1、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，結(jié)構(gòu)緊湊但不易調(diào)整空行程si （前者調(diào)節(jié)頂絲即可方便調(diào)節(jié) si 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(gè)

2、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，a孔排氣。由于蓄氣缸腔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，故只有待蓄氣缸壓力上升，有桿腔

3、壓力下降，直到下列力平衡方程成立時(shí)，活塞才開始移動。 dp -1.013x10 ）4 = -di）（p30-1.013 xlo ）+ f旳4 4 式中 d 中蓋噴氣口直徑（ m ）；p30 活塞開始移動瞬時(shí)蓄氣缸腔壓力（絕對壓力）（pa）; p20 活塞開始移動瞬時(shí)有桿腔壓力（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(shí)的密封摩擦力（n。若不計(jì)式（ 42.2-1 ）中 g和 f?0項(xiàng)，且令 d=d1. 二-（jp2d-1,013x10）8時(shí)，活塞才開始移動。這里的p20、p30 均為絕對壓

4、力。可見活塞開始移動瞬時(shí)，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(shí)，蓄氣缸腔壓力p30 可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力ps，同時(shí)，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 pa/ps 大于臨界壓力比0.528 ，所以活塞開始移動后，在最小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環(huán)形面）為聲速流動，使無桿腔壓力急劇增加，直至與蓄氣缸腔壓力平衡。該平衡壓力略低于氣源壓力。以上可以稱為沖擊段的第 i 區(qū)段。第 i 區(qū)段的作用時(shí)間極短（只有幾毫秒）。在第i 區(qū)段，有桿腔

5、壓力變化很小，故第i區(qū)段末，無桿腔壓力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，則當(dāng)差力作用下，獲得很高的運(yùn)動加速度，使活塞高速運(yùn)動，即進(jìn)行沖擊。在此過程b 口仍在進(jìn)氣，蓄氣缸腔至無桿腔已連通且壓力相等，可認(rèn)為蓄氣 - 無桿腔為略帶充氣的絕熱膨脹過程。同時(shí)有桿腔排氣孔 a通流面積有限，活塞高速沖擊勢必造成有桿腔氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會迅速升高（可能高于氣源壓力）這必將引起活塞減速，直至下降到速度為0。以上可稱為沖擊段的第h區(qū)段。可認(rèn)為第h區(qū)段的有桿腔為邊排氣的絕熱壓縮過程。整個(gè)沖擊段時(shí)間很短，約幾十毫秒。見圖42.2- 11

6、c。圖 42.2-11 普通型沖擊氣缸的工作原理1 蓄氣缸；2中蓋； 3排氣孔； 4噴氣口；5活塞第四階段：彈跳段。在沖擊段之后，從能量觀點(diǎn)來說，蓄氣缸腔壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動能，而活塞的部分動能又轉(zhuǎn)化成有桿腔的壓力能，結(jié)果造成有桿腔壓力比蓄氣- 無桿腔壓力還高，即形成“氣墊”，使活塞產(chǎn)生反向運(yùn)動，結(jié)果又會使蓄氣- 無桿腔壓力增加，且又大于有桿腔壓力。如此便出現(xiàn)活塞在缸體來回往復(fù)運(yùn)動一即彈跳。直至活塞兩側(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，活塞便下行至終點(diǎn)。第五階段：耗能段。活塞下行至終點(diǎn)后，如換向閥不及時(shí)復(fù)位，則蓄氣- 無桿腔會繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再復(fù)位時(shí)，充

7、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）。對徑 d=90mm 勺氣缸，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。對沖擊段的分析可以看岀，很大的運(yùn)動加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動速度，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)動速度必達(dá)最大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)最大值。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，一般就借助行程開關(guān)發(fā)岀信號使換向閥復(fù)位換向

8、，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。2）快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見，其一部分能量（有時(shí)是較大部分能量）被消耗于克服背壓（即p2）做功，因而沖擊能沒有充分利用。假如沖擊一開始，就讓有桿腔氣體全排空，即使有桿腔壓力降至大氣壓力，則沖擊過程中，可節(jié)省大量的能量，而使沖擊氣缸發(fā)揮更大的作用，輸岀更大的沖擊能。這種在沖擊過程中，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

9、型沖擊氣缸的氣控回路見圖42.2-13b 。接通氣源，通過閥f1 同時(shí)向 k1、k3充氣， k2通大氣。閥 f1 輸岀口 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，壓縮空氣先經(jīng)k1使快排活塞 3 推到上邊，由快排活塞3 與密封膠墊 2 一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，蓄氣一無桿腔氣體經(jīng)k4孔通過閥 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推桿6，切換閥 f3, 發(fā)出信號控制閥 f2 使之切換，這樣氣源便經(jīng)閥f2和 k4孔向蓄氣腔充氣，一直充至氣源壓力。檸甘刑芒于検向抵齊廠 - 悝劇懈赴干逓鯉t査42.2- 1

10、2 沖擊氣缸特性曲線圖 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氣阻； 8氣容沖擊工作開始時(shí)，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(gè)圓孔（ 8 個(gè)），再經(jīng)過快排缸體4 上的多個(gè)方孔 t（ 10 余個(gè)）及 k3 直接排至大氣中。因?yàn)樯鲜龆鄠€(gè)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(shí)間降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時(shí)，活塞便開始下移。錘頭上壓塊便離開行

11、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(shí)復(fù)位，這就保證了蓄氣缸腔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， f2 同時(shí)復(fù)位的話，蓄氣缸腔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， f2 的復(fù)位動作需延時(shí)幾十毫秒。因所需延時(shí)時(shí)間不長，沖擊缸沖擊時(shí)間又很短，往往不用氣阻、氣容也可以，只要閥f2 的換向時(shí)間比沖擊時(shí)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

12、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，由于缸體的限制， t 字頭只能在凹形孔沿缸軸向運(yùn)動，而兩者不能脫開，若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體， t 字頭在凹形孔中左右可移動的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(shí)，相應(yīng)的活塞就會向右移動，每個(gè)活塞的向右移

13、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(gè)活塞行程量的總和。這里 b 孔始終與低壓氣源相通（ 0.05? 0.1mps ）, 當(dāng) a1? ai 孔排氣時(shí)，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(gè)活塞，則各活塞的行程分別取a 1=5mma 2=10mm a 3=20mm 如s=31.5mm 可用 6 個(gè)活塞，則a 1、a 2、a 3a6分別設(shè)計(jì)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 圍得到 0.5mm 整數(shù)倍的任意輸出位移

14、量。而這里的a 1、a 2、a 3ai可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)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(gè)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

15、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)字氣缸圖 42.2-15 回轉(zhuǎn)氣缸a）原理圖 ; 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螺栓活塞； 2缸體； 3活塞桿b）結(jié)構(gòu)圖圖 42.2-18 鋼索式氣缸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

16、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(shí)，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，輸岀力較小，載荷率較低，可實(shí)現(xiàn)雙作用。42.2- 仃滾子撓性氣缸( 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(gè)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smc,festo norgr