机器设备维修培训教材-气缸的使用与维修(DOC21页).doc

1、气缸及使用与维修气缸是气压传动系统的主要执行元件，它把压缩空气的压力能转化为机械能，气缸用于实现直线往复运动，输出力和直线位移。5.1气缸概述5.1.1 气缸的分类气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构、功能和安装形式来分类。来自资料搜索网()海量资料下载按压缩空气在活塞端面作用力方向分为单作用气缸与双作用气缸。单作用气缸只有一个方向靠压缩空气推动，复位靠弹簧力、自重和其他外力。双作用气缸的往返运动全靠压缩空气推动。按气缸的结构特点有活塞式、薄膜式、柱塞式、摆动式气缸等。按气缸的功能分为普通气缸与特殊气缸。普通气缸包括单作用式和双作用式气缸。特殊气缸包括冲

2、击气缸、缓冲气缸、气液阻尼缸、步进气缸、摆动气缸、回转气缸和伸缩气缸等。按气缸的安装方式分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式。5.1.2气缸的工作原理1 普通气缸（ 1）单作用气缸如图 5-1 所示为弹簧复位式单作用气缸，这种气缸在夹紧装置中应用较多。这种汽缸一个方向的运动由气压驱动，另一方向的运动由其他机械力驱动。1后缸盖2活塞3弹簧4活塞杆5密封件6前缸盖图 5-1 弹簧复位式单作用气缸（ 2）双作用气缸单活塞杆双作用气缸的结构原理如图5-2 所示。所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。在单伸出活塞杆的动力缸中，因活塞右边面积比较大，当空气压力作用在右边时，提供一慢速的和作用力大的

3、工作行程；返回行程时，由于活塞左边的面积较小，所以速度较快而作用力变小。此类气缸的使用最为广泛，一般应用于包装机械、食品机械、加工机械等设备上。1.后缸盖 2密封圈 3缓冲密封圈 4活塞密封圈 5活塞 6缓冲柱塞 7活塞杆 8缸筒 9缓冲节流阀 10导向套 11前缸盖 12防尘密封圈13磁铁 14导向环图 5-2普通型单活塞杆双作用气缸2特殊气缸（ 1）气液阻尼缸气液阻尼气缸是由气缸和液压缸组合而成，它以压缩空气为能源，利用油液的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动，调节活塞的运动速度。图 5-3 所示的工作原理。它的液压缸和气缸共用同一缸体，两活塞固定在同一活塞杆上。1气缸2液压缸3单向

4、阀4油箱5节流阀图 5-3 气液阻尼缸气液阻尼缸运动平稳，停位精确，噪声小，与液压缸相比，它不需要液压源，经济性好。同时具有气缸和液压缸的优点。（2）薄膜式气缸如图 5-4 所示为薄膜式气缸，它是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。它有单作用式（图5-4a）所示和双作用式（图5-4b）所示两种。薄膜式气缸中的膜片有平膜片和盘形膜片两种，因受膜片变形量限制，活塞位移较小，一般都不超过50mm。图 5-4薄膜式气缸1缸体 2膜片 3膜盘4活塞杆（3）无活塞杆气缸无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现直线运动，如图 5-5所示，无杆气缸由缸筒 2，防

5、尘和抗压密封件 7、4，无杆活塞 3，左右端盖 1，传动舌片 5，导架 6等组成。拉制而成的铝气缸筒沿轴向长度方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件 4和外部防尘密封件 7密封。内、外密封件都是塑料挤压成形件，且互相夹持固定，如图 1010b所示。无杆活塞 3的两端带有唇型密封圈。活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。该运动通过缸筒槽的传动舌片 5被传递到承受负载的导架6上。此时，传动舌片将防尘密封件7与抗压密封件 4挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此，传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。无杆气缸缸径范围为 2563mm，行程可达 l

6、0m。这种气缸最大的优点是节省了安装空间，特别适用于小缸径长行程的场合。在自动化系统、气动机器人中获得大量应用。图5-5无杆气缸a)无杆气缸结构图b)缸筒槽密封布置l一左、右缸盖 2一缸筒 3一无杆活塞 4一内部抗压密封件5一传动舌片6一导架 7一外部防尘密封件（ 4）冲击气缸冲击气缸把压缩空气的能量转化为活塞高速运动能量的一种气缸。活塞最大速度可以达到10m/s 以上，利用此动能做功，与同尺寸的普通气缸相比，其冲击能要大上百倍。冲击气缸有普通型和快速型两种，它们的工作原理相同，图5-6 所示为普通冲击气缸的结构原理图。图 5-6普通冲击气缸的结构原理图冲击气缸在结构上分为活塞杆腔5、活塞腔

7、4 和蓄能腔 1 三个工作腔，以及带有排气小孔3 的中盖 2，冲击气缸的工作过程一般分为如下三步。1）压缩空气进入冲击气缸活塞杆腔，蓄能腔与活塞腔通大气，活塞上移至上限位置，封住中盖上的喷嘴，中盖与活塞间的环型空间经排气小孔与大气相通。2）蓄能腔进气，其压力逐渐上升，在与中盖喷嘴口相密封接触的活塞面上，其承受的向下推力逐渐增大，与此同时，活塞杆腔排气，其压力逐渐变小，活塞杆腔活塞下端面上的受力逐渐减小。3）当活塞上端推力大于下端的推力时，活塞立即离开喷嘴口向下运动，在喷嘴打开的瞬间，活塞腔与蓄能腔立刻连通，活塞上端的承压面突然增大为整个活塞面，于是活塞在巨大的压力差作用下，加速向下运动，使活塞

8、、活塞杆等运动部件在瞬间加速达到很高的速度，获得最大冲击速度和能量。（5）摆动气缸摆动气缸也称摆动气马达，是一种在小于 360角度范围内做往复摆动的气动执行元件，输出力矩使机构实现往复摆动。摆动气缸的最大摆动角度分别为 90、180、270三种规格。摆动气缸按结构特点分为叶片式、齿轮齿条式等。叶片式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式两种。单叶片式输出轴摆动角度小于 360，双叶片式输出轴摆动角小于 180。它是由叶片轴转子（输出轴）、定子、缸体和前后端盖等组成的。图 5-7 所示为叶片式摆动气缸的结构原理，在输出转矩相同的摆动气缸中，叶片式体积最小，质量最轻。图 5-7 叶片式摆动气缸的结构原理图

9、5.1.3气缸的选用汽缸选用的基本原则是：1）根据工作任务对机构运动要求， 选择气缸的结构形式及安装方式 （参考表 5-1 与表 5-2 ）。2）根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆的推力和拉力。3）根据工作机构任务的要求，确定行程。一般不使用满行程。4）推荐气缸工作速度在0.5lm/s 左右，并按此原则选择管路及控制元件。类 名 称型活塞式气缸单作用薄膜式气气缸缸柱塞式气缸普通式气缸双出杆气缸双作用不可调缓冲气式气缸缸表 5-1 常用气缸的结构及功能简图原理及功能压缩空气驱动活塞向一个方向运动，借助外力复位，可以节约压缩空气，节省能源压缩空气作用在膜片上， 使活塞杆向一个方向运动， 靠弹簧复

10、位，密封性好，适用于小行程压缩空气作用在膜片上， 使活塞杆向一个方向运动， 靠弹簧复位，密封性好，适用于小行程柱塞向一个方向运动， 靠外力返回。稳定性较好，用于小直径气缸利用压缩空气使活塞向两个方向运动， 两个方向箱出的力和速度不等活塞两个方向运动的速度和输出力均相等， 适用于长行程活塞临近行程终点时， 减速制动，减速值不可调整。( a )为单向缓冲，( b )为双向缓冲可调式缓冲气缸活塞临近行程终点时， 减速制动，可根据需要调整减速值。( a )为单向缓冲， ( b )为双向缓冲表 5-2气缸的安装形式分类简图说明轴 向 耳耳座座式切 向 耳座固前 法定式兰气缸法兰后法兰式自 配 法兰轴向耳

11、座，耳座承受力矩，气缸直径越大，力矩越大同上前法兰紧固，安装螺钉受拉力较大后法兰紧固，安装螺钉受拉力较小法兰由使用时视安装条件现配尾 部 轴 销气缸可绕尾轴摆动轴销头部轴销气缸可绕头部轴摆式动气缸中间轴销气缸可绕中间轴摆动5.2气缸常见故障及排除气缸工作的平稳性直接影响到驱动机构能否正常工作。气缸的爬行等异常现象对驱动机构工作的平稳性影响较大。5.2.1汽缸故障分析1 气源处理不符合要求由于气源干燥得不够或气缸在高温潮湿的条件下工作，气源内的水分集积于气缸工作腔内，导致活塞或活塞杆工作表面锈蚀，加大了缸筒和活塞密封圈、活塞杆和组合密封困之间的摩擦力。由这种原因引起的爬行现象，在维修中会发现工作

12、腔内有锈水。另外气源中的杂质也会引起气缸出现爬行现象。防范的办法是加强气源的过滤和干燥，定期排放分水滤气器和油水分离器的污水。定期检查分水滤气器是否正常工作。2 装配不符合要求气缸的装配若不符合要求，会引起气缸出现爬行现象。主要原因有：一是气缸端盖密封圈压得太死或活塞密封圈的预紧力过大；二是活塞或活塞杆在装配中出现偏心。防范的办法是适当地减小密封圈的预紧力或重新安装活塞和活塞杆，使活塞或活塞杆不受偏心载荷。3 关键的工作表面加工精度不符合要求对气缸来说，缸筒内径的加工精度要求是比较高的，表面粗糙度根据活塞所使用的密封圈的形式而异。用 O 形橡胶密封圈时为 3 级精度，粗糙度 Ra 为 0.4；

13、用 Y 形橡胶密封圈时为 45 级精度，粗糙度 Ra 为 0.4。圆柱度、圆度误差不能超过尺寸公差的一半，端面与内径的垂直度误差不大于尺寸公差的 23。有些气缸，缸筒内壁的粗糙度远远不能满足要求，从而使活塞上的孔用密封圈与缸筒之间的摩擦系数加大，导致气缸起动压力升高，出现爬行现象。活塞上的密封圈损加剧，从而导致气缸内泄现象，不能满足工作要求。防范的办法是提高缸筒和活塞杆工作表面的加工精度。4 润滑不良和设计时未充分考虑相应的使用条件气缸的相对滑动面润滑的好坏，直接影响气缸的正常工作。在装配时，所有气动元件的相对运动工作表面都应涂以润滑脂。在气动系统运行过程中，油雾器应保持正常工作状态。若油雾器

14、出现故障，会使相对运动工作表面之间的摩擦加剧，引起气缸的输出力不足，动作不平稳并出现爬行现象。同时在设计时也应充分考虑气缸的工作环境，防止冷却水喷射到气缸上引起锈蚀。应调整活塞杆的中心； 检查油雾器的工作是否可靠；供气管路是否被堵塞。当气缸内存有冷凝水和杂质时，应及时清除。5 缓冲故障气缸的缓冲效果不良，一般是因缓冲密封圈磨损或调节螺钉损坏所致。此时，应更换密封圈和调节螺钉。气缸的活塞杆和缸盖损坏，一般是因活塞杆安装偏心或缓冲机构不起作用而造成的。对此，应调整活塞杆的中心位置；更换缓冲密封圈或调节螺钉。6 泄漏气缸出现内、外泄漏，一般是因活塞杆安装偏心，润滑油供应不足，密封圈和密封环磨损或损坏

15、，气缸内有杂质及活塞杆有伤痕等造成的。所以，当气缸出现内、外泄漏时，应重新调整活塞杆的中心，以保证活塞杆与缸筒的同轴度；须经常检查油雾器工作是否可靠，以保证执行元件润滑良好；当密封圈和密封环出现磨损或损环时，须及时更换；若气缸内存在杂质，应及时清除；活塞杆上有伤痕时，应换新。5.2.2气缸的故障原因与对策气缸的常见故障和排除方法列于表5-3 表 5-5。表5-3气缸的故障原因及处理对策故障原因对策输出力压力不足检查压力是否正常不足活塞密封件磨损更换密封件缓冲不缓冲密封件破损更换缓冲密封件良缓冲调节阀松动再调节后锁定缓冲通路堵塞除掉异物 (固化油、密封带等 )负载过大外部加设缓冲机构速度过快加设

16、外部缓冲机构或减速回路速度过排气通路受阻检查单向节流阀、换向阀、配管慢负载与气缸实际输出力相比的尺寸过大提高使用压力增大气缸内径活塞杆弯曲更换活塞杆并消除弯曲的主要原因动作不活塞杆被咬住检查安装情况，去掉横向载荷稳定缸筒生锈、划伤修理，伤痕过大则更换混入冷凝液、异物拆卸、清扫、加设过滤器产生爬行现象速度低于 50mms时，使用气一液缸或气一液转换器活塞杆活塞杆密封件磨损更换密封件和衬套活塞杆偏心调整气缸安装，去掉加入的横之间漏活塞杆被划伤向载荷泄混入异物伤痕小可修补、伤痕大则应更换活塞杆弯曲与负载相连接的活塞杆不能伸出除去异物、安装防尘罩对安装进行再调整。在固定式安装活塞杆端部与负载应采用浮动

17、式接头。耳环式和轴销式安装时，气缸的运动平面要和负载的运动行程终端有冲击，缓冲效果平面一致差活塞两端串气锁紧气缸停止活塞密封圈损坏润滑不良活塞被卡住密封面混入杂质配管距离过长缸的缓冲容量不够时在外部另装设缓冲装置，或在气动回路中设置缓冲机构更换密封圈检查油雾器是否失灵重新安装调整使活塞杆不受偏心和横向载荷清洗除去杂质，加装过滤器为加快响应，缸与阀间距离应尽量短，制动排气孔可装设快排阀带动的负载过重时超越确认规格，减少负载至允许值运动速度过快量大活 塞 杆有偏心横向负荷确认规格，使速度低于允许速度，以提高定位精度消除偏心横向负荷损坏活塞杆受冲击负荷冲击不能加在活塞杆上气缸的速度太快设置缓冲装置缸

18、 盖 损缓冲机构不起作用在外部或回路中设置缓冲机构坏表5-4摆动气缸故障原因及处理对策故 障原因对策摆动速速度控制阀关闭调整单向节流阀度慢阀、配管的气体流量不换成大尺寸元件足负载过大换输出力大的元件动作不摆动速度过慢使用气一液转换器或气一液摆动缸，圆滑密封件泄漏用液阻调速负载大小在摆动途中有更换密封件变化 (如受重力影响等 )使用气一液转换器或气一液摆动缸输 出 轴输出轴密封件磨损 (叶更换密封件部分有片式)更换密封件空 气 泄活塞密封件磨损(齿轮漏齿条式 )表5-5气一液元件的故障原因及处理对策故障原因对策由气一液转换液压油量过多器的气孔中冒液面上升速度超过 200 mm油s回路中产生气泡，

19、液压油的视在体积增大，产生溢流执行元件有内漏。液压油渗漏到空气腔室中虽然用了液压与缸的推力相比，工件的阻单向阻尼阀但力过大速度仍不均匀虽使用了增压使用的液压配管是橡胶软器但液压缸的管，未考虑软管膨胀的影响输出力仍不足液压配管中含有气泡，油压升不起来增压器、执行元件有内漏使用增压器工 因配管的阻力大，增压器的作时，执行元 退回速度比执行元件的退回件的退回和增 速度大 (配管内产生真空 ) 压器的退回不当执行元件运动到顶端时油面越过上限增大气一液转换的内径以减低液面上升速度增大配管直径使管内流速低于3 ms，管内无负压回路中加装断流阀，使停止运动时封闭液压回路提高工作压力，增大缸径使负载变化的比例

20、减小将部分配管或全部配管改为金属管，减少膨胀损失把配管、执行元件内的空气全部排掉，使液压管内无气检查并更换密封件配管过长时减短液压油黏度高时换低的增压器的空气一侧加装单向节流阀以减少退回速度同步5.3 气缸维修要点5.3.1 气缸的拆卸与检修气缸的拆卸与检修基本过程是：将气缸拆解，先对各零部件进行清洗，检查，处理，逐一润滑或密封，再装配。1 活塞气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内滑动，要求活塞具有良好的滑动特性，同时活塞与缸筒之间要有良好的密封，而二者之间的密封是通过 Yx 形密封圈实现的， 因此 Yx 形密封圈为易损件， 其结构如图 5-8 所示。图 5-8 Yx 形密封圈Yx 形密封圈断面有两个不等脚长度的唇边，密封圈安装在活塞的沟槽中，当右侧受气压作用时，密封圈唇部在气压作用下张开，并紧贴在缸筒壁上起密封作用。气缸拆解后注意观察，若发现Yx 形密封圈唇部已磨平，则应将其从活塞上取下，换上新件，涂抹润滑脂。缓冲柱塞与缸盖接触频繁，也应涂润滑脂。2 缸盖气缸工作时，活塞会撞击缸盖，缸盖缓冲密封圈为