任务7.1.2　气缸、气动马达的选用和维修

一、气缸的组成

气缸由缸筒、前后端盖、带密封(双侧均有)的活塞、活塞杆、轴承衬、刮擦环、连接件以及密封圈组成,如图7-15所示。

图7-15　气缸的结构图、实物图及图形符号

(a)结构图;(b)实物图;(c)图形符号
1—缸筒;2—后端盖;3—前端盖;4—活塞杆;5—密封圈;6—轴承衬;7—刮擦环

缸筒1通常由冷拔无缝钢管制成。为提高密封元件的寿命,缸筒的内承载面制造精度要求较高。特殊应用中,缸筒可以用铝、铜或有硬铬合金内承载面的铁管制成,这种特殊设计用于运动方式不常见或有腐蚀性的场合中。后端盖2和前端盖3多数情况下用铸造材料(铝或可锻铸铁)制造。两个端盖可以用连杆、螺栓或法兰和缸筒相连。活塞杆4更适宜用热处理钢制造。钢铁中加入一定百分比的铬可以防止生锈。通常活塞杆上的螺纹为滚压而成,以降低断裂的危险。密封圈5安装在前端盖上,以密封活塞杆。轴承衬6为活塞杆起导向作用,可以用烧结铜或有塑料涂层的金属制成。轴承衬前面是刮擦环7,它可以防止灰尘颗粒或污物进入气缸。

二、气缸的工作原理

以双作用气缸为例,其工作原理如图7-16所示。当按钮按下时,压缩空气的压力作用于活塞上,双作用气缸的活塞杆伸出;当按钮松开后,活塞杆回到初始位置,完成一个往复运动,双作用气缸的出程和回程均可以做功。

图7-16　双作用气缸的工作原理

三、气缸的分类及图形符号

气缸按基本功能分类,如图7-17所示。

按基本结构不同,气缸可分为活塞式、膜片式等,具体分类如图7-18所示。

图7-17　气缸按基本功能分类

图7-18　气缸按基本结构分类

四、其他气缸的种类及缓冲装置

1.大多数气缸的工作原理

大多数气缸与液压缸相同,以下介绍几种具有特殊用途的气缸。

1)冲击气缸

气缸的输出压力是有限的。可以输出高动能的气缸称为冲击气缸,这种高动能是通过提高气缸活塞杆的运动速度得到的,冲击气缸速度可达7.5～10m/s。然而如果行程过长,气缸速度会骤降,因此冲击气缸不适用于长行程。

如图7-19所示,阀换向使气室A内压力增高,作用在活塞的C截面上。如果气缸朝Z方向运动,在气缸刚移动后,压缩空气会立刻作用在整个活塞表面上,气缸杆会迅速加速。

图7-19　冲击气缸的结构

图7-20　摆动气缸

2)摆动气缸

图7-20所示为摆动气缸,它通过驱动叶片将力传送给驱动轴,其转角从0°～180°任意可调,输出力矩小于10N·m。摆动气缸的结构特点:体积小、输出大;可以使用非接触式传感器;摆动角度可调;安装方便。

摆动气缸可以将压缩空气的压力能转变成气缸输出轴的有限角度的回转机械能,用在夹具的回转、阀门的开启等场合。

3)磁耦合气缸

图7-21所示为磁耦合气缸的结构及图形符号,这种双作用直线型气缸(无杆缸)由圆柱形缸筒、活塞和两个滑轨组成。气缸内的活塞在压缩空气作用下可以自由移动,但实际上并没有和气缸外部相连。气缸和外部滑块是通过一组环形永磁铁相连的。因此,外部滑块和活塞间产生了磁耦合。压缩空气驱动活塞时,滑块同时随之移动,由于没有机械连接,缸筒与外界是完全密封隔绝的,因此不存在渗漏问题。

图7-21　磁耦合气缸的结构及图形符号

(a)结构;(b)图形符号

2.气缸的缓冲装置

为缓解气缸动作过程中活塞与前后端盖的碰撞而设计的内部缓冲结构,分两种:弹性缓冲(P)和可调气缓冲(PPV)。气缸的缓冲装置通常由缓冲密封、缓冲密封垫和缓冲针阀等组成,如图7-22所示。

图7-22　气缸的缓冲装置

当活塞向右运动时,使活塞右侧形成一个封闭的气室,称为缓冲室。此缓冲室内的气体只能通过缓冲针阀排出。当缓冲针阀开度很小时,缓冲室向外排气很少,使室内压力较快上升。此压力对活塞产生反作用力,从而活塞减速直至停止,避免活塞对端盖的撞击,达到缓冲的目的。

五、标准气缸简介

标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的气缸,这种气缸从结构到参数都已标准化、系列化。

1.标准气缸的主要参数

标准气缸的主要参数是缸径D和行程L。在一定的气源压力下,缸径D标记气缸活塞杆的理论输出力,行程L标记气缸的作用范围。

2.标准气缸的标记和系列

标准气缸使用的标记符号“QG”表示气缸,符号“A、B、C、D、H”表示5种系列。具体标记方法是:

5种标准化气缸系列为:

(1)QGA——无缓冲普通气缸;

(2)QCB——细杆(标准杆)缓冲气缸;

(3)QGC——粗杆缓冲气缸;

(4)QGD——气-液阻尼气缸;

(5)QGH——回转气缸。

例如,气缸标记为QGA100×125,表示缸径为100mm,行程为125mm的无缓冲普通气缸。

标准化气缸系列有11种规格:

缸径D/mm:40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400;

行程L/mm:无缓冲气缸:L=(0.5～2)D;有缓冲气缸L=(1～10)D。