标题：SMC气缸
SMC气缸
SMC气缸引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。英文名：cylinder  1
SMC气缸种类
气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类（见图）。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸 4种。
①单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。
②双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。
③膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。
④冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(10～20米/秒)运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于 280°。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。
SMC气缸作用
将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。
SMC气缸分类
直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。
SMC气缸结构
气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，其内部结构如图所示： 　 SMC气缸原理图
1）缸筒 　缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。 　SMC CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。 　2）端盖 　端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。
产品系列
SMC 气缸所设缓冲装置种类很多，上述只是其中之一，当然也可以在气动回路上采取措施，达到缓冲目的。 组合组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气-液阻尼缸、气-液增压缸等。众所周知，通常气缸采用的工作介质是压缩空气，其特点是动作快，但速度不易控制，当载荷变化较大时，容易产生“爬行”或“自走”现象；而液压缸采用的工作介质是通常认为不可压缩的液压油，其特点是动作不如气缸快，但速度易于控制，当载荷变化较大时，采用措施得当，一般不会产生“爬行”和“自走”现象。把气缸与液压缸巧妙组合起来，取长补短，即成为气动系统中普遍采用的气-液阻尼缸。气-液阻尼缸工作原理见图42.2-5。实际是气缸与液压缸串联而成，两活塞固定在同一活塞杆上。液压缸不用泵供油，只要充满油即可，其进出口间装有液压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时，气缸克服载荷带动液压缸活塞向左运动（气缸左端排气），此时液压缸左端排油，单向阀关闭，油只能通过节流阀流入液压缸右腔及油杯内，这时若将节流阀阀口开大，则液压缸左腔排油通畅，两活塞运动速度就快，反之，若将节流阀阀口关小，液压缸左腔排油受阻，两活塞运动速度会减慢。这样，调节节流阀开口大小，就能控制活塞的运动速度。可以看出，气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力（推力或拉力）与液压缸中油的阻尼力之差。
CE2 行程可读出气缸（带制动型）
CEP1 高精度行程可读出气缸
CG1/CG1W… 气缸
CJ2/CJ2W… 气缸
CJ2X/CUX/CQSX… 低速气缸
CJP/CJPB/CJPS 针型气缸
CLQ/CLQ 薄型锁紧气缸
CLS/CLS 带锁气缸
CNA/CNAW 带锁气缸
CNG 带锁气缸
CNS/CNS 带锁气缸
CQM 薄型气缸
CQM/CQM 薄型气缸
CRA1 摆动气缸
CRB1 摆动气缸
CRB2 摆动气缸
CRBU2 自由安装型摆动气缸
CRJ 微型摆动气缸
CRQ2 薄型摆动气缸
CS1/CS1W/CS1 * Q 气缸
SMC工作原理
根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。 　气缸 　下面是气缸理论出力的计算公式： 　F：气缸理论输出力(kgf) 　F′：效率为85%时的输出力(kgf)－－(F′=F×85%） 　D：气缸缸径(mm) 　P：工作压力(kgf/cm2) 　例：直径340mm的气缸，工作压力为3kgf/cm2时，其理论输出力为多少?芽输出力是多少? 　将P、D连接，找出F、F′上的点，得： 　F=2800kgf；F′=2300kgf 　在工程设计时选择气缸缸径，可根据其使用压力和理论推力或拉力的大小，从经验表1－1中查出。 　例：有一气缸其使用压力为5kgf/cm2，在气缸推出时其推力为132kgf，(气缸效率为85%)问：该选择多大的气缸缸径? 　●由气缸的推力132kgf和气缸的效率85%，可计算出气缸的理论推力为F=F′/85%=155(kgf) 　●由使用压力5kgf/cm2和气缸的理论推力，查出选择缸径为?63的气缸便可满足使用要求。
SMC公司介绍
  SMC(中国)有限公司从日本引进了世界最先进的自动化生产技术、设备。全套设备主要包括：全自动精密压铸生产线、压力成形生产线、数控精密专用加工生产线、表面处理涂装生产线、自动-半自动组装检测生产线等世界一流的生产线。SMC（中国）有限公司生产的（日本制式、美国制式、欧洲制式）五大系列气缸和新型号的气动三联件已经远销全球20多个国家与地区。
SMC气动元件超过11000种基本系列，610000余种不同规格，主要包括气动洁净设备、电磁阀、各种气动压力、流量、方向控制阀、各种形式的气缸、摆缸、真空设备、气动仪表元件及设备，以及其他各种传感器与工业自动化元器件等。
建设发展
SMC总公司于1994年9月开始在北京投资建厂，当时投资总额为20亿日元，建立了占地面积为20000m2的第一工厂。在北京经济技术开发区，SMC的第一工厂尚未竣工时，就开始了第二工厂的建设。二厂的占地面积为60000m2，相当于一厂的3倍。几年来，SMC（中国）公司似乎是与自己赛跑的人，不断追加投资，投资总额已达120亿日元，注册资金达100亿日元。SMC的策略很简单：建好一座厂房，引进先进设备，培训一批人才，巩固一流业绩。SMC下一步建设的第三工厂的厂址选在北京天竺出口加工区，占地面积更达到180000m2，相当于整个出口加工区面积的45%。为了加强对客户的技术支持和售后服务，SMC（中国）公司设立的营业所已经遍及上海、南京、无锡、天津、哈尔滨、西安等13个大城市。第一，全球化战略投资SMC在北京建立的大型现代化企业是面向全球的气动元件生产、出口基地。也就是说，SMC在中国的投资是出于全球战略布局的重要选择，而不是出于区域性投资的考虑。第二，空降精锐部队SMC（中国）公司从日本引进了当今世界同行业最精锐的自动化生产设备。全套设备主要包括：全自动精密压铸设备、精密数控加工机床、程控阳极氧化处理生产线、自动化喷漆涂装线、冷压成形机、组装生产线、自动检测机，形成了精密铸造――精密加工――表面处理――组装――出厂检验，完整的气动元件现代化生产工艺流程。第三，统一的质量标准SMC的质量标准是全球的，SMC（中国）公司是中国气动行业中第一家率先通过ISO14001环境管理体系认证的企业。曾经有人对赵彤说，如果将SMC产品的质量降低一半、价格也降低一半，其产品可能在中国更有市场。赵彤则将产品分为四类，即高质高价、高质低价、低质高价、低质低价，第三种无疑会被淘汰，第四种的市场空间留给其他竞争对手，高质低价是企业、用户永远追求的目标。SMC绝不会只为眼前的利益，放弃对高质量产品的追求，即进行产品开发时不将中国客户与世界上的其他客户区别对待，而是始终采取高质量的市场策略，耐心地等待中国市场的成熟，培育市场的成熟。第四，精益求精的气动产品大全SMC对客户永远不说No，尽力满足客户的各种特殊需求。“精益求精的气动技术，应有尽有的气动元件”是赵彤亲自定下的基调，也是SMC对客户的承诺。SMC（中国）公司正在生产的5大系列气缸（日本制式、美国制式、欧洲制式）和全系列的气动三联件FRL产品均为2000年末、21世纪初最新设计的产品，具有国际一流水平。第五，彻底的本地化管理SMC通过派中国年轻的大学毕业生到日本去学习研究，通过在建厂初始阶段请大批的日本工程技术人员到中国工厂进行技术指导，使中国的年轻人能够迅速掌握完整的现代化生产加工工艺。SMC（中国）公司在建厂初期，有60余名日本人进行技术指导。经过几年的努力，公司的生产管理、设备管理、人员管理、资金管理、预决算管理、SMC全球连接核算等管理、技术均由中方人员独立承担，公司仅有5名日本人。在采访中，记者留下了如此深刻的印象：SMC（中国）公司是跨国外商独资企业本地化的典范。第六，在世界广泛合作SMC于1967年在澳大利亚迈开了打入国际市场第一步。如今，在39个国家，设立了230个营业所。随着SMC国际行销网络的扩展，SMC在世界市场的占有率已经超过20%。2010年SMC 与北美最大的工业零配件经销商之一，BDI公司，达成战略合作协议。BDI在全球11个国家有130多家分公司（中国的独资子公司是：必迪艾（天津）轴承有限公司），强强联合，扩大世界市场份额。
SMC（中国）有限公司大事
1993年6月——在清华大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学建立了气动技术中心
1994年9月——SMC(中国)有限公司注册成立
1995年3月——SMC(中国)有限公司营业部成立
1995年6月——第一工厂1号栋厂房奠基
1996年6月——第一工厂1号栋厂房竣工、CYL生产设备搬入
1996年7月——第一支气缸MBB80-100诞生
1996年9月——第一批气缸出口日本
1997年1月——第二工厂建立，第一工厂2号栋厂房，第二工厂1、2号栋厂房竣工
1997年8月——SMC北京职工宿舍竣工
1997年9月——SMC北京工厂开业典礼
1999年8月——第一批气缸出口美国
1999年9月——通过ISO9002质量体系认证
1999年10月——第二工厂3号栋厂房竣工、FRL生产设备搬入
1999年12月——第一批气缸出口欧洲
2000年4月——第一个FRL产品AR10-M5诞生
2000年8月——第一批FRL产品出口日本
2000年8月——第二工厂4、5号栋厂房奠基开工
2000年8月——第三工厂18万平米土地购入
2000年10月——建立南京理工大学气动技术中心
2001年6月——第二工厂4、5号栋厂房竣工
2001年10月——第三工厂1、2号栋厂房奠基
2001年11——通过ISO14001环境管理体系认证
2002年1月——通过ISO9001(2000版)质量管理体系认证
2002年3月——被评为北京工业外商投资企业100强
2002年3月——被评为2001年度工业系统出口500强
2002年6月——上海分公司成立
2002年6月——上海浦东温控器技术支持中心成立
2002年10月——SMC上海交通大学气动技术中心成立
2003年2月——获北京市人民政府颁发的2001-2002年度北京国际经贸外商合作奖
2003年4月——被评为首都精神文明单位
2003年6月——被评为北京经济技术开发区5大出口企业和5大实际投资外商企业
2003年8月——被评为北京市防治非典型肺炎先进单位
2004年5月——上海分公司土地签字仪式举行
2004年7月——在2003年度中国机械500强企业名单，SMC（中国）有限公司作为气动行业唯一代表榜上有名（333位）
2004年9月——SMC（中国）有限公司研发中心奠基典礼
2004年9月——根据《日本经济新闻》2004年9月21日发布的结果，SMC在2004年度评选选出的日本最佳企业300强中名列第32位
2005年——北京第四工厂奠基，“SMC中国”被评为“2005年度中国机械500强企业”
2006年——SMC中国”被评为“2006年度中国机械500强企业”
2007年——SMC中国”被评为“2007年度中国机械500强企业”
2008年——SMC中国”被评为“2008年度中国机械500强企业”。“SMC Corporation”被评为“2008年度世界机械500强企业（跃居409名）”
SMC气动执行元件
气动执行元件和控制元件气动执行元件是一种能量转换装置, 它是将压缩空气的压力能转化为机械能, 驱动机构 实现直线往复运动,摆动,旋转运动或冲击动作.气动执行元件分为气缸和气马达两大类. 气缸用于提供直线往复运动或摆动, 输出力和直线速度或摆动角位移. 气马达用于提供连续 回转运动,输出转矩和转速. 气动控制元件用来调节压缩空气的压力流量和方向等, 以保证执行机构按规定的程序正 常进行工作.气动控制元件按功能可分为压力控制阀,流量控制阀和方向控制阀. 第一节 气缸 一,气缸的工作原理,分类及安装形式 气缸的工作原理, 1 2 14 3 4 5 6 13 12 11 10 9 8 7 1.气缸的典型结构和工作原理 图 13-1 普通双作用气缸 1,3-缓冲柱塞 2-活塞 4-缸筒 5-导向套 6-防尘圈 7-前端盖 8-气口 9- 传感器 10-活塞杆 11-耐磨环 12-密封圈 13-后端盖 14-缓冲节流阀 以气动系统中最常使用的单活塞杆双作用气缸为例来说明,气缸典型结构如图 13-1 所示.它由缸筒,活塞,活塞杆,前端盖,后端盖及密封件等组成.双作用气缸内部被活塞 分成两个腔.有活塞杆腔称为有杆腔,无活塞杆腔称为无杆腔. 当从无杆腔输入压缩空气时, 有杆腔排气, 气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力 克服阻力负载推动活塞运动, 使活塞杆伸出; 当有杆腔进气, 无杆腔排气时, 使活塞杆缩回. 若有杆腔和无杆腔交替进气和排气,活塞实现往复直线运动. 2.气缸的分类 气缸的种类很多,一般按气缸的结构特征,功能,驱动方式或安装方法等进行分类.分 类的方法也不同.按结构特征,气缸主要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种.按运动形式分 为直线运动气缸和摆动气缸两类. 3.气缸的安装形式 气缸的安装形式可分为 1)固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动,有脚座式和法兰式. 2)轴销式气缸 缸体围绕固定轴可作一定角度的摆动,有 U 形钩式和耳轴式. 3)回转式气缸 缸体固定在机床主轴上,可随机床主轴作高速旋转运动.这种气缸常 用于机床上气动卡盘中,以实现工件的自动装卡. 4)嵌入式气缸 气缸缸筒直接制作在夹具体内. 二,常用气缸的结构原理 1.普通气缸 包括单作用式和双作用式气缸.常用于无特殊要求的场合. 图 13-2 为最常用的单杆双作用普通气缸的基本结构,气缸一般由缸筒,前后缸盖,活 塞,活塞杆,密封件和紧固件等零件组成. 缸筒 7 与前后缸盖固定连接.有活塞杆侧的缸盖 5 为前缸盖,缸底侧的缸盖 14 为后缸 盖.在缸盖上开有进排气通口,有的还设有气缓冲机构.前缸盖上,设有密封圈,防尘圈 3, 同时还设有导向套 4,以提高气缸的导向精度.活塞杆 6 与活塞 9 紧固相连.活塞上除有密 封圈 10,11 防止活塞左右两腔相互漏气外,还有耐磨环 12 以提高气缸的导向性;带磁性开 关的气缸,活塞上装有磁环.活塞两侧常装有橡胶垫作为缓冲垫 8.如果是气缓冲,则活塞 两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞,同时缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套,当气缸运动到端头时, 图 13-2 普通双作用气缸 1,13-弹簧挡圈 2-防尘圈压板 3-防尘圈 4-导向套 5-杆侧端盖 6-活塞杆 7-缸筒 8-缓冲垫 9-活塞 10-活塞密封圈 11-密封圈 12-耐磨环 14-无杆 侧端盖 缓冲柱塞进入缓冲套,气缸排气需经缓冲节流阀,排气阻力增加,产生排气背压,形成缓冲 气垫,起到缓冲作用. 2.特殊气缸 图 13-3 1-缸体 薄膜气缸 4-活塞杆 2-膜片 3-膜盘 为了满足不同的工作需要,在普通气缸的基础上,通过改变或增加气缸的部分结构,设 计开发出多种特殊气缸. (1) 薄膜式气缸 图 13-3 为膜片气缸的工作原理图. 膜片有平膜片和盘形膜片两种 一 般用夹织物橡胶,钢片或磷青铜片制成,厚度为 5～6mm (有用 1～2mm 厚膜片的) . 图 13-3 所示的膜片气缸的功能类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸, 工作时, 膜片在 压缩空气作用下推动活塞杆运动.它的优点是:结构简单,紧凑,体积小,重量轻,密封性 好,不易漏气,加工简单,成本低,无磨损件,维修方便等,适用于行程短的场合.缺点是 行程短,一般不趁过 50mm.平膜片的行程更短,约为其直径的 1/10. (2) 磁性开关气缸 磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环, 在缸筒上直接安装 磁性开关,磁性开关用来检测气缸行程的位置,控制气缸往复运动.因此,就不需要在缸筒 上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置,也不需要在活塞杆上设置挡块. 其工作原理如图 13-4 所示. 它是在气缸活塞上安装永久磁环, 在缸筒外壳上装有舌簧 开关.开关内装有舌簧片,保护电路和动作指示灯等,均用树脂塑封在一个盒子内.当装有 永久磁铁的活塞运动到舌簧片附近,磁力线通过舌簧片使其磁化,两个簧片被吸引接触,则 开关接通.当永久磁铁返回离开时,磁场减弱,两簧片弹开,则开关断开.由于开关的接通 或断开,使电磁阀换向,从而实现气缸的往复运动. 图 13-4 磁性开关气缸 1-动作指示灯 2-保护电路 3-开关外壳 4-导线 5-活塞 6-磁环 7-缸筒 8-舌簧开关 气缸磁性开关与其它开关的比较见表 3-1. 表 3-错误!未定义书签. 气缸磁性开关与其它开关的比较 <![endif]> 开关形式 控制原理 成本 调整安装复杂性 (3)带阀气缸 带阀气缸是由气缸, 磁性开关 磁场变化 低 方便,不占位置 换向阀和速度控制 阀等组成的一种组 低 麻烦,占位置 合式气动执行元件. 行程开关 机械触点 它省去了连接管道 接近开关 阻抗变化 高 麻烦,占位置 和管接头, 减少了能 量损耗, 具有结构紧 凑,安装方便等优 点. 带阀气缸的阀有 光电开关 光的变化 高 麻烦,占位置 电控,气控,机控和 手控等各种控制方 式.阀的安装形式有安装在气缸尾部,上部等几种.如图 13-5 所示,电磁换向阀安装在气 缸的上部,当有电信号时,则电磁阀被切换,输出气压可直接控制气缸动作. 图 13-5 带阀组合气缸 1-管接头 2-气缸 3-气管 4-电磁换向阀 5-换向阀底板 6-单向节流阀组合 件 7-密封圈. (4) 带导杆气缸 图 13-6 为带导杆气缸, 在缸筒两侧配导向用的滑动轴承 (轴 瓦式或滚珠式),因此导向精度高,承受横向载荷能力强. <![endif]> <![endif]> <![endif]> 13-6 典型带导杆气缸的结构 13-6 典型带导杆气缸的结构 (5)无杆气缸 无杆气缸是指利用活塞直接或间 接方式连接外界执行机构,并使其跟随活塞实现往复运动的气缸.这种气缸的最 大优点是节省安装空间. 1)磁性无杆气缸 活塞通过磁力带动缸体外部的移动体做同步移动,其结构如 图 13-7 所示.它的工作原理是:在活塞上安装一组高强磁性的永久磁环,磁力 线通过薄壁缸筒与套在外面的另一组磁环作用,由于两组磁环磁性相反,具有很 强的吸力.当活塞在缸筒内被气压推动时,则在磁力作用下,带动缸筒外的磁环 套一起移动.气缸活塞的推力必须与磁环的吸力相适应. 图 13-7 磁性无杆气缸 1-套筒 2-外磁环 3-外磁导板 4-内磁环 5-内磁导板 6-压盖 7-卡环 8 -活塞 9-活塞轴 10-缓冲柱塞 11-气缸筒 12-端盖 13-进,排气口 2)机械接触式无杆气缸 称机械接触式无杆气缸,其结构如 13-8 所示.在气 缸缸管轴向开有一条槽,活塞与滑块在槽上部移动. 为了防止泄漏及防尘需要, 在开口部采用聚氨脂密封带和防尘不锈钢带固定在两 端缸盖上,活塞架穿过槽,把活塞与滑块连成一体.活塞与滑块连接在一起,带 动固定在滑块上的执行机构实现往复运动.这种气缸的特点是:1) 与普通气缸 相比,在同样行程下可缩小 1/2 安装位置;2) 不需设置防转机构;3) 适用于缸 径 10～80mm,最大行程在缸径≥40mm 时可达 7m;4) 速度高,标准型可达 0.1～ 0.5m/s;高速型可达到 0.3～3.0m/s.其缺点 图 13-8 机械接触式无杆气缸 是:1) 密封性能差,容易产生外 泄漏.在使 l-节流阀 2-缓冲柱塞 3-密封带 4-防尘不锈钢带 5-活塞 6-滑块 7-活塞架 用三位阀时必须选用中压式;2) 受负载力小,为了增加负载能力,必须增加导 向机构. 图 13-8 机械接触式无杆气缸 l-节流阀 2-缓冲柱塞 3-密封带 4-防尘不锈钢带 5-活塞 6-滑块 7-活塞 架 (6)锁紧气缸 带有锁紧装置的气缸称为锁紧气缸按锁紧位置分为行程末端锁 紧型和任意位置锁紧型. 1)行程末端锁紧型气缸 如图 13-9 所示,当活塞运动到行程末端,气压释放后,锁 定活塞 1 在弹簧力的作用下插入活塞杆的卡槽中,活塞杆被锁定.供气加压时,锁定活塞 1 缩回退出卡槽而开锁,活塞杆便可运动. 图 13-9 带端锁气缸的结构原理 a)手动解除非锁式 b)手动解除锁式. 1-锁定活塞 2-橡胶帽 3,12-帽 4-缓冲垫圈 5-锁用弹簧 6-密封件 7-导向套 8-螺钉 9-旋钮 10-弹簧 11-限位环 2) 任意位置锁紧型气缸 按锁紧方式可分为卡套锥面式, 弹簧式和偏心式等多种形式. 卡套锥面式锁紧装置由锥形制动活塞 6,制动瓦 1,制动臂 4 和制动弹簧 7 等构成,其结构 原理如图 13-10 所示.作用在锥状锁紧活塞上的弹簧力由于楔的作用而被放大,再由杠杆 原理得到放大. 这个放大的作用力作用在制动瓦 1 上, 把活塞杆锁紧. 要释放对活塞的锁紧, 向供气口 A′供应压缩空气,把锁紧弹簧力撤掉. 图 13-10 制动气缸制动装置工作原理 a)自由状态 b)锁紧状态 l-制动瓦 2-制动瓦座 3-转轴 4-制动臂 5-压轮 6-锥形制动活 塞 7-制动弹簧 (7)气动手爪 气动手爪这种执行元件是一种变型气缸.它可以用来抓取物体, 实现机械手各种动作.在自动化系统中,气动手 爪常应用在搬运,传送工件机构中抓取,拾放物体. 图 13-10 制动气缸制动装置工作原理 图 13-11 平行开合手指 a)自由状态 b)锁紧状态 l-制动瓦 2-制动瓦座 3-转轴 4-制动臂 5-压轮 6-锥形制动活塞 7-制动弹簧 图 13-11 平行开合手指 气动手爪有平行开合手指(如图 13-11 所示),肘节摆动开合手爪,有两爪, 三爪和四爪等类型, 其中两爪中有平开式和支点开闭式驱动方式有直线式和旋转 式. 气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的 曲柄连杆,滚轮或齿轮等机构,驱动各个手爪同步做开,闭运动. (8)气液阻尼缸 气缸以可压缩空气为工作介质,动作快,但速度稳定性差,当负载变 化较大时,容易产生"爬行"或"自走"现象.另外,压缩空气的压力较低,因而气缸的输 出力较小.为此,经常采用气缸和油缸相结合的方式,组成各种气液组合式执行元件,以达 到控制速度或增大输出力的目的. 气液阻尼缸是利用气缸驱动油缸,油缸除起阻尼作用 图 13-12 气液阻尼缸 外,还能增加气缸的刚性(因为油是不可压缩的) ,发挥了 液压传动稳定,传动速度较均匀的优点.常用于机床和切削 装置的进给驱动装置. 串联式气液阻尼缸的结构如图 13-12 所示.它采用一根活塞杆将两活塞串在一起,油 缸和气缸之间用隔板隔开, 防止气体串入油缸中. 当气缸左端进气时, 气缸将克服负载阻力, 带动油缸向右运动,调节节流阀开度就能改变阻尼缸活塞的运动速度 . 图 13-13 单叶片式摆动气缸 工作原理图 1-叶片 2-转子 3-定子 4-缸体 图 13-12 气液阻尼缸 (10)摆动气缸 摆动气缸 是一种在小于 360°角度范围内做往复摆动的气 缸,它是将压缩空气的压力能转换成机械能,输出 力矩使 机构实现往复摆动.摆动气缸按结构特点可分为叶片式和活塞式两种. 1) 叶片式摆动气缸 单叶片式摆动气缸的结构原理如图 13-13 所示. 它是由叶片轴转 子(即输出轴) ,定子,缸体和前后端盖等部分组成.定子和缸体固定在一起,叶片和转子 联在一起.在定子上有两条气路,当左路进气时,右路排气,压缩空气推动叶片带动转子顺 时针摆动.反之,作逆时针摆动. 叶片式摆动气缸体积小,重量最轻,但制造精度要求高,密封困难,泄漏是较大,而且 动密封接触面积大,密封件的摩擦阻力损失较大,输出效率较低,小于 80%.因此,在应用 上受到限制,一般只用在安装位置受到限制的场合,如夹具的回转,阀门开闭及工作台转位 等. 图 13-13 单叶片式摆动气缸工作原理图 1-叶片 2-转子 3-定子 4-缸体 2)活塞式摆动气缸 图 13-14 活塞式摆动气缸是将活塞的往复运动通过机构转变为输出 轴的摆动运动.按结构不同可分为齿轮齿条 式, 齿轮齿条式摆动气缸结构原理 螺杆式和曲柄式等几种. 1-齿条组件 2-弹簧柱销 3-滑块 4-端盖 5-缸体 6-轴承 7-轴 8-活塞 9-齿轮 图 13-14 齿轮齿条式摆动气缸结构原理 1-齿条组件 2-弹簧柱销 3-滑块 4-端盖 5-缸体 6-轴承 7-轴 8-活塞 9- 齿轮 齿轮齿条式摆动气缸是通过连接在活塞上的齿条使齿轮回转的一种摆动气缸, 其 结构原理如图 13-14 所示.活塞仅作往复直线运动, 摩擦损失少,齿轮传动的效率较高,此摆动气缸效率可达到 95%左右.
三,气缸的技术参数
1)气缸的输出力 气缸理论输出力的设计计算与液压缸类似,可参见液压缸的设计计 算.如双作用单活塞杆气缸推力计算如下: 理论推力(活塞杆伸出) Ft1=A1p (13-1) 理论拉力(活塞杆缩回) Ft2=A2p 式中 (13-2) Ft1,Ft2——气缸理论输出力(N) ; A1,A2——无杆腔,有杆腔活塞面积(m2) ; p — 气缸工作压力(Pa) . 实际中, 由于活塞等运动部件的惯性力以及密封等部分的摩擦力, 活塞杆的实际输出力 小于理论推力,称这个推力为气缸的实际输出力.
气缸的效率 η 是气缸的实际推力和理论推力的比值,即 F η= Ft (13-3) 所以 F = η ( A1 p ) (13-4) 气缸的效率取决于密封的种类,气缸内表面和活塞杆加工的状态及润滑状态.此外,气 缸的运动速度,排气腔压力,外载荷状况及管道状态等都会对效率产生一定的影响.
2) 负载率β 从对气缸运行特性的研究可知, 要精确确定气缸的实际输出力是困难的. 于是在研究气缸性能和确定气缸的出力时,常用到负载率的概念.气缸的负载率β定义为 β= 气缸的实际负载 F × 100 % 气缸的理论输出力 Ft (l3-5) 气缸的实际负载是由实际工况所决定的,若确定了气缸负载率 θ,则由定义就能确定气 缸的理论输出力,从而可以计算气缸的缸径. 对于阻性负载,如气缸用作气动夹具,负载不产生惯性力,一般选取负载率β为 0.8; 对于惯性负载,如气缸用来推送工件,负载将产生惯性力,负载率β的取值如下 β<0.65 当气缸低速运动,v <100 mm/s 时; β<0.5 当气缸中速运动,v=100～500 mm/s 时; β<0.35 当气缸高速运动,v >500 mm/s 时.
3)气缸耗气量 气缸的耗气量是活塞每分钟移动的容积,称这个容积为压缩空气耗气 量,一般情况下,气缸的耗气量是指自由空气耗气量. 4)气缸的特性 气缸的特性分为静态特性和动态特性.气缸的静态特性是指与缸的输 出力及耗气量密切相关的最低工作压力,最高工作压力,摩擦阻力等参数.气缸的动态特性 是指在气缸运动过程中气缸两腔内空气压力,温度,活塞速度,位移等参数随时间的变化情 况.它能真实地反映气缸的工作性能. 四,气缸的选型及计算 1.气缸的选型步骤 气缸的选型应根据工作要求和条件, 正确选择气缸的类型. 下面以单活塞杆双作用缸为 例介绍气缸的选型步骤. (1)气缸缸径.根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力,由此计算出气缸的缸径. (2)气缸的行程.气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关,但一般不选用满行程. (3)气缸的强度和稳定性计算 (4)气缸的安装形式.气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定.一般情况 下,采用固定式气缸.在需要随工作机构连续回转时(如车床,磨床等) ,应选用回转气缸. 在活塞杆除直线运动外,还需作圆弧摆动时,则选用轴销式气缸.有特殊要求时,应选用相 应的特种气缸. (5)气缸的缓冲装置.根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置. (6)磁性开关.当气动系统采用电气控制方式时,可选用带磁性开关的气缸. (7)其它要求.如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下,需在活塞杆伸出端安装防尘罩. 要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸. 2.气缸直径计算 气缸直径的设计计算需根据其负载大小,运行速度和系统工作压力来决定.首先,根据 气缸安装及驱动负载的实际工况,分析计算出气缸轴向实际负载 F,再由气缸平均运行速度 来选定气缸的负载率 θ,初步选定气缸工作压力(一般为 0.4 MPa～0.6 MPa) ,再由 F/θ, 计算出气缸理论出力 Ft, 最后计算出缸径及杆径, 并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径. 例题 气缸推动工件在水平导轨上运动.已知工件等运动件质量为 m=250 kg,工件与 导轨间的摩擦系数 =0.25,气缸行程 s 为 400 mm,经 1.5 s 时间工件运动到位,系统 工作压力 p = 0.4 MPa,试选定气缸直径. 解:气缸实际轴向负载 F = mg =0.25 × 250 × 9.81=613.13 N 气缸平均速度 s 400 v= = ≈ 267 mm/s t 1.5 选定负载率 θ =0.5 则气缸理论输出力 F1 = F 双作用气缸理论推力 θ = 613.13 = 1226.6 N 0.5 1 F1 = πD 2 p 4 气缸直径 按标准选定气缸缸径为 63 mm. D= 4 Ft 4 ×1226.3 = ≈ 62.48 mm πp 3.14 × 0.4
smc气缸种类：
气缸整理 气缸整理气缸主要作用是通过压缩空气的开关流向实现伸缩和摆动等动作. (一).公司所用到的气缸主要有以下几种类型: 一. 无导向气缸 1.圆缸 需传感器安装支架 2.方缸 3.紧凑型气缸 2010-6-2 1 二. 有导向气缸 1.带滑块的气缸: a.DGSL 滑块 精确度高,封闭式滚珠导向,重复精度高, 两端采用弹性缓冲,并且不带金属挡块 b.SLF 滑块 扁平结构带高精度滚珠导轨和可调端位 c. SLF, SLS, SLT 滑块 窄型结构带 高精度滚珠导轨 d. SLT 滑台 高精度,耐重载的滚珠导轨和可调刚性端位. e. 滑动单元(双活塞) SPZ 双活塞杆, 2.带导杆的气缸 a 微型导向驱动器 DFC 带滑动导轨. 直径 4, 6, 10 mm 行程 5 … 30 mm 输出力 7,5 … 47 N 2010-6-2 2 b 中型导向驱动器 DFM 导向气缸,内置导轨 C 高精度导杆气缸 DFP 导向气缸,抗扭转, 双活塞杆. d 紧凑型气缸 ADVUL 带防止活塞转动的导柱 e 导向驱动单元 SLE 直线驱动单元 可配置 圆缸加配件 3.双活塞杆的气缸 DPZ 带两根平行的活塞杆,位置感测,终端带弹性缓 冲环 三.其它气缸 1.直线摆动夹紧缸 CLR 夹紧系统,具有直线及摆动动作,90 度向右 2010-6-2 3 2.摆动气缸带可调液压缓冲器和能补偿间隙的齿轮系统. 摆动角度 0 ... 360 用于搬运和装配的系统产品. 3.平行气爪/旋转气爪自对中,内抓取或外抓取,182°摆角,位置感测 4.夹紧模块 2010-6-2 4 5.气囊式气缸 6.无杆气缸 7.膜片式气缸 8.多位置气缸 (二)常见的气缸附件 2010-6-2 5 (三) 气缸常见故障 . 由于安装与使用不当气缸也会产生故障. 故障 原因分析 排除方法 活塞杆安装偏心 重新安装调整,使活塞杆不受偏心和横 外 泄 活塞杆端漏气 润滑[1]油供应不足 向负荷. 检查油雾器是否失灵. 漏 缸筒与缸盖间漏气 活塞密封圈磨损 缓冲调节处漏气 活塞杆轴承配合面有杂质 更换密封圈. 活塞杆有伤痕 清洗除去杂质,安装更换防尘罩. 更换活塞杆. 内 活塞密封圈损坏 更换密封 泄 润滑不良 检查油雾器是否失灵 漏 活塞两端串气 活塞被卡住,活塞配合面 重新安装调整,使活塞杆不受偏心和横 有缺陷. 向负荷. 杂质挤入密封面 除去杂质,采用净化压缩空气. 润滑不良 检查油雾器是否失灵 输出力不足 活塞或活塞杆卡住 重新安装调整,消除偏心横向负荷. 动作不平稳 供气流量不足 加大连接或管接头口径 有冷凝水杂质 注意用净化干燥压缩空气, 防止水凝结. 缓冲密封圈磨损 更换密封圈 缓冲效果不良 调节螺钉损坏 更换调节螺钉 汽缸速度太快 注意缓冲机构是否适合 有偏心横向负荷 消除偏心横向负荷 损伤 活塞杆损坏 活塞杆受冲击负荷 冲击不能加在活塞杆上 气缸的速度太快 设置缓冲装置 缸盖损坏 缓冲机构不起作用 在外部或回路中设置缓冲机构
SMC气缸问题及原因
⒈汽缸是铸造而成的，汽缸出厂后都要经过时效处理，使汽缸在住铸造过程中所产生的内应力完全消除。如果时效时间短，那么加工好的汽缸在以后的运行中还会变形。
⒉汽缸在运行时受力的情况很复杂，除了受汽缸内外气体的压力差和装在其中的各零部件的重量等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下对汽缸的作用力，在这些力的相互作用下，汽缸易发生塑性变形造成泄漏。
⒊汽缸的负荷增减过快，特别是快速的启动、停机和工况变化时温度变化大、暖缸的方式不正确、停机检修时打开保温层过早等，在汽缸中和法兰上产生很大的热应力和热变形。
⒋汽缸在机械加工的过程中或经过补焊后产生了应力，但没有对汽缸进行回火处理加以消除，致使汽缸存在较大的残余应力，在运行中产生永久的变形。
⒌在安装或检修的过程中，由于检修工艺和检修技术的原因，使内缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨胀间隙不合适，或是挂耳压板的膨胀间隙不合适，运行后产生巨大的膨胀力使汽缸变形。
⒍使用的汽缸密封剂质量不好、杂质过多或是型号不对；汽缸密封剂内若有坚硬的杂质颗粒就会使密封面难以紧密的结合。
⒎汽缸螺栓的紧力不足或是螺栓的材质不合格。汽缸结合面的严密性主要靠螺栓的紧力来实现的。机组的起停或是增减负荷时产生的热应力和高温会造成螺栓的应力松弛，如果应力不足，螺栓的预紧力就会逐渐减小。如果汽缸的螺栓材质不好，螺栓在长时间的运行当中，在热应力和汽缸膨胀力的作用下被拉长，发生塑性变形或断裂，紧力就会不足，使汽缸发生泄漏的现象。
⒏汽缸螺栓紧固的顺序不正确。一般的汽缸螺栓在紧固时是从中间向两边同时紧固，也就是从垂弧最大处或是受力变形最大的地方紧固，这样就会把变形最大的处的间隙向汽缸前后的自由端转移，最后间隙渐渐消失。如果是从两边向中间紧，间隙就会集中于中部，汽缸结合面形成弓型间隙，引起蒸汽泄漏。
气缸出现内、外泄漏，一般是因活塞杆安装偏心，润滑油供应不足，密封圈和密封环磨损或损坏，气缸内有杂质及活塞杆有伤痕等造成的。所以，当气缸出现内、外泄漏时，应重新调整活塞杆的中心，以保证活塞杆与缸筒的同轴度；须经常检查油雾器工作是否可靠，以保证执行元件润滑良好；当密封圈和密封环出现磨损或损环时，须及时更换；若气缸内存在杂质，应及时清除；活塞杆上有伤痕时，应换新。
气缸的输出力不足和动作不平稳，一般是因活塞或活塞杆被卡住、润滑不良、供气量不足，或缸内有冷凝水和杂质等原因造成的。对此，应调整活塞杆的中心；检查油雾器的工作是否可靠；供气管路是否被堵塞。当气缸内存有冷凝水和杂质时，应及时清除。
气缸的缓冲效果不良，一般是因缓冲密封圈磨损或调节螺钉损坏所致。此时，应更换密封圈和调节螺钉。
气缸的活塞杆和缸盖损坏，一般是因活塞杆安装偏心或缓冲机构不起作用而造成的。对此，应调整活塞杆的中心位置；更换缓冲密封圈或调节螺钉。
解决方案　　⒈汽缸变形较大或漏汽严重的结合面，采用研刮结合面的方法
如果上缸结合面变形在0.05mm范围内，以上缸结合面为基准面，在下缸结合面涂红丹或是压印蓝纸，根据痕迹研刮下缸。如果上缸的结合面变形量大，在上缸涂红丹，用大平尺研出痕迹，把上缸研平。或是采取机械加工的方法把上缸结合面找平，再以上缸为基准研刮下缸结合面。汽缸结合面的研刮一般有两种方法：
⑴是不紧结合面的螺栓，用千斤顶微微推动上缸前后移动，根据下缸结合面红丹的着色情况来研刮。这种方法适合结构刚性强的高压缸。
⑵是紧结合面的螺栓，根据塞尺的检查结合面的严密性，测出数值及压出的痕迹，修刮结合面，这种方法可以排除汽缸垂弧对间隙的影响。
⒉采用适当的汽缸密封材料
因汽轮机汽缸密封剂还没有统一的国家标准和行业标准，制作原料和配方也各不相同，产品质量参差不齐；在选择汽轮机汽缸密封剂时，就要选在行业内有口碑，产品质量有保证的正规生产厂家，以保证检修处理后汽缸的严密性。
⒊局部补焊的方法
由于汽缸结合面被蒸汽冲刷或腐蚀出沟痕，选用适当的焊条把沟痕添平，用平板或平尺研出痕迹，研刮焊道和结合面在同一平面内。汽缸结合面变形较大或是漏汽严重时，在下缸的结合面补焊一条或两条10—20mm宽的密消除间隙封带，然后用平尺或是扣上缸测量，并涂红丹研刮，直到消除间隙。此操作的工艺也很简单，焊前预热汽缸至150℃，然后在室温下进行分段退焊或跳焊。选用奥氏体焊条，如A407、A412，焊后用石棉布覆盖保温缓冷。待冷却室温后进行打磨修刮。
⒋汽缸结合面的涂镀或喷涂
当汽缸结合面大面积漏汽，间隙在0.50mm左右时，为了减少研刮的工作量，可用涂镀的工艺。用汽缸做阳极，涂具做阴极，在汽缸的结合面上反复涂刷电解溶液，涂层的厚度要根据汽缸结合面间隙的大小而定，涂层的种类要根据汽缸的材料和修刮的工艺而定。喷涂就是用专用的高温火焰喷枪把金属粉末加热至熔化或达到塑性状态后喷射于处理过的汽缸表面，形成一层具有所需性能的涂层方法。其特点就是设备简单，操作方便涂层牢固，喷涂后汽缸温度仅为70℃—80℃不会使汽缸产生变形，而且可获得耐热，耐磨，抗腐蚀的涂层。注意的是在涂渡和喷涂前都要对缸面进行打磨、除油、拉毛，在涂渡和喷涂后要对涂层进行研刮，保证结合面的严密。
⒌结合面加垫的方法
如果结合面的局部间隙泄漏不是很大，可用80—100目的铜网经热处理使其硬度降低，然后剪成适当的形状，铺在结合面的漏汽处，再配以汽缸密封剂。如果结合面的间隙较大，泄漏严重，可在上下结合面开宽50mm深5mm的槽，中间镶嵌IGr18Ni9Ti的齿形垫，齿形垫的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，并可用同等形状的不锈钢垫片做以调整。
⒍控制螺栓应力的方法
如果汽缸结合面的变形较小，而且很均匀，可在有间隙处更换新的螺栓，或是适当的加大螺栓的预紧力。按从中间向两边同时紧固，也就是从垂弧最大处或是受力变形最大的地方紧固螺栓。理论上来说，控制螺栓的预紧力可用公式d/L≤A来计算，但由于此计算的数据与测量的手段还在研究当中，没有达到推广，多在螺栓的允许的最大应力内根据经验而定。
⒎新时期采用的高分子材料方法
随着技术的进一步发展，高分子复合材料逐渐在气缸维护中取得了成功的应用。相对于传统手段相比，高分子复合材料具有较为优异的耐温性能，良好的耐压性能，以及更为出色的密封性能，且具有良好的塑变性，受热不会固化，密封膜不会被破坏，从而保证了机件密封面的密封；加之易于清除，使用过的密封面可以用无水乙醇或丙酮轻易的擦去，而不会附着于密封面；由于其优异的性能，逐渐受到越来越多气缸企业的青睐。[1]