氣缸在工業(yè)生產(chǎn)線上較常見，儀表工了解氣缸種類、氣缸各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算、氣動(dòng)電磁閥的流量曲線的識(shí)別和選型和氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，在生產(chǎn)線維護(hù)和維修過程中會(huì)有幫助。
1、氣缸的種類
氣缸是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
①標(biāo)準(zhǔn)氣缸
標(biāo)準(zhǔn)氣缸是常見的起動(dòng)設(shè)備，適合場景廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格實(shí)惠。有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)自調(diào)節(jié)氣動(dòng)終端位置緩沖、標(biāo)準(zhǔn)型材，帶兩個(gè)傳感器槽、固定附件品種豐富，可以滿足幾乎任何安裝情況。
2)可選配帶鎖緊和不帶鎖緊，帶鎖氣缸可在任意位置停止。
3)最大缸徑可達(dá)125mm，行程也可達(dá)到2800mm，可定制加長活塞桿。
②圓形氣缸。
具有相同行程(行程最長200mm，缸徑最大25mm)，但結(jié)構(gòu)更薄，長度更短，非常適合狹小的安裝空間(缸徑最多縮小了40%，總長度最多縮短了3.5cm)。重量輕、自調(diào)節(jié)氣動(dòng)終端位置緩沖，并可以自適應(yīng)負(fù)載和速度變化進(jìn)行最優(yōu)調(diào)節(jié)，適合低中速，低負(fù)載和低沖擊場合。
③緊湊型氣缸
重量輕，安裝空間小，無需安裝附件即可直接安裝在夾具和設(shè)備上(最大缸徑63mm，最長行程75mm)；小型運(yùn)動(dòng)的理想選擇、帶內(nèi)螺紋或外螺紋的活塞桿。
④導(dǎo)向桿氣缸
具有精確的導(dǎo)向和極大的扭矩和側(cè)向力吸收以及堅(jiān)固緊湊的結(jié)構(gòu)。它適用于夾緊、提升和阻擋應(yīng)用；驅(qū)動(dòng)器和導(dǎo)軌位于一個(gè)殼體中、扭矩和剪切載荷高、滑動(dòng)導(dǎo)軌或循環(huán)滾珠軸承導(dǎo)軌；基本型氣缸行程可達(dá)200mm，缸徑最大做可做到100mm；選型時(shí)，需注意載荷重心不在中心導(dǎo)致的彎矩是否滿足要求。
⑤無桿氣缸
無桿氣缸分為磁耦式與機(jī)械式。
1)磁耦式無桿氣缸
磁耦式氣缸運(yùn)動(dòng)是利用空心活塞桿內(nèi)的永磁鐵帶動(dòng)活塞桿外的另一個(gè)磁鐵運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。
磁耦無桿氣缸優(yōu)點(diǎn)：
a、整體安裝尺寸小，軸向空間小，大約比標(biāo)準(zhǔn)氣缸節(jié)省軸向空間44%；
b、磁耦無桿氣缸推力和拉力兩端活塞面積相等，因此推力和拉力相等，容易實(shí)現(xiàn)中間定位；
c、因?yàn)榇排紵o桿氣缸外部滑塊沒有動(dòng)密封件，無外部泄漏。
磁偶無桿氣缸缺點(diǎn)：
a、承受負(fù)載較小，適合裝載小型工件或機(jī)械手來動(dòng)動(dòng)作，如果速度快(500mm/s以上)，負(fù)載高時(shí)內(nèi)外磁環(huán)易脫開。需要查詢其質(zhì)量與速度的特性曲線；
b、磁耦基本型來回動(dòng)作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)，必須加導(dǎo)桿導(dǎo)向裝置，或者選用帶導(dǎo)桿型磁耦無桿氣缸；
c、標(biāo)準(zhǔn)氣缸的內(nèi)徑與行程之比一般不大于1/15，而無桿氣缸內(nèi)徑與行程之比可達(dá)1/100左右，行程最長生產(chǎn)到3m。
2)機(jī)械式無桿氣缸
無桿氣缸缸筒軸向開有槽，活塞與滑塊在槽上部移動(dòng)。密封帶和防塵不銹鋼帶固定在兩端缸蓋，活塞架穿過槽，活塞與滑塊連成一體，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
機(jī)械式無桿氣缸的優(yōu)點(diǎn)：
a、與普通氣缸相比，在同樣行程下可縮小1/2安裝位置；
b、不需設(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
c、適用于缸徑10～80mm，最大行程在缸徑≥40mm時(shí)可達(dá)7m；
d、速度高，標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá)0.1～0.5m/s，高速型可達(dá)到0.3～3.0m/s。
機(jī)械式無桿氣缸的缺點(diǎn)：
a、密封性能差，容易產(chǎn)生外泄漏。在使用三位閥時(shí)必須選用中壓式；
b、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)。
⑥滑臺(tái)氣缸
滑臺(tái)氣缸分為單軸滑臺(tái)和雙軸滑臺(tái)。單軸滑臺(tái)氣缸由于采用了剛度好的直線導(dǎo)軌，其允許力矩最多提高了2倍；雙軸滑臺(tái)氣缸由兩個(gè)雙桿雙作用氣缸并聯(lián)構(gòu)成，動(dòng)作原理與普通氣缸相同，兩個(gè)氣缸腔室之間通過中間缸壁上的導(dǎo)氣孔相通，以保證兩個(gè)氣缸同步動(dòng)作。雙桿滑臺(tái)氣缸的特點(diǎn)是缸的輸出力增加一倍，抗彎曲抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)、承載能力強(qiáng)、外形輕巧、節(jié)省安裝空間。
滑臺(tái)氣缸缺點(diǎn)：
1)價(jià)格相對(duì)較貴；
2)運(yùn)動(dòng)精度較差，無法滿足一些高精度的工業(yè)要求。
3)工作時(shí)會(huì)發(fā)出較大的噪聲，不適用于噪聲敏感的生產(chǎn)環(huán)境。
4)耗損件較多，需要定期更換，維護(hù)成本較高。
⑦擺動(dòng)氣缸
擺動(dòng)氣缸又稱擺動(dòng)氣馬達(dá)，是輸出軸作往復(fù)擺動(dòng)的一種氣動(dòng)執(zhí)行元件。
擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)較連續(xù)旋轉(zhuǎn)的氣馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，但擺動(dòng)氣馬達(dá)對(duì)沖擊的耐力小，故常需采用緩沖機(jī)構(gòu)或安裝制動(dòng)器以吸收載荷突然停止等產(chǎn)生的沖擊載荷。
按結(jié)構(gòu)不同，擺動(dòng)氣缸可分為葉片式和活塞式兩類。工作時(shí)，前者靠壓縮空氣驅(qū)動(dòng)葉片帶動(dòng)傳動(dòng)軸(輸出軸)往復(fù)擺動(dòng)；后者靠壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸(輸出軸)擺動(dòng)；擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)角度可以在360°以內(nèi)，也可大于360°，常用擺動(dòng)氣缸的最大擺動(dòng)角度有90°、180°、270°等三種規(guī)格。
⑧旋轉(zhuǎn)下壓氣缸
旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸由于在活塞或活塞桿上開有導(dǎo)軌槽，在氣壓作用下，導(dǎo)向件在導(dǎo)軌槽內(nèi)，迫使活塞(桿)帶動(dòng)夾緊手指完成擺動(dòng)和直線組合動(dòng)作。一般有向左或向右擺動(dòng)兩種形式。旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、使用壽命長、安裝維護(hù)費(fèi)用低、擺動(dòng)方向及角度便于調(diào)控等特點(diǎn)。
2、氣缸各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算
氣缸的常用主要性能參數(shù)：輸出力和效率、速度、使用壓力范圍、耗氣量。
①氣缸受力計(jì)算：
P表示氣缸充氣壓力，D表示缸徑，d表示活塞桿的大??； 氣缸的效率η隨缸徑及工作壓力的增大而增大，通常η=0.8~0.9。
②氣缸速度計(jì)算：
由于氣體的可壓縮性，欲使氣缸保持準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)速度比較困難，故其速度通常指平均速度。可按下式計(jì)算：
V=L/t
L為為氣缸行程； t為為氣缸的執(zhí)行動(dòng)作時(shí)間。
標(biāo)準(zhǔn)氣缸在一般工作條件下的使用速度范圍大多是50~500mm/s。
1)若速度小于50mm/s，由于氣缸摩擦阻力的影響增大，加上氣體的可壓縮性，不能保證活塞做平穩(wěn)移動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)走時(shí)停的爬行現(xiàn)象。
2)若速度大于1000mm/s，氣缸密封件的摩擦生熱加劇，加速密封件磨損，造成漏氣，壽命縮短，還會(huì)加大行程末端的沖擊力，影響氣缸的壽命。
3)欲使氣缸在很低速度下工作，可采用低速氣缸。但缸徑越小，低速性能越難保證，這是因?yàn)槟Σ磷枇ο鄬?duì)氣壓推力影響較大的緣故，通常缸徑為32mm的氣缸可在低速5mm/s無爬行運(yùn)行。
4)如需更低的速度或在變載的情況下，要求氣缸平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，則可使用氣液阻尼缸或通過氣液轉(zhuǎn)換器，利用液壓缸進(jìn)行低速控制。
5)如需氣缸在更高速度下工作，需加長缸筒長度、提高缸筒的加工精度，改善密封件材質(zhì)以減小摩擦阻力，改善緩沖性能等，同時(shí)要注意氣缸在高速運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)時(shí)，確保緩沖來減小沖擊。
③氣缸使用壓力范圍：
氣缸使用壓力范圍是指保證氣缸正常工作的供給壓力范圍。雙作用氣缸的工作壓力范圍一般為0.05~0.7MPa，而單作用氣缸一般為0.15~0.7MPa，耐壓一般在1MPa；在確定氣缸工作壓力范圍時(shí)，還應(yīng)考慮換向閥的工作壓力范圍，一般換向閥工作壓力范圍為0.15~0.8MPa或0.25~1MPa(也有硬配閥為0~1MPa)?。
④氣缸最大耗氣量計(jì)算：
按照氣缸運(yùn)行時(shí)的最大速度來計(jì)算需要的耗氣量。
⑤氣管的流量計(jì)算：
0.5MPa壓力下氣管流量近似公式：Q=CV×1000≈55.55S(L/min)，S表示氣管內(nèi)徑截面積，前提條件是在氣管長度不長的情況下。
如果在使用過程中，氣管(12mm含以下)到執(zhí)行元件的距離很長8m以上，如果執(zhí)行元件的最大耗氣量很大，那么氣管會(huì)產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象，唯一的辦法就是加大氣管直徑。
3、氣動(dòng)電磁閥的流量曲線的識(shí)別和選型
具體有哪些電磁閥種類，中封電磁閥的使用在氣缸使用過程中是最為常用的，因?yàn)橹蟹怆姶砰y可在突然斷氣的情況下，保證運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止，避免造成人員損傷。
聲速流導(dǎo)C和臨界壓力比b來表示流量特性；
Q：空氣流量[dm3/min(ANR)]、SI單位的dm3(立方分米)與l(升)的關(guān)系是1dm3=1l。
C：聲速流導(dǎo)[dm3/(s.bar)]
b：臨界壓力比[一]
P1：上游壓力[MPa]
P2：下游壓力[MPa]
t：溫度[℃]
以三位五通電磁閥SY3320-5DZD-M5為例，查表可知其C=0.48dm3/(s·bar)，b=0.46；
按照壅塞流動(dòng)計(jì)算公式可以知道最大流量Qmax=600*0.48*(0.6+0.1)=201.6L/min；
再根據(jù)表1壓縮比0.6/0.7≈0.86，b=0.46，可以知道流量=最大流量*流量比=Q=0.7*201=140.7L/min。
三聯(lián)件的氣流量計(jì)算
流量特性曲線的前提是進(jìn)口壓力為1mpa/0.7MPa，出口壓力為0.8～0.1MPa的前提下打開開關(guān)閥門，測(cè)量所得三聯(lián)件的流量變化曲線圖。
經(jīng)驗(yàn)值一般取壓降值為0.05~0.1MPa的流量值為該三聯(lián)件的流量值。
如AC30-D三聯(lián)件在進(jìn)口壓力1MPa，出口壓力在0.7MPa，壓降0.05~0.08MPa的情況下，那么三聯(lián)件流量值為1000L/min~2000L/min。
三聯(lián)件流量一般取最大值和最小值的平均值。
4、氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)
氣控式水下滑翔機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖
1為低壓艙；2為空壓機(jī)；3為高壓艙；4為過濾器；5~7為減壓閥；8,10,11為溢流閥；9,13為二位二通電磁排氣開關(guān)閥；12,14為三位四通電?氣比例方向閥；15為三位三通電磁充排液換向閥；16為三位三通電?氣比例方向閥；17為節(jié)流閥；18為浮力艙；19為前姿態(tài)艙；20為后姿態(tài)艙；21為擺動(dòng)氣缸；22~25為二位二通電控充排液開關(guān)閥。
根據(jù)執(zhí)行元件的最大耗氣量，可以推算出電磁閥需要的流量，再根據(jù)流量和功能選擇電磁閥型號(hào)，在根據(jù)閥需要的流量和長度選擇合適大小的氣管，最后在根據(jù)耗氣量選擇出合適的三聯(lián)件。
一步步倒推，來選擇氣動(dòng)元件。
5、氣缸的缺點(diǎn)
如果氣缸帶動(dòng)的負(fù)載是變載荷，那么在運(yùn)行的過程中可能會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，也就是突然的加速，因?yàn)闅怏w是可被壓縮的。
