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氣缸工作原理

根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。

氣缸

下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：

F：氣缸理論輸出力(kgf)

F′：效率為85%時(shí)的輸出力(kgf)--(F′=F×85%）

D：氣缸缸徑(mm)

P：工作壓力(kgf/cm2)

例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?

將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：

F=2800kgf；F′=2300kgf

在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。

例：有一氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在氣缸推出時(shí)其推力為132kgf，(氣缸效率為85%)問(wèn)：該選擇多大的氣缸缸徑?

●由氣缸的推力132kgf和氣缸的效率85%，可計(jì)算出氣缸的理論推力為F=F′/85%=155(kgf)

●由使用壓力5kgf/cm2和氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的氣缸便可滿(mǎn)足使用要求。

氣缸種類(lèi)

氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)的兩類(lèi)（見(jiàn)圖）。做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。

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(dòng)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(gè)或兩個(gè)方向輸出力。

③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。

④沖擊氣缸：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(dòng)的動(dòng)能，借以做功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱(chēng)擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。

氣缸作用

將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

氣缸分類(lèi)

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)氣缸、氣爪等。

氣缸結(jié)構(gòu)

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：

1）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(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。

SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。

（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)有緩沖機(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，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。

（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竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。

（4）活塞桿

活塞桿是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，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(dòng)處的部件密封稱(chēng)為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱(chēng)為靜密封。

缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：

整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。

6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。

應(yīng)用領(lǐng)域

印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等。

產(chǎn)品系列

日本SMC標(biāo)準(zhǔn)氣缸 端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(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，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。

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(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。

SMC 氣缸所設(shè)緩沖裝置種類(lèi)很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)到緩沖目的。 組合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。*，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。液壓缸不用泵供油，只要充滿(mǎn)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。CE2 行程可讀出氣缸（帶制動(dòng)型）

CEP1 高精度行程可讀出氣缸

CG1/CG1W… 氣缸

CJ2/CJ2W… 氣缸

CJ2X/CUX/CQSX… 低速氣缸

CJP/CJPB/CJPS 針型氣缸

CLQ/CLQ 薄型鎖緊氣缸

CLS/CLS 帶鎖氣缸

CNA/CNAW 帶鎖氣缸

CNG 帶鎖氣缸

CNS/CNS 帶鎖氣缸

CQM 薄型氣缸

CQM/CQM 薄型氣缸

CRA1 擺動(dòng)氣缸

CRB1 擺動(dòng)氣缸

CRB2 擺動(dòng)氣缸

CRBU2 自由安裝型擺動(dòng)氣缸

CRJ 微型擺動(dòng)氣缸

CRQ2 薄型擺動(dòng)氣缸

CS1/CS1W/CS1 * Q 氣缸

常見(jiàn)故障

氣缸常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析

1．汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠(chǎng)后都要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，使汽缸在住鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力*消除。如果時(shí)效時(shí)間短，那么加工好的汽缸在以后的運(yùn)行中還會(huì)變形。

2．汽缸在運(yùn)行時(shí)受力的情況很復(fù)雜，除了受汽缸內(nèi)外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對(duì)靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對(duì)汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。

3．汽缸的負(fù)荷增減過(guò)快，特別是快速的啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時(shí)打開(kāi)保溫層過(guò)早等，在汽缸中和法蘭上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。

4．汽缸在機(jī)械加工的過(guò)程中或經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊后產(chǎn)生了應(yīng)力，但沒(méi)有對(duì)汽缸進(jìn)行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行中產(chǎn)生*的變形。

5．在安裝或檢修的過(guò)程中，由于檢修工藝和檢修技術(shù)的原因，使內(nèi)缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運(yùn)行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。

6．使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過(guò)多或是型號(hào)不對(duì)；汽缸密封劑內(nèi)若有堅(jiān)硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì)使密封面難以緊密的結(jié)合。

7．汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。汽缸結(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組的起?；蚴窃鰷p負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會(huì)造成螺栓的應(yīng)力松弛，如果應(yīng)力不足，螺栓的預(yù)緊力就會(huì)逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中，在熱應(yīng)力和汽缸膨脹力的作用下被拉長(zhǎng)，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會(huì)不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。

8．汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時(shí)是從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固，這樣就會(huì)把變形zui大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉(zhuǎn)移，zui后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會(huì)集中于中部，汽缸結(jié)合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。

氣缸故障解決方案

1．汽缸變形較大或漏汽嚴(yán)重的結(jié)合面，采用研刮結(jié)合面的方法

如果上缸結(jié)合面變形在0.05mm范圍內(nèi)，以上缸結(jié)合面為基準(zhǔn)面，在下缸結(jié)合面涂紅丹或是壓印藍(lán)紙，根據(jù)痕跡研刮下缸。如果上缸的結(jié)合面變形量大，在上缸涂紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平?；蚴遣扇C(jī)械加工的方法把上缸結(jié)合面找平，再以上缸為基準(zhǔn)研刮下缸結(jié)合面。汽缸結(jié)合面的研刮一般有兩種方法：

（1）是不緊結(jié)合面的螺栓，用千斤頂微微推動(dòng)上缸前后移動(dòng)，根據(jù)下缸結(jié)合面紅丹的著色情況來(lái)研刮。這種方法適合結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)的高壓缸。

（2）是緊結(jié)合面的螺栓，根據(jù)塞尺的檢查結(jié)合面的嚴(yán)密性，測(cè)出數(shù)值及壓出的痕跡，修刮結(jié)合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對(duì)間隙的影響。

2．采用適當(dāng)?shù)钠酌芊獠牧?/p>

因現(xiàn)在汽輪機(jī)汽缸密封劑還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制作原料和配方也各不相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；在選擇汽輪機(jī)汽缸密封劑時(shí)，就要選在行業(yè)內(nèi)有口碑，產(chǎn)品質(zhì)量有保證的正規(guī)生產(chǎn)廠(chǎng)家，以保證檢修處理后汽缸的嚴(yán)密性。

3．局部補(bǔ)焊的方法

由于汽缸結(jié)合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當(dāng)?shù)暮笚l把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結(jié)合面在同一平面內(nèi)。汽缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴(yán)重時(shí)，在下缸的結(jié)合面補(bǔ)焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然后用平尺或是扣上缸測(cè)量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡(jiǎn)單，焊前預(yù)熱汽缸至150℃，然后在室溫下進(jìn)行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進(jìn)行打磨修刮。

4．汽缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂

當(dāng)汽缸結(jié)合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時(shí)，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用汽缸做陽(yáng)極，涂具做陰極，在汽缸的結(jié)合面上反復(fù)涂刷電解溶液，涂層的厚度要根據(jù)汽缸結(jié)合面間隙的大小而定，涂層的種類(lèi)要根據(jù)汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達(dá)到塑性狀態(tài)后噴射于處理過(guò)的汽缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點(diǎn)就是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便涂層牢固，噴涂后汽缸溫度僅為70℃—80℃不會(huì)使汽缸產(chǎn)生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對(duì)缸面進(jìn)行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對(duì)涂層進(jìn)行研刮，保證結(jié)合面的嚴(yán)密。

5．結(jié)合面加墊的方法

如果結(jié)合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網(wǎng)經(jīng)熱處理使其硬度降低，然后剪成適當(dāng)?shù)男螤?，鋪在結(jié)合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結(jié)合面的間隙較大，泄漏嚴(yán)重，可在上下結(jié)合面開(kāi)寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調(diào)整。

6．控制螺栓應(yīng)力的方法

如果汽缸結(jié)合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當(dāng)?shù)募哟舐菟ǖ念A(yù)緊力。按從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固螺栓。理論上來(lái)說(shuō)，控制螺栓的預(yù)緊力可用公式d/L≤A來(lái)計(jì)算，但由于此計(jì)算的數(shù)據(jù)與測(cè)量的手段還在研究當(dāng)中，目前沒(méi)有達(dá)到推廣，多在螺栓的允許的zui大應(yīng)力內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定。

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