氣缸的工作原理.doc
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氣缸的工作原理 圖42.2-9 是又一種浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸。與前者的區(qū)別在于:T形頂塊和拉鉤裝設(shè)位置不同,前者設(shè)置在缸外部。后者設(shè)置在氣缸活塞桿內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊但不易調(diào)整空行程s1(前者調(diào)節(jié)頂絲即可方便調(diào)節(jié)s1的大?。?。 1 .2.4 特殊氣缸 (1)沖擊氣缸 圖42.2-9 浮動(dòng)聯(lián)接氣-液阻尼缸 沖擊氣缸是把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為活塞、活塞桿高速運(yùn)動(dòng)的能量,利用此動(dòng)能去做功。 沖擊氣缸分普通型和快排型兩種。 1)普通型沖擊氣缸普通型沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-10。與普通氣缸相比,此種沖擊氣缸增設(shè)了蓄氣缸1和帶流線型噴氣口4及具有排氣孔3的中蓋2。其工作原理及工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為如下五個(gè)階段(見(jiàn)圖42.2-11): 第一階段:復(fù)位段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11a,接通氣源,換向閥處復(fù)位狀態(tài),孔A進(jìn)氣,孔B排氣,活塞5在壓差的作用下,克服密封阻力及運(yùn)動(dòng)部件重量而上移,借助活塞上的密封膠墊封住中蓋上的噴氣口4。中蓋和活塞之間的環(huán)形空間C經(jīng)過(guò)排氣小孔3與大氣相通。最后,活塞有桿腔壓力升高至氣源壓力,蓄氣缸內(nèi)壓力降至大氣壓力。 第二階段:儲(chǔ)能段。見(jiàn)圖42.2-10和圖42.2-11b,換向閥換向,B孔進(jìn)氣充入蓄氣缸腔內(nèi),A孔排氣。由于蓄氣缸腔內(nèi)壓力作用在活塞上的面積只是噴氣口4的面積,它比有桿腔壓力作用在活塞上的面積要小得多,故只有待蓄氣缸內(nèi)壓力上升,有桿腔壓力下降,直到下列力平衡方程成立時(shí),活塞才開(kāi)始移動(dòng)。 式中 d——中蓋噴氣口直徑(m); p30——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)蓄氣缸腔內(nèi)壓力(絕對(duì)壓力)(Pa); p20——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)有桿腔內(nèi)壓力(絕對(duì)壓力)(Pa); G——運(yùn)動(dòng)部件(活塞、活塞桿及錘頭號(hào)模具等)所受的重力(N); D——活塞直徑(m); d1——活塞桿直徑(m); F?0——活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí)的密封摩擦力(N)。 若不計(jì)式(42.2-1)中G和F?0項(xiàng),且令d=d1,,則當(dāng) 時(shí),活塞才開(kāi)始移動(dòng)。這里的p20、p30均為絕對(duì)壓力。可見(jiàn)活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí),蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差很大。這一點(diǎn)很明顯地與普通氣缸不同。 圖42.2-10 普通型沖擊氣缸 第三階段:沖擊段。活塞開(kāi)始移動(dòng)瞬時(shí),蓄氣缸腔內(nèi)壓力p30可認(rèn)為已達(dá)氣源壓力ps,同時(shí),容積很小的無(wú)桿腔(包括環(huán)形空間C)通過(guò)排氣孔3與大氣相通,故無(wú)桿腔壓力p10等于大氣壓力pa。由于pa/ps大于臨界壓力比0.528,所以活塞開(kāi)始移動(dòng)后,在最小流通截面處(噴氣口與活塞之間的環(huán)形面)為聲速流動(dòng),使無(wú)桿腔壓力急劇增加,直至與蓄氣缸腔內(nèi)壓力平衡。該平衡壓力略低于氣源壓力。以上可以稱為沖擊段的第I區(qū)段。第I區(qū)段的作用時(shí)間極短(只有幾毫秒)。在第I區(qū)段,有桿腔壓力變化很小,故第I區(qū)段末,無(wú)桿腔壓力p1(作用在活塞全面積上)比有桿腔壓力p2(作用在活塞桿側(cè)的環(huán)狀面積上)大得多,活塞在這樣大的壓差力作用下,獲得很高的運(yùn)動(dòng)加速度,使活塞高速運(yùn)動(dòng),即進(jìn)行沖擊。在此過(guò)程B口仍在進(jìn)氣,蓄氣缸腔至無(wú)桿腔已連通且壓力相等,可認(rèn)為蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)為略帶充氣的絕熱膨脹過(guò)程。同時(shí)有桿腔排氣孔A通流面積有限,活塞高速?zèng)_擊勢(shì)必造成有桿腔內(nèi)氣體迅速壓縮(排氣不暢),有桿腔壓力會(huì)迅速升高(可能高于氣源壓力)這必將引起活塞減速,直至下降到速度為0。以上可稱為沖擊段的第Ⅱ區(qū)段。可認(rèn)為第Ⅱ區(qū)段的有桿腔內(nèi)為邊排氣的絕熱壓縮過(guò)程。整個(gè)沖擊段時(shí)間很短,約幾十毫秒。 見(jiàn)圖42.2-11c。 圖42.2-11 普通型沖擊氣缸的工作原理 1—蓄氣缸;2—中蓋;3—排氣孔;4—噴氣口;5—活塞 第四階段:彈跳段。在沖擊段之后,從能量觀點(diǎn)來(lái)說(shuō),蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動(dòng)能,而活塞的部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成有桿腔的壓力能,結(jié)果造成有桿腔壓力比蓄氣-無(wú)桿腔壓力還高,即形成“氣墊”,使活塞產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng),結(jié)果又會(huì)使蓄氣-無(wú)桿腔壓力增加,且又大于有桿腔壓力。如此便出現(xiàn)活塞在缸體內(nèi)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)—即彈跳。直至活塞兩側(cè)壓力差克服不了活塞阻力不能再發(fā)生彈跳為止。待有桿腔氣體由A排空后,活塞便下行至終點(diǎn)。 第五階段:耗能段?;钊滦兄两K點(diǎn)后,如換向閥不及時(shí)復(fù)位,則蓄氣-無(wú)桿腔內(nèi)會(huì)繼續(xù)充氣直至達(dá)到氣源壓力。再?gòu)?fù)位時(shí),充入的這部分氣體又需全部排掉??梢?jiàn)這種充氣不能作用有功,故稱之為耗能段。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)避免此段(令換向閥及時(shí)換向返回復(fù)位段)。 對(duì)內(nèi)徑D=90mm的氣缸,在氣源壓力0.65MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得沖擊氣缸特性曲線見(jiàn)圖42.2-12。上述分析基本與特性曲線相符。 對(duì)沖擊段的分析可以看出,很大的運(yùn)動(dòng)加速使活塞產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)速度,但由于必須克服有桿腔不斷增加的背壓力及摩擦力,則活塞速度又要減慢,因此,在某個(gè)沖程處,運(yùn)動(dòng)速度必達(dá)最大值,此時(shí)的沖擊能也達(dá)最大值。各種沖擊作業(yè)應(yīng)在這個(gè)沖程附近進(jìn)行(參見(jiàn)圖42.2-11c)。 沖擊氣缸在實(shí)際工作時(shí),錘頭模具撞擊工件作完功,一般就借助行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)使換向閥復(fù)位換向,缸即從沖擊段直接轉(zhuǎn)為復(fù)位段。這種狀態(tài)可認(rèn)為不存在彈跳段和耗能段。 2)快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見(jiàn),其一部分能量(有時(shí)是較大部分能量)被消耗于克服背壓(即p2)做功,因而沖擊能沒(méi)有充分利用。假如沖擊一開(kāi)始,就讓有桿腔氣體全排空,即使有桿腔壓力降至大氣壓力,則沖擊過(guò)程中,可節(jié)省大量的能量,而使沖擊氣缸發(fā)揮更大的作用,輸出更大的沖擊能。這種在沖擊過(guò)程中,有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸,稱為快排型沖擊氣缸。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖42.2-13a。 快排型沖擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機(jī)構(gòu)”構(gòu)成??炫艡C(jī)構(gòu)是由快排導(dǎo)向蓋1、快排缸體4、快排活塞3、密封膠墊2等零件組成。 快排型沖擊氣缸的氣控回路見(jiàn)圖42.2-13b。接通氣源,通過(guò)閥F1同時(shí)向K1、K3充氣,K2通大氣。閥F1輸出口A用直管與K1孔連通,而用彎管與K3孔連通,彎管氣阻大于直管氣阻。這樣,壓縮空氣先經(jīng)K1使快排活塞3推到上邊,由快排活塞3與密封膠墊2一起切斷有桿腔與排氣口T的通道。然后經(jīng)K3孔向有桿腔進(jìn)氣,蓄氣一無(wú)桿腔氣體經(jīng)K4孔通過(guò)閥F2排氣,則活塞上移。當(dāng)活塞封住中蓋噴氣口時(shí),裝在錘頭上的壓塊觸動(dòng)推桿6,切換閥F3,發(fā)出信號(hào)控制閥F2使之切換,這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣,一直充至氣源壓力。 圖42.2-12沖擊氣缸特性曲線 圖42.2-13 快排型沖擊氣缸結(jié)構(gòu)及控制回路 a)結(jié)構(gòu)圖;b)控制回路 1—快排導(dǎo)向蓋;2—密封膠墊;3—快排活塞;4—快排缸體;5—中蓋 T— 方孔;C—環(huán)形空間; 6—推桿;7—?dú)庾瑁?—?dú)馊? 沖擊工作開(kāi)始時(shí),使閥F1切換,則K2進(jìn)氣,K1和K3排氣,快排活塞下移,有桿腔的壓縮空氣便通過(guò)快排導(dǎo)向蓋1上的多個(gè)圓孔(8個(gè)),再經(jīng)過(guò)快排缸體4上的多個(gè)方孔T(10余個(gè))及K3直接排至大氣中。因?yàn)樯鲜龆鄠€(gè)圓孔和方孔的通流面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于K3的通流面積,所以有桿腔的壓力可以在極短的時(shí)間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當(dāng)降到一定壓力時(shí),活塞便開(kāi)始下移。錘頭上壓塊便離開(kāi)行程閥F3的推桿6,閥3在彈簧的作用下復(fù)位。由于接有氣阻7和氣容8,閥3雖然復(fù)位,但F2卻延時(shí)復(fù)位,這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來(lái)完成使活塞迅速向下沖擊的工作。否則,若F3復(fù)位,F(xiàn)2同時(shí)復(fù)位的話,蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會(huì)在錘頭沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)之前已經(jīng)通過(guò)K4孔和閥F2排氣了,所以當(dāng)錘頭開(kāi)始沖擊后,F(xiàn)2的復(fù)位動(dòng)作需延時(shí)幾十毫秒。因所需延時(shí)時(shí)間不長(zhǎng),沖擊缸沖擊時(shí)間又很短,往往不用氣阻、氣容也可以,只要閥F2的換向時(shí)間比沖擊時(shí)間長(zhǎng)就可以了。 在活塞向下沖擊的過(guò)程中,由于有桿腔氣體能充分地被排空,故不存在普通型沖擊氣缸有桿腔出現(xiàn)的較大背壓,因而快排型沖擊氣缸的沖擊能是同尺寸的普通型沖擊氣缸沖擊能的3~4倍。 (2)數(shù)字氣缸 如圖42.2-14所示,它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成?;钊挠叶擞蠺字頭,活塞的左端有凹形孔,后面活塞的T字頭裝入前面活塞的凹形孔內(nèi),由于缸體的限制,T字頭只能在凹形孔內(nèi)沿缸軸向運(yùn)動(dòng),而兩者不能脫開(kāi),若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體內(nèi),T字頭在凹形孔中左右可移動(dòng)的范圍就是此活塞的行程量。不同的進(jìn)氣孔A1~Ai(可能是A1,或是A1和A2,或A1、A2和A3,還可能是A1和A3,或A2和A3等等)輸入壓縮空氣(0.4~0.8MPa)時(shí),相應(yīng)的活塞就會(huì)向右移動(dòng),每個(gè)活塞的向右移動(dòng)都可推動(dòng)活塞桿3向右移動(dòng),因此,活塞桿3每次向右移動(dòng)的總距離等于各個(gè)活塞行程量的總和。這里B孔始終與低壓氣源相通(0.05~0.1MPa),當(dāng)A1~Ai孔排氣時(shí),在低壓氣的作用下,活塞會(huì)自動(dòng)退回原位。各活塞的行程大小,可根據(jù)需要的總行程s按幾何級(jí)數(shù)由小到大排列選取。設(shè)s=35mm,采用3個(gè)活塞,則各活塞的行程分別取α1=5mm;α2=10mm;α3=20mm。如s=31.5mm,可用6個(gè)活塞,則α1、α2、α3……α6分別設(shè)計(jì)為0.5、1、2、4、8、16mm,由這些數(shù)值組合起來(lái),就可在0.5~31.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的α1、α2、α3……αi可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同數(shù)列,就可以得到各種所需數(shù)值的行程量。 (3)回轉(zhuǎn)氣缸 如圖42.2-15a所示,主要由導(dǎo)氣頭、缸體、活塞、活塞桿組成。這種氣缸的缸體3連同缸蓋6及導(dǎo)氣頭芯10被其他動(dòng)力(如車(chē)床主軸)攜帶回轉(zhuǎn),活塞4及活塞桿1只能作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),導(dǎo)氣頭體9外接管路,固定不動(dòng)。 固轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)如圖42.2-15b所示。為增大其輸出力采用兩個(gè)活塞串聯(lián)在一根活塞桿上,這樣其輸出力比單活塞也增大約一倍,且可減小氣缸尺寸,導(dǎo)氣頭體與導(dǎo)氣頭芯因需相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),裝有滾動(dòng)軸承,并以研配間隙密封,應(yīng)設(shè)油杯潤(rùn)滑以減少摩擦,避免燒損或卡死。 回轉(zhuǎn)氣缸主要用于機(jī)床夾具和線材卷曲等裝置上。 (4)撓性氣缸 撓性氣缸是以撓性軟管作為缸筒的氣缸。常用撓性氣缸有兩種。一種是普通撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-16,由活塞、活塞桿及撓性軟管缸筒組成。一般都是單作用活塞氣缸,活塞的回程靠其他外力。其特點(diǎn)是安裝空間小,行程可較長(zhǎng)。 圖42.2-14數(shù)字氣缸 1—活塞;2—缸體;3—活塞桿 圖42.2-15 回轉(zhuǎn)氣缸 a)原理圖;b)結(jié)構(gòu)圖 1—活塞桿;2、5—密封圈;3—缸體;4—活塞;6—缸蓋;7、8—軸承 9—導(dǎo)氣頭體;10—導(dǎo)氣頭芯;11—中蓋;12—螺栓 圖42.2-16普通撓性氣缸 第二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸見(jiàn)圖42.2-17。由夾持滾子代替活塞及活塞桿,夾持滾子設(shè)在撓性缸筒外表面,A端進(jìn)氣時(shí),左端撓性筒膨脹,B端排氣,缸左端收縮,夾持在缸筒外部的滾子在膨脹端的作用下,向右移動(dòng),滾子夾帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)??煞Q為撓性筒滾子氣缸。這種氣缸的特點(diǎn)是所占空間小,輸出力較小,載荷率較低,可實(shí)現(xiàn)雙作用。 圖42.2-17滾子撓性氣缸 (5)鋼索式氣缸 鋼索式氣缸見(jiàn)圖42.2-18,是以柔軟的、彎曲性大的鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸?;钊c鋼絲繩連在一起,活塞在壓縮空氣推動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng),鋼絲繩帶動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng),安裝兩個(gè)滑輪,可使活塞與載荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。 這種氣缸的特點(diǎn)是可制成行程很長(zhǎng)的氣缸,如制成直徑為25mm ,行程為6m左右的氣缸也不困難。鋼索與導(dǎo)向套間易產(chǎn)生泄漏。 圖42.2-18鋼索式氣缸 SMC, FESTO,NORGREN,BUSCHJOST, HOERBIGER-ORIGA,ASCO,NUMATICS,MAC,AIRTAC,CHELIC,BIMBA,CONVUM,PISCO,KURODA,CKD,KOGANEI,PNEUMAX,UNIVER,LEGRIS,BOSCH-REXROTH,YUKEN,NACHI,TAIYO,PARKER, MILLER,SCHRADER BELLOWS,EATON-VICKERS,ATOS,HYDAC,NORTHMAN,SPIRAX SARCO,BURKET 等國(guó)內(nèi)外著名氣動(dòng)液壓品牌產(chǎn)品。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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