摘 要：氣缸是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件，氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力，工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。文章重點(diǎn)就工業(yè)機(jī)械中往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸的這一特點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞：氣缸 機(jī)械 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)

氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和作往復(fù)擺動(dòng)的兩類。作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣、在一個(gè)方向輸出力，靠彈簧或自重返回。雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。

1氣缸的結(jié)構(gòu)及原理

缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8μm。通常都是根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。為了布局緊湊，擺桿機(jī)構(gòu)被設(shè)置在曲柄軸的下方，同時(shí)氣缸相對(duì)于曲柄軸的軸線實(shí)行偏置設(shè)置，目的是使擺桿有盡可能長的長度，以利于獲得更好的直線約束效果。連桿及活塞相對(duì)于氣缸的擺動(dòng)幅度除了與連桿的長度有關(guān)之外，還取決于擺桿的擺幅和桿長，而擺桿的最大擺幅同時(shí)又決定了活塞的行程。平面四桿機(jī)構(gòu)通常具有急回特性，本文為改善擺桿機(jī)構(gòu)的受力狀況，將急回行程與壓縮機(jī)的進(jìn)氣行程呼應(yīng)設(shè)置。

2氣缸在機(jī)械中的應(yīng)用

2.1作為壓入機(jī)構(gòu)

往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸的缸徑從Ф3mm～Ф300mm，最大行程從lOmm～2400mm，在0.7MPa的氣壓下，最大可達(dá)到約3500kg的壓力。可替代笨重的沖壓設(shè)備，滿足工業(yè)上很多產(chǎn)品的生產(chǎn)，節(jié)省設(shè)備投資。例如在汽車零部件制造業(yè)中，導(dǎo)向套襯套的壓入，下環(huán)橡膠襯套的壓入、安裝座橡膠的壓入等。在設(shè)計(jì)壓入設(shè)備時(shí)，先確定好壓入方式（上下或左右）和壓入荷蓖，然后選擇合適缸徑、行程的氣缸，同時(shí)根據(jù)安裝位置確定氣缸的安裝形式。對(duì)于上下壓入的設(shè)備，一般使用法蘭式固定安裝，對(duì)于左右壓入的設(shè)備，一般使用支座式固定安裝。為保證壓入時(shí)氣缸的活塞桿不偏擺，通常設(shè)計(jì)增加導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)。如果被壓工件的壓入接觸面不平，為保證壓入時(shí)受力均勻，氣缸不抖動(dòng)爬行，通常把壓頭設(shè)計(jì)成浮動(dòng)接頭。

2.2作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸動(dòng)作簡單，直線運(yùn)動(dòng)一進(jìn)一退，在氣缸活塞桿上安裝合適的導(dǎo)向桿，配合設(shè)備的電氣控制，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向桿自動(dòng)導(dǎo)向的功能。例如汽車減震器的閥片組裝工序，為實(shí)現(xiàn)厚0.2mm的閥片（閥片中中間有Ф8mm孔）的自動(dòng)推出、自動(dòng)疊加，在垂直方向上，下方是閥片疊加放置槽，上方是導(dǎo)向氣缸，在水平方向上，是推閥片機(jī)構(gòu)。設(shè)備動(dòng)作順序：推閥片裝置推出固定數(shù)量的閥片導(dǎo)向氣缸伸出導(dǎo)向桿穿進(jìn)閥片的Ф8mm孔推出閥片裝置返回，閥片由于Ф8mm孔被導(dǎo)向桿掛住，在與推出閥片裝置脫離后，沿著導(dǎo)向桿滑落到閥片疊加放置槽中導(dǎo)向氣缸返回。配合閥片疊加放置槽的自動(dòng)輸送，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閥片組裝。作為導(dǎo)向的功能，由于氣缸不受負(fù)載（但要考慮導(dǎo)向桿的重量），可以按需要選擇小缸徑的氣缸，安裝方式為固定式，考慮到導(dǎo)向時(shí)的對(duì)中問題，可在活塞桿和導(dǎo)向桿中間安裝浮動(dòng)接頭。

2.3作為夾緊機(jī)構(gòu)

在工業(yè)生產(chǎn)中往往要保證被加工工件固定或者對(duì)中。例如電動(dòng)螺母扭緊，需保證螺桿部分固定并對(duì)中，外筒口滾壓包邊。需保證外筒口與滾壓輪對(duì)中。往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸在這方面的運(yùn)用主要是水平方向的夾緊，在被夾緊工件的左右兩側(cè)各安裝一個(gè)氣缸。氣缸上安裝夾緊塊，根據(jù)被夾緊工件的表面要求和形狀，左右兩個(gè)夾緊塊選用合適的材料和設(shè)計(jì)成合適的形狀。在需要保證對(duì)中的場合，必須兩個(gè)氣缸動(dòng)作后被夾緊工件垂直支立，可通過改變氣缸的行程實(shí)現(xiàn)，如設(shè)計(jì)U型墊片來保證兩個(gè)氣缸的各自行程、改變夾緊塊的長度，或者改變兩個(gè)氣缸在水平方向上的安裝位置等。由于是兩邊夾緊，所以氣路上要盡量保證氣缸同時(shí)動(dòng)作，當(dāng)然也有按先后順序的夾緊方式.具體由生產(chǎn)工藝決定。在垂直方向的夾緊方面，直接使用往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸上下動(dòng)作夾緊運(yùn)用得較少。主要是因?yàn)橹苯由舷聤A緊的動(dòng)作方式，夾塊的位置會(huì)影響工件的放進(jìn)和取出。所以一般是使用往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸配合連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的夾緊和松開是通過轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度實(shí)現(xiàn)，松開時(shí)不影響工件的放進(jìn)和取出。這時(shí)的氣缸需使用銷軸式的安裝方式。當(dāng)然更簡單的方法是直接選用專門的夾緊氣缸，夾緊塊夾緊和松開時(shí)除上下夾緊動(dòng)作外還有一個(gè)900的回轉(zhuǎn)動(dòng)作。

3結(jié)束語

工業(yè)機(jī)器人成本太高，對(duì)于不太復(fù)雜的移動(dòng)路徑，可以使用組合氣缸替代。所謂組合氣缸，就是通過各種氣缸組合在一起，實(shí)現(xiàn)前后，左右，夾緊等一系列模仿人手的動(dòng)作。除了夾緊動(dòng)作外的其他直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)作都可由往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)組合氣缸要根據(jù)目標(biāo)物的位置設(shè)定整個(gè)組合氣缸機(jī)構(gòu)的原位，盡量選用少數(shù)量的氣缸來實(shí)現(xiàn)需要的動(dòng)作。例如下降的動(dòng)作如果在加工位和下料位都需要，下降的高度設(shè)計(jì)成一樣的話，只用一個(gè)氣缸就可實(shí)現(xiàn)。另外多個(gè)氣缸組合在一起，要考慮緊湊美觀，不會(huì)造成干涉等問題。目前大的氣動(dòng)生產(chǎn)廠商都針對(duì)組合氣缸的應(yīng)用設(shè)計(jì)有改進(jìn)型的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)氣缸，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活選用。

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