-XJTUROBOCON机械设计——气缸-

4-2

气缸选型、控制、特点及使用方式

-1、气缸选型及使用注意事项-

*气缸作用力计算

气缸原理：通过电磁阀使得一端连接气源气压，一端连接大气压，压力差则为工作压力。计算时要注意减去大气压。

普通双作用气缸的理论推力F0为

式中

D——缸径，m

p——气缸的工作压力，Pa

其理论拉力F0为

式中d——活塞杆直径，m，估算时可令d=0.3D

实际输出力计算公式

普通双作用气缸的实际输出推力Fe为

实际输出拉力Fe为

普通单作用气缸的实际输出推力Fe为

上面这个表仅供参考，建议每次都要单独计算。

实际输出力效率曲线

气缸未加载时实际所能输出的力,受到气缸活塞和活塞杆本身的摩擦力影响,如活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆和前缸盖之间的摩擦,用气缸效率n表示，如图a气缸效率曲线所示气缸的效率n与气缸的缸径D和工作压力p有关缸径增大,工作压力提高,则气缸效率n增加。在气缸缸径增大时，在同样的加工条件、气缸结构条件下，摩擦力在气缸的理论输出力中所占的比例明显地减小了，即效率提高了。一般气缸的效率在0.7~0.95之间。

由上表可知，气缸不要用于比较小的气压。比赛要求6个大气压以下。一般使用不应小于3个大气压，否则效率太低。如果一定要低压运行，则选择的缸径应该大一些，保证力量足够。当然缸径变大会造成每一次运行释放出去的气体变多，气源可能不够用。

*气缸的运行速度

在实际使用过程中，我们经常对气缸运行速度有要求。

普通气缸运行速度一般不大于0.5m/s，对于有高速度需求的情况，一般不采用气缸作为动力。虽然也有高速气缸，但比较昂贵，而且受负载影响严重，我们在实际使用过程中，由于加工精度较低，负载可能不好评估，造成更换零件之后负载变化，调试参数会变，不便于调试。如果一定要使用，则需要考虑此因素。

气缸的运行速度受到负载的影响，是变化的。

从对气缸特性研究知道，要精确确定气缸的实际输出力是困难的。于是，在研究气缸的性能和选择确定气缸缸径时，常用到负载率β的概念。气缸负载率β的定义是：

由上表可知，负载越小，一般速度越快。

*气缸的耗气量

最大耗气量Qmax

定义：指气缸活塞完成一次行程所需的耗气量

计算公式：

式中

Qmax——最大耗气量，L/min（ANR）

D——缸径，cm

S——气缸行程，cm

t——气缸一次性往复行程所需的时间，s

p——工作压力，MPa

-2、气缸控制-

*阀种类

A电磁阀

B手滑阀、直动式

*控制原理

一般有多个进气口2个出气口。进气口一端连气源，其余端连外界大气，所以看上去只有1根进气线。2个出气口分别连接标准气缸的活塞两端。无论电磁还是手动，都是通过一定的力移动阀门，使得连接气源高压的高压气体与出气口的一端相连，另一个出气口连接大气。使得气缸活塞一边为气源气压，一边为大气压，通过压差提供动力。（两边压力只是接近大气压和气源气压，与流速等等很多因素有关，不过不影响理解核心原理。）

电磁阀是通过电压产生磁性推动阀门，手动阀则是人力或其他压力提供。

注意事项：如果需要气缸高频来回运动，需要考虑气体流速可能造成气缸活塞两边充气不足。

要减少充气时间，或增大气流流量，则除了单纯加粗气管，电磁阀的粗细也会对气流流量造成影响。

-3、气缸的特点及使用方式-

A、直接用作动力实现直线运动或直线往复运动，根据气缸种类及使用场景决定是否单独增加导向机构。

B、气缸力量较大，可以采用气缸拉绳的方式，通过滑轮改变绳子方向，实现复杂、空间狭窄处的运动。

C、气缸连接高压气源后，可作为缓冲器件，用于车辆与墙壁的碰撞等缓冲。即气缸不用连接电磁阀进行气源变向，直接连接气源变成气动弹簧。注意气缸在未运行到极限位置时，可以认为是一个恒力弹簧，与压缩行程无关。

衍生出来可以用于用于车辆与墙壁的碰撞等缓冲、机械结构的支撑缓冲、轮胎悬挂等等。

图文丨张庭恺

排版丨李梓媛

审核丨叶佳胤