氣缸的工作原理

氣缸的工作原理第十三章氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件氣動(dòng)執(zhí)行元件是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或沖擊動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達(dá)兩大類(lèi)。氣缸用于提供直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出力和直線(xiàn)速度或擺動(dòng)角位移。氣馬達(dá)用于提供連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。氣動(dòng)控制元件用來(lái)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和方向等，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的程序正常進(jìn)行工作。氣動(dòng)控制元件按功能可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。第一節(jié)氣缸一、氣缸的工作原理、分類(lèi)及安裝形式1.氣缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理圖131 普通雙作用氣缸1、3緩沖柱塞 2活塞 4缸筒 5導(dǎo)向套 6防塵圈7前端蓋 8氣口 9傳感器 10活塞桿 11耐磨環(huán) 12密封圈 13后端蓋 14緩沖節(jié)流閥以氣動(dòng)系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來(lái)說(shuō)明，氣缸典型結(jié)構(gòu)如圖131所示。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個(gè)腔。有活塞桿腔稱(chēng)為有桿腔，無(wú)活塞桿腔稱(chēng)為無(wú)桿腔。當(dāng)從無(wú)桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無(wú)桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無(wú)桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2.氣缸的分類(lèi)氣缸的種類(lèi)很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動(dòng)方式或安裝方法等進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)的方法也不同。按結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按運(yùn)動(dòng)形式分為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)氣缸兩類(lèi)。3.氣缸的安裝形式氣缸的安裝形式可分為1）固定式氣缸氣缸安裝在機(jī)體上固定不動(dòng)，有腳座式和法蘭式。2）軸銷(xiāo)式氣缸缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動(dòng)，有U形鉤式和耳軸式。3）回轉(zhuǎn)式氣缸缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸常用于機(jī)床上氣動(dòng)卡盤(pán)中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡。4）嵌入式氣缸氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。二、常用氣缸的結(jié)構(gòu)原理1.普通氣缸包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。圖132為最常用的單桿雙作用普通氣缸的基本結(jié)構(gòu)，氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成。缸筒7與前后缸蓋固定連接。有活塞桿側(cè)的缸蓋5為前缸蓋，缸底側(cè)的缸蓋14為后缸蓋。在缸蓋上開(kāi)有進(jìn)排氣通口，有的還設(shè)有氣緩沖機(jī)構(gòu)。前缸蓋上，設(shè)有密封圈、防塵圈3，同時(shí)還設(shè)有導(dǎo)向套4，以提高氣缸的導(dǎo)向精度。活塞桿6與活塞9緊固相連。活塞上除有密封圈10，11防止活塞左右兩腔相互漏氣外，還有耐磨環(huán)12以提高氣缸的導(dǎo)向性；帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸，活塞上裝有磁環(huán)?；钊麅蓚?cè)常裝有橡膠墊作為緩沖墊8。如果是氣緩沖，則活塞兩側(cè)沿軸線(xiàn)方向設(shè)有緩沖柱塞，同時(shí)缸蓋上有緩沖節(jié)流閥和緩沖套，當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到端頭時(shí)，圖132 普通雙作用氣缸1，13彈簧擋圈 2防塵圈壓板 3防塵圈 4導(dǎo)向套 5桿側(cè)端蓋 6活塞桿7缸筒8緩沖墊9活塞10活塞密封圈11密封圈12耐磨環(huán)14無(wú)桿側(cè)端蓋緩沖柱塞進(jìn)入緩沖套，氣缸排氣需經(jīng)緩沖節(jié)流閥，排氣阻力增加，產(chǎn)生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。2.特殊氣缸圖133 薄膜氣缸1缸體 2膜片 3膜盤(pán) 4活塞桿為了滿(mǎn)足不同的工作需要，在普通氣缸的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變或增加氣缸的部分結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出多種特殊氣缸。（1）薄膜式氣缸圖133為膜片氣缸的工作原理圖。膜片有平膜片和盤(pán)形膜片兩種一般用夾織物橡膠、鋼片或磷青銅片制成，厚度為 56mm （有用12mm 厚膜片的）。圖133所示的膜片氣缸的功能類(lèi)似于彈簧復(fù)位的活塞式單作用氣缸，工作時(shí)，膜片在壓縮空氣作用下推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、重量輕、密封性好、不易漏氣、加工簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)磨損件、維修方便等，適用于行程短的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是行程短，一般不趁過(guò)50mm。平膜片的行程更短，約為其直徑的1/10。（2）磁性開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開(kāi)關(guān)，磁性開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸行程的位置，控制氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設(shè)置擋塊。其工作原理如圖134所示。它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán)，在缸筒外殼上裝有舌簧開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)內(nèi)裝有舌簧片、保護(hù)電路和動(dòng)作指示燈等，均用樹(shù)脂塑封在一個(gè)盒子內(nèi)。當(dāng)裝有永久磁鐵的活塞運(yùn)動(dòng)到舌簧片附近，磁力線(xiàn)通過(guò)舌簧片使其磁化，兩個(gè)簧片被吸引接觸，則開(kāi)關(guān)接通。當(dāng)永久磁鐵返回離開(kāi)時(shí)，磁場(chǎng)減弱，兩簧片彈開(kāi)，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。由于開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)，使電磁閥換向，從而實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖134磁性開(kāi)關(guān)氣缸1動(dòng)作指示燈 2保護(hù)電路 3開(kāi)關(guān)外殼4導(dǎo)線(xiàn)5活塞6磁環(huán)7缸筒8舌簧開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比較見(jiàn)表3-1。表3-錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比較帶閥氣缸是由氣缸、換向閥和速度控制閥等組成的一種組合式氣動(dòng)執(zhí)行元件。它省去了連接管道和管接頭，減少了能量損耗，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。帶閥氣缸的閥有電控、氣控、機(jī)控和手控等各種控制方式。閥的安裝形式有安裝在氣缸尾部、上部等幾種。如圖135所示，電磁換向閥安裝在氣缸的上部，當(dāng)有電信號(hào)時(shí)，則電磁閥被切換，輸出氣壓可直接控制氣缸動(dòng)作。圖135 帶閥組合氣缸1管接頭2氣缸3氣管4電磁換向閥5換向閥底板6單向節(jié)流閥組合件7密封圈。（4）帶導(dǎo)桿氣缸圖136為帶導(dǎo)桿氣缸，在缸筒兩側(cè)配導(dǎo)向用的滑動(dòng)軸承（軸瓦式或滾珠式），因此導(dǎo)向精度高，承受橫向載荷能力強(qiáng)。 136典型帶導(dǎo)桿氣缸的結(jié)構(gòu) （5）無(wú)桿氣缸 無(wú)桿氣缸是指利用活塞直接或間接方式連接外界執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并使其跟隨活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸。這種氣缸的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間。1）磁性無(wú)桿氣缸 活塞通過(guò)磁力帶動(dòng)缸體外部的移動(dòng)體做同步移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖137所示。它的工作原理是：在活塞上安裝一組高強(qiáng)磁性的永久磁環(huán)，磁力線(xiàn)通過(guò)薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環(huán)作用，由于兩組磁環(huán)磁性相反，具有很強(qiáng)的吸力。當(dāng)活塞在缸筒內(nèi)被氣壓推動(dòng)時(shí)，則在磁力作用下，帶動(dòng)缸筒外的磁環(huán)套一起移動(dòng)。氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相適應(yīng)。 圖137磁性無(wú)桿氣缸1套筒 2外磁環(huán) 3外磁導(dǎo)板 4內(nèi)磁環(huán) 5內(nèi)磁導(dǎo)板 6壓蓋 7卡環(huán)8活塞 9活塞軸 10緩沖柱塞 11氣缸筒 12端蓋 13進(jìn)、排氣口2）機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸 稱(chēng)機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸，其結(jié)構(gòu)如138所示。在氣缸缸管軸向開(kāi)有一條槽，活塞與滑塊在槽上部移動(dòng)。為了防止泄漏及防塵需要，在開(kāi)口部采用聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶固定在兩端缸蓋上，活塞架穿過(guò)槽，把活塞與滑塊連成一體?；钊c滑塊連接在一起，帶動(dòng)固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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，在同樣行程下可縮小1/2安裝位置；2) 不需設(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；3) 適用于缸徑1080mm ，最大行程在缸徑40mm 時(shí)可達(dá)7m ；4) 速度高，標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá)0.10.5m/s ；高速型可達(dá)到0.33.0m/s 。其缺點(diǎn)是：1) 密封性能差，容易產(chǎn)生外 泄漏。在使136 典型帶導(dǎo)桿氣缸的結(jié)構(gòu) 用三位閥時(shí)必須選用中壓式；2) 受負(fù)載力小，為了增加負(fù)載能力，必須增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。圖138 機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸l節(jié)流閥2緩沖柱塞3密封帶4防塵不銹鋼帶 5活塞 6滑塊 7活塞架（6）鎖緊氣缸帶有鎖緊裝置的氣缸稱(chēng)為鎖緊氣缸按鎖緊位置分為行程末端鎖緊型和任意位置鎖緊型。1）行程末端鎖緊型氣缸如圖139所示，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程末端，氣壓釋放后，鎖定活塞1在彈簧力的作用下插入活塞桿的卡槽中，活塞桿被鎖定。供氣加壓時(shí)，鎖定活塞1縮回退出卡槽而開(kāi)鎖，活塞桿便可運(yùn)動(dòng)。圖139 帶端鎖氣缸的結(jié)構(gòu)原理a）手動(dòng)解除非鎖式b）手動(dòng)解除鎖式。1鎖定活塞2橡膠帽3，12帽4緩沖墊圈5鎖用彈簧6密封件7導(dǎo)向套8螺釘9旋鈕10彈簧11限位環(huán)2）任意位置鎖緊型氣缸按鎖緊方式可分為卡套錐面式、彈簧式和偏心式等多種形式?？ㄌ族F面式鎖緊裝置由錐形制動(dòng)活塞6、制動(dòng)瓦1、制動(dòng)臂4和制動(dòng)彈簧7等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理如圖1310所示。作用在錐狀鎖緊活塞上的彈簧力由于楔的作用而被放大，再由杠桿原理得到放大。這個(gè)放大的作用力作用在制動(dòng)瓦1上，把活塞桿鎖緊。要釋放對(duì)活塞的鎖緊，向供氣口A供應(yīng)壓縮空氣，把鎖緊彈簧力撤掉。圖1310 制動(dòng)氣缸制動(dòng)裝置工作原理a）自由狀態(tài)b）鎖緊狀態(tài)l制動(dòng)瓦 2制動(dòng)瓦座3轉(zhuǎn)軸 4制動(dòng)臂 5壓輪 6錐形制動(dòng)活塞7制動(dòng)彈簧（7）氣動(dòng)手爪氣動(dòng)手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸。它可以用來(lái)抓取物體，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種動(dòng)作。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，氣動(dòng)手爪常應(yīng)用在搬運(yùn)、傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取、拾放物體。圖1311 平行開(kāi)合手指氣動(dòng)手爪有平行開(kāi)合手指（如圖1311所示）、肘節(jié)擺動(dòng)開(kāi)合手爪、有兩爪、三爪和四爪等類(lèi)型，其中兩爪中有平開(kāi)式和支點(diǎn)開(kāi)閉式驅(qū)動(dòng)方式有直線(xiàn)式和旋轉(zhuǎn)式。氣動(dòng)手爪的開(kāi)閉一般是通過(guò)由氣缸活塞產(chǎn)生的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開(kāi)、閉運(yùn)動(dòng)。（8）氣液阻尼缸氣缸以可壓縮空氣為工作介質(zhì)，動(dòng)作快，但速度穩(wěn)定性差，當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象。另外，壓縮空氣的壓力較低，因而氣缸的輸出力較小。為此，經(jīng)常采用氣缸和油缸相結(jié)合的方式，組成各種氣液組合式執(zhí)行元件，以達(dá)到控制速度或增大輸出力的目的。氣液阻尼缸是利用氣缸驅(qū)動(dòng)油缸，油缸除起阻尼作用外，還能增加氣缸的剛性（因?yàn)橛褪遣豢蓧嚎s的），發(fā)揮了液壓傳動(dòng)穩(wěn)定、傳動(dòng)速度較均勻的優(yōu)點(diǎn)。常用于機(jī)床和切削圖131裝置的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置。串聯(lián)式氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)如圖1312所示。它采用一根活塞桿將兩活塞串在一起，油缸和氣缸之間用隔板隔開(kāi)，防止氣體串入油缸中。當(dāng)氣缸左端進(jìn)氣時(shí)，氣缸將克服負(fù)載阻力，帶動(dòng)油缸向右運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)度就能改變阻尼缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 。 圖1312氣液阻尼缸 （10）擺動(dòng)氣缸 擺動(dòng)氣缸是一種在小于360角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出力矩使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)。擺動(dòng)氣缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為葉片式和活塞式兩種。1）葉片式擺動(dòng)氣缸 單葉片式擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)原理如圖1313所示。它是由葉片軸轉(zhuǎn)子（即輸出軸）、定子、缸體和前后端蓋等部分組成。定子和缸體固定在一起，葉片和轉(zhuǎn)子聯(lián)在一起。在定子上有兩條氣路，當(dāng)左路進(jìn)氣時(shí)，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)。反之，作逆時(shí)針擺動(dòng)。葉片式擺動(dòng)氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動(dòng)密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于80%。因此，在應(yīng)用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場(chǎng)合，如夾具的回轉(zhuǎn)，閥門(mén)開(kāi)閉及工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等。 圖1313 單葉片式擺動(dòng)氣缸工作原理圖1葉片2轉(zhuǎn)子3定子4缸體2）活塞式擺動(dòng)氣缸活塞式擺動(dòng)氣缸是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。按結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪齒條式、螺桿式和曲柄式等幾種。圖1314 齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸結(jié)構(gòu)原理1齒條組件2彈簧柱銷(xiāo)3滑塊4端蓋5缸體6軸承7軸8活塞9齒輪齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸是通過(guò)連接在活塞上的齒條使齒輪回轉(zhuǎn)的一種擺動(dòng)氣缸，其結(jié)構(gòu)原理如圖1314所示?；钊麅H作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，摩擦損失少，齒輪傳動(dòng)的效率較高，此擺動(dòng)氣缸效率可達(dá)到95%左右。三、氣缸的技術(shù)參數(shù)1）氣缸的輸出力氣缸理論輸出力的設(shè)計(jì)計(jì)算與液壓缸類(lèi)似，可參見(jiàn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)算如下：理論推力（活塞桿伸出）F t1A1p（13-1）理論拉力（活塞桿縮回）F t2A2p（13-2）式中F t1、F t2氣缸理論輸出力（N）；A1、A2無(wú)桿腔、有桿腔活塞面積（m2）；p氣缸工作壓力（Pa）。實(shí)際中，由于活塞等運(yùn)動(dòng)部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實(shí)際輸出力小于理論推力，稱(chēng)這個(gè)推力為氣缸的實(shí)際輸出力。氣缸的效率 是氣缸的實(shí)際推力和理論推力的比值，即t F F = （13-3）所以 ()p A F 1= （13-4） 氣缸的效率取決于密封的種類(lèi)，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤(rùn)滑狀態(tài)。此外，氣缸的運(yùn)動(dòng)速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生一定的影響。2）負(fù)載率 從對(duì)氣缸運(yùn)行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時(shí)，常用到負(fù)載率的概念。氣缸的負(fù)載率定義為%100t F F 氣缸的理論輸出力氣缸的實(shí)際負(fù)載 （l35） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。對(duì)于阻性負(fù)載，如氣缸用作氣動(dòng)夾具，負(fù)載不產(chǎn)生慣性力，一般選取負(fù)載率為0.8；對(duì)于慣性負(fù)載，如氣缸用來(lái)推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力，負(fù)載率的取值如下 0.65 當(dāng)氣缸低速運(yùn)動(dòng)，v 100 mm/s 時(shí)；0.5 當(dāng)氣缸中速運(yùn)動(dòng)，v 100500 mm/s 時(shí)；0.35 當(dāng)氣缸高速運(yùn)動(dòng)，v 500 mm/s 時(shí)。3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動(dòng)的容積，稱(chēng)這個(gè)容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出力及耗氣量密切相關(guān)的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等參數(shù)。氣缸的動(dòng)態(tài)特性是指在氣缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣缸兩腔內(nèi)空氣壓力，溫度，活塞速度、位移等參數(shù)隨時(shí)間的變化情況。它能真實(shí)地反映氣缸的工作性能。四、氣缸的選型及計(jì)算1.氣缸的選型步驟氣缸的選型應(yīng)根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類(lèi)型。下面以單活塞桿雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。（1）氣缸缸徑。根據(jù)氣缸負(fù)載力的大小來(lái)確定氣缸的輸出力，由此計(jì)算出氣缸的缸徑。（2）氣缸的行程。氣缸的行程與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選用滿(mǎn)行程。（3）氣缸的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算（4）氣缸的安裝形式。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車(chē)床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷(xiāo)式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)的特種氣缸。（5）氣缸的緩沖裝置。根據(jù)活塞的速度決定是否應(yīng)采用緩沖裝置。（6）磁性開(kāi)關(guān)。當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)采用電氣控制方式時(shí)，可選用帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸。（7）其它要求。如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無(wú)污染時(shí)需選用無(wú)給油或無(wú)油潤(rùn)滑氣缸。2.氣缸直徑計(jì)算氣缸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算需根據(jù)其負(fù)載大小、運(yùn)行速度和系統(tǒng)工作壓力來(lái)決定。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的實(shí)際工況，分析計(jì)算出氣缸軸向?qū)嶋H負(fù)載F ，再由氣缸平均運(yùn)行速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載率，初步選定氣缸工作壓力（一般為0.4 MPa 0.6 MPa ），再由 F ，計(jì)算出氣缸理論出力F t ，最后計(jì)算出缸徑及桿徑，并按標(biāo)準(zhǔn)圓整得到實(shí)際所需的缸徑和桿徑。例題 氣缸推動(dòng)工件在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。已知工件等運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量為 m 250 kg ，工件與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù) 0.25，氣缸行程 s 為 400 mm ，經(jīng)1.5 s 時(shí)間工件運(yùn)動(dòng)到位，系統(tǒng)工作壓力p = 0.4 MPa ，試選定氣缸直徑。解：氣缸實(shí)際軸向負(fù)載F mg 0.25 250 9.81613.13 N氣缸平均速度mm/s 2675.1400=t s v 選定負(fù)載率 0.5 則氣缸理論輸出力N 6.12265.013.6131=F F 雙作用氣缸理論推力p D F =2141氣缸直徑 mm 48.624.014.33.122644=p F D t 按標(biāo)準(zhǔn)選定氣缸缸徑為63 mm 。 氣缸的工作原理1.2.1單作用氣缸單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。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。其原理及結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-2。圖42.2-2單作用氣缸1缸體；2活塞；3彈簧；4活塞桿；單作用氣缸的特點(diǎn)是：1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小。2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一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。3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。4）氣缸復(fù)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(jìn)過(guò)程中是變化的。由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場(chǎng)合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長(zhǎng)行程、高載荷的場(chǎng)合。1.2.2雙作用氣缸雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)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(lèi)氣缸使用最為廣泛。1）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(jiàn)圖42.2-3。缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。圖42.2-3雙活塞桿雙作用氣缸a）缸體固定；b）活塞桿固定1缸體；2工作臺(tái)；3活塞；4活塞桿；5機(jī)架雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)輸出力及速度均相等。2）緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱(chēng)為緩沖氣缸。緩沖氣缸見(jiàn)圖42.2-4，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過(guò)節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開(kāi)度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱(chēng)緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開(kāi)單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開(kāi)度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱(chēng)為不可調(diào)緩沖氣缸。圖42.2-4緩沖氣缸1活塞桿；2活塞；3緩沖柱塞；4柱塞孔；5單向閥6節(jié)流閥；7端蓋；8氣孔氣缸所設(shè)緩沖裝置種類(lèi)很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)到緩沖目的。1.2.3、組合氣缸組合氣缸一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。眾所周知，通常氣缸采用的工作介質(zhì)是壓縮空氣，其特點(diǎn)是動(dòng)作快，但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象；而液壓缸采用的工作介質(zhì)是通常認(rèn)為不可壓縮的液壓油，其特點(diǎn)是動(dòng)作不如氣缸快，但速度易于控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，采用措施得當(dāng)，一般不會(huì)產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象。把氣缸與液壓缸巧妙組合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，即成為氣動(dòng)系統(tǒng)中普遍采用的氣-液阻尼缸。氣-液阻尼缸工作原理見(jiàn)圖42.2-5。實(shí)際是氣缸與液壓缸串聯(lián)而成，兩活塞固定在同一活塞桿上。液壓缸不用泵供油，只要充滿(mǎn)油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓?jiǎn)蜗蜷y、節(jié)流閥及補(bǔ)油杯。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)，氣缸克服載荷帶動(dòng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)（氣缸左端排氣），此時(shí)液壓缸左端排油，單向閥關(guān)閉，油只能通過(guò)節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)，這時(shí)若將節(jié)流閥閥口開(kāi)大，則液壓缸左腔排油通暢，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度就快，反之，若將節(jié)流閥閥口關(guān)小，液壓缸左腔排油受阻，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口大小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度?？梢钥闯?，氣液阻尼缸的輸出力應(yīng)是氣缸中壓縮空氣產(chǎn)生的力（推力或拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差。圖42.2-5 氣-液阻尼缸1節(jié)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(lèi)型有多種。按氣缸與液壓缸的連接形式，可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種。前面所述為串聯(lián)型，圖42.2-6為并聯(lián)型氣-液阻尼缸。串聯(lián)型缸體較長(zhǎng)；加工與安裝時(shí)對(duì)同軸度要求較高；有時(shí)兩缸間會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象。并聯(lián)型缸體較短、結(jié)構(gòu)緊湊；氣、液缸分置，不會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象；因液壓缸工作壓力可以相當(dāng)高，液壓缸可制成相當(dāng)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(xiàn)上，會(huì)產(chǎn)生附加力矩，會(huì)增加導(dǎo)軌裝置磨損，也可能產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。串聯(lián)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(jiàn)圖42.2-5，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過(guò)程中需要儲(chǔ)油或補(bǔ)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(bǔ)充泄漏之外就不存在儲(chǔ)油、補(bǔ)油問(wèn)題，油杯可以很小。圖42.2-6 并聯(lián)型氣-液阻尼缸1液壓缸；2氣缸按調(diào)速特性可分為：1）慢進(jìn)慢退式；2）慢進(jìn)快退式；3）快進(jìn)慢進(jìn)快退式。其調(diào)速特性及應(yīng)用見(jiàn)表42.2-3。就氣-液阻尼缸的結(jié)構(gòu)而言，尚可分為多種形式：節(jié)流閥、單向閥單獨(dú)設(shè)置或裝于缸蓋上；單向閥裝在活塞上（如擋板式單向閥）；缸壁上開(kāi)孔、開(kāi)溝槽、缸內(nèi)滑柱式、機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)結(jié)式、行程閥控制快速趨近式等?；钊嫌袚醢迨絾蜗蜷y的氣-液阻尼缸見(jiàn)圖42.2-7?；钊蠋в袚醢迨絾蜗蜷y，活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板離開(kāi)活塞，單向閥打開(kāi)，液壓缸右腔的油通過(guò)活塞上的孔（即擋板單向閥孔）流至左腔，實(shí)現(xiàn)快退，用活塞上孔的多少和大小來(lái)控制快退時(shí)的速度?；钊蜃筮\(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板擋住活塞上的孔，單向閥關(guān)閉，液壓缸左腔的油經(jīng)節(jié)流閥流至右腔（經(jīng)缸外管路）。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)度即可調(diào)節(jié)活塞慢進(jìn)的速度。其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造加工較方便。圖42.2-8為采用機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)接的快速趨近式氣-液阻尼缸原理圖?？恳簤焊谆钊麠U端部的T形頂塊與氣缸活塞桿端部的拉鉤間有一空行程s1，實(shí)現(xiàn)空程快速趨近，然后再帶動(dòng)液壓缸活塞，通過(guò)節(jié)流阻尼，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)。返程時(shí)也是先走空行程s1，再與液壓活塞一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)單向閥，實(shí)現(xiàn)快退。表42.2-3氣-液阻尼缸調(diào)速特性及應(yīng)用調(diào)速方式結(jié)構(gòu)示意圖特性曲線(xiàn)作用原理應(yīng)用雙向節(jié)流調(diào)速在氣-液阻尼缸的回油管路裝設(shè)可調(diào)式節(jié)流閥，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度可調(diào)并相同適用于空行程及工作行程都較短的場(chǎng)合（s20mm）單向節(jié)流調(diào)速將一單向閥和一節(jié)流閥并聯(lián)在調(diào)速油路中?；钊蛴疫\(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥關(guān)閉，節(jié)流慢進(jìn)；活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不經(jīng)節(jié)流快退。適用于空行程較短而工作行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合快速趨近單向節(jié)流調(diào)速將液壓缸的點(diǎn)與點(diǎn)用管路相通，活塞開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右腔油經(jīng)由fgea回路直接流入端實(shí)現(xiàn)快速趨近，當(dāng)活塞移過(guò)點(diǎn)，油只能經(jīng)節(jié)流閥流入端，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)快退。由于快速趨近，節(jié)省了空程時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。是各種機(jī)床、設(shè)備最常用的方式圖42.2-7活塞上有擋板式單向閥的氣-液阻尼缸圖42.2-8浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸原理圖1-氣缸；2頂絲；3T形頂塊；4拉鉤；5液壓缸1圖42.2-9是又一種浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸。與前者的區(qū)別在于：T形頂塊和拉鉤裝設(shè)位置不同，前者設(shè)置在缸外部。后者設(shè)置在氣缸活塞桿內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊但不易調(diào)整空行程s1（前者調(diào)節(jié)頂絲即可方便調(diào)節(jié)s1的大?。?。1.2.4 特殊氣缸（1）沖擊氣缸圖42.2-9 浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸沖擊氣缸是把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為活塞、活塞桿高速運(yùn)動(dòng)的能量，利用此動(dòng)能去做功。沖擊氣缸分普通型和快排型兩種。1）普通型沖擊氣缸普通型沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-10。與普通氣缸相比，此種沖擊氣缸增設(shè)了蓄氣缸1和帶流線(xiàn)型噴氣口4及具有排氣孔3的中蓋2。其工作原理及工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為如下五個(gè)階段（見(jiàn)圖42.2-11）：第一階段：復(fù)位段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11a，接通氣源，換向閥處復(fù)位狀態(tài)，孔A進(jìn)氣，孔B排氣，活塞5在壓差的作用下，克服密封阻力及運(yùn)動(dòng)部件重量而上移，借助活塞上的密封膠墊封住中蓋上的噴氣口4。中蓋和活塞之間的環(huán)形空間C經(jīng)過(guò)排氣小孔3與大氣相通。最后，活塞有桿腔壓力升高至氣源壓力，蓄氣缸內(nèi)壓力降至大氣壓力。第二階段：儲(chǔ)能段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11b，換向閥換向，B孔進(jìn)氣充入蓄氣缸腔內(nèi)，A孔排氣。由于蓄氣缸腔內(nèi)壓力作用在活塞上的面積只是噴氣口4的面積，它比有桿腔壓力作用在活塞上的面積要小得多，故只有待蓄氣缸內(nèi)壓力上升，有桿腔壓力下降，直到下列力平衡方程成立時(shí)，活塞才開(kāi)始移動(dòng)。式中 d中蓋噴氣口直徑（m）；p30活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)蓄氣缸腔內(nèi)壓力（絕對(duì)壓力）（Pa）；p20活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)有桿腔內(nèi)壓力（絕對(duì)壓力）（Pa）；G運(yùn)動(dòng)部件（活塞、活塞桿及錘頭號(hào)模具等）所受的重力（N）；D活塞直徑（m）；d1活塞桿直徑（m）；F0活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)的密封摩擦力（N）。若不計(jì)式（42.2-1）中G和F0項(xiàng)，且令d=d1，則當(dāng)時(shí)，活塞才開(kāi)始移動(dòng)。這里的p20、p30均為絕對(duì)壓力?？梢?jiàn)活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差很大。這一點(diǎn)很明顯地與普通氣缸不同。圖42.2-10 普通型沖擊氣缸第三階段：沖擊段?；钊_(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔內(nèi)壓力p30可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力ps，同時(shí)，容積很小的無(wú)桿腔（包括環(huán)形空間C）通過(guò)排氣孔3與大氣相通，故無(wú)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(kāi)始移動(dòng)后，在最小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環(huán)形面）為聲速流動(dòng)，使無(wú)桿腔壓力急劇增加，直至與蓄氣缸腔內(nèi)壓力平衡。該平衡壓力略低于氣源壓力。以上可以稱(chēng)為沖擊段的第I區(qū)段。第I區(qū)段的作用時(shí)間極短（只有幾毫秒）。在第I區(qū)段，有桿腔壓力變化很小，故第I區(qū)段末，無(wú)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(cè)的環(huán)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(yùn)動(dòng)加速度，使活塞高速運(yùn)動(dòng)，即進(jìn)行沖擊。在此過(guò)程B口仍在進(jìn)氣，蓄氣缸腔至無(wú)桿腔已連通且壓力相等，可認(rèn)為蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)為略帶充氣的絕熱膨脹過(guò)程。同時(shí)有桿腔排氣孔A通流面積有限，活塞高速?zèng)_擊勢(shì)必造成有桿腔內(nèi)氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會(huì)迅速升高（可能高于氣源壓力）這必將引起活塞減速，直至下降到速度為0。以上可稱(chēng)為沖擊段的第區(qū)段?？烧J(rèn)為第區(qū)段的有桿腔內(nèi)為邊排氣的絕熱壓縮過(guò)程。整個(gè)沖擊段時(shí)間很短，約幾十毫秒。見(jiàn)圖42.2-11c。圖42.2-11 普通型沖擊氣缸的工作原理1蓄氣缸；2中蓋；3排氣孔；4噴氣口；5活塞第四階段：彈跳段。在沖擊段之后，從能量觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動(dòng)能，而活塞的部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成有桿腔的壓力能，結(jié)果造成有桿腔壓力比蓄氣-無(wú)桿腔壓力還高，即形成“氣墊”，使活塞產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果又會(huì)使蓄氣-無(wú)桿腔壓力增加，且又大于有桿腔壓力。如此便出現(xiàn)活塞在缸體內(nèi)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)即彈跳。直至活塞兩側(cè)壓力差克服不了活塞阻力不能再發(fā)生彈跳為止。待有桿腔氣體由A排空后，活塞便下行至終點(diǎn)。第五階段：耗能段?；钊滦兄两K點(diǎn)后，如換向閥不及時(shí)復(fù)位，則蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)會(huì)繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再?gòu)?fù)位時(shí)，充入的這部分氣體又需全部排掉?？梢?jiàn)這種充氣不能作用有功，故稱(chēng)之為耗能段。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)避免此段（令換向閥及時(shí)換向返回復(fù)位段）。對(duì)內(nèi)徑D=90mm的氣缸，在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得沖擊氣缸特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖42.2-12。上述分析基本與特性曲線(xiàn)相符。對(duì)沖擊段的分析可以看出，很大的運(yùn)動(dòng)加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)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(gè)沖程處，運(yùn)動(dòng)速度必達(dá)最大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)最大值。各種沖擊作業(yè)應(yīng)在這個(gè)沖程附近進(jìn)行。沖擊氣缸在實(shí)際工作時(shí)，錘頭模具撞擊工件作完功，一般就借助行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)使換向閥復(fù)位換向，缸即從沖擊段直接轉(zhuǎn)為復(fù)位段。這種狀態(tài)可認(rèn)為不存在彈跳段和耗能段。2）快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見(jiàn)，其一部分能量（有時(shí)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(méi)有充分利用。假如沖擊一開(kāi)始，就讓有桿腔氣體全排空，即使有桿腔壓力降至大氣壓力，則沖擊過(guò)程中，可節(jié)省大量的能量，而使沖擊氣缸發(fā)揮更大的作用，輸出更大的沖擊能。這種在沖擊過(guò)程中，有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸，稱(chēng)為快排型沖擊氣缸。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-13a?？炫判蜎_擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機(jī)構(gòu)”構(gòu)成?？炫艡C(jī)構(gòu)是由快排導(dǎo)向蓋1、快排缸體4、快排活塞3、密封膠墊2等零件組成?？炫判蜎_擊氣缸的氣控回路見(jiàn)圖42.2-13b。接通氣源，通過(guò)閥F1同時(shí)向K1、K3充氣，K2通大氣。閥F1輸出口A用直管與K1孔連通，而用彎管與K3孔連通，彎管氣阻大于直管氣阻。這樣，壓縮空氣先經(jīng)K1使快排活塞3推到上邊，由快排活塞3與密封膠墊2一起切斷有桿腔與排氣口T的通道。然后經(jīng)K3孔向有桿腔進(jìn)氣，蓄氣一無(wú)桿腔氣體經(jīng)K4孔通過(guò)閥F2排氣，則活塞上移。當(dāng)活塞封住中蓋噴氣口時(shí)，裝在錘頭上的壓塊觸動(dòng)推桿6，切換閥F3，發(fā)出信號(hào)控制閥F2使之切換，這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣，一直充至氣源壓力。沖擊工作開(kāi)始時(shí)，使閥F1切換，則K2進(jìn)氣，K1和K3排氣，快排活塞下移，有桿腔的壓縮空氣便通過(guò)快排導(dǎo)向蓋1上的多個(gè)圓孔（8個(gè)），再經(jīng)過(guò)快排缸體4上的多個(gè)方孔T（10余個(gè)）及K3直接排至大氣中。因?yàn)樯鲜龆鄠€(gè)圓孔和方孔的通流面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于K3的通流面積，所以有桿腔的壓力可以在極短的時(shí)間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時(shí)，活塞便開(kāi)始下移。錘頭上壓塊便離開(kāi)行程閥F3的推桿6，閥3在彈簧的作用下復(fù)位。由于接有氣阻7和氣容8，閥3雖然復(fù)位，但F2卻延時(shí)復(fù)位，這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來(lái)完成使活塞迅速向下沖擊的工作。否則，若F3復(fù)位，F(xiàn)2同時(shí)復(fù)位的話(huà)，蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會(huì)在錘頭沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)之前已經(jīng)通過(guò)K4孔和閥F2排氣了，所以當(dāng)錘頭開(kāi)始沖擊后，F(xiàn)2的復(fù)位動(dòng)作需延時(shí)幾十毫秒。因所需延時(shí)時(shí)間不長(zhǎng)，沖擊缸沖擊時(shí)間又很短，往往不用氣阻、氣容也可以，只要閥F2的換向時(shí)間比沖擊時(shí)間長(zhǎng)就可以了。在活塞向下沖擊的過(guò)程中，由于有桿腔氣體能充分地被排空，故不存在普通型沖擊氣缸有桿腔出現(xiàn)的較大背壓，因而快排型沖擊氣缸的沖擊能是同尺寸的普通型沖擊氣缸沖擊能的34倍。（2）數(shù)字氣缸它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成?；钊挠叶擞蠺字頭，活塞的左端有凹形孔，后面活塞的T字頭裝入前面活塞的凹形孔內(nèi)，由于缸體的限制，T字頭只能在凹形孔內(nèi)沿缸軸向運(yùn)動(dòng)，而兩者不能脫開(kāi)，若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體內(nèi)，T字頭在凹形孔中左右可移動(dòng)的范圍就是此活塞的行程量。不同的進(jìn)氣孔A1Ai（可能是A1，或是A1和A2，或A1、A2和A3，還可能是A1和A3，或A2和A3等等）輸入壓縮空氣（0.40.8MPa）時(shí)，相應(yīng)的活塞就會(huì)向右移動(dòng)，每個(gè)活塞的向右移動(dòng)都可推動(dòng)活塞桿3向右移動(dòng)，因此，活塞桿3每次向右移動(dòng)的總距離等于各個(gè)活塞行程量的總和。這里B孔始終與低壓氣源相通（0.050.1MPa），當(dāng)A1Ai孔排氣時(shí)，在低壓氣的作用下，活塞會(huì)自動(dòng)退回原位。各活塞的行程大小，可根據(jù)需要的總行程s按幾何級(jí)數(shù)由小到大排列選取。設(shè)s=35mm，采用3個(gè)活塞，則各活塞的行程分別取1=5mm；2=10mm；3=20mm。如s=31.5mm，可用6個(gè)活塞，則1、2、36分別設(shè)計(jì)為0.5、1、2、4、8、16mm，由這些數(shù)值組合起來(lái)，就可在0.531.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的1、2、3i可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同數(shù)列，就可以得到各種所需數(shù)值的行程量。（3）回轉(zhuǎn)氣缸主要由導(dǎo)氣頭、缸體、活塞、活塞桿組成。這種氣缸的缸體3連同缸蓋6及導(dǎo)氣頭芯10被其他動(dòng)力（如車(chē)床主軸）攜帶回轉(zhuǎn)，活塞4及活塞桿1只能作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)氣頭體9外接管路，固定不動(dòng)。固轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)如圖42.2-15b所示。為增大其輸出力采用兩個(gè)活塞串聯(lián)在一根活塞桿上，這樣其輸出力比單活塞也增大約一倍，且可減小氣缸尺寸，導(dǎo)氣頭體與導(dǎo)氣頭芯因需相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，裝有滾動(dòng)軸承，并以研配間隙密封，應(yīng)設(shè)油杯潤(rùn)滑以減少摩擦，避免燒損或卡死?；剞D(zhuǎn)氣缸主要用于機(jī)床夾具和線(xiàn)材卷曲等裝置上。（4）撓性氣缸撓性氣缸是以撓性軟管作為缸筒的氣缸。常用撓性氣缸有兩種。一種是普通撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-16，由活塞、活塞桿及撓性軟管缸筒組成。一般都是單作用活塞氣缸，活塞的回程靠其他外力。其特點(diǎn)是安裝空間小，行程可較長(zhǎng)。第二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-17。由夾持滾子代替活塞及活塞桿，夾持滾子設(shè)在撓性缸筒外表面，A端進(jìn)氣時(shí)，左端撓性筒膨脹，B端排氣，缸左端收縮，夾持在缸筒外部的滾子在膨脹端的作用下，向右移動(dòng)，滾子夾帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)。可稱(chēng)為撓性筒滾子氣缸。這種氣缸的特點(diǎn)是所占空間小，輸出力較小，載荷率較低，可實(shí)現(xiàn)雙作用。（5）鋼索式氣缸鋼索式氣缸見(jiàn)圖42.2-18，是以柔軟的、彎曲性大的鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸?；钊c鋼絲繩連在一起，活塞在壓縮空氣推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)，安裝兩個(gè)滑輪，可使活塞與載荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。這種氣缸的特點(diǎn)是可制成行程很長(zhǎng)的氣缸，如制成直徑為25mm ，行程為6m左右的氣缸也不困難。鋼索與導(dǎo)向套間易產(chǎn)生泄漏。懶蟲(chóng)回答采納率:24.5% 2021-03-14 20:56一、四行程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)工作須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣，把可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；然后將進(jìn)入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點(diǎn)時(shí)點(diǎn)燃可燃混合氣；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動(dòng)活塞下行實(shí)現(xiàn)對(duì)外作功；最后排出燃燒后的廢氣。進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)過(guò)程。把這四個(gè)過(guò)程叫做發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，工作循環(huán)不斷地重復(fù)，就實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。1、進(jìn)氣行程活塞在曲軸帶動(dòng)下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，在氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油混合物通過(guò)進(jìn)氣門(mén)被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進(jìn)一步形成可燃混合氣。2、壓縮行程：進(jìn)氣結(jié)束終了，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，隨著活塞移動(dòng)，氣缸容積不斷減小，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮行程結(jié)束。3、做功行程;做功行程包括燃燒過(guò)程和膨脹過(guò)程，在這一行程中，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程接近上止點(diǎn)(即點(diǎn)火提前角)位置時(shí)，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，同時(shí)放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)3.06.5MPa，最高溫度可達(dá)22002800K，高溫高壓氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余用于對(duì)外做功。隨著活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度逐漸降低，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，做功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.350.5MPa，氣體溫度降低到12001500K。4、排氣行程：可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。排氣行程開(kāi)始時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，進(jìn)氣門(mén)仍然關(guān)閉，曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)廢氣在自身生剩余壓力和在活塞的推動(dòng)下，經(jīng)排氣門(mén)排出氣缸之外?；钊竭^(guò)上止點(diǎn)后，排氣門(mén)關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。受排氣阻力的影響，排氣終止時(shí)，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.1050.12MPa，溫度約為9001100K。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，又開(kāi)始了下一個(gè)新的循環(huán)過(guò)程。可見(jiàn)四行程汽油機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。實(shí)際汽油機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。在排氣行程中，是排氣門(mén)早于下止點(diǎn)開(kāi)啟，遲于上止點(diǎn)關(guān)閉。進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)晚關(guān)的目的是為了增加進(jìn)入氣缸的混合氣量，排氣門(mén)早開(kāi)晚關(guān)的目的是為了減少氣缸內(nèi)的殘余廢氣量。減少殘余廢氣量，會(huì)相應(yīng)增加進(jìn)氣量。二、四行程柴油機(jī)的工作原理四行程柴油機(jī)和四行程汽油機(jī)的工作過(guò)程一樣，每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程，但由于柴油機(jī)使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過(guò)程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機(jī)不同.四沖程柴油機(jī)工作原理如下：1、進(jìn)氣沖程與汽油機(jī)相比，進(jìn)入柴油機(jī)汽缸的不是可燃混合氣而是純空氣。進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)，氣體壓力為80 -90kpa，溫度為310-350K。2、壓縮沖程壓縮的是純空氣，由于柴油機(jī)壓縮比大，壓縮終了時(shí)氣體的溫度和壓力比汽油機(jī)高。壓力約為3000-5000kpa,溫度約為800-1000k。3、做工沖程壓縮行程結(jié)束，高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入汽缸，迅速汽化并與空氣形成混合氣。由于壓縮終了汽缸內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于柴油的自然溫度(500K左右)柴油立即自行著火燃燒。因此，柴油機(jī)沒(méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)。燃燒最高壓力為5000-10000kpa，最高溫度約為1800-2200K。匿名回答采納率:6.5% 2021-03-14 20:57第一步叫做【進(jìn)氣沖程】，其過(guò)程是將進(jìn)氣閥打開(kāi)，活塞下降，汽缸吸入汽油和空氣的混合物。第二步叫做【壓縮沖程】，這一步的過(guò)程是將進(jìn)氣閥關(guān)閉，活塞上升，混合物被壓縮在活塞上的小空間里?！緞?dòng)力沖程】是第三步，此時(shí)汽缸上的火花塞的火花會(huì)令混合物燃燒，產(chǎn)生的熱氣體膨脹，迫使活塞下降?！九艢鉀_程】是四沖程引擎的最后一步，這時(shí)排氣閥會(huì)打開(kāi)，活塞上升，燃燒過(guò)的氣體（廢氣）被排出汽缸。相較于二沖程引擎，四沖程的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。它擁有活瓣及凸輪軸，至少要有進(jìn)氣活瓣、排氣活瓣及凸輪軸各一。因?yàn)樗娜莘e效率較低，所以?xún)煞N引擎在相同掃氣容積下，它會(huì)有較少之輸出功率。但它有穩(wěn)定的扭力及馬力輸出，所以它適用于道路的車(chē)輛和船只。雖然它提升轉(zhuǎn)數(shù)較慢，它不能算是真的問(wèn)題。其實(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)提升緩慢可以以減輕飛輪的重量、活塞的重量及曲軸的重量來(lái)解決汽油機(jī)的