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(shí)現(xiàn)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。    
1—缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；        單作用氣缸的特點(diǎn)是：
僅端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小。
用彈簧力或膜片力等復(fù)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(nèi)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(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。

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(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(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（腔進(jìn)氣另腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其行程s的3倍。安裝所占空間大，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)范圍為其行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。

FESTO氣缸原理和好處
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。
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，般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見圖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，可直接頂開單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)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)緩沖裝置種類很多，上述只是其中之，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)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(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)，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，兩活塞固定在同活塞桿上。液壓缸不用泵供油，只要充滿油即可，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)流閥開口大小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度。可以看出，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。
若不計(jì)式（42.2-1）中G和Fƒ0項(xiàng)，且令d=d1，，則當(dāng)
時(shí)，活塞才開始移動(dòng)。這里的p20、p30均為壓力?？梢娀钊_始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差很大。這點(diǎn)很明顯地與普通氣缸不同。

普通型沖擊氣缸        三階段：沖擊段?；钊_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，所以活塞開始移動(dòng)后，在zui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。以上可以稱為沖擊段的I區(qū)段。I區(qū)段的作用時(shí)間極短（只有幾毫秒）。在I區(qū)段，有桿腔壓力變化很小，故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，直下降到速度為0。以上可稱為沖擊段的Ⅱ區(qū)段。可認(rèn)為Ⅱ區(qū)段的有桿腔內(nèi)為邊排氣的熱壓縮過(guò)程。整個(gè)沖擊段時(shí)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

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(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，活塞便下行終點(diǎn)。
五階段：耗能段?；钊滦薪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。可見這種充氣不能作用有功，故稱之為耗能段。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見圖42.2-12。上述分析基本與特性曲線相符。

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)zui大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)zui大值。各種沖擊作業(yè)應(yīng)在這個(gè)沖程附近進(jìn)行（參見圖42.2-11c）。
沖擊氣缸在實(shí)際工作時(shí)，錘頭模具撞擊工件作完功，般就借助行程開關(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。
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(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(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，稱為快排型沖擊氣缸。其結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)”構(gòu)成。快排機(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。
快排型沖擊氣缸的氣控回路見圖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，直充氣源壓力。