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單作用氣缸
單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。
其原理及結(jié)構(gòu)見下圖
1—缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；
單作用氣缸的點(diǎn)是：
1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小。
2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。
4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。
由于以上點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。
1.2.2雙作用氣缸
雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用。
1）雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。其工作原理見圖42.2-3。
缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。
活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。
圖42.2-3 雙活塞桿雙作用氣缸
a）缸體固定；b）活塞桿固定
1—缸體；2—工作臺(tái)；3—活塞；4—活塞桿；5—機(jī)架
雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)輸出力及速度均相等。
2）緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見圖42.2-4，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。
2）緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見圖42.2-4，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。
圖42.2-4 緩沖氣缸
1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—氣孔
氣缸所設(shè)緩沖裝置種類很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)到緩沖目的。
1.2.3 組合氣缸
組合氣缸一般指氣缸與液壓缸相組合形成的氣-液阻尼缸、氣-液增壓缸等。*，通常氣缸采用的工作介質(zhì)是壓縮空氣，其點(diǎn)是動(dòng)作快，但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象；而液壓缸采用的工作介質(zhì)是通常認(rèn)為不可壓縮的液壓油，其點(diǎn)是動(dòng)作不如氣缸快，但速度易于控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，采用措施得當(dāng)，一般不會(huì)產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象。把氣缸與液壓缸巧妙組合起來，取長補(bǔ)短，即成為氣動(dòng)系統(tǒng)中普遍采用的氣-液阻尼缸。
氣-液阻尼缸工作原理見圖42.2-5。實(shí)際是氣缸與液壓缸串聯(lián)而成，兩活塞固定在同一活塞桿上。液壓缸不用泵供油，只要充滿油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓單向閥、節(jié)流閥及補(bǔ)油杯。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)，氣缸克服載荷帶動(dòng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)（氣缸左端排氣），此時(shí)液壓缸左端排油，單向閥關(guān)閉，油只能通過節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)，這時(shí)若將節(jié)流閥閥口開大，則液壓缸左腔排油通暢，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度就快，反之，若將節(jié)流閥閥口關(guān)小，液壓缸左腔排油受阻，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口大小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度?？梢钥闯觯瑲庖鹤枘岣椎妮敵隽?yīng)是氣缸中壓縮空氣產(chǎn)生的力（推力或拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差。
1.2.3 組合氣缸
組合氣缸一般指氣缸與液壓缸相組合形成的氣-液阻尼缸、氣-液增壓缸等。*，通常氣缸采用的工作介質(zhì)是壓縮空氣，其點(diǎn)是動(dòng)作快，但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象；而液壓缸采用的工作介質(zhì)是通常認(rèn)為不可壓縮的液壓油，其點(diǎn)是動(dòng)作不如氣缸快，但速度易于控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，采用措施得當(dāng)，一般不會(huì)產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象。把氣缸與液壓缸巧妙組合起來，取長補(bǔ)短，即成為氣動(dòng)系統(tǒng)中普遍采用的氣-液阻尼缸。
氣-液阻尼缸工作原理見圖42.2-5。實(shí)際是氣缸與液壓缸串聯(lián)而成，兩活塞固定在同一活塞桿上。液壓缸不用泵供油，只要充滿油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓單向閥、節(jié)流閥及補(bǔ)油杯。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)，氣缸克服載荷帶動(dòng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)（氣缸左端排氣），此時(shí)液壓缸左端排油，單向閥關(guān)閉，油只能通過節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)，這時(shí)若將節(jié)流閥閥口開大，則液壓缸左腔排油通暢，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度就快，反之，若將節(jié)流閥閥口關(guān)小，液壓缸左腔排油受阻，兩活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口大小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度?？梢钥闯觯瑲庖鹤枘岣椎妮敵隽?yīng)是氣缸中壓縮空氣產(chǎn)生的力（推力或拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差。
圖42.2-5 氣-液阻尼缸
1—節(jié)流閥；2—油杯；3—單向閥；4—液壓缸；5—氣缸；6—外載荷
氣-液阻尼缸的類型有多種。
按氣缸與液壓缸的連接形式，可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種。前面所述為串聯(lián)型，圖42.2-6為并聯(lián)型氣-液阻尼缸。串聯(lián)型缸體較長；加工與安裝時(shí)對(duì)同軸度要求較高；有時(shí)兩缸間會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象。并聯(lián)型缸體較短、結(jié)構(gòu)緊湊；氣、液缸分置，不會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象；因液壓缸工作壓力可以相當(dāng)高，液壓缸可制成相當(dāng)小的直徑（不必與氣缸等直徑）；但因氣、液兩缸安裝在不同軸線上，會(huì)產(chǎn)生附加力矩，會(huì)增加導(dǎo)軌裝置磨損，也可能產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。串聯(lián)型氣-液阻尼缸還有液壓缸在前或在后之分，液壓缸在后參見圖42.2-5，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過程中需要儲(chǔ)油或補(bǔ)油，油杯較大。如將液壓缸放在前面（氣缸在后面），則液壓缸兩端都有活塞桿，兩端作用面積相等，除補(bǔ)充泄漏之外就不存在儲(chǔ)油、補(bǔ)油問題，油杯可以很小。
按氣缸與液壓缸的連接形式，可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種。前面所述為串聯(lián)型，圖42.2-6為并聯(lián)型氣-液阻尼缸。串聯(lián)型缸體較長；加工與安裝時(shí)對(duì)同軸度要求較高；有時(shí)兩缸間會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象。并聯(lián)型缸體較短、結(jié)構(gòu)緊湊；氣、液缸分置，不會(huì)產(chǎn)生竄氣竄油現(xiàn)象；因液壓缸工作壓力可以相當(dāng)高，液壓缸可制成相當(dāng)小的直徑（不必與氣缸等直徑）；但因氣、液兩缸安裝在不同軸線上，會(huì)產(chǎn)生附加力矩，會(huì)增加導(dǎo)軌裝置磨損，也可能產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。串聯(lián)型氣-液阻尼缸還有液壓缸在前或在后之分，液壓缸在后參見圖42.2-5，液壓缸活塞兩端作用面積不等，工作過程中需要儲(chǔ)油或補(bǔ)油，油杯較大。如將液壓缸放在前面（氣缸在后面），則液壓缸兩端都有活塞桿，兩端作用面積相等，除補(bǔ)充泄漏之外就不存在儲(chǔ)油、補(bǔ)油問題，油杯可以很小。
圖42.2-6 并聯(lián)型氣-液阻尼缸
1—液壓缸；2—氣缸
按調(diào)速性可分為：
1）慢進(jìn)慢退式；
2）慢進(jìn)快退式；
3）快進(jìn)慢進(jìn)快退式。
其調(diào)速性及應(yīng)用見表42.2-3。
就氣-液阻尼缸的結(jié)構(gòu)而言，尚可分為多種形式：節(jié)流閥、單向閥單獨(dú)設(shè)置或裝于缸蓋上；單向閥裝在活塞上（如擋板式單向閥）；缸壁上開孔、開溝槽、缸內(nèi)滑柱式、機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)結(jié)式、行程閥控制快速趨近式等?；钊嫌袚醢迨絾蜗蜷y的氣-液阻尼缸見圖42.2-7。活塞上帶有擋板式單向閥，活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板離開活塞，單向閥打開，液壓缸右腔的油通過活塞上的孔（即擋板單向閥孔）流至左腔，實(shí)現(xiàn)快退，用活塞上孔的多少和大小來控制快退時(shí)的速度?；钊蜃筮\(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板擋住活塞上的孔，單向閥關(guān)閉，液壓缸左腔的油經(jīng)節(jié)流閥流至右腔（經(jīng)缸外管路）。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)活塞慢進(jìn)的速度。其結(jié)構(gòu)較為簡單，制造加工較方便。
圖42.2-8為采用機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)接的快速趨近式氣-液阻尼缸原理圖。靠液壓缸活塞桿端部的T形頂塊與氣缸活塞桿端部的拉鉤間有一空行程s1，實(shí)現(xiàn)空程快速趨近，然后再帶動(dòng)液壓缸活塞，通過節(jié)流阻尼，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)。返程時(shí)也是先走空行程s1，再與液壓活塞一起運(yùn)動(dòng)，通過單向閥，實(shí)現(xiàn)快退。
1）慢進(jìn)慢退式；
2）慢進(jìn)快退式；
3）快進(jìn)慢進(jìn)快退式。
其調(diào)速性及應(yīng)用見表42.2-3。
就氣-液阻尼缸的結(jié)構(gòu)而言，尚可分為多種形式：節(jié)流閥、單向閥單獨(dú)設(shè)置或裝于缸蓋上；單向閥裝在活塞上（如擋板式單向閥）；缸壁上開孔、開溝槽、缸內(nèi)滑柱式、機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)結(jié)式、行程閥控制快速趨近式等?；钊嫌袚醢迨絾蜗蜷y的氣-液阻尼缸見圖42.2-7。活塞上帶有擋板式單向閥，活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板離開活塞，單向閥打開，液壓缸右腔的油通過活塞上的孔（即擋板單向閥孔）流至左腔，實(shí)現(xiàn)快退，用活塞上孔的多少和大小來控制快退時(shí)的速度?；钊蜃筮\(yùn)動(dòng)時(shí)，擋板擋住活塞上的孔，單向閥關(guān)閉，液壓缸左腔的油經(jīng)節(jié)流閥流至右腔（經(jīng)缸外管路）。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)活塞慢進(jìn)的速度。其結(jié)構(gòu)較為簡單，制造加工較方便。
圖42.2-8為采用機(jī)械浮動(dòng)聯(lián)接的快速趨近式氣-液阻尼缸原理圖。靠液壓缸活塞桿端部的T形頂塊與氣缸活塞桿端部的拉鉤間有一空行程s1，實(shí)現(xiàn)空程快速趨近，然后再帶動(dòng)液壓缸活塞，通過節(jié)流阻尼，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)。返程時(shí)也是先走空行程s1，再與液壓活塞一起運(yùn)動(dòng)，通過單向閥，實(shí)現(xiàn)快退。
表42.2-3 氣-液阻尼缸調(diào)速性及應(yīng)用
| 調(diào)速方式 | 結(jié)構(gòu)示意圖 | 性曲線 | 作用原理 | 應(yīng)用 |
| 雙向節(jié)流調(diào)速 | 在氣-液阻尼缸的回油管路裝設(shè)可調(diào)式節(jié)流閥，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度可調(diào)并相同 | 適用于空行程及工作行程都較短的場合（s＜20mm） | ||
| 單向節(jié)流調(diào)速 | 將一單向閥和一節(jié)流閥并聯(lián)在調(diào)速油路中?；钊蛴疫\(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥關(guān)閉，節(jié)流慢進(jìn)；活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開，不經(jīng)節(jié)流快退。 | 適用于空行程較短而工作行程較長的場合 | ||
| 快速趨近單 向節(jié)流調(diào)速 | 將液壓缸的ƒ點(diǎn)與α點(diǎn)用管路相通，活塞開始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右腔油經(jīng)由fgea回路直接流入α端實(shí)現(xiàn)快速趨近，當(dāng)活塞移過ƒ點(diǎn)，油只能經(jīng)節(jié)流閥流入α端，實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開，實(shí)現(xiàn)快退。 | 由于快速趨近，節(jié)省了空程時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。是各種機(jī)床、設(shè)備zui常用的方式 |
圖42.2-7 活塞上有擋板式單向閥的氣-液阻尼缸
圖42.2-8 浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸原理圖
1—氣缸；2—頂絲；3—T形頂塊；4—拉鉤；5—液壓缸
圖42.2-9 是又一種浮動(dòng)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 殊氣缸
（1）沖擊氣缸
1.2.4 殊氣缸
（1）沖擊氣缸
圖42.2-9 浮動(dòng)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(dòng)的能量，利用此動(dòng)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)階段（見圖42.2-11）：
*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(dòng)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。zui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(chǔ)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(shí)，活塞才開始移動(dòng)。
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)階段（見圖42.2-11）：
*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(dòng)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。zui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(chǔ)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(shí)，活塞才開始移動(dòng)。
式中 d——中蓋噴氣口直徑（m）；
p30——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)蓄氣缸腔內(nèi)壓力（壓力）（Pa）；
p20——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)有桿腔內(nèi)壓力（壓力）（Pa）；
G——運(yùn)動(dòng)部件（活塞、活塞桿及錘*模具等）所受的重力（N）；
D——活塞直徑（m）；
d1——活塞桿直徑（m）；
Fƒ0——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)的密封摩擦力（N）。
p30——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)蓄氣缸腔內(nèi)壓力（壓力）（Pa）；
p20——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)有桿腔內(nèi)壓力（壓力）（Pa）；
G——運(yùn)動(dòng)部件（活塞、活塞桿及錘*模具等）所受的重力（N）；
D——活塞直徑（m）；
d1——活塞桿直徑（m）；
Fƒ0——活塞開始移動(dòng)瞬時(shí)的密封摩擦力（N）。
| 若不計(jì)式（42.2-1）中G和Fƒ0項(xiàng)，且令d=d1， ，則當(dāng) |
時(shí)，活塞才開始移動(dòng)。這里的p20、p30均為壓力?？梢娀钊_始移動(dòng)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?；钊_始移動(dòng)瞬時(shí)，蓄氣缸腔內(nèi)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(dòng)后，在zui小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環(huán)形面）為聲速流動(dòng)，使無桿腔壓力急劇增加，直至與蓄氣缸腔內(nèi)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，活塞在這樣大的壓差力作用下，獲得很高的運(yùn)動(dòng)加速度，使活塞高速運(yùn)動(dòng)，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-無桿腔內(nèi)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?zèng)_擊勢(shì)必造成有桿腔內(nèi)氣體迅速壓縮（排氣不暢），有桿腔壓力會(huì)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Ⅱ區(qū)段?？烧J(rèn)為第Ⅱ區(qū)段的有桿腔內(nèi)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42.2-11c。
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，蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動(dòng)能，而活塞的部分動(dòng)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(dòng)，結(jié)果又會(huì)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)活塞在缸體內(nèi)來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)—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?；钊滦兄两K點(diǎn)后，如換向閥不及時(shí)復(fù)位，則蓄氣-無桿腔內(nèi)會(huì)繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再復(fù)位時(shí)，充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(duì)內(nèi)徑D=90mm的氣缸，在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得沖擊氣缸性曲線見圖42.2-12。上述分析基本與性曲線相符。
對(duì)沖擊段的分析可以看出，很大的運(yùn)動(dòng)加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度必達(dá)zui大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)zui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)出信號(hào)使換向閥復(fù)位換向，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，輸出更大的沖擊能。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輸出口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(dòng)推桿6，切換閥F3，發(fā)出信號(hào)控制閥F2使之切換，這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣，一直充至氣源壓力。
第五階段：耗能段?；钊滦兄两K點(diǎn)后，如換向閥不及時(shí)復(fù)位，則蓄氣-無桿腔內(nèi)會(huì)繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再復(fù)位時(shí)，充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(duì)內(nèi)徑D=90mm的氣缸，在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得沖擊氣缸性曲線見圖42.2-12。上述分析基本與性曲線相符。
對(duì)沖擊段的分析可以看出，很大的運(yùn)動(dòng)加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度必達(dá)zui大值，此時(shí)的沖擊能也達(dá)zui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)出信號(hào)使換向閥復(fù)位換向，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，輸出更大的沖擊能。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輸出口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(dòng)推桿6，切換閥F3，發(fā)出信號(hào)控制閥F2使之切換，這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣，一直充至氣源壓力。
圖42.2-12 沖擊氣缸性曲線
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)間內(nèi)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(shí)復(fù)位的話，蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會(huì)在錘頭沒有運(yùn)動(dòng)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(dòng)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?；钊挠叶擞蠺字頭，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(dòng)，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(dòng)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(shí)，相應(yīng)的活塞就會(huì)向右移動(dòng)，每個(gè)活塞的向右移動(dòng)都可推動(dòng)活塞桿3向右移動(dòng)，因此，活塞桿3每次向右移動(dòng)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（0.05～0.1MPa），當(dāng)A1～Ai孔排氣時(shí)，在低壓氣的作用下，活塞會(huì)自動(dòng)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(jí)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α1=5mm；α2=10mm；α3=20mm。如s=31.5mm，可用6個(gè)活塞，則α1、α2、α3……α6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(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42.2-1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(dòng)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(dòng)，導(dǎo)氣頭體9外接管路，固定不動(dòng)。
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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，裝有滾動(dòng)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。其點(diǎn)是安裝空間小，行程可較長。
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?；钊挠叶擞蠺字頭，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(dòng)，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(dòng)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(shí)，相應(yīng)的活塞就會(huì)向右移動(dòng)，每個(gè)活塞的向右移動(dòng)都可推動(dòng)活塞桿3向右移動(dòng)，因此，活塞桿3每次向右移動(dòng)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（0.05～0.1MPa），當(dāng)A1～Ai孔排氣時(shí)，在低壓氣的作用下，活塞會(huì)自動(dòng)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(jí)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α1=5mm；α2=10mm；α3=20mm。如s=31.5mm，可用6個(gè)活塞，則α1、α2、α3……α6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(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42.2-1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(dòng)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(dòng)，導(dǎo)氣頭體9外接管路，固定不動(dòng)。
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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，裝有滾動(dòng)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(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(dòng)，滾子夾帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)。可稱為撓性筒滾子氣缸。這種氣缸的點(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?；钊c鋼絲繩連在一起，活塞在壓縮空氣推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)，安裝兩個(gè)滑輪，可使活塞與載荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。
這種氣缸的點(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。
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?；钊c鋼絲繩連在一起，活塞在壓縮空氣推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)，安裝兩個(gè)滑輪，可使活塞與載荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。
這種氣缸的點(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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