氣缸的相關知識

氣缸的相關知識
引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質在發動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應用領域：印刷（張力控制）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。英文名：cylinder
1種類
氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行元件。氣缸有做往復直線運動的和做往復擺動的兩類（見圖）。做往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。
①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產生氣壓，氣壓推動活塞產生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。
③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。
④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速（10～20米/秒）運動的動能，借以做功。
⑤無桿氣缸：沒有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類。
做往復擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運動，擺動角小于 280°。此外，還有回轉氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。
2分類
直線運動往復運動的氣缸、擺動運動的擺動氣缸、氣爪等。[1]
3結構
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內部結構如圖所示：
SMC氣缸原理圖
SMC氣缸原理圖
1）缸筒
缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往復滑動，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm。
氣缸活塞上采用組合密封圈實現雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部分長度來決定。滑動部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。
4工作原理
根據工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量采用增力機構，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計算公式：
F：氣缸理論輸出力（kgf)
F′：效率為85%時的輸出力（kgf）--（F′=F×85%）
D：氣缸缸徑（mm)
P：工作壓力（kgf/C㎡）
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點，得：
F=2800kgf；F′=2300kgf
在工程設計時選擇氣缸缸徑，可根據其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經驗表1－1中查出。
例：有一氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在氣缸推出時其推力為132kgf，（氣缸效率為85%）問：該選擇多大的氣缸缸徑?
●由氣缸的推力132kgf和氣缸的效率85%，可計算出氣缸的理論推力為F=F′/85%=155(kgf)
●由使用壓力5kgf/cm2和氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的氣缸便可滿足使用要求。
5應用領域
印刷（張力控制）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。
6發展歷程
氣缸原理源于大炮：
氣缸源于大炮？這并不是聳人聽聞。你車上的氣缸確實與大炮有關。
1680年，荷蘭科學家霍因斯受到大炮原理的啟發，心想如將炮彈的強大力量用來推動其它機械不是挺好嗎？他一開始仍用 FAIR藥作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開一個單向閥。他在氣缸內注入 FAIR藥，當點燃 FAIR藥后， FAIR藥猛烈地爆炸燃燒，推動活塞向上運動，并產生動力。同時，爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動活塞向下運動，以準備進行下一次爆炸。當然，由于行程過長，效率太低，他zui終沒有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內燃機”的設想，后人在此基礎上才發明了汽車用的發動機。
早期汽車使用單缸機
汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當年設計制造汽車時，他們不約而同地只用了一個氣缸的發動機。就像我們認為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發動機一樣，估計當時的人們也不會想象出還會用兩個氣缸或更多氣缸的發動機。然而現在不同了，先別說發達國家，看看國內汽車廣告就會發現，不少廠家總拿發動機的氣缸數目和排列形式來說事，賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機而非三缸，用v6發動機的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實起到了很大效果，不少車迷已認同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發動機是發動機”等概念。國產車中已有近20種車裝配了v6或v8型發動機。
單缸發動機的曲軸每轉兩周才能產生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽起來也不連續順暢，聽一聽小排量摩托車的聲音就知道了。zui為不能讓人接受的是它的運轉極不平穩，轉速波動較大，而且單缸發動機的外形也不適合裝在汽車上。為此，汽車上已見不到單缸發動機上，兩缸機也不好找了，zui少是3缸發動機。國內生產的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機。
1升以下的微型車上多用3缸機，1升至2升的發動機一般采用4缸或5缸機。2升以上的發動機大多為6缸，4升以上的發動機使用8缸的占絕大多數。
在相同排量的情況下，增加氣缸數可以提高發動機的轉速，從而可以提高發動機的輸出功率。另外，增加氣缸數可以使發動機運轉更平穩，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩定。增加氣缸數可以使氣車更容易起動，加速響應性更好。為了提高氣車的性能，必須增加氣缸數。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數都在6缸以上，zui多者已達到16缸。
但是，氣缸數的增加不能無限制。因為隨著氣缸數的增加，發動機的零部件數也成比例地增加，從而使發動機結構復雜，降低發動機的可靠性，增加發動機重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發動機的體積變大。因此，氣車發動機的氣缸數都是根據發動機的用途和性能要求，在權衡各種利弊之后做出的合適選擇。
7常見故障
問題及原因
⒈汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠后都要經過時效處理，使汽缸在住鑄造過程中所產生的內應力*消除。如果時效時間短，那么加工好的汽缸在以后的運行中還會變形。
⒉汽缸在運行時受力的情況很復雜，除了受汽缸內外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時對靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發生塑性變形造成泄漏。
⒊汽缸的負荷增減過快，特別是快速的啟動、停機和工況變化時溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機檢修時打開保溫層過早等，在汽缸中和法蘭上產生很大的熱應力和熱變形。
⒋汽缸在機械加工的過程中或經過補焊后產生了應力，但沒有對汽缸進行回 FAIR處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應力，在運行中產生*的變形。
⒌在安裝或檢修的過程中，由于檢修工藝和檢修技術的原因，使內缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運行后產生巨大的膨脹力使汽缸變形。
⒍使用的汽缸密封劑質量不好、雜質過多或是型號不對；汽缸密封劑內若有堅硬的雜質顆粒就會使密封面難以緊密的結合。
⒎汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質不合格。汽缸結合面的嚴密性主要靠螺栓的緊力來實現的。機組的起停或是增減負荷時產生的熱應力和高溫會造成螺栓的應力松弛，如果應力不足，螺栓的預緊力就會逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質不好，螺栓在長時間的運行當中，在熱應力和汽缸膨脹力的作用下被拉長，發生塑性變形或斷裂，緊力就會不足，使汽缸發生泄漏的現象。
⒏汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時是從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固，這樣就會把變形zui大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉移，zui后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會集中于中部，汽缸結合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。
氣缸出現內、外泄漏，一般是因活塞桿安裝偏心，潤滑油供應不足，密封圈和密封環磨損或損壞，氣缸內有雜質及活塞桿有傷痕等造成的。所以，當氣缸出現內、外泄漏時，應重新調整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；須經常檢查油霧器工作是否可靠，以保證執行元件潤滑良好；當密封圈和密封環出現磨損或損環時，須及時更換；若氣缸內存在雜質，應及時清除；活塞桿上有傷痕時，應換新。
氣缸的輸出力不足和動作不平穩，一般是因活塞或活塞桿被卡住、潤滑不良、供氣量不足，或缸內有冷凝水和雜質等原因造成的。對此，應調整活塞桿的中心；檢查油霧器的工作是否可靠；供氣管路是否被堵塞。當氣缸內存有冷凝水和雜質時，應及時清除。
氣缸的緩沖效果不良，一般是因緩沖密封圈磨損或調節螺釘損壞所致。此時，應更換密封圈和調節螺釘。
氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩沖機構不起作用而造成的。對此，應調整活塞桿的中心位置；更換緩沖密封圈或調節螺釘。
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