气缸的工作原理

Page: 1,气缸的工作原理及应用入门培训 Cylinder work principle and application Induction Training,Cylinder Training Manual,Page: 2,课 程 目 标,通过学习,我们将： 了解常用气缸的基本组成部分及工作原理； 了解常见SMC气缸型号的表示方法; 掌握气缸常见故障的判断及基本维修技巧; 了解气缸的常见技术参数及选型要求,Page: 3,组成 : 缸体，活塞，密封圈，磁环（有sensor的气缸）,原理 : 压力空气使活塞移动，通过改变进气方向，改变活塞杆的移动方向。,失效形式 : 活塞卡死，不动作；气缸无力，密封圈磨损，漏气。,普通气缸的基本组成和原理:,Page: 4,典型气缸的结构和工作原理,普通双作用气缸 1、3缓冲柱塞 2活塞 4缸筒 5导向套 6防尘圈 7前端盖 8气口 9传感器 10活塞杆 11耐磨环 12密封圈 13后端盖 14缓冲节流阀,以气动系统中最常使用的单活塞杆双作用气缸为例来说明，气缸典型结构如下图1所示。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。双作用气缸内部被活塞分成两个腔。有活塞杆腔称为有杆腔，无活塞杆腔称为无杆腔。 当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。,图1,气缸的基本组成部分及工作原理,Page: 5,机械接触式无杆气缸 l节流阀 2缓冲柱塞 3密封带 4防尘不锈钢带 5活塞 6滑块 7活塞架,机械接触式无杆气缸，其结构如下图3所示。在气缸缸管轴向开有一条槽，活塞与滑块在槽上部移动。为了防止泄漏及防尘需要，在开口部采用聚氨脂密封带和防尘不锈钢带固定在两端缸盖上，活塞架穿过槽，把活塞与滑块连成一体。活塞与滑块连接在一起，带动固定在滑块上的执行机构实现往复运动。 这种气缸的特点是：1) 与普通气缸相比，在同样行程下可缩小1/2安装位置；2) 不需设置防转机构；3) 适用于缸径1080mm，最大行程在缸径40mm时可达7m；4) 速度高，标准型可达0.10.5m/s；高速型可达到0.33.0m/s。其缺点是：1) 密封性能差，容易产生外 泄漏。在使用三位阀时必须选用中压式；2) 受负载力小，为了增加负载能力，必须增加导向机构。,机械接触式无杆气缸的结构和工作原理,气缸的基本组成部分及工作原理,图3,Page: 6,气缸的基本组成部分及工作原理,磁性无杆气缸 1套筒 2外磁环 3外磁导板 4内磁环 5内磁导板 6压盖 7卡环 8活塞 9活塞轴 10缓冲柱塞 11气缸筒 12端盖 13进、排气口,活塞通过磁力带动缸体外部的移动体做同步移动，其结构如图4所示。它的工作原理是：在活塞上安装一组高强磁性的永久磁环，磁力线通过薄壁缸筒与套在外面的另一组磁环作用，由于两组磁环磁性相反，具有很强的吸力。当活塞在缸筒内被气压推动时，则在磁力作用下，带动缸筒外的磁环套一起移动。气缸活塞的推力必须与磁环的吸力相适应。,磁性无杆气缸的结构和工作原理,图4,Page: 7,齿轮齿条式摆动气缸 1齿条组件 2弹簧柱销 3滑块 4端盖 5缸体 6轴承 7轴 8活塞 9齿轮,齿轮齿条式摆动气缸是通过连接在活塞上的齿条使齿轮回转的一种摆动气缸，其结构原理如下图7所示。活塞仅作往复直线运动，摩擦损失少，齿轮传动的效率较高，此摆动气缸效率可达到95%左右。,齿轮齿条式摆动气缸的结构和工作原理,气缸的基本组成部分及工作原理,图7,单齿条式,双齿条式,Page: 8,单叶片式摆动气缸的结构原理如图1313所示。它是由叶片轴转子（即输出轴）、定子、缸体和前后端盖等部分组成。定子和缸体固定在一起，叶片和转子联在一起。在定子上有两条气路，当左路进气时，右路排气，压缩空气推动叶片带动转子顺时针摆动。反之，作逆时针摆动。 叶片式摆动气缸体积小，重量最轻，但制造精度要求高，密封困难，泄漏是较大，而且动密封接触面积大，密封件的摩擦阻力损失较大，输出效率较低，小于80%。因此，在应用上受到限制，一般只用在安装位置受到限制的场合，如夹具的回转，阀门开闭及工作台转位等。,叶片式摆动气缸和工作原理,单叶片式摆动气缸 1叶片 2转子 3定子 4缸体,气缸的基本组成部分及工作原理,Page: 9,气缸的基本组成部分及工作原理,气动手爪 气动手爪这种执行元件是一种变型气缸。它可以用来抓取物体，实现机械手各种动作。在自动化系统中，气动手爪常应用在搬运、传送工件机构中抓取、拾放物体。,气动手爪有平行开合手指（如图1311所示）、肘节摆动开合手爪、有两爪、三爪和四爪等类型，其中两爪中有平开式和支点开闭式驱动方式有直线式和旋转式。 气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的曲柄连杆、滚轮或齿轮等机构，驱动各个手爪同步做开、闭运动。,气动手爪,Page: 10,薄膜气缸的结构和工作原理,薄膜气缸 1缸体 2膜片 3膜盘 4活塞杆,下图2为膜片气缸的工作原理图。膜片有平膜片和盘形膜片两种 一般用夹织物橡胶、钢片或磷青铜片制成，厚度为 56mm （有用 12mm 厚膜片的）。 下图2所示的膜片气缸的功能类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸，工作时，膜片在压缩空气作用下推动活塞杆运动。它的优点是：结构简单、紧凑、体积小、重量轻、密封性好、不易漏气、加工简单、成本低、无磨损件、维修方便等，适用于行程短的场合。缺点是行程短，一般不趁过50mm。平膜片的行程更短，约为其直径的1/10。,图2,气缸的基本组成部分及工作原理,Page: 11,带阀组合气缸 1管接头 2气缸 3气管 4电磁换向阀 5换向阀底板 6单向节流阀组合件 7密封圈。,图6,带阀组合气缸的结构和工作原理,带阀气缸是由气缸、换向阀和速度控制阀等组成的一种组合式气动执行元件。如下图6所示,它省去了连接管道和管接头，减少了能量损耗，具有结构紧凑，安装方便等优点。带阀气缸的阀有电控、气控、机控和手控等各种控制方式。阀的安装形式有安装在气缸尾部、上部等几种。如下图4所示，电磁换向阀安装在气缸的上部，当有电信号时，则电磁阀被切换，输出气压可直接控制气缸动作,气缸的基本组成部分及工作原理,Page: 12,磁性开关气缸 1动作指示灯 2保护电路 3开关外壳 4导线 5活塞 6磁环 7缸筒 8舌簧开关,磁性开关气缸的结构和工作原理,磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环，在缸筒上直接安装磁性开关，磁性开关用来检测气缸行程的位置，控制气缸往复运动。因此，就不需要在缸筒上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置，也不需要在活塞杆上设置挡块。 其工作原理如下图5所示。它是在气缸活塞上安装永久磁环，在缸筒外壳上装有舌簧开关。开关内装有舌簧片、保护电路和动作指示灯等，均用树脂塑封在一个盒子内。当装有永久磁铁的活塞运动到舌簧片附近，磁力线通过舌簧片使其磁化，两个簧片被吸引接触，则开关接通。当永久磁铁返回离开时，磁场减弱，两簧片弹开，则开关断开。由于开关的接通或断开，使电磁阀换向，从而实现气缸的往复运动。,图5,气缸的基本组成部分及工作原理,Page: 13,SMC气缸型号表示的一般方法,SMC薄型气缸CQ2系列(32 100),SMC常见气缸型号的表示方法,Page: 14,M,20,100,Y59A,SMC双联气缸CXS系列(6 32),SMC常见气缸型号的表示方法,CXS,缸径,SMC机械接合式无杆气缸MY1B系列(10 100),集中配管型,G,标准型,无记号,接管形式,25,G,300,Z73,行程,无磁性开关,无记号,磁性开关的型号,2个,N,1个,S,2个,无记号,磁性开关个数,MY1 B,缸径,L,S,基本型,行程调节方式,单侧,S*,两侧,无记号,行程调节装置数,Page: 15,卡簧钳,1500#砂纸,SMC气缸润滑油,清洁布, 新的气缸密封圈.,注意:因为气缸有专用的润滑油,用其他的润滑油的话, 可能会缩短密封 圈的寿命,且不能正常工作.,1500号砂纸,卡簧钳,密封圈,SMC润滑油,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,常用维修工具,Page: 16,好的气缸: 用手紧紧堵住气孔，然后用手拉活塞轴,拉的时候有很大的反向力，放的时候活塞会自动弹回原位；拉出推杆再堵住气孔，用手压推杆时也有很大的反向力，放的时候活塞会自动弹回原位。,坏的气缸: 拉的时候无阻力或力很小，放的时候活塞无动作或动作无力缓慢,拉出的时候有反向力但连续拉的时候慢慢减小；压的时候没有压力或压力很小，有压力但越压力越小。,气孔,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,常见故障的判断,Page: 17,1.找到与气缸配套的密封圈,2.拆下外盖,3.拆下卡簧,4.取出推杆,5.拆下密封圈,6.清洁所有的部件，检查磨损程度,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,常见故障维修步骤1,Page: 18,如果有起槽的部件，用砂纸磨光 滑，防止漏气和保证不会增加密封圈的磨损。,将新的密封圈按正确的方向安装好，并在表面涂上润滑油。,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,常见故障维修步骤2,Page: 19,按拆的步骤反过来装好气缸,检查气缸的密封性,注意事项: 在拆开气缸后，需要评估部件的维修价值： 如果推杆或缸体起槽的太深，磨损的很厉害,换了新的密封圈也用不了很长的时间 推杆，缸体和密封圈座变形的,不能维修。,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,常见故障维修步骤3,Page: 20,气缸在动作过程中，不能将身体任何部分置于其行程范围内，以免受伤 在维修设备上的气缸时，必须先切除气源，保证缸体内气体放空，直至设备处于静止状态方可作业 在维修气缸结束后，应先检查身体任何部分未置于其行程范围内，方可接通气源试运行接通气源时，应先缓慢冲入部分气体，使气缸冲气至原始位置，再插入接头,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,气动执行元件维修的注意事项,Page: 21,由于我们公司使用的气缸种类较多，品牌也不一样，有些型号仓库没有密封圈备件，但同品牌的有些是可以通用的，可参考以下参数：,气缸常见故障的判断及基本维修技巧,SMC密封圈的识别要领,Page: 22,气缸的常见技术参数1 1）气缸的输出力 气缸理论输出力的设计计算与液压缸类似，可参见液压缸的设计计算。如双作用单活塞杆 气缸推力计算如下： 理论推力（活塞杆伸出） Ft1A1p 理论拉力（活塞杆缩回） Ft2A2p 式中 Ft1、Ft2气缸理论输出力（N）； A1、A2无杆腔、有杆腔活塞面积（m2）； p 气缸工作压力（Pa）。 实际中，由于活塞等运动部件的惯性力以及密封等部分的摩擦力，活塞杆的实际输出力小于理论推力，称这个推力为气缸的实际输出力。气缸的效率 是气缸的实际推力和理论推力的比值，即 所以 气缸的效率取决于密封的种类，气缸内表面和活塞杆加工的状态及润滑状态。此外，气缸的运动速度、排气腔压力、外载荷状况及管道状态等都会对效率产生一定的影响,气缸常见的技术参数及选型要求,Page: 23,气缸常见的技术参数及选型要求,气缸的常见技术参数2 2）负载率 从对气缸运行特性的研究可知，要精确确定气缸的实际输出力是困难的。于是在研究气缸性能和确定气缸的出力时，常用到负载率的概念。气缸的负载率定义为,气缸的实际负载是由实际工况所决定的，若确定了气缸负载率，则由定义就能确定气缸的理论输出力，从而可以计算气缸的缸径。 对于阻性负载，如气缸用作气动夹具，负载不产生惯性力，一般选取负载率为0.8；对于惯性负载，如气缸用来推送工件，负载将产生惯性力，负载率的取值如下 0.65 当气缸低速运动，v 100 mm/s时； 0.5 当气缸中速运动，v100500 mm/s时； 0.35 当气缸高速运动，v 500 mm/s时。,3）气缸耗气量 气缸的耗气量是活塞每分钟移动的容积，称这个容积为压缩空气耗气量，一般情况下，气缸的耗气量是指自由空气耗气量,Page: 24,4）气缸的特性 气缸的特性分为静态特性和动态特性。气缸的静态特性是指与缸的输出力及耗气量密切相关的最低工作压力、最高工作压力、摩擦阻力等参数。气缸的动态特性是指在气缸运动过程中气缸两腔内空气压力，温度，活塞速度、位移等参数随时间的变化情况。它能真实地反映气缸的工作性能。,气缸的技术参数3,1.气缸的选型步骤 气缸的选型应根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。下面以单活塞杆双作用缸为例介绍气缸的选型步骤。 （1）气缸缸径。根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力，由此计算出气缸的缸径。 （2）气缸的行程。气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选用满行程。 （3）气缸的强度和稳定性计算 （4）气缸的安装形式。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选用相应的特种气缸。 （5）气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。 （6）磁性开关。当气动系统采用电气控制方式时，可选用带磁性开关的气缸。 （7）其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。,气缸的选型及计算1,气缸常见的技术参数及选型要求,Page: 25,2.气缸直径计算 气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。首先，根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载F，再由气缸平均运行速度来选定气缸的负载率，初步选定气缸工作压力（一般为0.4 MPa0.6 MPa），再由 F，计算出气缸理论出力Ft，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径。 例题 气缸推动工件在水平导轨上运动。已知工件等运动件质量为 m250 kg，工件与导轨间的摩擦系数 0.25，气缸行程 s为 400 mm，经1.5 s时间工件运动到位，系统工作压力p = 0.4 MPa，试选定气缸直径。 解：气缸实际轴向负载 F mg 0.25 250 9.81613.13 N 气缸平均速度 选定负载率 0.5 则气缸理论输出力 双作用气缸理论推力 气缸直径 按标准选定气缸缸径为63 mm。,气缸的选型及计算2,气缸常见的技术参数及选型要求,