FESTO氣缸原理和好處

FESTO氣缸原理和好處

氣缸只有腔可輸入壓縮空氣，實現個方向運動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。    
1—缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；        單作用氣缸的特點是：
僅端進（排）氣，結構簡單，耗氣量小。
用彈簧力或膜片力等復位，壓縮空氣能量的部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
缸內安裝彈簧、膜片等，般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，行程小些。
氣缸復位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進過程中是變化的。
由于(yu)以上(shang)特點，單(dan)作用活塞氣(qi)缸多(duo)用于(yu)短行程。其推力及運動速度均(jun)要求不高場合(he)，如氣(qi)吊、定位和夾緊等裝置上(shang)。單(dan)作用柱塞缸則不然，可用在長(chang)行程、高載荷的場合(he)。

FESTO氣缸原理和好處
雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現雙向運動的氣缸。其結構可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用。
雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。其工作原理見圖42.2-3。
缸體固定時，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成體，壓縮空氣依次進入氣缸兩腔（腔進氣另腔排氣），活塞桿帶動工作臺左右運動，工作臺運動范圍等于其行程s的3倍。安裝所占空間大，般用于小型設備上。
 活塞(sai)(sai)桿(gan)(gan)固定時，為管路(lu)連(lian)接方便(bian)，活塞(sai)(sai)桿(gan)(gan)制成空心，缸(gang)體與載(zai)荷(he)（工作(zuo)臺）連(lian)成體，壓縮空氣從空心活塞(sai)(sai)桿(gan)(gan)的(de)左(zuo)端或(huo)(huo)右端進入氣缸(gang)兩腔(qiang)，使缸(gang)體帶動(dong)工作(zuo)臺向左(zuo)或(huo)(huo)向左(zuo)運動(dong)，工作(zuo)臺的(de)運動(dong)范圍為其行程(cheng)s的(de)2倍。適用(yong)于中、大(da)型設備。

FESTO氣缸原理和好處
1—缸體；2—工作臺；3—活塞；4—活塞桿；5—機架        雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側受力面積相等。當輸入壓力、流量相同時，其往返運動輸出力及速度均相等。
緩沖(chong)(chong)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)對于接(jie)近行(xing)程(cheng)末(mo)端(duan)(duan)時(shi)速(su)度(du)(du)較高的氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)，不(bu)(bu)采取必(bi)要措施(shi)，活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)就會以很大的力（能量）撞擊端(duan)(duan)蓋，引起振(zhen)動(dong)和損壞機件。為了(le)使活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)在(zai)(zai)行(xing)程(cheng)末(mo)端(duan)(duan)運動(dong)平(ping)穩，不(bu)(bu)產(chan)生沖(chong)(chong)擊現(xian)象。在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)兩端(duan)(duan)加設(she)緩沖(chong)(chong)裝置，般稱為緩沖(chong)(chong)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)。緩沖(chong)(chong)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)見圖42.2-4，主要由活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)桿1、活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)2、緩沖(chong)(chong)柱塞(sai)(sai)(sai)(sai)3、單向閥5、節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)流(liu)閥6、端(duan)(duan)蓋7等(deng)組(zu)成。其(qi)工作(zuo)原理是(shi)：當活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)在(zai)(zai)壓縮空氣(qi)(qi)(qi)推(tui)動(dong)下向右運動(dong)時(shi)，缸(gang)(gang)右腔(qiang)的氣(qi)(qi)(qi)體(ti)經柱塞(sai)(sai)(sai)(sai)孔4及缸(gang)(gang)蓋上的氣(qi)(qi)(qi)孔8排出(chu)。在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)運動(dong)接(jie)近行(xing)程(cheng)末(mo)端(duan)(duan)時(shi)，活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)右側的緩沖(chong)(chong)柱塞(sai)(sai)(sai)(sai)3將(jiang)柱塞(sai)(sai)(sai)(sai)孔4堵(du)死、活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)繼(ji)續(xu)向右運動(dong)時(shi)，封在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)右腔(qiang)內(nei)的剩余(yu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)(bei)壓縮，緩慢地通過節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)流(liu)閥6及氣(qi)(qi)(qi)孔8排出(chu)，被(bei)(bei)壓縮的氣(qi)(qi)(qi)體(ti)所(suo)產(chan)生的壓力能如(ru)果(guo)(guo)與活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)運動(dong)所(suo)具有的全部能量相平(ping)衡，即(ji)會取得緩沖(chong)(chong)效果(guo)(guo)，使活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)在(zai)(zai)行(xing)程(cheng)末(mo)端(duan)(duan)運動(dong)平(ping)穩，不(bu)(bu)產(chan)生沖(chong)(chong)擊。調節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)流(liu)閥6閥口開(kai)度(du)(du)的大小，即(ji)可(ke)控(kong)制排氣(qi)(qi)(qi)量的多少，從而(er)決定(ding)了(le)被(bei)(bei)壓縮容積（稱緩沖(chong)(chong)室(shi)）內(nei)壓力的大小，以調節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)緩沖(chong)(chong)效果(guo)(guo)。若令活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)反向運動(dong)時(shi)，從氣(qi)(qi)(qi)孔8輸(shu)入壓縮空氣(qi)(qi)(qi)，可(ke)直接(jie)頂開(kai)單向閥5，推(tui)動(dong)活(huo)(huo)(huo)塞(sai)(sai)(sai)(sai)向左運動(dong)。如(ru)節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)流(liu)閥6閥口開(kai)度(du)(du)固定(ding)，不(bu)(bu)可(ke)調節(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，即(ji)稱為不(bu)(bu)可(ke)調緩沖(chong)(chong)氣(qi)(qi)(qi)缸(gang)(gang)。

1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節流閥；7—端蓋；8—氣孔        氣缸所設緩沖裝置種類很多，上述只是其中之，當然也可以在氣動回路上采取措施，達到緩沖目的。
組合氣缸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是壓縮空氣，其特點是動作快，但速度不易控制，當載荷變化較大時，容易產生“爬行”或“自走”現象；而液壓缸采用的工作介質是通常認為不可壓縮的液壓油，其特點是動作不如氣缸快，但速度易于控制，當載荷變化較大時，采用措施得當，般不會產生“爬行”和“自走”現象。把氣缸與液壓缸巧妙組合起來，取長補短，即成為氣動系統中普遍采用的氣-液阻尼缸。
氣(qi)-液阻(zu)尼(ni)(ni)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)工作(zuo)原理見(jian)圖42.2-5。實際是(shi)氣(qi)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)與液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)串聯而成(cheng)，兩活(huo)(huo)塞(sai)固定(ding)在(zai)同活(huo)(huo)塞(sai)桿上。液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)不(bu)用泵(beng)供油(you)(you)(you)(you)，只要充滿油(you)(you)(you)(you)即可，其進出(chu)口(kou)間(jian)裝有液壓(ya)(ya)單(dan)向閥(fa)(fa)(fa)、節(jie)流閥(fa)(fa)(fa)及(ji)補(bu)油(you)(you)(you)(you)杯。當(dang)氣(qi)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)右(you)端(duan)供氣(qi)時，氣(qi)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)克服載荷帶動(dong)液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)活(huo)(huo)塞(sai)向左(zuo)(zuo)(zuo)運動(dong)（氣(qi)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)左(zuo)(zuo)(zuo)端(duan)排氣(qi)），此時液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)左(zuo)(zuo)(zuo)端(duan)排油(you)(you)(you)(you)，單(dan)向閥(fa)(fa)(fa)關(guan)閉(bi)，油(you)(you)(you)(you)只能通(tong)過節(jie)流閥(fa)(fa)(fa)流入液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)右(you)腔及(ji)油(you)(you)(you)(you)杯內(nei)，這(zhe)時若將節(jie)流閥(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)口(kou)開大，則液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)左(zuo)(zuo)(zuo)腔排油(you)(you)(you)(you)通(tong)暢(chang)，兩活(huo)(huo)塞(sai)運動(dong)速度(du)就快，反(fan)之，若將節(jie)流閥(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)口(kou)關(guan)小(xiao)，液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)左(zuo)(zuo)(zuo)腔排油(you)(you)(you)(you)受阻(zu)，兩活(huo)(huo)塞(sai)運動(dong)速度(du)會減慢。這(zhe)樣，調節(jie)節(jie)流閥(fa)(fa)(fa)開口(kou)大小(xiao)，就能控制活(huo)(huo)塞(sai)的(de)運動(dong)速度(du)。可以看出(chu)，氣(qi)液阻(zu)尼(ni)(ni)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)輸出(chu)力(li)應(ying)是(shi)氣(qi)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)壓(ya)(ya)縮空氣(qi)產生的(de)力(li)（推力(li)或拉力(li)）與液壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)油(you)(you)(you)(you)的(de)阻(zu)尼(ni)(ni)力(li)之差。

圖42.2-5 氣-液阻尼缸
1—節流閥；2—油杯；3—單向閥；4—液壓缸；5—氣缸；6—外載荷        氣-液阻尼缸的類型有多種。
按氣缸與液壓缸的連接形式，可分為串聯型與并聯型兩種。前面所述為串聯型，圖42.2-6為并聯型氣-液阻尼缸。串聯型缸體較長；加工與安裝時對同軸度要求較高；有時兩缸間會產生竄氣竄油現象。并聯型缸體較短、結構緊湊；氣、液缸分置，不會產生竄氣竄油現象；因液壓缸工作壓力可以相當高，液壓缸可制成相當小的直徑（不必與氣缸等直徑）；但因氣、液兩缸安裝在不同軸線上，會產生附加力矩，會增加導軌裝置磨損，也可能產生“爬行”現象。串聯型氣-液阻尼缸還有液壓缸在前或在后之分，液壓缸在后參見圖42.2-5，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過程中需要儲油或補油，油杯較大。如將液壓缸放在前面（氣缸在后面），則液壓缸兩端都有活塞桿，兩端作用面積相等，除補充泄漏之外就不存在儲油、補油問題，油杯可以很小。
若不計式（42.2-1）中G和Fƒ0項，且令d=d1，，則當
時(shi)，活塞才開始(shi)(shi)移動。這里(li)的p20、p30均(jun)為壓力。可見活塞開始(shi)(shi)移動瞬時(shi)，蓄(xu)氣缸(gang)腔(qiang)與有桿腔(qiang)的壓力差很(hen)(hen)大。這點很(hen)(hen)明顯地與普通氣缸(gang)不同(tong)。

普通型沖擊氣缸        三階段：沖擊段。活塞開始移動瞬時，蓄氣缸腔內壓力p30可認為已達氣源壓力ps，同時，容積很小的無桿腔（包括環形空間C）通過排氣孔3與大氣相通，故無桿腔壓力p10等于大氣壓力pa。由于pa/ps大于臨界壓力比0.528，所以活塞開始移動后，在zui小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環形面）為聲速流動，使無桿腔壓力急劇增加，直與蓄氣缸腔內壓力平衡。該平衡壓力略低于氣源壓力。以上可以稱為沖擊段的I區段。I區段的作用時間極短（只有幾毫秒）。在I區段，有桿腔壓力變化很小，故I區段末，無桿腔壓力p1（作用在活塞全面積上）比有桿腔壓力p2（作用在活塞桿側的環狀面積上）大得多，活塞在這樣大的壓差力作用下，獲得很高的運動加速度，使活塞高速運動，即進行沖擊。在此過程B口仍在進氣，蓄氣缸腔無桿腔已連通且壓力相等，可認為蓄氣-無桿腔內為略帶充氣的熱膨脹過程。同時有桿腔排氣孔A通流面積有限，活塞高速沖擊勢必造成有桿腔內氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會迅速升高（可能高于氣源壓力）這必將引起活塞減速，直下降到速度為0。以上可稱為沖擊段的Ⅱ區段。可認為Ⅱ區段的有桿腔內為邊排氣的熱壓縮過程。整個沖擊段時間很短，約幾十毫秒。見圖42.2-11c。
普通型沖擊氣缸的工作原理(li)

蓄氣缸；2—中蓋；3—排氣孔；4—噴氣口；5—活塞        四階段：彈跳段。在沖擊段之后，從能量觀點來說，蓄氣缸腔內壓力能轉化成活塞動能，而活塞的部分動能又轉化成有桿腔的壓力能，結果造成有桿腔壓力比蓄氣-無桿腔壓力還高，即形成“氣墊”，使活塞產生反向運動，結果又會使蓄氣-無桿腔壓力增加，且又大于有桿腔壓力。如此便出現活塞在缸體內來回往復運動—即彈跳。直活塞兩側壓力差克服不了活塞阻力不能再發生彈跳為止。待有桿腔氣體由A排空后，活塞便下行終點。
五階段：耗能段。活塞下行終點后，如換向閥不及時復位，則蓄氣-無桿腔內會繼續充氣直達到氣源壓力。再復位時，充入的這部分氣體又需全部排掉。可見這種充氣不能作用有功，故稱之為耗能段。實際使用時應避免此段（令換向閥及時換向返回復位段）。
對內徑D=90mm的(de)氣(qi)(qi)缸，在氣(qi)(qi)源壓力0.65MPa下進行實(shi)驗，所得沖擊氣(qi)(qi)缸特(te)性(xing)(xing)曲線見圖42.2-12。上述分析基本與(yu)特(te)性(xing)(xing)曲線相符。

對沖擊段的分析可以看出，很大的運動加速使活塞產生很大的運動速度，但由于必須克服有桿腔不斷增加的背壓力及摩擦力，則活塞速度又要減慢，因此，在某個沖程處，運動速度必達zui大值，此時的沖擊能也達zui大值。各種沖擊作業應在這個沖程附近進行（參見圖42.2-11c）。
沖擊氣缸在實際工作時，錘頭模具撞擊工件作完功，般就借助行程開關發出信號使換向閥復位換向，缸即從沖擊段直接轉為復位段。這種狀態可認為不存在彈跳段和耗能段。
快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見，其部分能量（有時是較大部分能量）被消耗于克服背壓（即p2）做功，因而沖擊能沒有充分利用。假如沖擊開始，就讓有桿腔氣體全排空，即使有桿腔壓力降大氣壓力，則沖擊過程中，可節省大量的能量，而使沖擊氣缸發揮更大的作用，輸出更大的沖擊能。這種在沖擊過程中，有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸，稱為快排型沖擊氣缸。其結構見圖42.2-13a。
快排型沖擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機構”構成。快排機構是由快排導向蓋1、快排缸體4、快排活塞3、密封膠墊2等零件組成。
快排型沖擊氣(qi)(qi)缸的氣(qi)(qi)控回路見(jian)圖42.2-13b。接通(tong)氣(qi)(qi)源(yuan)，通(tong)過閥F1同時(shi)向K1、K3充(chong)氣(qi)(qi)，K2通(tong)大(da)氣(qi)(qi)。閥F1輸(shu)出(chu)(chu)口A用直管(guan)與K1孔(kong)連通(tong)，而用彎管(guan)與K3孔(kong)連通(tong)，彎管(guan)氣(qi)(qi)阻(zu)大(da)于(yu)直管(guan)氣(qi)(qi)阻(zu)。這樣，壓(ya)(ya)縮空氣(qi)(qi)經K1使快排活塞3推到(dao)上(shang)邊(bian)，由快排活塞3與密封膠墊2起(qi)切斷有桿(gan)腔與排氣(qi)(qi)口T的通(tong)道。然后經K3孔(kong)向有桿(gan)腔進氣(qi)(qi)，蓄氣(qi)(qi)無桿(gan)腔氣(qi)(qi)體經K4孔(kong)通(tong)過閥F2排氣(qi)(qi)，則活塞上(shang)移(yi)。當(dang)活塞封住中(zhong)蓋噴氣(qi)(qi)口時(shi)，裝在(zai)錘頭上(shang)的壓(ya)(ya)塊觸動推桿(gan)6，切換(huan)閥F3，發(fa)出(chu)(chu)信號控制閥F2使之切換(huan)，這樣氣(qi)(qi)源(yuan)便(bian)經閥F2和K4孔(kong)向蓄氣(qi)(qi)腔內充(chong)氣(qi)(qi)，直充(chong)氣(qi)(qi)源(yuan)壓(ya)(ya)力。