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利用壓縮氣體的推力產生往復線性運動
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- 氣壓缸 是一種利用壓縮氣體的推力產生往復線性運動的 機械元件 :85 。 如同 液壓缸 一樣，壓力作用於圓盤或圓柱體的活塞上使 活塞 沿所壓力作用的方向移動，活塞桿再將其產生的力傳遞到要移動的物體上。 : 85 而因為氣壓元件較安靜且較清潔，也不需要大量空間來存儲液壓槽，故工程師通常較喜歡使用氣動工具，。
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氣壓缸 是一種利用壓縮氣體的推力產生往復線性運動的 機械元件 [1] :85 。. 如同 液壓缸 一樣，壓力作用於圓盤或圓柱體的活塞上使 活塞 沿所壓力作用的方向移動，活塞桿再將其產生的力傳遞到要移動的物體上。. [1] : 85 而因為氣壓元件較安靜且較清潔，也不 ...
氣壓缸 是一種利用壓縮氣體的推力產生往復線性運動的 機械元件 [1] :85 。. 如同 液壓缸 一樣，壓力作用於圓盤或圓柱體的活塞上使 活塞 沿所壓力作用的方向移動，活塞桿再將其產生的力傳遞到要移動的物體上。. [1] : 85 而因為氣壓元件較安靜且較清潔 ...
3-1 氣壓缸之種類、構造及作用原理 凡是能將壓縮空氣的壓力能轉換為直線或迴轉等機械運動 的氣壓元件，稱為氣壓驅動器。氣壓驅動器的種類繁多，大致上可區分為氣壓缸、迴轉缸、及氣壓馬達三種。3-1-1 氣壓缸的種類 一、單動氣壓缸
- 概觀
- 基本介紹
- 基本概念
- 種類
- 結構
- 發展歷程
- 常見故障
- 氣缸與電動執行器的區別
引導活塞在缸內進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。空氣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”。氣缸的套用領域：印刷（張力控制）、半導體（點焊機、晶片研磨）、自動化控制、機器人等等。
內燃機缸體上安放活塞的空腔。是活塞運動的軌道，燃氣在其中燃燒及膨脹，通過氣缸壁還能散去一部分燃氣傳給的爆發餘熱，使發動機保持正常的工作溫度。氣缸的型式有整體式和單鑄式。單鑄式又分為乾式和濕式兩種。氣缸和缸體鑄成一個整體時稱整體式氣缸;氣缸和缸體分別鑄造時，單鑄的氣缸筒稱為氣缸套。氣缸套與冷卻水直接接觸的稱作濕式氣缸套;不與冷卻水直接接觸的稱作乾式氣缸套。為了保持氣缸與活塞接觸的嚴密性，減少活塞在其中運動的摩擦損失，氣缸內壁應有較高的加工精度和精確的形狀尺寸。
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兩種類型（見圖）。做往復直線運動的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和衝擊氣缸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衝擊氣缸：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，藉以做功。
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。
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：
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。
SMC、 CM2氣缸活塞上採用組合密封圈實現雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚連結，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衝機構。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，為減輕重量並防鏽，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
氣缸原理源於大炮。
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？他一開始仍用火藥作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，並開一個單向閥。他在氣缸內注入火藥，當點燃火藥後，火藥猛烈地爆炸燃燒，推動活塞向上運動，並產生動力。同時，爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥，排出廢氣。而後，氣缸內殘餘廢氣逐漸變冷，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，由於行程過長，效率太低，他最終沒有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內燃機”的構想，後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
汽車鼻祖卡爾·賓士和戴姆勒在當年設計製造汽車時，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台或更多台發動機一樣，估計當時的人們也不會想像出還會用兩個氣缸或更多氣缸的發動機。然而現在不同了，先別說已開發國家，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型發動機是高級發動機”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，聽一聽小排量機車的聲音就知道了。最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，最少是3缸發動機。國內生產的華利麵包車、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升的發動機一般採用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。
問題
1.汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠後都要經過時效處理，使汽缸在住鑄造過程中所產生的內應力完全消除。如果時效時間短，那么加工好的汽缸在以後的運行中還會變形。 2.汽缸在運行時受力的情況很複雜，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，以及各種連線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。 3.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。 4.汽缸在機械加工的過程中或經過補焊後產生了應力，但沒有對汽缸進行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘餘應力，在運行中產生永久的變形。 5.在安裝或檢修的過程中，由於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，運行後產生巨大的膨脹力使汽缸變形。 6.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。 7.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鬆弛，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。 8.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，也就是從垂弧最大處或是受力變形最大的地方緊固，這樣就會把變形最大的處的間隙向汽缸前後的自由端轉移，最後間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會集中於中部，汽缸結合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。
原因
1.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；若氣缸記憶體在雜質，應及時清除；活塞桿上有傷痕時，應換新。 2.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。當氣缸記憶體有冷凝水和雜質時，應及時清除。 3.氣缸的緩衝效果不良，一般是因緩衝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。 4.氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩衝機構不起作用而造成的。對此，應調整活塞桿的中心位置；更換緩衝密封圈或調節螺釘。
解決方案
1.汽缸變形較大或漏汽嚴重的結合面，採用研刮結合面的方法 如果上缸結合面變形在0.05mm範圍內，以上缸結合面為基準面，在下缸結合面塗紅丹或是壓印藍紙，根據痕跡研刮下缸。如果上缸的結合面變形量大，在上缸塗紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平。或是採取機械加工的方法把上缸結合面找平，再以上缸為基準研刮下缸結合面。汽缸結合面的研刮一般有兩種方法： ⑴是不緊結合面的螺栓，用千斤頂微微推動上缸前後移動，根據下缸結合面紅丹的著色情況來研刮。這種方法適合結構剛性強的高壓缸。 ⑵是緊結合面的螺栓，根據塞尺的檢查結合面的嚴密性，測出數值及壓出的痕跡，修刮結合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對間隙的影響。 2.採用適當的汽缸密封材料 因汽輪機汽缸密封劑還沒有統一的國家標準和行業標準，製作原料和配方也各不相同，產品質量參差不齊；在選擇汽輪機汽缸密封劑時，就要選在行業內有口碑，產品質量有保證的正規生產廠家，以保證檢修處理後汽缸的嚴密性。 3.局部補焊的方法 由於汽缸結合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當的焊條把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結合面在同一平面內。汽缸結合面變形較大或是漏汽嚴重時，在下缸的結合面補焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然後用平尺或是扣上缸測量，並塗紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡單，焊前預熱汽缸至150℃，然後在室溫下進行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊後用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫後進行打磨修刮。 4.汽缸結合面的塗鍍或噴塗 當汽缸結合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時，為了減少研刮的工作量，可用塗鍍的工藝。用汽缸做陽極，塗具做陰極，在汽缸的結合面上反覆塗刷電解溶液，塗層的厚度要根據汽缸結合面間隙的大小而定，塗層的種類要根據汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴塗就是用專用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達到塑性狀態後噴射於處理過的汽缸表面，形成一層具有所需性能的塗層方法。其特點就是設備簡單，操作方便塗層牢固，噴塗後汽缸溫度僅為70℃—80℃不會使汽缸產生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的塗層。注意的是在塗渡和噴塗前都要對缸面進行打磨、除油、拉毛，在塗渡和噴塗後要對塗層進行研刮，保證結合面的嚴密。 5.結合面加墊的方法 如果結合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網經熱處理使其硬度降低，然後剪成適當的形狀，鋪在結合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結合面的間隙較大，泄漏嚴重，可在上下結合面開寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，並可用同等形狀的不鏽鋼墊片做以調整。 6.控制螺栓應力的方法 如果汽缸結合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當的加大螺栓的預緊力。按從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧最大處或是受力變形最大的地方緊固螺栓。理論上來說，控制螺栓的預緊力可用公式d/L≤A來計算，但由於此計算的數據與測量的手段還在研究當中，沒有達到推廣，多在螺栓的允許的最大應力內根據經驗而定。 7.新時期採用的高分子材料方法 隨著技術的進一步發展，高分子複合材料逐漸在氣缸維護中取得了成功的套用。相對於傳統手段相比，高分子複合材料具有較為優異的耐溫性能，良好的耐壓性能，以及更為出色的密封性能，且具有良好的塑變性，受熱不會固化，密封膜不會被破壞，從而保證了機件密封面的密封；加之易於清除，使用過的密封面可以用無水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著於密封面；由於其優異的性能，逐漸受到越來越多氣缸企業的青睞。
技術性能
眾所周知，相比電動執行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現免維護。氣缸擅長作往復直線運動，尤其適於工業自動化中最多的傳送要求——工件的直線搬運。而且，僅僅調節安裝在氣缸兩側的單向節流閥就可簡單地實現穩定的速度控制，也成為氣缸驅動系統最大的特徵和優勢。所以對於沒有多點定位要求的用戶，絕大多數從使用便利性角度更傾向於使用氣缸。目前工業現場使用電動執行器的套用大部分都是要求高精度多點定位，這是由於用氣缸難以實現，退而求其次的結果。 而電動執行器主要用於旋轉與擺動工況。其優勢在於回響時間快，通過反饋系統對速度、位置及力矩進行精確控制。但當需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲桿等機械裝置進行傳動轉化，因此結構相對較為複雜，而且對工作環境及操作維護人員的專業知識都有較高要求。
優勢
（1）對使用者的要求較低。氣缸的原理及結構簡單，易於安裝維護，對於使用者的要求不高。電缸則不同，工程人員必需具備一定的電氣知識，否則極有可能因為誤操作而使之損壞。 （2）輸出力大。氣缸的輸出力與缸徑的平方成正比；而電缸的輸出力與三個因素有關，缸徑、電機的功率和絲桿的螺距，缸徑及功率越大、螺距越小則輸出力越大。一個缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達2000N，對於同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產品各有差異，但是基本上都不超過1000N。顯而易見，在輸出力方面氣缸更具優勢。 （3）適應性強。氣缸能夠在高溫和低溫環境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應各種惡劣的環境。而電缸由於具有大量電氣部件的緣故，對環境的要求較高，適應性較差。 電缸的優勢主要體現在以下3個方面： （1）系統構成非常簡單。由於電機通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個系統就是由這三部分組成的，簡單而緊湊。 （2）停止的位置數多且控制精度高。一般電缸有低端與高端之分，低端產品的停止位置有3、5、16、64個等，根據公司不同而有所變化；高端產品則更是可以達到幾百甚至上千個位置。在精度方面，電缸也具有絕對的優勢，定位精度可達¡0.05mm，所以常常套用於電子、半導體等精密的行業。 （3）柔韌性強。毫無疑問，電缸的柔韌性遠遠強於氣缸。由於控制器可以與PLC直接進行連線，對電機的轉速、定位和正反轉都能夠實現精確控制，在一定程度上，電缸可以根據需要隨意進行運動；由於氣體的可壓縮性和運動時產生的慣性，即使換向閥與磁性開關之間配合地再好也不能做到氣缸的準確定位，柔韌性也就無從談起了。 在技術性能方面，本人認為電動和氣動各有所長，首先電動執行器的優勢主要包括： （1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動執行器，電動執行器結構相對簡單，一個基本的電子系統包括執行器，三位置DPDT開關、熔斷器和一些電線，易於裝配。 （2）電動執行器的驅動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執行器需要氣源和壓縮驅動裝置。 （3）電動執行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執行器的穩定性稍差。 （4）不需要對各種氣動管線進行安裝和維護。 （5）可以無需動力即保持負載，而氣動執行器需要持續不斷的壓力供給。 （6）由於不需要額外的壓力裝置，電動執行器更加安靜。通常，如果氣動執行器在大負載的情況下，要加裝消音器。 （7）電動執行器在控制的精度方面更勝一籌。 （8）氣動裝置中的通常需要把電信號轉化為氣信號，然後再轉化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用於元件級數過多的複雜迴路。 而氣缸的優勢則在於以下4個方面： （1）負載大，可以適應高力矩輸出的套用（不過，現在的電動執行器已經逐漸達到目前的氣動負載水平了）。 （2）動作迅速、反應快。 （3）工作環境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射和振動等惡劣工作環境中，比液壓、電子、電氣控制更優越。 （4）行程受阻或閥桿被扎住時電機容易受損。
購買和套用成本比較
從總體上來講，電伺服驅動比氣動伺服驅動要貴，但也要因具體要求及場合而定。有些小功率的直流電機構成電動滑台(電伺服系統)實際上比氣動伺服系統要便宜。 如：當負載為1.5kg、工作行程為80mm、速度在2~170mm/s之間、精度為¡0.1mm、加速度2.5m/s2等工況條件時，FESTO公司採用小型電動滑台、控制器、馬達電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統，其價格就比氣動伺服系統便宜25%。同樣，對於帶活塞桿電缸也是如此。需要說明的是如果採用交流電機的話，所組成的電伺服系統的價格要比氣動伺服系統高出40%左右。 從購買和套用成本來看，目前氣缸還是具有比較明顯的優勢的。對於氣動系統來說，控制系統及執行機構都非常簡單，每個氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換，進行運動控制，氣缸發生故障的機率也比較小，維護簡單方便，成本也低。 而對於電動執行器來說，雖然電能的獲得比較簡單，能量成本較低，但購買及套用成本較高，不僅需要配置電機，還需要一套機械傳動機構以及相應的驅動元件。同時使用電動執行器需要很多保護措施，錯誤的電路連線、電壓的波動及負載的超載都會對電驅動器造成損壞，因此需要在電路及機械上加裝保護系統，增加了很多額外的費用支出。另外，由於電動執行器驅動單元的參數化設定較多，且集成度高，所以其一旦發生故障，就要更換整個元件。而且當系統需要的驅動力增加時，也要成套更換元件才能實現。因此綜合比較可以看出氣缸在購買及維護成本上有較大優勢。
氣壓缸是氣壓系統中將氣壓能轉換為機械能的執行元件。其故障可基本歸納為氣壓缸誤動作、無力推動負載以及活塞滑移或爬行等。由於氣壓缸出現故障而導致設備停機的現象屢見不鮮，因此，應重視氣壓缸的故障診斷與使用維護工作。故障診斷及處理
氣壓基本概念. 氣壓學之英文術語’Pneumatic’ 源自古希臘文’Pneumatic’,其含義為研究空氣運動及空氣現象的一門學問,亦即氣壓技術或氣壓學乃利用壓縮空氣所具有的壓縮能力進行如:進料、夾緊、沖壓、食品加工、化學工業、木工業、醫療工業及營建業....等 ...
一、按鈕開關與指示器. z以人力驅動這些氣壓按鈕,則產生一個氣壓輸出訊號。 z指示燈被設計來顯示器壓訊號的有無。 二、直徑2 2mm 和直徑30 mm的按鈕開關和指示燈. z 安裝上需挖22.2 mm 及30.5 mm之孔洞,因為它們合宜之尺寸,所以有大數目之元件可以被成群安裝在一控制面板上,而且有廣泛可相容操作頭可被利用。 2-2 圖 按鈕及切替開關之簡單應用例. 作動前. 圖2-5 常時閉按鈕. 作動後. 操作:按鈕是引導操作:操作頭傳輸機械的力量至引導部份。 氣壓訊號a 倒轉光闌,推動擺臂向上和旋轉兩色球。 圖2-6. 常閉氣壓開關常開氣壓開關. 圖2-7. 2-2 安裝在機器上的訊號元件.
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