氣缸的相關(guān)知識

氣缸的相關(guān)知識

氣缸的相關(guān)知識
引導活塞在其中進(jìn)行直線(xiàn)往復運動(dòng)的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機氣缸中通過(guò)膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發(fā)動(dòng)機等的殼體通常也稱(chēng)“氣缸”。氣缸的應用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導體（點(diǎn)焊機、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機器人等等。英文名：cylinder
1種類(lèi)
氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動(dòng)執行元件。氣缸有做往復直線(xiàn)運動(dòng)的和做往復擺動(dòng)的兩類(lèi)（見(jiàn)圖）。做往復直線(xiàn)運動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。
①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。
③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。
④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速（10～20米/秒）運動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。
⑤無(wú)桿氣缸：沒(méi)有活塞桿的氣缸的總稱(chēng)。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類(lèi)。
做往復擺動(dòng)的氣缸稱(chēng)擺動(dòng)氣缸，由葉片將內腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。
2分類(lèi)
直線(xiàn)運動(dòng)往復運動(dòng)的氣缸、擺動(dòng)運動(dòng)的擺動(dòng)氣缸、氣爪等。[1]
3結構
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內部結構如圖所示：
SMC氣缸原理圖
SMC氣缸原理圖
1）缸筒
缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁茸銎椒€的往復滑動(dòng)，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm。
氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(cháng)氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(cháng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(cháng)度來(lái)決定?；瑒?dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經(jīng)鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉或往復運動(dòng)處的部件密封稱(chēng)為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱(chēng)為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進(jìn)行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。
4工作原理
根據工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時(shí)，應盡量采用增力機構，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計算公式：
F：氣缸理論輸出力（kgf)
F′：效率為85%時(shí)的輸出力（kgf）--（F′=F×85%）
D：氣缸缸徑（mm)
P：工作壓力（kgf/C㎡）
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
F=2800kgf；F′=2300kgf
在工程設計時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗表1－1中查出。
例：有一氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在氣缸推出時(shí)其推力為132kgf，（氣缸效率為85%）問(wèn)：該選擇多大的氣缸缸徑?
●由氣缸的推力132kgf和氣缸的效率85%，可計算出氣缸的理論推力為F=F′/85%=155(kgf)
●由使用壓力5kgf/cm2和氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的氣缸便可滿(mǎn)足使用要求。
5應用領(lǐng)域
印刷（張力控制）、半導體（點(diǎn)焊機、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機器人等等。
6發(fā)展歷程
氣缸原理源于大炮：
氣缸源于大炮？這并不是聳人聽(tīng)聞。你車(chē)上的氣缸確實(shí)與大炮有關(guān)。
1680年，荷蘭科學(xué)家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā)，心想如將炮彈的強大力量用來(lái)推動(dòng)其它機械不是挺好嗎？他一開(kāi)始仍用 FAIR藥作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開(kāi)一個(gè)單向閥。他在氣缸內注入 FAIR藥，當點(diǎn)燃 FAIR藥后， FAIR藥猛烈地爆炸燃燒，推動(dòng)活塞向上運動(dòng)，并產(chǎn)生動(dòng)力。同時(shí)，爆炸氣巨大的壓力還推開(kāi)單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動(dòng)活塞向下運動(dòng)，以準備進(jìn)行下一次爆炸。當然，由于行程過(guò)長(cháng)，效率太低，他zui終沒(méi)有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內燃機”的設想，后人在此基礎上才發(fā)明了汽車(chē)用的發(fā)動(dòng)機。
早期汽車(chē)使用單缸機
汽車(chē)*卡爾·奔馳和戴姆勒在當年設計制造汽車(chē)時(shí)，他們不約而同地只用了一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機。就像我們認為一輛汽車(chē)不可能使用兩臺或更多臺發(fā)動(dòng)機一樣，估計當時(shí)的人們也不會(huì )想象出還會(huì )用兩個(gè)氣缸或更多氣缸的發(fā)動(dòng)機。然而現在不同了，先別說(shuō)發(fā)達國家，看看國內汽車(chē)廣告就會(huì )發(fā)現，不少廠(chǎng)家總拿發(fā)動(dòng)機的氣缸數目和排列形式來(lái)說(shuō)事，賣(mài)微型車(chē)的極力吹鼓他的車(chē)用的是四缸機而非三缸，用v6發(fā)動(dòng)機的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實(shí)起到了很大效果，不少車(chē)迷已認同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動(dòng)機是發(fā)動(dòng)機”等概念。國產(chǎn)車(chē)中已有近20種車(chē)裝配了v6或v8型發(fā)動(dòng)機。
單缸發(fā)動(dòng)機的曲軸每轉兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽(tīng)起來(lái)也不連續順暢，聽(tīng)一聽(tīng)小排量摩托車(chē)的聲音就知道了。zui為不能讓人接受的是它的運轉極不平穩，轉速波動(dòng)較大，而且單缸發(fā)動(dòng)機的外形也不適合裝在汽車(chē)上。為此，汽車(chē)上已見(jiàn)不到單缸發(fā)動(dòng)機上，兩缸機也不好找了，zui少是3缸發(fā)動(dòng)機。國內生產(chǎn)的華利面包車(chē)、老款夏利車(chē)、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機。
1升以下的微型車(chē)上多用3缸機，1升至2升的發(fā)動(dòng)機一般采用4缸或5缸機。2升以上的發(fā)動(dòng)機大多為6缸，4升以上的發(fā)動(dòng)機使用8缸的占絕大多數。
在相同排量的情況下，增加氣缸數可以提高發(fā)動(dòng)機的轉速，從而可以提高發(fā)動(dòng)機的輸出功率。另外，增加氣缸數可以使發(fā)動(dòng)機運轉更平穩，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩定。增加氣缸數可以使氣車(chē)更容易起動(dòng)，加速響應性更好。為了提高氣車(chē)的性能，必須增加氣缸數。因此，豪華轎車(chē)、跑車(chē)、賽車(chē)等高性能氣車(chē)的氣缸數都在6缸以上，zui多者已達到16缸。
但是，氣缸數的增加不能無(wú)限制。因為隨著(zhù)氣缸數的增加，發(fā)動(dòng)機的零部件數也成比例地增加，從而使發(fā)動(dòng)機結構復雜，降低發(fā)動(dòng)機的可靠性，增加發(fā)動(dòng)機重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發(fā)動(dòng)機的體積變大。因此，氣車(chē)發(fā)動(dòng)機的氣缸數都是根據發(fā)動(dòng)機的用途和性能要求，在權衡各種利弊之后做出的合適選擇。
7常見(jiàn)故障
問(wèn)題及原因
⒈汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠(chǎng)后都要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，使汽缸在住鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內應力*消除。如果時(shí)效時(shí)間短，那么加工好的汽缸在以后的運行中還會(huì )變形。
⒉汽缸在運行時(shí)受力的情況很復雜，除了受汽缸內外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
⒊汽缸的負荷增減過(guò)快，特別是快速的啟動(dòng)、停機和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機檢修時(shí)打開(kāi)保溫層過(guò)早等，在汽缸中和法蘭上產(chǎn)生很大的熱應力和熱變形。
⒋汽缸在機械加工的過(guò)程中或經(jīng)過(guò)補焊后產(chǎn)生了應力，但沒(méi)有對汽缸進(jìn)行回 FAIR處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應力，在運行中產(chǎn)生*的變形。
⒌在安裝或檢修的過(guò)程中，由于檢修工藝和檢修技術(shù)的原因，使內缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。
⒍使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過(guò)多或是型號不對；汽缸密封劑內若有堅硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì )使密封面難以緊密的結合。
⒎汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。汽缸結合面的嚴密性主要靠螺栓的緊力來(lái)實(shí)現的。機組的起?；蚴窃鰷p負荷時(shí)產(chǎn)生的熱應力和高溫會(huì )造成螺栓的應力松弛，如果應力不足，螺栓的預緊力就會(huì )逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長(cháng)時(shí)間的運行當中，在熱應力和汽缸膨脹力的作用下被拉長(cháng)，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會(huì )不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現象。
⒏汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時(shí)是從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固，這樣就會(huì )把變形zui大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉移，zui后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會(huì )集中于中部，汽缸結合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。
氣缸出現內、外泄漏，一般是因活塞桿安裝偏心，潤滑油供應不足，密封圈和密封環(huán)磨損或損壞，氣缸內有雜質(zhì)及活塞桿有傷痕等造成的。所以，當氣缸出現內、外泄漏時(shí)，應重新調整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；須經(jīng)常檢查油霧器工作是否可靠，以保證執行元件潤滑良好；當密封圈和密封環(huán)出現磨損或損環(huán)時(shí)，須及時(shí)更換；若氣缸內存在雜質(zhì)，應及時(shí)清除；活塞桿上有傷痕時(shí)，應換新。
氣缸的輸出力不足和動(dòng)作不平穩，一般是因活塞或活塞桿被卡住、潤滑不良、供氣量不足，或缸內有冷凝水和雜質(zhì)等原因造成的。對此，應調整活塞桿的中心；檢查油霧器的工作是否可靠；供氣管路是否被堵塞。當氣缸內存有冷凝水和雜質(zhì)時(shí)，應及時(shí)清除。
氣缸的緩沖效果不良，一般是因緩沖密封圈磨損或調節螺釘損壞所致。此時(shí)，應更換密封圈和調節螺釘。
氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩沖機構不起作用而造成的。對此，應調整活塞桿的中心位置；更換緩沖密封圈或調節螺釘。
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