氣缸

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什麼是氣缸

  氣缸是指在內燃機或是外燃機中,讓活塞居於其內,允許其上下往複的容器。在多氣缸引擎中,通常氣缸會併列排成一排,這稱之為汽缸排,例如V型排列的引擎就由兩組氣缸排所構成,多個或一個氣缸排則構成了氣缸本體。

  氣缸的容積大小被定義為氣缸的截面積乘以衝程長度,這也稱之為氣缸的掃氣容積。引擎的排氣量大小則是所有氣缸容積的總和。

氣缸的特點[1]

  (1)普通氣缸普通氣缸主要由缸筒、活塞、活塞桿、前後端蓋及密封件等組成。下圖所示為雙作用氣缸,普通氣缸的結構與普通液壓缸的結構很相似。此類氣缸的使用最為廣泛,一般應用在包裝機械食品機械、加工機械等設備上。

Image:双作用气缸.jpg  

  (2)薄膜氣缸如下圖所示,薄膜氣缸主要由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等組成,它是利用壓縮空氣通過膜片推動活塞桿作往複直線運動的。圖a是單作用式,需藉助彈簧力回程;圖b是雙作用式,靠氣壓回程。膜片的形狀有盤形和平形兩種,材料是夾物橡膠、鋼片或磷青銅片。第一種材料的膜片較常見,金屬膜片只用於行程較小的氣缸中。

Image:薄膜气缸.jpg  

  薄膜氣缸具有結構緊湊和簡單、製造容易、成本低、泄漏少、壽命長、效率高等優點,但是膜片的變形量有限,故其行程較短,一般不超過40。50mm。若為平膜片,有時其行程僅為幾毫米。此外,這種氣缸活塞桿的輸出力隨氣缸行程的加大而減小。薄膜氣缸常應用在汽車剎車裝置、調節閥和夾具上等。

  3)無桿氣缸

  無桿氣缸不具有普通氣缸的剛性活塞桿,它是利用活塞直接或間接實現往複直線運動的。下圖所示為無桿氣缸的結構原理圖。在氣缸筒軸向開有一條槽,在氣缸兩端設置空氣緩衝裝置。活塞5帶動與負載相連的滑塊6在槽內移動,並藉助缸體上的管狀溝槽防止其發生旋轉。為滿足防泄漏和防塵的需要,在開口部將聚氨酯密封帶3和防塵不鏽鋼帶4固定在兩側端蓋上。無桿氣缸的缸徑為8~80mm,其最大行程在缸徑不小於40mm時可達6m。無桿氣缸的運動速度較高,可達2m/s。由於負載和活塞是與在氣缸槽內運動的滑塊連接在一起的,因此,在使用過程中必須考慮滑塊上所承受的徑向和軸向負載。為了增加氣缸的承載能力,必須增加導向機構。若需用無桿氣缸構成氣動伺服定位系統,可採用具有內置式位移感測器的無桿氣缸。這種氣缸的最大優點是節省了安裝空間,特別適用於小缸徑、長行程的場合,並廣泛應用在自動化系統、氣動機器人中。

Image:无杆气缸.jpg

氣缸的使用[1]

  使用氣缸時應註意以下幾點:

  1)根據工作任務的要求,選擇氣缸的結構形式、安裝方式並確定活塞桿的推力和拉力。

  2)為避免活塞與缸蓋之間產生頻繁衝擊,一般不使用滿行程,而使其行程餘量為30~100mm。

  3)氣缸工作時的推薦速度在0.5-lm/s,工作壓力為0.4~0.6NPa,環境溫度在5-60℃範圍內。低溫時,需要採取必要的防凍措施,以防止系統中的水分出現凍結現象。

  4)裝配時要在所有密封件的相對運動工作錶面塗上潤滑脂;註意動作方向,活塞桿不允許承受偏心負載或橫向負載,並且氣缸在1.5倍的壓力下進行試驗時不應出現漏氣現象。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 趙波,王巨集元.液壓與氣動技術.機械工業出版社,2005.3.
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