詳解各類氣缸的工作原理

詳解各類氣缸的工作原理

氣缸的種類很多，一般按其結構特點、功能、驅動方式或安裝方式進行分類。氣缸按結構特點主要分為活塞式氣缸和隔膜式氣缸；按運動形式分為直線運動油缸和擺動油缸。接下來，仙機網小編詳細介紹了各種氣缸的工作原理，包括：普通氣缸的基本組成和原理、典型氣缸的結構和工作原理、機械接觸式無桿氣缸的結構和工作原理、磁無桿氣缸。氣缸的結構和工作原理，齒輪齒條擺動氣缸的結構和工作原理。

詳細介紹氣缸運動類型：

氣缸有往復直線運動和往復擺動兩種形式：

1、 直線運動油缸又分為：單作用油缸、雙作用油缸、隔膜油缸和沖擊油缸。

①單作用氣缸：只有一端有活塞桿。空氣從活塞側面供氣，聚集能量產生氣壓。氣壓推動活塞產生推力并伸展，靠彈簧或自重返回。

②雙作用氣缸：交替從活塞兩側供氣，向一個或兩個方向輸出力。

③膜片氣缸：用膜片代替活塞，只向一個方向輸出力，用彈簧復位。其密封性能好，但行程短。

④ 沖擊氣缸：這是一種新型部件。它將壓縮氣體的壓力能轉化為活塞高速（10-20 m/s）運動的動能，從而做功。

⑤無桿氣缸：無活塞桿氣缸的總稱。有磁性氣缸和電纜氣缸兩種。

2、 來回擺動的圓柱體稱為擺動圓柱體。內腔被葉片一分為二，兩腔交替供氣。輸出軸作擺動運動，擺動角度小于280度。此外還有回轉缸、氣液阻尼缸和步進缸。

氣缸的結構組成：

1）氣缸

氣缸的內徑代表氣缸的輸出力。活塞應在氣缸內來回滑動順暢，氣缸內表面粗糙度應達到Ra0.8um。缸筒除采用高碳鋼管外，還采用高強度鋁合金和黃銅制成。

2）端蓋

端蓋上設有進排氣口，有的在端蓋內還設有緩沖機構。桿側端蓋上裝有密封圈和防塵圈6，以防止活塞桿漏氣，防止外界灰塵混入氣缸內。桿側端蓋上裝有導向套5，以提高油缸的導向精度。

3）活塞

活塞是氣缸內的受壓部件。為防止氣體從活塞的左右腔進入，設有活塞密封圈12。還提供了磨損環11以改進氣缸的引導。

4）活塞桿

活塞桿是氣缸中最重要的受力部件。通常采用高碳鋼，表面鍍硬鉻，或采用不銹鋼，以防止腐蝕，提高密封圈的耐磨性。

5）緩沖柱塞、緩沖節流閥

活塞兩側沿軸向有緩沖柱塞1、3。同時氣缸蓋上有緩沖節流閥14和緩沖套15。當氣缸移動到末端時，緩沖柱塞進入緩沖套和氣缸排，空氣需要通過緩沖節流閥，排氣阻力增大，產生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。

普通氣缸的原理和基本組成

組成：氣缸、活塞、密封圈、磁環（部分氣缸）

原理：壓縮空氣使活塞運動。通過改變進氣方向，改變活塞桿的運動方向。

故障模式：活塞卡住不動；氣缸薄弱，密封圈磨損，漏氣。

典型氣缸工作原理及結構

以氣動系統中最常用的單活塞桿雙作用氣缸為例。氣缸的典型結構如下圖所示。它由氣缸、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋和密封件組成。雙作用氣缸內部被活塞分成兩個腔室。有活塞桿的腔稱為有桿腔，沒有活塞桿的腔稱為無桿腔。

當壓縮空氣從無桿腔輸入時，有桿腔排出，作用在活塞上的氣缸兩腔壓差形成的力克服阻力載荷推動活塞運動，使活塞運動。桿伸出；當有桿腔進氣時，當無桿腔排氣時，活塞桿縮回。如果有桿腔和無桿腔交替進排氣，活塞實現往復直線運動。

機械接觸式無桿氣缸的結構及工作原理

機械接觸式無桿氣缸的結構如下圖所示。缸筒軸向開有凹槽，活塞和滑塊在凹槽上部運動。為防止泄漏和防塵要求，兩端氣缸蓋采用聚氨酯密封膠帶和防塵不銹鋼膠帶固定，活塞架穿過凹槽將活塞與滑塊連接成一個整體。活塞與滑塊連接在一起，帶動固定在滑塊上的作動器實現往復運動。

這種氣缸的特點是： 1) 與普通氣缸相比，相同行程下安裝位置可減少1/2；2) 不需要防旋轉機構；3)適用于缸徑10～80mm，缸徑≥40mm時最大行程可達7m；4)高速，標準型可達0.1～0.5m/s；高速型可達0.3～3.0m/s。缺點是：1)密封性差，容易外漏。使用三位閥時，必須選擇中壓型；2) 負載力小。為了增加承載能力，必須增加導向機構。

磁性無桿氣缸的結構和工作原理

活塞通過磁力帶動氣缸外的運動體同步運動。其結構如下圖所示。其工作原理是：活塞上裝有一組高強度磁性永磁環，磁力線穿過薄壁氣缸，另一組磁環套在外面，因為兩組磁環有相反的磁性，它們具有很強的吸引力。當活塞被氣缸內的氣壓推動時，在磁力的作用下，帶動氣缸外的磁環套一起運動。氣缸活塞的推力必須與磁環的吸力相匹配。

齒輪齒條擺動油缸的結構及工作原理

齒條齒輪擺動油缸是通過與活塞相連的齒條帶動齒輪轉動的擺動油缸。其結構和工作原理如下圖所示。活塞只作往復直線運動，摩擦損失小，齒輪傳動效率高。這種擺動油缸的效率可達95%左右。

葉片擺動油缸的工作原理

單葉片擺動油缸的結構原理如下圖所示。它由葉片軸轉子（即輸出軸）、定子、氣缸體和前后端蓋組成。定子和氣缸固定在一起，葉片和轉子連接在一起。定子上有兩條氣路。左路進氣，右路排氣，壓縮空氣推動葉片帶動轉子順時針擺動。相反，逆時針擺動。

葉片式擺動缸體積小，重量最輕詳解各類氣缸的工作原理，看完你就懂了，但要求制造精度高，密封困難，泄漏量大，動密封接觸面積大，密封摩擦阻力損失大，輸出效率低，低于80%。因此，它在應用上受到限制，一般只用于安裝位置受到限制的場合雙腔空氣彈簧和單腔空氣彈簧，如夾具的轉動、閥門的啟閉、工作臺的分度等。

帶閥組合氣缸的結構和工作原理

閥門氣缸是由氣缸、換向閥和調速閥組成的組合式氣動執行機構。如下圖所示，它省去了連接管道和管接頭，減少了能量損失，具有結構緊湊、安裝方便等優點。帶閥缸的閥門有電控、氣控、機控和手動控制等多種控制方式。在氣缸的尾部和上部安裝閥門有幾種方法。如下圖4所示，電磁閥安裝在氣缸的上部。當有電信號時，電磁閥切換，輸出氣壓可直接控制氣缸動作。

磁性開關氣缸的結構和工作原理

磁力開關氣缸是指氣缸的活塞上裝有磁環，磁力開關直接安裝在氣缸筒上。磁力開關用于檢測氣缸行程的位置，控制氣缸的往復運動。因此，無需在缸筒上安裝行程閥或行程開關來檢測氣缸活塞的位置，也無需在活塞桿上設置擋塊。

磁性開關氣缸的工作原理：是在氣缸活塞上安裝一個永磁環，在氣缸外殼上安裝一個簧片開關。該開關裝有簧片、保護電路和動作指示器，全部用樹脂密封在一個盒子里。當裝有永久磁鐵的活塞移動到簧片附近時，磁力線被簧片磁化，兩個簧片被吸引接觸，開關接通。當永磁體返回和離開時，磁場減弱，兩個簧片彈開，開關斷開。由于開關的通斷，電磁閥被切換，實現氣缸的往復運動。

三、氣缸常見故障及原因

1、外漏：活塞桿末端漏氣，缸筒與缸蓋之間漏氣，緩沖調節處漏氣。

原因分析：活塞桿安裝偏心、供油不足、活塞密封磨損、活塞桿軸承配合面有雜質、活塞有傷痕。

2、 內漏：活塞兩端漏氣、活塞密封損壞、潤滑不良、活塞卡死、活塞

配合面有缺陷，雜質擠入密封面。

3、 輸出力不足，動作不穩定：潤滑不良，活塞或活塞桿卡死，供氣不足，冷凝水。

4、 緩沖效果差：緩沖密封圈磨損雙腔空氣彈簧和單腔空氣彈簧，調節螺釘損壞，氣缸速度過快。