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摘 要：气缸是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件，气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力，工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能。文章重点就工业机械中往复直线运动气缸的这一特点的应用进行研究和分析。
关键词：气缸 机械 往复直线运动
气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气、在一个方向输出力，靠弹簧或自重返回。双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速（10～20米/秒）运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于 280°。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。
1气缸的结构及原理
缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8μm。通常都是根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。为了布局紧凑，摆杆机构被设置在曲柄轴的下方，同时气缸相对于曲柄轴的轴线实行偏置设置，目的是使摆杆有尽可能长的长度，以利于获得更好的直线约束效果。连杆及活塞相对于气缸的摆动幅度除了与连杆的长度有关之外，还取决于摆杆的摆幅和杆长，而摆杆的最大摆幅同时又决定了活塞的行程。平面四杆机构通常具有急回特性，本文为改善摆杆机构的受力状况，将急回行程与压缩机的进气行程呼应设置。
2气缸在机械中的应用
2.1作为压入机构
往复直线运动气缸的缸径从Ф3mm～Ф300mm，最大行程从lOmm～2400mm，在0.7MPa的气压下，最大可达到约3500kg的压力。可替代笨重的冲压设备，满足工业上很多产品的生产，节省设备投资。例如在汽车零部件制造业中，导向套衬套的压入，下环橡胶衬套的压入、安装座橡胶的压入等。在设计压入设备时，先确定好压入方式（上下或左右）和压入荷蓖，然后选择合适缸径、行程的气缸，同时根据安装位置确定气缸的安装形式。对于上下压入的设备，一般使用法兰式固定安装，对于左右压入的设备，一般使用支座式固定安装。为保证压入时气缸的活塞杆不偏摆，通常设计增加导向杆机构。如果被压工件的压入接触面不平，为保证压入时受力均匀，气缸不抖动爬行，通常把压头设计成浮动接头。
2.2作为导向机构
往复直线运动气缸动作简单，直线运动一进一退，在气缸活塞杆上安装合适的导向杆，配合设备的电气控制，可实现导向杆自动导向的功能。例如汽车减震器的阀片组装工序，为实现厚0.2mm的阀片（阀片中中间有Ф8mm孔）的自动推出、自动叠加，在垂直方向上，下方是阀片叠加放置槽，上方是导向气缸，在水平方向上，是推阀片机构。设备动作顺序：推阀片装置推出固定数量的阀片导向气缸伸出导向杆穿进阀片的Ф8mm孔推出阀片装置返回，阀片由于Ф8mm孔被导向杆挂住，在与推出阀片装置脱离后，沿着导向杆滑落到阀片叠加放置槽中导向气缸返回。配合阀片叠加放置槽的自动输送，就可实现自动阀片组装。作为导向的功能，由于气缸不受负载（但要考虑导向杆的重量），可以按需要选择小缸径的气缸，安装方式为固定式，考虑到导向时的对中问题，可在活塞杆和导向杆中间安装浮动接头。
2.3作为夹紧机构
在工业生产中往往要保证被加工工件固定或者对中。例如电动螺母扭紧，需保证螺杆部分固定并对中，外筒口滚压包边。需保证外筒口与滚压轮对中。往复直线运动气缸在这方面的运用主要是水平方向的夹紧，在被夹紧工件的左右两侧各安装一个气缸。气缸上安装夹紧块，根据被夹紧工件的表面要求和形状，左右两个夹紧块选用合适的材料和设计成合適的形状。在需要保证对中的场合，必须两个气缸动作后被夹紧工件垂直支立，可通过改变气缸的行程实现，如设计U型垫片来保证两个气缸的各自行程、改变夹紧块的长度，或者改变两个气缸在水平方向上的安装位置等。由于是两边夹紧，所以气路上要尽量保证气缸同时动作，当然也有按先后顺序的夹紧方式.具体由生产工艺决定。在垂直方向的夹紧方面，直接使用往复直线运动气缸上下动作夹紧运用得较少。主要是因为直接上下夹紧的动作方式，夹块的位置会影响工件的放进和取出。所以一般是使用往复直线运动气缸配合连杆机构，连杆机构的夹紧和松开是通过转动一个角度实现，松开时不影响工件的放进和取出。这时的气缸需使用销轴式的安装方式。当然更简单的方法是直接选用专门的夹紧气缸，夹紧块夹紧和松开时除上下夹紧动作外还有一个900的回转动作。
3结束语
工业机器人成本太高，对于不太复杂的移动路径，可以使用组合气缸替代。所谓组合气缸，就是通过各种气缸组合在一起，实现前后，左右，夹紧等一系列模仿人手的动作。除了夹紧动作外的其他直线运动动作都可由往复直线运动气缸实现。设计组合气缸要根据目标物的位置设定整个组合气缸机构的原位，尽量选用少数量的气缸来实现需要的动作。例如下降的动作如果在加工位和下料位都需要，下降的高度设计成一样的话，只用一个气缸就可实现。另外多个气缸组合在一起，要考虑紧凑美观，不会造成干涉等问题。目前大的气动生产厂商都针对组合气缸的应用设计有改进型的往复直线运动气缸，可以根据设计要求灵活选用。
参考文献：
[1]耿葵花.新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究[J].中国机械工程，2011，22（18）：2186-2190
[2]黄壮伟.新型摇摆活塞式压缩机的力学分析[J].机电工程技术，2012，31（1）：27-28.
关键词：气缸 机械 往复直线运动
气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气、在一个方向输出力，靠弹簧或自重返回。双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速（10～20米/秒）运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于 280°。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。
1气缸的结构及原理
缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8μm。通常都是根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。为了布局紧凑，摆杆机构被设置在曲柄轴的下方，同时气缸相对于曲柄轴的轴线实行偏置设置，目的是使摆杆有尽可能长的长度，以利于获得更好的直线约束效果。连杆及活塞相对于气缸的摆动幅度除了与连杆的长度有关之外，还取决于摆杆的摆幅和杆长，而摆杆的最大摆幅同时又决定了活塞的行程。平面四杆机构通常具有急回特性，本文为改善摆杆机构的受力状况，将急回行程与压缩机的进气行程呼应设置。
2气缸在机械中的应用
2.1作为压入机构
往复直线运动气缸的缸径从Ф3mm～Ф300mm，最大行程从lOmm～2400mm，在0.7MPa的气压下，最大可达到约3500kg的压力。可替代笨重的冲压设备，满足工业上很多产品的生产，节省设备投资。例如在汽车零部件制造业中，导向套衬套的压入，下环橡胶衬套的压入、安装座橡胶的压入等。在设计压入设备时，先确定好压入方式（上下或左右）和压入荷蓖，然后选择合适缸径、行程的气缸，同时根据安装位置确定气缸的安装形式。对于上下压入的设备，一般使用法兰式固定安装，对于左右压入的设备，一般使用支座式固定安装。为保证压入时气缸的活塞杆不偏摆，通常设计增加导向杆机构。如果被压工件的压入接触面不平，为保证压入时受力均匀，气缸不抖动爬行，通常把压头设计成浮动接头。
2.2作为导向机构
往复直线运动气缸动作简单，直线运动一进一退，在气缸活塞杆上安装合适的导向杆，配合设备的电气控制，可实现导向杆自动导向的功能。例如汽车减震器的阀片组装工序，为实现厚0.2mm的阀片（阀片中中间有Ф8mm孔）的自动推出、自动叠加，在垂直方向上，下方是阀片叠加放置槽，上方是导向气缸，在水平方向上，是推阀片机构。设备动作顺序：推阀片装置推出固定数量的阀片导向气缸伸出导向杆穿进阀片的Ф8mm孔推出阀片装置返回，阀片由于Ф8mm孔被导向杆挂住，在与推出阀片装置脱离后，沿着导向杆滑落到阀片叠加放置槽中导向气缸返回。配合阀片叠加放置槽的自动输送，就可实现自动阀片组装。作为导向的功能，由于气缸不受负载（但要考虑导向杆的重量），可以按需要选择小缸径的气缸，安装方式为固定式，考虑到导向时的对中问题，可在活塞杆和导向杆中间安装浮动接头。
2.3作为夹紧机构
在工业生产中往往要保证被加工工件固定或者对中。例如电动螺母扭紧，需保证螺杆部分固定并对中，外筒口滚压包边。需保证外筒口与滚压轮对中。往复直线运动气缸在这方面的运用主要是水平方向的夹紧，在被夹紧工件的左右两侧各安装一个气缸。气缸上安装夹紧块，根据被夹紧工件的表面要求和形状，左右两个夹紧块选用合适的材料和设计成合適的形状。在需要保证对中的场合，必须两个气缸动作后被夹紧工件垂直支立，可通过改变气缸的行程实现，如设计U型垫片来保证两个气缸的各自行程、改变夹紧块的长度，或者改变两个气缸在水平方向上的安装位置等。由于是两边夹紧，所以气路上要尽量保证气缸同时动作，当然也有按先后顺序的夹紧方式.具体由生产工艺决定。在垂直方向的夹紧方面，直接使用往复直线运动气缸上下动作夹紧运用得较少。主要是因为直接上下夹紧的动作方式，夹块的位置会影响工件的放进和取出。所以一般是使用往复直线运动气缸配合连杆机构，连杆机构的夹紧和松开是通过转动一个角度实现，松开时不影响工件的放进和取出。这时的气缸需使用销轴式的安装方式。当然更简单的方法是直接选用专门的夹紧气缸，夹紧块夹紧和松开时除上下夹紧动作外还有一个900的回转动作。
3结束语
工业机器人成本太高，对于不太复杂的移动路径，可以使用组合气缸替代。所谓组合气缸，就是通过各种气缸组合在一起，实现前后，左右，夹紧等一系列模仿人手的动作。除了夹紧动作外的其他直线运动动作都可由往复直线运动气缸实现。设计组合气缸要根据目标物的位置设定整个组合气缸机构的原位，尽量选用少数量的气缸来实现需要的动作。例如下降的动作如果在加工位和下料位都需要，下降的高度设计成一样的话，只用一个气缸就可实现。另外多个气缸组合在一起，要考虑紧凑美观，不会造成干涉等问题。目前大的气动生产厂商都针对组合气缸的应用设计有改进型的往复直线运动气缸，可以根据设计要求灵活选用。
参考文献：
[1]耿葵花.新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究[J].中国机械工程，2011，22（18）：2186-2190
[2]黄壮伟.新型摇摆活塞式压缩机的力学分析[J].机电工程技术，2012，31（1）：27-28.