詳解各類氣缸的工作原理

氣缸的種類很多，一般按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能、驅(qū)動(dòng)方式或安裝方式進(jìn)行分類。氣缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要分為活塞式氣缸和隔膜式氣缸；按運(yùn)動(dòng)形式分為直線運(yùn)動(dòng)油缸和擺動(dòng)油缸。接下來，仙機(jī)網(wǎng)小編詳細(xì)介紹了各種氣缸的工作原理，包括：普通氣缸的基本組成和原理、典型氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理、機(jī)械接觸式無桿氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理、磁無桿氣缸。氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理，齒輪齒條擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理。

詳細(xì)介紹氣缸運(yùn)動(dòng)類型：

氣缸有往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和往復(fù)擺動(dòng)兩種形式：

1、 直線運(yùn)動(dòng)油缸又分為：單作用油缸、雙作用油缸、隔膜油缸和沖擊油缸。

①單作用氣缸：只有一端有活塞桿。空氣從活塞側(cè)面供氣，聚集能量產(chǎn)生氣壓。氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力并伸展，靠彈簧或自重返回。

②雙作用氣缸：交替從活塞兩側(cè)供氣，向一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。

③膜片氣缸：用膜片代替活塞，只向一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。其密封性能好，但行程短。

④ 沖擊氣缸：這是一種新型部件。它將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞高速（10-20 m/s）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，從而做功。

⑤無桿氣缸：無活塞桿氣缸的總稱。有磁性氣缸和電纜氣缸兩種。

2、 來回?cái)[動(dòng)的圓柱體稱為擺動(dòng)圓柱體。內(nèi)腔被葉片一分為二，兩腔交替供氣。輸出軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角度小于280度。此外還有回轉(zhuǎn)缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)缸。

氣缸的結(jié)構(gòu)組成：

1）氣缸

氣缸的內(nèi)徑代表氣缸的輸出力?；钊麘?yīng)在氣缸內(nèi)來回滑動(dòng)順暢，氣缸內(nèi)表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。缸筒除采用高碳鋼管外，還采用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅制成。

2）端蓋

端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣口，有的在端蓋內(nèi)還設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上裝有密封圈和防塵圈6，以防止活塞桿漏氣，防止外界灰塵混入氣缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上裝有導(dǎo)向套5，以提高油缸的導(dǎo)向精度。

3）活塞

活塞是氣缸內(nèi)的受壓部件。為防止氣體從活塞的左右腔進(jìn)入，設(shè)有活塞密封圈12。還提供了磨損環(huán)11以改進(jìn)氣缸的引導(dǎo)。

4）活塞桿

活塞桿是氣缸中最重要的受力部件。通常采用高碳鋼，表面鍍硬鉻，或采用不銹鋼，以防止腐蝕，提高密封圈的耐磨性。

5）緩沖柱塞、緩沖節(jié)流閥

活塞兩側(cè)沿軸向有緩沖柱塞1、3。同時(shí)氣缸蓋上有緩沖節(jié)流閥14和緩沖套15。當(dāng)氣缸移動(dòng)到末端時(shí)，緩沖柱塞進(jìn)入緩沖套和氣缸排，空氣需要通過緩沖節(jié)流閥，排氣阻力增大，產(chǎn)生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。

普通氣缸的原理和基本組成

組成：氣缸、活塞、密封圈、磁環(huán)（部分氣缸）

原理：壓縮空氣使活塞運(yùn)動(dòng)。通過改變進(jìn)氣方向，改變活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向。

故障模式：活塞卡住不動(dòng)；氣缸薄弱，密封圈磨損，漏氣。

典型氣缸工作原理及結(jié)構(gòu)

以氣動(dòng)系統(tǒng)中最常用的單活塞桿雙作用氣缸為例。氣缸的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由氣缸、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋和密封件組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個(gè)腔室。有活塞桿的腔稱為有桿腔，沒有活塞桿的腔稱為無桿腔。

當(dāng)壓縮空氣從無桿腔輸入時(shí)，有桿腔排出，作用在活塞上的氣缸兩腔壓差形成的力克服阻力載荷推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞運(yùn)動(dòng)。桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣時(shí)，當(dāng)無桿腔排氣時(shí)，活塞桿縮回。如果有桿腔和無桿腔交替進(jìn)排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械接觸式無桿氣缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

機(jī)械接觸式無桿氣缸的結(jié)構(gòu)如下圖所示。缸筒軸向開有凹槽，活塞和滑塊在凹槽上部運(yùn)動(dòng)。為防止泄漏和防塵要求，兩端氣缸蓋采用聚氨酯密封膠帶和防塵不銹鋼膠帶固定，活塞架穿過凹槽將活塞與滑塊連接成一個(gè)整體?；钊c滑塊連接在一起，帶動(dòng)固定在滑塊上的作動(dòng)器實(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，相同行程下安裝位置可減少1/2；2) 不需要防旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；3)適用于缸徑10～80mm，缸徑≥40mm時(shí)最大行程可達(dá)7m；4)高速，標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá)0.1～0.5m/s；高速型可達(dá)0.3～3.0m/s。缺點(diǎn)是：1)密封性差，容易外漏。使用三位閥時(shí)，必須選擇中壓型；2) 負(fù)載力小。為了增加承載能力，必須增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

磁性無桿氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理

活塞通過磁力帶動(dòng)氣缸外的運(yùn)動(dòng)體同步運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其工作原理是：活塞上裝有一組高強(qiáng)度磁性永磁環(huán)，磁力線穿過薄壁氣缸，另一組磁環(huán)套在外面，因?yàn)閮山M磁環(huán)有相反的磁性，它們具有很強(qiáng)的吸引力。當(dāng)活塞被氣缸內(nèi)的氣壓推動(dòng)時(shí)，在磁力的作用下，帶動(dòng)氣缸外的磁環(huán)套一起運(yùn)動(dòng)。氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相匹配。

齒輪齒條擺動(dòng)油缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

齒條齒輪擺動(dòng)油缸是通過與活塞相連的齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的擺動(dòng)油缸。其結(jié)構(gòu)和工作原理如下圖所示?；钊蛔魍鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，摩擦損失小，齒輪傳動(dòng)效率高。這種擺動(dòng)油缸的效率可達(dá)95%左右。

葉片擺動(dòng)油缸的工作原理

單葉片擺動(dòng)油缸的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。它由葉片軸轉(zhuǎn)子（即輸出軸）、定子、氣缸體和前后端蓋組成。定子和氣缸固定在一起，葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起。定子上有兩條氣路。左路進(jìn)氣，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)。相反，逆時(shí)針擺動(dòng)。

葉片式擺動(dòng)缸體積小，重量最輕詳解各類氣缸的工作原理，看完你就懂了，但要求制造精度高，密封困難，泄漏量大，動(dòng)密封接觸面積大，密封摩擦阻力損失大，輸出效率低，低于80%。因此，它在應(yīng)用上受到限制，一般只用于安裝位置受到限制的場合雙腔空氣彈簧和單腔空氣彈簧，如夾具的轉(zhuǎn)動(dòng)、閥門的啟閉、工作臺(tái)的分度等。

帶閥組合氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理

閥門氣缸是由氣缸、換向閥和調(diào)速閥組成的組合式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如下圖所示，它省去了連接管道和管接頭，減少了能量損失，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。帶閥缸的閥門有電控、氣控、機(jī)控和手動(dòng)控制等多種控制方式。在氣缸的尾部和上部安裝閥門有幾種方法。如下圖4所示，電磁閥安裝在氣缸的上部。當(dāng)有電信號(hào)時(shí)，電磁閥切換，輸出氣壓可直接控制氣缸動(dòng)作。

磁性開關(guān)氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理

磁力開關(guān)氣缸是指氣缸的活塞上裝有磁環(huán)，磁力開關(guān)直接安裝在氣缸筒上。磁力開關(guān)用于檢測氣缸行程的位置，控制氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，無需在缸筒上安裝行程閥或行程開關(guān)來檢測氣缸活塞的位置，也無需在活塞桿上設(shè)置擋塊。

磁性開關(guān)氣缸的工作原理：是在氣缸活塞上安裝一個(gè)永磁環(huán)，在氣缸外殼上安裝一個(gè)簧片開關(guān)。該開關(guān)裝有簧片、保護(hù)電路和動(dòng)作指示器，全部用樹脂密封在一個(gè)盒子里。當(dāng)裝有永久磁鐵的活塞移動(dòng)到簧片附近時(shí)，磁力線被簧片磁化，兩個(gè)簧片被吸引接觸，開關(guān)接通。當(dāng)永磁體返回和離開時(shí)，磁場減弱，兩個(gè)簧片彈開，開關(guān)斷開。由于開關(guān)的通斷，電磁閥被切換，實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

三、氣缸常見故障及原因

1、外漏：活塞桿末端漏氣，缸筒與缸蓋之間漏氣，緩沖調(diào)節(jié)處漏氣。

原因分析：活塞桿安裝偏心、供油不足、活塞密封磨損、活塞桿軸承配合面有雜質(zhì)、活塞有傷痕。

2、 內(nèi)漏：活塞兩端漏氣、活塞密封損壞、潤滑不良、活塞卡死、活塞

配合面有缺陷，雜質(zhì)擠入密封面。

3、 輸出力不足，動(dòng)作不穩(wěn)定：潤滑不良，活塞或活塞桿卡死，供氣不足，冷凝水。

4、 緩沖效果差：緩沖密封圈磨損雙腔空氣彈簧和單腔空氣彈簧，調(diào)節(jié)螺釘損壞，氣缸速度過快。