氣缸執行器

簡介

       引導活塞在缸內進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。空氣在氣缸中通過并將之轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。空壓機、渦輪機、旋轉活塞式發動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應用領域：印刷（張力控制）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。

類型

       氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行元件。氣缸有做往復直線運動的和做往復擺動兩種類型，做往復直線運動的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸4種。

①單作用氣缸：一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產生氣壓，氣壓推動活塞產生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。
③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。
④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速（10～20米/秒）運動的動能，借以做功。
⑤無桿氣缸：沒有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類。
做往復擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運動，擺動角小于 280°。此外，還有回轉氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。

結構

       氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成

1）缸筒
缸筒的內徑大小決定了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往復滑動，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm。SMC、 CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實現雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部分長度來決定。滑動部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。如圖2所示
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中很重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：整體型、鉚接型、螺紋聯接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。

性能    

       從傳統觀念來看，氣缸與電動執行器一直被認為是屬于兩個完全不同領域的自動化產品，但是近年來，隨著電氣化程度的不斷提高，電動執行器卻慢慢浸入氣動領域，二者在應用中既有競爭又相互補充。在本期欄目中，我們將從技術性能、購買和應用成本、能源效率、應用場合及市場形勢等幾個方面來對比氣缸與電動執行器各自的優勢

技術性能
       眾所周知，相比電動執行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現免維護。氣缸擅長作往復直線運動，尤其適于工業自動化中較多的傳送要求——工件的直線搬運。而且，單單調節安裝在氣缸兩側的單向節流閥就可簡單地實現穩定的速度控制，也成為氣缸驅動系統的特征和優勢。所以對于沒有多點定位要求的用戶，絕大多數從使用便利性角度更傾向于使用氣缸。目前工業現場使用電動執行器的應用大部分都是要求高精度多點定位，這是由于用氣缸難以實現，退而求其次的結果。
       而電動執行器主要用于旋轉與擺動工況。其優勢在于響應時間快，通過反饋系統對速度、位置及力矩進行精確控制。但當需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲桿等機械裝置進行傳動轉化，因此結構相對較為復雜，而且對工作環境及操作維護人員的知識技能都有較高要求。

優勢
       (1) 對使用者的要求較低。氣缸的原理及結構簡單，易于安裝維護，對于使用者的要求不高。電缸則不同，工程人員必需具備一定的電氣知識，否則極有可能因為誤操作而使之損壞。
       (2) 輸出力大。氣缸的輸出力與缸徑的平方成正比；而電缸的輸出力與三個因素有關，缸徑、電機的功率和絲桿的螺距，缸徑及功率越大、螺距越小則輸出力越大。一個缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達2000N，對于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產品各有差異，但是基本上都不超過1000N。顯而易見，在輸出力方面氣缸更具優勢。
       (3) 適應性強。氣缸能夠在高溫和低溫環境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應各種惡劣的環境。而電缸由于具有大量電氣部件的緣故，對環境的要求較高，適應性較差。

比較
       我們研究的結果表明，在往復運動周期較短（小于1min）的水平往復運動中，電動執行器的運行能耗通常低于氣缸的運行能耗，即更節能。而在往復運動周期較長（大于1min）時，氣缸竟然變得更節能。這首先是由于終端停止時電動執行器的控制器通常需要消耗約10W的電力，而氣缸有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低于1W，即終端停止時間越長，對氣缸越有利；其次電機在連續旋轉條件下的額定效率可達90%以上，但在直線往復運動（絲杠轉換）中的臺形加減速旋轉條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復運動時，夾持工件的保持動作要求不斷供給電流給電動執行器以克服重力，而氣缸只需關閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往復運動時電動執行器相比氣缸的能耗優勢不是很大。
       由上可見，電機本身效率很高，但在往復直線運動中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動執行器未必一定比氣缸節能，具體比較取決于實際的工作條件，即安裝方向、往復運動周期和負載率等。

應用
       氣動系統和電動系統并不互相排斥。相反，這只是一個要求不同的問題。氣動驅動器的優勢顯而易見，當面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環境條件時，氣動驅動器就顯得較適應惡劣環境，而且非常堅固耐用。氣動驅動器容易安裝，能提供典型的抓取功能，價格便宜且操作方便。
       在作用力迅速增大且需要精確定位的情況下，帶伺服馬達的電驅動器具有優勢。對于要求精確、同步運轉、可調節和規定的定位編程的應用場合，電驅動器是不錯的選擇，帶閉環定位控制器的伺服或步進馬達所組成的電驅動系統能夠補充氣動系統的不足之處。
       從技術和使用成本的角度來說，氣缸占有較明顯的優勢，但在實際使用中究竟應該選用哪種技術做驅動控制，還是應從多方因素進行綜合考量。現代控制中各種系統越來越復雜、越來越精細，并不是某種驅動控制技術就可滿足系統的多種控制功能。氣缸可以簡單迅速的實現直線循環運動，結構簡單，維護便捷，同時可以在各種惡劣工作環境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。
       電動執行器主要用于需要精密控制的應用場合，現在自動化設備中柔性化要求在不斷提升，同一設備往往要求適應不同尺寸工件的加工需要，執行器需要進行多點定位控制，而且要對執行器的運行速度及力矩進行精確控制或同步反饋，這些利用傳統氣動控制是無法實現的，而電動執行器就能非常輕松的實現此類控制。由此可見氣缸比較適用于簡單的運動控制，而電執行器則多用于精密運動控制的場合。

關于

       上海冉圣創立于2010年,專注生產銷售空壓機相關配套;為海內外空壓機品牌開山、富達、壽力、復盛、紅五環、博萊特、英格索蘭、阿特拉斯等中外企業提供代工、近萬家渠道代理商供應潤滑油、過濾器、傳感器、閥件、主機和管路系統等零配代件，質量不輸品牌方。公司將年度銷售額6%左右投放到技術的改善中。其中，瑞森特潤滑油-聚醚酯合成系列，具有潤滑系統內部積碳清洗功能，獲得低碳降耗的一致好評。
       冉圣始終堅持“保護環境、服務社會、創新科技、回報客戶”為己任。認真貫徹并努力緊抓行業資源整合能力，以備工業采購平臺的線上運營。