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气缸选型之前，需要了解各个气缸性能指数，用以气缸选型时进行参考，更好的了解气缸的性能，便于找到合适自己工况的气缸。

1.气缸的瞬态特性

下面以单杆双作用无缓冲气缸为例,来分析气缸的运动状态,见图一。

图一单杆双作用气缸的运动状态示意图

电磁换向阀换向,气源经A口向气缸无杆腔充气,压力p1上升。有杆腔内气体经B口通过换向阀的排气口排气,压力p2下降。当活塞的无杆侧与有杆侧的压力差达到气缸的最低动作压力以上时,活塞开始移动。活塞一旦启动,活塞等处的摩擦力即从静摩擦力突降至动摩擦力,活塞稍有抖动。活塞启动后,无杆腔为容积增大的充气状态,有杆腔为容积减小的排气状态。随外负载大小和充排气回路的阻抗大小等因素的不同,活塞两侧压力P1和p2的变化规律也不同,因而导致活塞的运动速度及气缸的有效输出力的变化规律也不同。图二是气缸的瞬态特性曲线示意图。从电磁阀通电开始到活塞刚开始运动的时间称为延迟时间。从电磁阀通电开始到活塞到达行程末端的时间称为到达时间。

图二气缸的瞬态特性曲线示意图

图二气缸的瞬态特性曲线示意图

从图二可以看出,在活塞的整个运动过程中,活塞两侧腔室内的压力p1和p2以及活塞的运动速度u都在变化。这是因为有杆腔虽排气,但容积在减小,故p2下降趋势变缓。若排气不畅,P2还可能上升。无杆腔虽充气,但容积在增大,若供气不足或活塞运动速度过快,p1也可能下降。由于活塞两侧腔内的压差力在变化,又影响到有效输出力及活塞运动速度的变化。假如外负载力及摩擦力也不稳定的话,则气缸两腔的压力和活塞运动速度的变化更复杂。

2.气缸的速度特性

活塞在整个运动过程中,其速度是变化的。速度的最大值称为最大速度,记为um。对非气缓冲气缸,最大速度通常在行程的末端。对气缓冲气缸,最大速度通常在进入缓冲前的行程位置。

气缸没有外负载力,并假定气缸排气侧为声速排气,且气源压力不太低的情况下,求出的气缸速度u。称为理论基准速度。

u。=S/A

式中u。_____理论基准速度,mm/s

____系数,mm/s;

S_____排气回路的合成有效截面积,mm;

A_____排气侧活塞的有效面积,cm

理论基准速度u。与无负载时气缸的最大速度非常接近,故令无负载时气缸的最大速度等于u。随着负载的加大,气缸的最大速度un将减小。

气缸的平均速度v是气缸的运动行程L除以气缸的动作时间(通常按到达时间计算)t。通常所说的气缸使用速度都是指平均速度。在粗略计算时,气缸的最大速度一般取平均速度的1.4倍标准气缸的使用速度范围大多是50~mm/s。当速度小于50mm/s时,由于气缸摩擦阻力的影响增大,加上气体的可压缩性,不能保证活塞作平稳移动,会出现时走时停的现象,称为“爬行”。当速度高于ms时,气缸密封圈的摩擦生热加剧,加速密封件磨损,造成漏气,寿命缩短,还会加大行程末端的冲击力,影响到机械寿命。要想气缸在很低速度下工作,宜使用气液阻尼缸,或通过气液转换器,利用气液联用缸进行低速控制。要想气缸在更高速下工作,需加长缸筒长度、提高气缸筒的加工精度,改善密封圈材质以减小摩擦阻力,改善缓冲性能等。

3.气缸的理论输出力

气缸的理论输出力是指气缸处在静止状态时,其使用压力作用在活塞有效面积上产生的推力或拉力。

图三气缸的理论输出力图

F2_____压缩空气进入气缸后,弹簧处于被压缩状态时的弹簧力,N。

F1是弹簧预压缩量产生的弹簧反力,F2是弹簧预压缩量加上活塞运动行程后产生的弹簧反力。

实际输出力是活塞杆上传送的机械力。

需要注意的是,阀控气缸存在一个最小输出力,因内部先导式电磁阀存在最低使用压力。

4.气缸的负载率n

气缸的负载率n是气缸活塞杆受到的轴向负载力F与气缸的理论输出力F。之比。

公式一

负载力是选择气缸时的重要因素。负载状况不同，作用在活塞杆轴向的负载力也不同。图四是几个实例。

图四负载状态与负载力

负载率的选取与负载的运动状态有关。可参考图五选取

图五负载率与负载的运动状态

气缸的效率是扣除了气缸摩擦力之后的气缸输出力与理论输出力之比,与气缸的负载率不是一回事。

5.使用压力范围

使用压力范围是指气缸的最低使用压力至最高使用压力的范围。

最低使用压力是指保证气缸正常工作的最低供给压力。所谓正常工作是指气缸能平稳运动且泄漏量在允许指标范围内。双作用气缸的最低工作压力一般在0.05~0.1MPa,而单作用气缸一般在0.15~0.25MPa。

最高使用压力是指气缸长时间在此压力作用下能正常工作而不损坏的压力。

6.耐压性能

耐压力规定为气缸的最高使用压力的1.5倍。在耐压试验压力作用下,保压1min,应保证气缸各连接部位没有松动、零件没有永久变形或其他异常现象。

7.环境温度和介质温度

流入气缸内的气体温度称为介质温度。气缸所处工作场所的温度称为环境温度。般情况下,对不带磁性开关的气缸,其环境温度和介质温度为5-70℃;对磁性开关气缸,其环境温度和介质温度为5~60℃。

缸内密封材料在高温下会软化,低温下会硬化脆裂,都会影响密封性能。虽然气源经冷冻式干燥器清除了水分,但温度太低,空气中仍会有少量水蒸气冷凝成水造成结冰,导致缸、阀动作不良,故对温度必须有所限制。

8.泄漏量

气缸处于静止状态,从无杆侧和有杆侧交替输入最低使用压力和最高使用压力,从活塞处(称为内泄漏)及活塞杆和管接头等处(称为外泄漏)的泄漏流量称为泄漏量。

合格气缸的泄漏量都应小于JSB标准规定的指标。外泄漏不得大于3+0.5dml/min(ANR),内泄漏不得大于3+0.15Dm/min(ANR)。式中,缸径D和杆径d都以mm计。

9.耐久性

在活塞杆的轴向施加负载率为50%的负载,向气缸的两腔交替通入最高使用压力,调节速度控制阀,使活塞运动速度达到mms,活塞沿全行程作往复运动,气缸仍保证合格的累计行程称为耐久性。即在耐久性行程范围内,气缸的最低使用压力、耐压性能、泄漏量仍符合要求。

一般情况下,气缸的耐久性指标不低于m。实际气缸的耐久性与气缸的使用状态、活塞速度、润滑状况等许多因素有关。

10.气缸的耗气量

气缸的耗气量可分成最大耗气量和平均耗气量。

最大耗气量是气缸以最大速度运动时所需要的空气流量,可表示成

公式二

式中qr：气缸的平均耗气量,L/min(ANR);

D：缸径，cm

um：气缸的最大速度，mm/s

p：使用压力，MPa。

平均耗气量是气缸在气动系统的一个工作循环周期内所消耗的空气流量。可表示成

公式三

式中qca：气缸的平均耗气量，L/min

N：气缸的工作频度,即每分钟内气缸的往复周数,一个往复为一周,周/min;

L：气缸的行程,cm;

d：换向阀与气缸之间的配管的内径,cm;

ld：配管的长度,cm

平均耗气量用于选用空压机、计算运转成本。最大耗气量用于选定空气处理元件、控制阀及配管尺寸等。最大耗气量与平均耗气量之差用于选定气罐的容积。

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