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FESTO气缸工作原理.doc

FESTO气缸工作原理

张明心
2017-10-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《FESTO气缸工作原理doc》,可适用于高等教育领域

FESTO气缸工作原理单作用气缸单作用气缸只有一腔可输入压缩空气实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回通常借助于弹簧力膜片张力重力等。它由四个部分组成:缸体活塞弹簧活塞杆单作用气缸的特点是:)仅一端进(排)气结构简单耗气量小。)用弹簧力或膜片力等复位压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力因而减小了活塞杆的输出力。)缸内安装弹簧、膜片等一般行程较短与相同体积的双作用气缸相比有效行程小一些。)气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。由于以上特点单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然可用在长行程、高载荷的场合。双作用气缸双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。)双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。缸体固定时其所带载荷(如工作台)与气缸两活塞杆连成一体压缩空气依次进入气缸两腔(一腔进气另一腔排气)活塞杆带动工作台左右运动工作台运动范围等于其有效行程s的倍。安装所占空间大一般用于小型设备上。活塞杆固定时为管路连接方便活塞杆制成空心缸体与载荷(工作台)连成一体压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔使缸体带动工作台向左或向左运动工作台的运动范围为其有效行程s的倍。适用于中、大型设备。)双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时其往返运动输出力及速度均相等。)缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸不采取必要措施活塞就会以很大的力(能量)撞击端盖引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置一般称为缓冲气缸。缓冲气缸主要由活塞杆、活塞、缓冲柱塞、单向阀、节流阀、端盖等组成。其工作原理是:当活塞在压缩空气推动下向右运动时缸右腔的气体经柱塞孔及缸盖上的气孔排出。在活塞运动接近行程末端时活塞右侧的缓冲柱塞将柱塞孔堵死、活塞继续向右运动时封在气缸右腔内的剩余气体被压缩缓慢地通过节流阀及气孔排出被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡即会取得缓冲效果使活塞在行程末端运动平稳不产生冲击。调节节流阀阀口开度的大小即可控制排气量的多少从而决定了被压缩容积(称缓冲室)内压力的大小以调节缓冲效果。若令活塞反向运动时从气孔输入压缩空气可直接顶开单向阀推动活塞向左运动。如节流阀阀口开度固定不可调节即称为不可调缓冲气缸。气缸所设缓冲装置种类很多上述只是其中之一当然也可以在气动回路上采取措施达到缓冲目的。组合气缸组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气液阻尼缸、气液增压缸等。众所周知通常气缸采用的工作介质是压缩空气其特点是动作快但速度不易控制当载荷变化较大时容易产生“爬行”或“自走”现象而液压缸采用的工作介质是通常认为不可压缩的液压油其特点是动作不如气缸快但速度易于控制当载荷变化较大时采用措施得当一般不会产生“爬行”和“自走”现象。把气缸与液压缸巧妙组合起来取长补短即成为气动系统中普遍采用的气液阻尼缸。气液阻尼缸实际是由气缸与液压缸串联而成两活塞固定在同一活塞杆上。液压缸不用泵供油只要充满油即可其进出口间装有液压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时气缸克服载荷带动液压缸活塞向左运动(气缸左端排气)此时液压缸左端排油单向阀关闭油只能通过节流阀流入液压缸右腔及油杯内这时若将节流阀阀口开大则液压缸左腔排油通畅两活塞运动速度就快反之若将节流阀阀口关小液压缸左腔排油受阻两活塞运动速度会减慢。这样调节节流阀开口大小就能控制活塞的运动速度。可以看出气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力(推力或拉力)与液压缸中油的阻尼力之差。气液阻尼缸的类型有多种。按气缸与液压缸的连接形式可分为串联型与并联型两种。前面所述为串联型。串联型缸体较长加工与安装时对同轴度要求较高有时两缸间会产生窜气窜油现象。并联型缸体较短、结构紧凑气、液缸分置不会产生窜气窜油现象因液压缸工作压力可以相当高液压缸可制成相当小的直径(不必与气缸等直径)但因气、液两缸安装在不同轴线上会产生附加力矩会增加导轨装置磨损也可能产生“爬行”现象。串联型气液阻尼缸还有液压缸在前或在后之分液压缸活塞两端作用面积不等工作过程中需要储油或补油油杯较大。如将液压缸放在前面(气缸在后面)则液压缸两端都有活塞杆两端作用面积相等除补充泄漏之外就不存在储油、补油问题油杯可以很小。按调速特性可分为:)慢进慢退式)慢进快退式)快进慢进快退式。就气液阻尼缸的结构而言尚可分为多种形式:节流阀、单向阀单独设置或装于缸盖上单向阀装在活塞上(如挡板式单向阀)缸壁上开孔、开沟槽、缸内滑柱式、机械浮动联结式、行程阀控制快速趋近式等。活塞上有挡板式单向阀的气液阻尼缸。活塞上带有挡板式单向阀活塞向右运动时挡板离开活塞单向阀打开液压缸右腔的油通过活塞上的孔(即挡板单向阀孔)流至左腔实现快退用活塞上孔的多少和大小来控制快退时的速度。活塞向左运动时挡板挡住活塞上的孔单向阀关闭液压缸左腔的油经节流阀流至右腔(经缸外管路)。调节节流阀的开度即可调节活塞慢进的速度。其结构较为简单制造加工较方便。采用机械浮动联接的快速趋近式气液阻尼缸原理图。靠液压缸活塞杆端部的T形顶块与气缸活塞杆端部的拉钩间有一空行程s实现空程快速趋近然后再带动液压缸活塞通过节流阻尼实现慢进。返程时也是先走空行程s再与液压活塞一起运动通过单向阀实现快退。浮动联接气液阻尼缸与前者的区别在于:T形顶块和拉钩装设位置不同前者设置在缸外部。后者设置在气缸活塞杆内结构紧凑但不易调整空行程s(前者调节顶丝即可方便调节s的大小)。特殊气缸()冲击气缸冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞、活塞杆高速运动的能量利用此动能去做功。冲击气缸分普通型和快排型两种。)普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构与普通气缸相比此种冲击气缸增设了蓄气缸和带流线型喷气口及具有排气孔的中盖。其工作原理及工作过程可简述为如下五个阶段:第一阶段:复位段。接通气源换向阀处复位状态孔A进气孔B排气活塞在压差的作用下克服密封阻力及运动部件重量而上移借助活塞上的密封胶垫封住中盖上的喷气口。中盖和活塞之间的环形空间经过排气小孔与大气相通。最后活塞有杆腔压力升高至气源压力蓄气缸内压力降至大气压力。第二阶段:储能段。换向阀换向B孔进气充入蓄气缸腔内A孔排气。由于蓄气缸腔内压力作用在活塞上的面积只是喷气口的面积它比有杆腔压力作用在活塞上的面积要小得多故只有待蓄气缸内压力上升有杆腔压力下降直到下列力平衡方程成立时活塞才开始移动。活塞开始移动瞬时蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。这一点很明显地与普通气缸不同。普通型冲击气缸第三阶段:冲击段。活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力p可认为已达气源压力ps同时容积很小的无杆腔(包括环形空间C)通过排气孔与大气相通故无杆腔压力p等于大气压力pa。由于paps大于临界压力比所以活塞开始移动后在最小流通截面处(喷气口与活塞之间的环形面)为声速流动使无杆腔压力急剧增加直至与蓄气缸腔内压力平衡。该平衡压力略低于气源压力。以上可以称为冲击段的第I区段。第I区段的作用时间极短(只有几毫秒)。在第I区段有杆腔压力变化很小故第I区段末无杆腔压力p(作用在活塞全面积上)比有杆腔压力p(作用在活塞杆侧的环状面积上)大得多活塞在这样大的压差力作用下获得很高的运动加速度使活塞高速运动即进行冲击。在此过程B口仍在进气蓄气缸腔至无杆腔已连通且压力相等可认为蓄气无杆腔内为略带充气的绝热膨胀过程。同时有杆腔排气孔A通流面积有限活塞高速冲击势必造成有杆腔内气体迅速压缩(排气不畅)有杆腔压力会迅速升高(可能高于气源压力)这必将引起活塞减速直至下降到速度为。以上可称为冲击段的第区段。可认为第区段的有杆腔内为边排气的绝热压缩过程。整个冲击段时间很短约几十毫秒。第四阶段:弹跳段。在冲击段之后从能量观点来说蓄气缸腔内压力能转化成活塞动能而活塞的部分动能又转化成有杆腔的压力能结果造成有杆腔压力比蓄气无杆腔压力还高即形成“气垫”使活塞产生反向运动结果又会使蓄气无杆腔压力增加且又大于有杆腔压力。如此便出现活塞在缸体内来回往复运动即弹跳。直至活塞两侧压力差克服不了活塞阻力不能再发生弹跳为止。待有杆腔气体由A排空后活塞便下行至终点。第五阶段:耗能段。活塞下行至终点后如换向阀不及时复位则蓄气无杆腔内会继续充气直至达到气源压力。再复位时充入的这部分气体又需全部排掉。可见这种充气不能作用有功故称之为耗能段。实际使用时应避免此段(令换向阀及时换向返回复位段)。对内径D=mm的气缸在气源压力MPa下进行实验所得冲击气缸特性曲线分析基本与特性曲线相符。对冲击段的分析可以看出很大的运动加速使活塞产生很大的运动速度但由于必须克服有杆腔不断增加的背压力及摩擦力则活塞速度又要减慢因此在某个冲程处运动速度必达最大值此时的冲击能也达最大值。各种冲击作业应在这个冲程附近进行。冲击气缸在实际工作时锤头模具撞击工件作完功一般就借助行程开关发出信号使换向阀复位换向缸即从冲击段直接转为复位段。这种状态可认为不存在弹跳段和耗能段。)快排型冲击气缸由上述普通型冲击气缸原理可见其一部分能量(有时是较大部分能量)被消耗于克服背压(即p)做功因而冲击能没有充分利用。假如冲击一开始就让有杆腔气体全排空即使有杆腔压力降至大气压力则冲击过程中可节省大量的能量而使冲击气缸发挥更大的作用输出更大的冲击能。这种在冲击过程中有杆腔压力接近于大气压力的冲击气缸称为快排型冲击气缸。快排型冲击气缸是在普通型冲击气缸的下部增加了“快排机构”构成。快排机构是由快排导向盖、快排缸体、快排活塞、密封胶垫等零件组成。快排型冲击气缸的气控回路。接通气源通过阀F同时向K、K充气K通大气。阀F输出口A用直管与K孔连通而用弯管与K孔连通弯管气阻大于直管气阻。这样压缩空气先经K使快排活塞推到上边由快排活塞与密封胶垫一起切断有杆腔与排气口T的通道。然后经K孔向有杆腔进气蓄气一无杆腔气体经K孔通过阀F排气则活塞上移。当活塞封住中盖喷气口时装在锤头上的压块触动推杆切换阀F发出信号控制阀F使之切换这样气源便经阀F和K孔向蓄气腔内充气一直充至气源压力。冲击工作开始时使阀F切换则K进气K和K排气快排活塞下移有杆腔的压缩空气便通过快排导向盖上的多个圆孔(个)再经过快排缸体上的多个方孔T(余个)及K直接排至大气中。因为上述多个圆孔和方孔的通流面积远远大于K的通流面积所以有杆腔的压力可以在极短的时间内降低到接近于大气压力。当降到一定压力时活塞便开始下移。锤头上压块便离开行程阀F的推杆阀在弹簧的作用下复位。由于接有气阻和气容阀虽然复位但F却延时复位这就保证了蓄气缸腔内的压缩空气用来完成使活塞迅速向下冲击的工作。否则若F复位F同时复位的话蓄气缸腔内压缩空气就会在锤头没有运动到行程终点之前已经通过K孔和阀F排气了所以当锤头开始冲击后F的复位动作需延时几十毫秒。因所需延时时间不长冲击缸冲击时间又很短往往不用气阻、气容也可以只要阀F的换向时间比冲击时间长就可以了。在活塞向下冲击的过程中由于有杆腔气体能充分地被排空故不存在普通型冲击气缸有杆腔出现的较大背压因而快排型冲击气缸的冲击能是同尺寸的普通型冲击气缸冲击能的,倍。()数字气缸它由活塞、缸体、活塞杆等件组成。活塞的右端有T字头活塞的左端有凹形孔后面活塞的T字头装入前面活塞的凹形孔内由于缸体的限制T字头只能在凹形孔内沿缸轴向运动而两者不能脱开若干活塞如此顺序串联置于缸体内T字头在凹形孔中左右可移动的范围就是此活塞的行程量。不同的进气孔A,Ai(可能是A或是A和A或A、A和A还可能是A和A或A和A等等)输入压缩空气(,MPa)时相应的活塞就会向右移动每个活塞的向右移动都可推动活塞杆向右移动因此活塞杆每次向右移动的总距离等于各个活塞行程量的总和。这里B孔始终与低压气源相通(,MPa)当A,Ai孔排气时在低压气的作用下活塞会自动退回原位。各活塞的行程大小可根据需要的总行程s按几何级数由小到大排列选取。设s=mm采用个活塞则各活塞的行程分别取α=mmα=mmα=mm。如s=mm可用个活塞则α、α、α……α分别设计为、、、、、mm由这些数值组合起来就可在,mm范围内得到mm整数倍的任意输出位移量。而这里的α、α、α……αi可以根据需要设计成各种不同数列就可以得到各种所需数值的行程量。()回转气缸主要由导气头、缸体、活塞、活塞杆组成。这种气缸的缸体连同缸盖及导气头芯被其他动力(如车床主轴)携带回转活塞及活塞杆只能作往复直线运动导气头体外接管路固定不动。固转气缸为增大其输出力采用两个活塞串联在一根活塞杆上这样其输出力比单活塞也增大约一倍且可减小气缸尺寸导气头体与导气头芯因需相对转动装有滚动轴承并以研配间隙密封应设油杯润滑以减少摩擦避免烧损或卡死。回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置上。()挠性气缸挠性气缸是以挠性软管作为缸筒的气缸。常用挠性气缸有两种。一种是普通挠性气缸由活塞、活塞杆及挠性软管缸筒组成。一般都是单作用活塞气缸活塞的回程靠其他外力。其特点是安装空间小行程可较长。第二种挠性气缸是滚子挠性气缸由夹持滚子代替活塞及活塞杆夹持滚子设在挠性缸筒外表面A端进气时左端挠性筒膨胀B端排气缸左端收缩夹持在缸筒外部的滚子在膨胀端的作用下向右移动滚子夹带动载荷运动。可称为挠性筒滚子气缸。这种气缸的特点是所占空间小输出力较小载荷率较低可实现双作用。它是以柔软的、弯曲性大的钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸。活塞与钢丝绳连在一起活塞在压缩空气推动下往复运动钢丝绳带动载荷运动安装两个滑轮可使活塞与载荷的运动方向相反。这种气缸的特点是可制成行程很长的气缸如制成直径为mm行程为m左右的气缸也不困难。钢索与导向套间易产生

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