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(zhì)在發(fā)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(fā)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(zhí)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(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復滑動，缸筒內(nèi)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(xiàn)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(nèi)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(nèi)。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?；钊系哪湍キh(huán)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(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來決定?；瑒硬糠痔蹋滓鹪缙谀p和卡死。活塞的材質(zhì)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(jīng)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(lián)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(jù)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(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)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(fā)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(fā)，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(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)燃機”的設想，后人在此基礎上才發(fā)明了汽車用的發(fā)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(fā)動機。就像我們認為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發(fā)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(fā)動機。然而現(xiàn)在不同了，先別說發(fā)達國家，看看國內(nèi)汽車廣告就會發(fā)現(xiàn)，不少廠家總拿發(fā)動機的氣缸數(shù)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(fā)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(fā)動機是發(fā)動機”等概念。國產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動機。
單缸發(fā)動機的曲軸每轉兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽起來也不連續(xù)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(wěn)，轉速波動較大，而且單缸發(fā)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(fā)動機上，兩缸機也不好找了，zui少是3缸發(fā)動機。國內(nèi)生產(chǎn)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(fā)動機一般采用4缸或5缸機。2升以上的發(fā)動機大多為6缸，4升以上的發(fā)動機使用8缸的占絕大多數(shù)。
在相同排量的情況下，增加氣缸數(shù)可以提高發(fā)動機的轉速，從而可以提高發(fā)動機的輸出功率。另外，增加氣缸數(shù)可以使發(fā)動機運轉更平穩(wěn)，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數(shù)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(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數(shù)都在6缸以上，zui多者已達到16缸。
但是，氣缸數(shù)的增加不能無限制。因為隨著氣缸數(shù)的增加，發(fā)動機的零部件數(shù)也成比例地增加，從而使發(fā)動機結構復雜，降低發(fā)動機的可靠性，增加發(fā)動機重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發(fā)動機的體積變大。因此，氣車發(fā)動機的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)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(jīng)過時效處理，使汽缸在住鑄造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)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(nèi)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(tài)下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)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(chǎn)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(jīng)過補焊后產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。
⒍使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過多或是型號不對；汽缸密封劑內(nèi)若有堅硬的雜質(zhì)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(zhì)不合格。汽缸結合面的嚴密性主要靠螺栓的緊力來實現(xiàn)的。機組的起?；蚴窃鰷p負荷時產(chǎn)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(zhì)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(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)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(xiàn)內(nèi)、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(huán)磨損或損壞，氣缸內(nèi)有雜質(zhì)及活塞桿有傷痕等造成的。所以，當氣缸出現(xiàn)內(nèi)、外泄漏時，應重新調(diào)整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；須經(jīng)常檢查油霧器工作是否可靠，以保證執(zhí)行元件潤滑良好；當密封圈和密封環(huán)出現(xiàn)磨損或損環(huán)時，須及時更換；若氣缸內(nèi)存在雜質(zhì)，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(wěn)，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(nèi)有冷凝水和雜質(zhì)等原因造成的。對此，應調(diào)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(nèi)存有冷凝水和雜質(zhì)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(diào)節(jié)螺釘損壞所致。此時，應更換密封圈和調(diào)節(jié)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(diào)整活塞桿的中心位置；更換緩沖密封圈或調(diào)節(jié)螺釘。
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