氣缸的工作原理

圖42.2-9是又一種浮動聯(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的大小）。

1.2.4特殊氣缸

（1）沖擊氣缸

圖42.2-9浮動聯(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)動的能量，利用此動能去做功。

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程可簡述為如下五個階段（見圖42.2-11）：

第一階段：復(fù)位段。見圖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：儲能段。見圖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，活塞才開始移動。式中d——中蓋噴氣口直徑（m）；

p30——活塞開始移動瞬時蓄氣缸腔內(nèi)壓力（絕對壓力）（Pa）；

p20——活塞開始移動瞬時有桿腔內(nèi)壓力（絕對壓力）（Pa）；

G——運(yùn)動部件（活塞、活塞桿及錘頭號模具等）所受的重力（N）；

D——活塞直徑（m）；

d1——活塞桿直徑（m）；

F?0——活塞開始移動瞬時的密封摩擦力（N）。

若不計式（42.2-1）中G和F?0項，且令d=d1，，則當(dāng)

時，活塞才開始移動。這里的p20、p30均為絕對壓力。可見活塞開始移動瞬時，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。活塞開始移動瞬時，蓄氣缸腔內(nèi)壓力p30可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力ps，同時，容積很小的無桿腔（包括環(huán)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

圖42.2-13快排型沖擊氣缸結(jié)構(gòu)及控制回路

a）結(jié)構(gòu)圖；b）控制回路

1—快排導(dǎo)向蓋；2—密封膠墊；3—快排活塞；4—快排缸體；5—中蓋

T—方孔；C—環(huán)形空間；6—推桿；7—?dú)庾瑁?—?dú)馊?/p>

沖擊工作開始時，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快排導(dǎo)向蓋1上的多個圓孔（8個），再經(jīng)過快排缸體4上的多個方孔T（10余個）及K3直接排至大氣中。因為上述多個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間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時，活塞便開始下移。錘頭上壓塊便離開行程閥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卻延時復(fù)位，這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來完成使活塞迅速向下沖擊的工作。否則，若F3復(fù)位，F(xiàn)2同時復(fù)位的話，蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會在錘頭沒有運(yùn)動到行程終點(diǎn)之前已經(jīng)通過K4孔和閥F2排氣了，所以當(dāng)錘頭開始沖擊后，F(xiàn)2的復(fù)位動作需延時幾十毫秒。因所需延時時間不長，沖擊缸沖擊時間又很短，往往不用氣阻、氣容也可以，只要閥F2的換向時間比沖擊時間長就可以了。

在活塞向下沖擊的過程中，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3～4倍。

（2）數(shù)字氣缸

如圖42.2-14所示，它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成。活塞的右端有T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，而兩者不能脫開，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的范圍就是此活塞的行程量。不同的進(jìn)氣孔A1～Ai（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（0.4～0.8MPa）時，相應(yīng)的活塞就會向右移動，每個活塞的向右移動都可推動活塞桿3向右移動，因此，活塞桿3每次向右移動的總距離等于各個活塞行程量的總和。這里B孔始終與低壓氣源相通（0.05～0.1MPa），當(dāng)A1～Ai孔排氣時，在低壓氣的作用下，活塞會自動退回原位。各活塞的行程大小，可根據(jù)需要的總行程s按幾何級數(shù)由小到大排列選取。設(shè)s=35mm，采用3個活塞，則各活塞的行程分別取α1=5mm；α2=10mm；α3=20mm。如s=31.5mm，可用6個活塞，則α1、α2、α3……α6分別設(shè)計為0.5、1、2、4、8、16mm，由這些數(shù)值組合起來，就可在0.5～31.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的α1、α2、α3……αi可以根據(jù)需要設(shè)計成各種不同數(shù)列，就可以得到各種所需數(shù)值的行程量。

（3）回轉(zhuǎn)氣缸

如圖42.2-15a所示，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被其他動力（如車床主軸）攜帶回轉(zhuǎn)，活塞4及活塞桿1只能作往復(fù)直線運(yùn)動，導(dǎo)氣頭體9外接管路，固定不動。

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)氣頭芯因需相對轉(zhuǎn)動，裝有滾動軸承，并以研配間隙密封，應(yīng)設(shè)油杯潤滑以減少摩擦，避免燒損或卡死。

回轉(zhuǎn)氣缸主要用于機(jī)床夾具和線材卷曲等裝置上。

（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。圖42.2-14

數(shù)字氣缸

1—活塞；2—缸體；3—活塞桿

圖42.2-15回轉(zhuǎn)氣缸

a）原理圖；b）結(jié)構(gòu)圖

1—活塞桿；2、5—密封圈；3—缸體；4—活塞；6—缸蓋；7、8—軸承

9—導(dǎo)氣頭體；10—導(dǎo)氣頭芯；11—中蓋；12—螺栓

圖42.2-16

普通撓性氣缸

第二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸見圖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，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，滾子夾帶動載荷運(yùn)動。可稱為撓性筒滾子氣缸。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。

圖42.2-17

滾子撓性氣缸

（5）鋼索式氣缸

鋼索式氣缸見圖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。活塞與鋼絲繩連在一起，活塞在壓縮空氣推動下往復(fù)運(yùn)動，鋼絲繩帶動載荷運(yùn)動，安裝兩個滑輪，可使活塞與載荷的運(yùn)動方向相反。

這種氣缸的特點(diǎn)是可制成行程很長的氣缸，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。

圖42.2-18

鋼索式氣缸

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