气缸是由哪些部件构成的?超详细解析

更新时间:2021年9月22日 16:15:51  点击次数:3

气动执行元件气缸主要由缸筒、活塞杆、导向套、密封等部件组成,下面阐述这些重要组成部分的材料构成及工艺工作原理,以便更好的了解气缸的运行。


缸筒材料及工艺

一般采用圆筒形结构,目前已广泛采用方形、矩形的异形管材及用于防转气缸的矩形或椭圆孔的异形管材。缸筒材料采用冷拔拉制的高碳钢管、可锻铸铁、铝合金压铸高强度铝合金、黄铜(微型缸)、不锈钢和工程塑料管。中小型气缸大多用铝合金管和不锈钢管,开关气缸的缸筒或在耐腐蚀环境中使用的气缸缸筒材质要求用非导磁材料,如采用不锈钢、铝合金或黄铜。用于冶金、汽车等行业的重型气缸一般采用冷拔精拉钢管,也有用铸铁管的,对铸铁管应进行人工时效处理,对于采用凸缘型缸筒结构的焊接件需退火处理。

为抵抗活塞运动的磨损,材料表面应有一定的硬度。钢管的内表面需镀铬、珩磨镀层厚度0.02mm。铝合金管需硬质阳极氧化处理,硬氧膜层厚度30~50m。缸筒与活塞动配合精度H9级,圆柱度允差(0.02~0.03)/100,表面粗糙度Ra0.2~0.4m,缸筒两端对内孔轴线的垂直度允差0.05~0.1mm。气缸筒应能承受1.5倍最高工作压力条件下的耐压试验,并不得有泄漏。缸筒壁厚与最大工作压力p及缸径成正比,与缸简材料的许用应力成反比。缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算:



式中b:缸筒壁厚,cm

D:缸筒内径,cm

P:缸筒承受的最大气压力,MPa

[G]缸筒材料的许用应力,MPa

缸筒壁厚的实际取值,对于一般用途气缸约取计算值的7倍,重型气缸约取计算值的20倍,再圆整到标准管材尺寸。


气缸活塞杆材料及工艺

活塞杆是气缸中的重要受力元件,要求能承受拉伸、压缩、振动等负载,表面耐磨,不发生锈蚀,一般选用碳钢(35钢、45钢)、精轧不锈钢等材料。钢材表面需镀铬及调质热处理。活塞杆伸出在缸体外面,易受粉尘影响,使活塞杆表面容易划伤。在多尘环境中应在杆上安装防尘套,其材料大多为涂覆橡胶的尼龙布,在高温场合也有用玻璃纤维布材料。

在使用中应注意在大惯性负载运动停止时,往往伴随着冲击。由于冲击作用而容易引起活塞杆头部的破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲吸收装置,以消除活塞杆上承受的不合理的作用力。大多数场合活塞杆承受的是推力负载,必须考虑细长杆的压杆稳定性问题。气缸水平安装时,活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂,应注意活塞杆的弯曲强度问题。

气缸活塞材料及工艺

气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内滑动。在高速运动场合,活塞有可能撞击缸盖。因此,要求活塞具有足够的强度和良好的滑动特性。对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能,特别是耐磨性和不发生“咬缸”现象。随着密封技术的发展,现在活塞都制成整体型。采用铝合金或球墨铸铁材料制成整体的活塞,具有良好的滑动性和减振耐冲击性能。对于磁性开关气缸,因要在活塞上安装磁环,所以一般制成两半。


图二所示为几种活塞结构示意图,图二(a)为整体结构活塞,图二(b)为在活塞的滑动面上焊接了铜合金的活塞结构,图二(c)为在活塞的剖切面上安装了用聚四氟乙烯或聚氨酯、夹布合成树脂等材料制成的导向环结构,可提高气缸导向性。采用图二(b)、(c)结构的活塞具有更加良好的滑动性能

活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞宽度越小,气缸的总长就越短。从使用上来讲,活塞的滑动面小容易引起早期磨损和咬缸现象。对标准气缸而言,活塞宽度需综合考虑使用条件、活塞与缸筒尺寸、密封圈的数量、导向环的形式、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素。从使用上来讲,活塞的滑动面小容易引起早期磨损和卡死。一般活塞宽度为缸径的20%~25%。


气缸导向套

导向套的作用是用作活塞杆往复运动时导向,提高气缸的导向精度,承受活塞杆上少量的横向载荷,减少活塞杆伸出时的下弯量,延长气缸使用寿命。因此,同对活塞的要求一样,应具有良好的滑动性能,能承受由于活塞杆受负载时引起的弯曲、振动及冲击。在粉尘等杂物进入活塞杆和导向套之间的间隙时,希望活塞杆表面不被划伤。实际上,要求导向套材料完全符合上述的要求很困难。常用聚四氟乙烯复合材料和其他复合树脂材料以及铜颗粒烧结的含油轴承材料。以导向套内径尺寸容许公差取H8,表面粗糙度Ra0.4m。

气缸密封

气缸的密封分为动密封(回转或往复运动的部件密封)和静密封(静止件部分的密封)。对密封的要求是既能保证密封,滑动摩擦力又小。气缸常用的密封元件有两大类,一类为压缩密封圈,另一类为气压密封圈。

气缸密封圈第一大类:压缩密封圈

压缩密封圈将密封圈放入密封沟槽内时,便有一定的预压缩量,靠密封面上的接触面压力阻塞泄漏通路,如O形和方形密封圈等。

气缸密封圈第二大类:气压密封圈

气压密封圈是靠气压力将密封圈的唇部压紧在密封面上以保证密封,如唇形密封圈。密封圈密封原理和特点参见下图,常用的密封材料是丁腈橡胶和聚氨酯。


气缸不同密封圈的适用范围:

①缸盖和缸筒连接的密封一般采用O形密封圈安装在缸盖和缸筒配合的沟槽内;有时也采用橡胶等平垫圈安放在连接止口上,构成平面密封。

②活塞的密封活塞有两处地方需密封,一处是活塞与缸筒之间的动密封,除了用O形密封圈和唇形密封圈外,也有用W形密封。它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封结构,W形密封是双向密封,轴向尺寸小。另一处是活塞与活塞杆连接处的静密封,一般用O形密封圈。

③活塞杆的密封在缸盖的沟槽里放置唇形密封圈和防尘密封圈,或防尘组合密封圈,保证活塞杆往复运动时的密封和防尘。

④缓冲柱塞的密封有两种方法:一种是在缓冲柱塞的沟槽里安放孔用唇形密封圈,另一种是在缸盖上压入气缸缓冲专用密封圈。它是在圆形钢盖上硫化了一个唇形密封圈构成。这种缓冲专用密封圈的缓冲性能比前者好。近年出现的浮动缓冲密封结构,它是在缸盖上浮置了一个唇形密封圈。当缓冲柱塞进入缓冲后,浮置的唇形密封圈能随缓冲柱塞移动一小段距离。采用这种浮动密封结构,能降低对气缸零件加工和安装的同心度要求,保证缓冲的密封性能。

气缸不同密封圈的结构图:


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