毫秒。因所需延時(shí)時(shí)間不長(zhǎng)，沖擊缸沖擊時(shí)間又很短，往往不用氣阻、氣容也可以，只要閥F2的換向時(shí)間比沖擊 時(shí)間長(zhǎng)就可以了。 在活塞向下沖擊的過(guò)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3～4倍。 （2）數(shù)字氣缸 它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成。活塞的右端有T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(yùn)動(dòng)，而兩者不能脫開(kāi)，若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體內(nèi)，T字頭在

46、凹形孔中左右可移動(dòng)的范圍就是此活塞的行程量。不同的進(jìn)氣孔A1～Ai（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（0.4～0.8MPa）時(shí)，相應(yīng)的活塞就會(huì)向右移動(dòng)，每個(gè)活塞的向右移動(dòng)都可推動(dòng)活塞桿3向右移動(dòng)，因此，活塞桿3每次向右移動(dòng)的總距離等于各個(gè)活塞行程量的總和。這里B孔始終與低壓氣源相通（0.05～ 0.1MPa），當(dāng)A1～Ai孔排氣時(shí)，在低壓氣的作用下，活塞會(huì)自動(dòng)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(jí)數(shù)由小到大排列選取。設(shè) s=35mm，采用3個(gè)活塞，則各活塞的行程分別取α1=5mm；α2=10mm；α3=20

47、mm。如s=31.5mm，可用6個(gè)活塞，則α1、α2、α3……α6分別設(shè)計(jì)為0.5、1、2、4、8、16mm，由這些數(shù)值組合起來(lái)，就可在0.5～31.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的α1、α2、α3……αi可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同數(shù)列，就可以得到各種所需數(shù)值的行程量。 （3）回轉(zhuǎn)氣缸 主要由導(dǎo)氣頭、缸體、活塞、活塞桿組成。這種氣缸的缸體3連同缸蓋6及導(dǎo)氣頭芯10被其他動(dòng)力（如車(chē)床主軸）攜帶回轉(zhuǎn)，活塞4及活塞桿1只能作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)氣頭體9外接管路，固定不動(dòng)。 固轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)如圖42.2-15b所示。為增大其輸出力采用兩個(gè)活塞串聯(lián)在一根活塞桿上，這樣其輸出力比

48、單活塞也增大約一倍，且可減小氣缸尺寸，導(dǎo)氣頭體與導(dǎo)氣頭芯因需相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，裝有滾動(dòng)軸承，并以研配間隙密封，應(yīng)設(shè)油杯潤(rùn)滑以 減少摩擦，避免燒損或卡死。 回轉(zhuǎn)氣缸主要用于機(jī)床夾具和線材卷曲等裝置上。 （4）撓性氣缸 撓性氣缸是以撓性軟管作為缸筒的氣缸。常用撓性氣缸有兩種。一種是普通撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-16，由活塞、活塞桿及撓性軟管缸筒組成。一般都是單作用活塞氣缸，活塞的回程靠其他外力。其特點(diǎn)是安裝空間小，行程可較長(zhǎng)。 第二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-17。由夾持滾子代替活塞及活塞桿，夾持滾子設(shè)在撓性缸筒外表面，A端進(jìn)氣時(shí)，左端撓性筒膨脹，B端排氣，缸左端收縮，夾持在缸筒外部的滾子

49、在膨脹端的作用下，向右移動(dòng)，滾子夾帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)?？煞Q為撓性筒滾子氣缸。這種氣缸的特點(diǎn)是所占空間小，輸出力較小，載 荷率較低，可實(shí)現(xiàn)雙作用。 （5）鋼索式氣缸 鋼索式氣缸見(jiàn)圖42.2-18，是以柔軟的、彎曲性大的鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸?；钊c鋼絲繩連在一起，活塞在壓縮空氣推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)，安裝兩個(gè)滑輪，可使活塞與載荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。 這種氣缸的特點(diǎn)是可制成行程很長(zhǎng)的氣缸，如制成直徑為25mm ，行程為6m左右的氣缸也不困難。鋼索與導(dǎo)向套間易產(chǎn)生泄漏。 懶蟲(chóng)回答采納率:24.5% 2021-03-14 20:56 一、四行程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理 發(fā)動(dòng)機(jī)工作須經(jīng)

50、過(guò)進(jìn)氣，把可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；然后將進(jìn)入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點(diǎn)時(shí)點(diǎn)燃可燃混合氣；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動(dòng)活塞下行實(shí)現(xiàn)對(duì)外作功；最后排出燃燒后的廢氣。進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)過(guò)程。把這四個(gè)過(guò)程叫做發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，工作循環(huán)不斷地重復(fù)，就實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 1、進(jìn)氣行程 活塞在曲軸帶動(dòng)下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，在氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油混合物通過(guò)進(jìn)氣門(mén)被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進(jìn)一步形成可燃混合氣。 2、壓縮行程： 進(jìn)氣結(jié)束終了，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上

51、止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，隨著活塞移動(dòng)，氣缸容積不斷減小，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮行程結(jié)束。 3、做功行程; 做功行程包括燃燒過(guò)程和膨脹過(guò)程，在這一行程中，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程接近上止點(diǎn)(即點(diǎn)火提前角)位置時(shí)，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，同時(shí)放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)3.0～6.5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了用于維

52、持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余用于對(duì)外做功。隨著活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度逐漸降低，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，做功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.35～0.5MPa，氣體溫度降低到1200～1500K。 4、排氣行程： 可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。排氣行程開(kāi)始時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，進(jìn)氣門(mén)仍然關(guān)閉，曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)廢氣在自身生剩余壓力和在活塞的推動(dòng)下，經(jīng)排氣門(mén)排出氣缸之外。活塞越過(guò)上止點(diǎn)后，排氣門(mén)關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。 受排氣阻力的影響，排氣終止時(shí)，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.12MPa，溫度約

53、為900～1100K。 曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，又開(kāi)始了下一個(gè)新的循環(huán)過(guò)程?？梢?jiàn)四行程汽油機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。 實(shí)際汽油機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。在排氣行程中，是排氣門(mén)早于下止點(diǎn)開(kāi)啟，遲于上止點(diǎn)關(guān)閉。 進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)晚關(guān)的目的是為了增加進(jìn)入氣缸的混合氣量，排氣門(mén)早開(kāi)晚關(guān)的目的是為了減少氣缸內(nèi)的殘余廢氣量。減少殘余廢氣量，會(huì)相應(yīng)增加進(jìn)氣量。二、四行程柴油機(jī)的工作原理 四行程柴油機(jī)和四行程汽油機(jī)的工作過(guò)程一樣，每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程，但由于柴油機(jī)使用

54、的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過(guò)程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機(jī)不同.四沖程柴油機(jī)工作原理如下： 1、進(jìn)氣沖程與汽油機(jī)相比，進(jìn)入柴油機(jī)汽缸的不是可燃混合氣而是純空氣。進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)，氣體壓力為80 -90kpa，溫度為310-350K。 2、壓縮沖程壓縮的是純空氣，由于柴油機(jī)壓縮比大，壓縮終了時(shí)氣體的溫度和壓力比汽油機(jī)高。壓力約為3000-5000kpa,溫度約為800-1000k。 3、做工沖程壓縮行程結(jié)束，高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入汽缸，迅速汽化并與空氣形成混合氣。由于壓縮終了汽缸內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于柴油的自然溫度

55、(500K左右)柴油立即自行著火燃燒。因此，柴油機(jī)沒(méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)。燃燒最高壓力為 5000-10000kpa，最高溫度約為1800-2200K。 匿名回答采納率:6.5% 2021-03-14 20:57 第一步叫做【進(jìn)氣沖程】，其過(guò)程是將進(jìn)氣閥打開(kāi)，活塞下降，汽缸吸入汽油和空氣的混合物。第二步叫做【壓縮沖程】，這一步的過(guò)程是將進(jìn)氣閥關(guān)閉，活塞上升，混合物被壓縮在活塞上的小空間里?！緞?dòng)力沖程】是第三步，此時(shí)汽缸上的火花塞的火花會(huì)令混合物燃燒，產(chǎn)生的熱氣體膨脹，迫使活塞下降?！九艢鉀_程】是四沖程引擎的最后一步，這時(shí)排氣閥會(huì)打開(kāi)，活塞上升，燃燒過(guò)的氣體（廢氣）被排出汽缸。 相較于二沖程引擎，四沖程的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。它擁有活瓣及凸輪軸，至少要有進(jìn)氣活瓣、排氣活瓣及凸輪軸各一。因?yàn)樗娜莘e效率較低，所以兩種引擎在相同掃氣容積下，它會(huì)有較少之輸出功率。但它有穩(wěn)定的扭力及馬力輸出，所以它適用于道路的車(chē)輛和船只。雖然它提升轉(zhuǎn)數(shù)較慢，它不能算是真的問(wèn)題。其實(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)提升緩慢可以以減輕飛輪的重量、活塞的重量及曲軸的重量來(lái)解決 汽油機(jī)的