气缸的类型及原理结构

5.1.2 气缸的工作原理

1 普通气缸

（1）单作用气缸

如图5-1所示为弹簧复位式单作用气缸，这种气缸在夹紧装置中应用较多。这种汽缸一个方向的运动由气压驱动，另一方向的运动由其他机械力驱动。

1 后缸盖 2活塞 3弹簧 4活塞杆 5密封件 6前缸盖

图5-1弹簧复位式单作用气缸

（2）双作用气缸

单活塞杆双作用气缸的结构原理如图5-2所示。所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。在单伸出活塞杆的动力缸中，因活塞右边面积比较大，当空气压力作用在右边时，提供一慢速的和作用力大的工作行程；返回行程时，由于活塞左边的面积较小，所以速度较快而作用力变小。此类气缸的使用最为广泛，一般应用于包装机械、食品机械、加工机械等设备上。

1.后缸盖 2．密封圈 3．缓冲密封圈 4．活塞密封圈 5．活塞 6．缓冲柱塞 7．活塞杆8．缸筒 9．缓冲节流阀 10．导向套 11．前缸盖 12．防尘密封圈 13．磁铁 14．导向环图5-2普通型单活塞杆双作用气缸

2．特殊气缸

（1）气液阻尼缸

气液阻尼气缸是由气缸和液压缸组合而成，它以压缩空气为能源，利用油液的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动，调节活塞的运动速度。图5-3所示的工作原理。它的液压缸和气缸共用同一缸体，两活塞固定在同一活塞杆上。

1气缸 2液压缸 3单向阀 4油箱 5节流阀

图5-3气液阻尼缸

气液阻尼缸运动平稳，停位精确，噪声小，与液压缸相比，它不需要液压源，经济性好。同时具有气缸和液压缸的优点。

（2）薄膜式气缸

如图5-4所示为薄膜式气缸，它是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。它有单作用式（图5-4a）所示和双作用式（图5-4b）所示两种。薄膜式气缸中的膜片有平膜片和盘形膜片两种，因受膜片变形量限制，活塞位移较小，一般都不超过50mm。

图5-4薄膜式气缸

1缸体 2膜片 3膜盘 4活塞杆

（3）无活塞杆气缸

无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现直线运动，如图5-5所示，无杆气缸由缸筒2，防尘和抗压密封件7、4，无杆活塞3，左右端盖1，传动舌片5，导架6等组成。拉制而成的铝气缸筒沿轴向长度方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件4和外部防尘密封件7密封。内、外密封件都是塑料挤压成形件，且互相夹持固定，如图10．10b所示。无杆活塞3的两端带有唇型密封圈。活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。该运动通过缸筒槽的传动舌片5被传递到承受负载的导架6上。此时，传动舌片将防尘密封件7与抗压密封件4挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此，传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。

无杆气缸缸径范围为25～63mm，行程可达l0m。这种气缸最大的优点是节省了安装空间，

特别适用于小缸径长行程的场合。在自动化系统、气动机器人中获得大量应用。

图5-5 无杆气缸

a)无杆气缸结构图 b)缸筒槽密封布置

l一左、右缸盖2一缸筒3一无杆活塞4一内部抗压密封件 5一传动舌片6一导架7一外部防尘密封件

（4）冲击气缸

冲击气缸把压缩空气的能量转化为活塞高速运动能量的一种气缸。活塞最大速度可以达到10m/s以上，利用此动能做功，与同尺寸的普通气缸相比，其冲击能要大上百倍。

冲击气缸有普通型和快速型两种，它们的工作原理相同，图5-6所示为普通冲击气缸的结构原理图。

图5-6普通冲击气缸的结构原理图

冲击气缸在结构上分为活塞杆腔5、活塞腔4和蓄能腔1三个工作腔，以及带有排气小孔3的中盖2，冲击气缸的工作过程一般分为如下三步。

1）压缩空气进入冲击气缸活塞杆腔，蓄能腔与活塞腔通大气，活塞上移至上限位置，封住中盖上的喷嘴，中盖与活塞间的环型空间经排气小孔3与大气相通。

2）蓄能腔进气，其压力逐渐上升，在与中盖喷嘴口相密封接触的活塞面上，其承受的向下推力逐渐增大，与此同时，活塞杆腔排气，其压力逐渐变小，活塞杆腔活塞下端面上的受力逐渐减小。

3）当活塞上端推力大于下端的推力时，活塞立即离开喷嘴口向下运动，在喷嘴打开的瞬间，

活塞腔与蓄能腔立刻连通，活塞上端的承压面突然增大为整个活塞面，于是活塞在巨大的压力差作用下，加速向下运动，使活塞、活塞杆等运动部件在瞬间加速达到很高的速度，获得最大冲击速度和能量。

（5）摆动气缸

摆动气缸也称摆动气马达，是一种在小于360°角度范围内做往复摆动的气动执行元件，输出力矩使机构实现往复摆动。摆动气缸的最大摆动角度分别为90°、180°、270°三种规格。摆动气缸按结构特点分为叶片式、齿轮齿条式等。

叶片式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式两种。单叶片式输出轴摆动角度小于360°，双叶片式输出轴摆动角小于180°。它是由叶片轴转子（输出轴）、定子、缸体和前后端盖等组成的。图5-7所示为叶片式摆动气缸的结构原理，在输出转矩相同的摆动气缸中，叶片式体积最小，质量最轻。

图5-7叶片式摆动气缸的结构原理图

5.1.3 气缸的选用

汽缸选用的基本原则是：

1）根据工作任务对机构运动要求，选择气缸的结构形式及安装方式（参考表5-1与表5-2 ）。

2）根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆的推力和拉力。

3）根据工作机构任务的要求，确定行程。一般不使用满行程。

4）推荐气缸工作速度在0.5～lm/s左右，并按此原则选择管路及控制元件。

表5-1常用气缸的结构及功能

类型名称简图原理及功能

单作用气缸活塞式气缸

压缩空气驱动活塞向一个方向运动，借

助外力复位，可以节约压缩空气，节省能源

压缩空气作用在膜片上，使活塞杆向一

个方向运动，靠弹簧复位，密封性好，适用

于小行程

薄膜式气缸

压缩空气作用在膜片上，使活塞杆向一

个方向运动，靠弹簧复位，密封性好，适用

于小行程

柱塞式气缸

柱塞向一个方向运动，靠外力返回。稳

定性较好，用于小直径气缸