气缸工作原理介绍_图文

　　• 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5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比较高 ；有时两缸间会产生窜气窜油现象。并联型缸体较短、结构紧密相连；气、液缸分置 ，不会产生窜气窜油现象；因液压缸工作所承受的压力可以相当高，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，也可能会产生“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4，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。

　　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）； d1——活塞杆直径（m）； Fƒ0——活塞开始移动瞬时的密封摩擦力（N）。

　　1. 冲击气缸 2. 数字气缸 3. 回转气缸 4. 挠性气缸 5. 钢索式气缸

　　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。

　　图10 普通型冲击气缸的工作原理 1— 蓄气缸；2—中盖；3—排气孔；4—喷气口；5—活塞

　　能转化成活塞动能，而活塞的部分动能又转化成有杆腔的压力能，结果造成有 杆腔压力比蓄气-无杆腔压力还高，即形成“气垫”，使活塞产生反向运动，结果 又会使蓄气-无杆腔压力增加，且又大于有杆腔压力。如此便出现活塞在缸体内 来回往复运动—即弹跳。直至活塞两侧压力差克服不了活塞阻力不能再发生弹 跳为止。待有杆腔气体由A排空后，活塞便下行至终点。

　　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。

　　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

　　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2 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

　　• 图7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s1，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

　　• 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。能够准确的看出，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4 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

　　1）仅一端进（排）气，结构相对比较简单，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；与一样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

　　图6 活塞上有挡板式单向阀的气-液阻尼缸 图7 浮动联接气-液阻尼缸原理图

　　• 图 8是又一种浮动联接气-液阻尼缸。与前者的不同之处在于：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，结构紧密相连但不易调 整空行程s1（前者调节顶丝即可方便调节s1的大小）。

　　无杆腔压力飞速增加，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p1（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，获得很高的运动加速度，使活塞高速运动， 即进行冲击。在此过程B口仍在进气，蓄气缸腔至无杆腔已连通 且压力相等，可认为蓄气-无杆腔内为略带充气的绝热膨胀过程 。同时有杆腔排气孔A通流面积有限，活塞高速冲击势必造成有 杆腔内气体迅速压缩（排气不畅），有杆腔压力会迅速升高（可 能高于气源压力）这必将引起活塞减速，直至下降到速度为0。 以上可称为冲击段的第Ⅱ区段。可认为第Ⅱ区段的有杆腔内为边

　　图3 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 回路上采取一定的措施，达到缓冲目的。

　　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，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，正常情况下不会产生“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4。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

　　阀并联在调速油路中 。活塞向右运动时， 单向阀关闭，节流慢 进；活塞向左运动时

　　• 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9。与普通气缸相比，此种冲 击气缸增设了蓄气缸1和带流线。其工作原理 及工作过程可简述为如下五个阶段（见图10）： 第一阶段：复位段。见图9和图10-a，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9和图10-b，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

　　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3，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

　　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2。

　　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，通常用于小型设备上

　　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1。 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6。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

　　-无杆腔内会继续充气直至达到气源压力。再复位时，充入的这部分气体又需全 部排掉。可见这种充气不能作用有功，故称之为耗能段。实际使用时应避免此 段（令换向阀及时换向返回复位段）。