你會正確的氣缸選型嗎?氣缸各個性能參數奉上

氣缸選型之前，需要了解各個氣缸性能指數，用以氣缸選型時進行參考，更好的了解氣缸的性能，便於找到合適自己工況的氣缸。

1.氣缸的瞬態特性

下面以單杆雙作用無緩衝氣缸為例,來分析氣缸的運動狀態,見圖一。

圖一單杆雙作用氣缸的運動狀態示意圖

電磁換向閥換向,氣源經A口向氣缸無杆腔充氣,壓力p1上升。有杆腔內氣體經B口通過換向閥的排氣口排氣,壓力p2下降。當活塞的無杆側與有杆側的壓力差達到氣缸的最低動作壓力以上時,活塞開始移動。活塞一旦啟動,活塞等處的摩擦力即從靜摩擦力突降至動摩擦力,活塞稍有抖動。活塞啟動後,無杆腔為容積增大的充氣狀態,有杆腔為容積減小的排氣狀態。隨外負載大小和充排氣迴路的阻抗大小等因素的不同,活塞兩側壓力P1和p2的變化規律也不同,因而導致活塞的運動速度及氣缸的有效輸出力的變化規律也不同。圖二是氣缸的瞬態特性曲線示意圖。從電磁閥通電開始到活塞剛開始運動的時間稱為延遲時間。從電磁閥通電開始到活塞到達行程末端的時間稱為到達時間。

圖二氣缸的瞬態特性曲線示意圖

圖二氣缸的瞬態特性曲線示意圖

從圖二可以看出,在活塞的整個運動過程中,活塞兩側腔室內的壓力p1和p2以及活塞的運動速度u都在變化。這是因為有杆腔雖排氣,但容積在減小,故p2下降趨勢變緩。若排氣不暢,P2還可能上升。無杆腔雖充氣,但容積在增大,若供氣不足或活塞運動速度過快,p1也可能下降。由於活塞兩側腔內的壓差力在變化,又影響到有效輸出力及活塞運動速度的變化。假如外負載力及摩擦力也不穩定的話,則氣缸兩腔的壓力和活塞運動速度的變化更複雜。

2.氣缸的速度特性

活塞在整個運動過程中,其速度是變化的。速度的最大值稱為最大速度,記為um。對非氣緩衝氣缸,最大速度通常在行程的末端。對氣緩衝氣缸,最大速度通常在進入緩衝前的行程位置。

氣缸沒有外負載力,並假定氣缸排氣側為聲速排氣,且氣源壓力不太低的情況下,求出的氣缸速度u。稱為理論基準速度。

u。=1920S/A

式中u。_____理論基準速度,mm/s

1920____係數,mm/s;

S_____排氣迴路的合成有效截面積,mm;

A_____排氣側活塞的有效面積,cm

理論基準速度u。與無負載時氣缸的最大速度非常接近,故令無負載時氣缸的最大速度等於u。隨著負載的加大,氣缸的最大速度un將減小。

氣缸的平均速度v是氣缸的運動行程L除以氣缸的動作時間(通常按到達時間計算)t。通常所說的氣缸使用速度都是指平均速度。在粗略計算時,氣缸的最大速度一般取平均速度的1.4倍標準氣缸的使用速度範圍大多是50~500mm/s。當速度小於50mm/s時,由於氣缸摩擦阻力的影響增大,加上氣體的可壓縮性,不能保證活塞作平穩移動,會出現時走時停的現象,稱為「爬行」。當速度高於500ms時,氣缸密封圈的摩擦生熱加劇,加速密封件磨損,造成漏氣,壽命縮短,還會加大行程末端的衝擊力,影響到機械壽命。要想氣缸在很低速度下工作,宜使用氣液阻尼缸,或通過氣液轉換器,利用氣液聯用缸進行低速控制。要想氣缸在更高速下工作,需加長缸筒長度、提高氣缸筒的加工精度,改善密封圈材質以減小摩擦阻力,改善緩衝性能等。

3.氣缸的理論輸出力

氣缸的理論輸出力是指氣缸處在靜止狀態時,其使用壓力作用在活塞有效面積上產生的推力或拉力。

圖三氣缸的理論輸出力圖

F2_____壓縮空氣進入氣缸後,彈簧處於被壓縮狀態時的彈簧力,N。

F1是彈簧預壓縮量產生的彈簧反力,F2是彈簧預壓縮量加上活塞運動行程後產生的彈簧反力。

實際輸出力是活塞杆上傳送的機械力。

需要注意的是,閥控氣缸存在一個最小輸出力,因內部先導式電磁閥存在最低使用壓力。

4.氣缸的負載率n

氣缸的負載率n是氣缸活塞杆受到的軸向負載力F與氣缸的理論輸出力F。之比。

公式一

負載力是選擇氣缸時的重要因素。負載狀況不同，作用在活塞杆軸向的負載力也不同。圖四是幾個實例。

圖四負載狀態與負載力

負載率的選取與負載的運動狀態有關。可參考圖五選取

圖五 負載率與負載的運動狀態

氣缸的效率是扣除了氣缸摩擦力之後的氣缸輸出力與理論輸出力之比,與氣缸的負載率不是一回事。

5.使用壓力範圍

使用壓力範圍是指氣缸的最低使用壓力至最高使用壓力的範圍。

最低使用壓力是指保證氣缸正常工作的最低供給壓力。所謂正常工作是指氣缸能平穩運動且洩漏量在允許指標範圍內。雙作用氣缸的最低工作壓力一般在0.05~0.1MPa,而單作用氣缸一般在0.15~0.25MPa。

最高使用壓力是指氣缸長時間在此壓力作用下能正常工作而不損壞的壓力。

6.耐壓性能

耐壓力規定為氣缸的最高使用壓力的1.5倍。在耐壓試驗壓力作用下,保壓1min,應保證氣缸各連接部位沒有鬆動、零件沒有永久變形或其他異常現象。

7.環境溫度和介質溫度

流入氣缸內的氣體溫度稱為介質溫度。氣缸所處工作場所的溫度稱為環境溫度。般情況下,對不帶磁性開關的氣缸,其環境溫度和介質溫度為5-70℃;對磁性開關氣缸,其環境溫度和介質溫度為5~60℃。

缸內密封材料在高溫下會軟化,低溫下會硬化脆裂,都會影響密封性能。雖然氣源經冷凍式乾燥器清除了水分,但溫度太低,空氣中仍會有少量水蒸氣冷凝成水造成結冰,導致缸、閥動作不良,故對溫度必須有所限制。

8.洩漏量

氣缸處於靜止狀態,從無杆側和有杆側交替輸入最低使用壓力和最高使用壓力,從活塞處(稱為內洩漏)及活塞杆和管接頭等處(稱為外洩漏)的洩漏流量稱為洩漏量。

合格氣缸的洩漏量都應小於JSB8377標準規定的指標。外洩漏不得大於3+0.5 dml/ min(ANR),內洩漏不得大於3+0.15Dm/min(ANR)。式中,缸徑D和杆徑d都以mm計。

9.耐久性

在活塞杆的軸向施加負載率為50%的負載,向氣缸的兩腔交替通入最高使用壓力,調節速度控制閥,使活塞運動速度達到200mms,活塞沿全行程作往復運動,氣缸仍保證合格的累計行程稱為耐久性。即在耐久性行程範圍內,氣缸的最低使用壓力、耐壓性能、洩漏量仍符合要求。

一般情況下,氣缸的耐久性指標不低於3000m。實際氣缸的耐久性與氣缸的使用狀態、活塞速度、潤滑狀況等許多因素有關。

10.氣缸的耗氣量

氣缸的耗氣量可分成最大耗氣量和平均耗氣量。

最大耗氣量是氣缸以最大速度運動時所需要的空氣流量,可表示成

公式二

式中qr ： 氣缸的平均耗氣量,L/min(ANR);

D：缸徑，cm

um：氣缸的最大速度，mm/s

p ： 使用壓力，MPa。

平均耗氣量是氣缸在氣動系統的一個工作循環周期內所消耗的空氣流量。可表示成

公式三

式中qca ：氣缸的平均耗氣量，L/min

N ：氣缸的工作頻度,即每分鐘內氣缸的往復周數,一個往復為一周,周/min;

L ：氣缸的行程,cm;

d ：換向閥與氣缸之間的配管的內徑,cm;

ld ：配管的長度,cm

平均耗氣量用於選用空壓機、計算運轉成本。最大耗氣量用於選定空氣處理元件、控制閥及配管尺寸等。最大耗氣量與平均耗氣量之差用於選定氣罐的容積。

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