氣缸

　　與活塞構(gòu)成工作容積的部件。
　　引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過(guò)膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等。英文名：cylinder
　　氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)的兩類（見(jiàn)圖）。做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。
　　①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
　　②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。
　　③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)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(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。
　　氣缸作用
　　將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
　　氣缸分類
　　直線運(yùn)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)氣缸、氣爪等。
　　氣缸結(jié)構(gòu)
　　1）缸筒
　　缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8μm。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。
　　SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)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(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)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(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，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(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動(dòng)部分長(zhǎng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
　　4）活塞桿
　　活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)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(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)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(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
　　6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。
　　工作原理
　　根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。
　　氣缸
　　下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：
　　F：氣缸理論輸出力（kgf)
　　F′：效率為85%時(shí)的輸出力（kgf）－－（F′=F×85%）
　　D：氣缸缸徑（mm)
　　P：工作壓力（kgf/cm2）
　　例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
　　將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
　　F=2800kgf；F′=2300kgf
　　在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。
　　例：有一氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在氣缸推出時(shí)其推力為132kgf，（氣缸效率為85%）問(wèn)：該選擇多大的氣缸缸徑?
　　由氣缸的推力132kgf和氣缸的效率85%，可計(jì)算出氣缸的理論推力為F=F′/85%=155(kgf)
　　由使用壓力5kgf/cm2和氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的氣缸便可滿足使用要求。
　　應(yīng)用領(lǐng)域
　　印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等。
　　發(fā)展歷程
　　氣缸原理源于大炮：
　　氣缸源于大炮？這并不是聳人聽(tīng)聞。你車上的氣缸戰(zhàn)士確實(shí)與大炮有關(guān)。
　　1680年，荷蘭科學(xué)家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā)，心想如將炮彈的強(qiáng)大力量用來(lái)推動(dòng)其它機(jī)械不是挺好嗎？他一開(kāi)始仍用火藥作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開(kāi)一個(gè)單向閥。他在氣缸內(nèi)注入火藥，當(dāng)點(diǎn)燃火藥后，火藥猛烈地爆炸燃燒，推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生動(dòng)力。同時(shí)，爆炸氣巨大的壓力還推開(kāi)單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內(nèi)殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，以準(zhǔn)備進(jìn)行下一次爆炸。當(dāng)然，由于行程過(guò)長(zhǎng)，效率太低，他最終沒(méi)有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內(nèi)燃機(jī)”的設(shè)想，后人在此基礎(chǔ)上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　早期汽車使用單缸機(jī)
　　汽車鼻祖卡爾·奔馳和戴姆勒在當(dāng)年設(shè)計(jì)制造汽車時(shí)，他們不約而同地只用了一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。就像我們現(xiàn)在認(rèn)為一輛汽車不可能使用兩臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，估計(jì)當(dāng)時(shí)的人們也不會(huì)想象出還會(huì)用兩個(gè)氣缸或更多氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。然而現(xiàn)在不同了，先別說(shuō)發(fā)達(dá)國(guó)家，看看國(guó)內(nèi)汽車廣告就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不少?gòu)S家總拿發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)目和排列形式來(lái)說(shuō)事，賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機(jī)而非三缸，用v6發(fā)動(dòng)機(jī)的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實(shí)起到了很大效果，現(xiàn)在不少車迷已認(rèn)同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動(dòng)機(jī)是高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)”等概念。現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽(tīng)起來(lái)也不連續(xù)順暢，聽(tīng)一聽(tīng)小排量摩托車的聲音就知道了。最為不能讓人接受的是它的運(yùn)轉(zhuǎn)極不平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，而且單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的外形也不適合裝在汽車上。為此，現(xiàn)在的氣車上已見(jiàn)不到單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上，兩缸機(jī)也不好找了，最少是3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機(jī)。
　　1升以下的微型車上多用3缸機(jī)，1升至2升的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用4缸或5缸機(jī)。2升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)大多為6缸，4升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)使用8缸的占絕大多數(shù)。
　　在相同排量的情況下，增加氣缸數(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。另外，增加氣缸數(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動(dòng)，加速響應(yīng)性更好。為了提高氣車的性能，必須增加氣缸數(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數(shù)都在6缸以上，最多者已達(dá)到16缸。
　　但是，氣缸數(shù)的增加不能無(wú)限制。因?yàn)殡S著氣缸數(shù)的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件數(shù)也成比例地增加，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提高制造成本和使用費(fèi)用，增加燃料消耗，并使發(fā)動(dòng)機(jī)的體積變大。因此，氣車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途和性能要求，在權(quán)衡各種利弊之后做出的合適選擇。
　　肩并肩站成一排。
　　直列發(fā)動(dòng)機(jī)
　　直列發(fā)動(dòng)機(jī)（line engine），它的所有氣缸均肩并肩排成一個(gè)平面，它的缸體和曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且使用一個(gè)氣缸蓋，制造成本較低，穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應(yīng)用比較廣泛。其缺點(diǎn)是功率較低。“直列”可用l代表，后面加上氣缸數(shù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)，現(xiàn)代氣車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　直列3缸（l3）。
　　常見(jiàn)故障及解決方案
　　氣缸常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析
　　⒈汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠后都要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，使汽缸在住鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力完全消除。如果時(shí)效時(shí)間短，那么加工好的汽缸在以后的運(yùn)行中還會(huì)變形。
　　⒉汽缸在運(yùn)行時(shí)受力的情況很復(fù)雜，除了受汽缸內(nèi)外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對(duì)靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對(duì)汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
　　⒊汽缸的負(fù)荷增減過(guò)快，特別是快速的啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時(shí)打開(kāi)保溫層過(guò)早等，在汽缸中和法蘭上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。
　　⒋汽缸在機(jī)械加工的過(guò)程中或經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊后產(chǎn)生了應(yīng)力，但沒(méi)有對(duì)汽缸進(jìn)行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行中產(chǎn)生永久的變形。
　　⒌在安裝或檢修的過(guò)程中，由于檢修工藝和檢修技術(shù)的原因，使內(nèi)缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運(yùn)行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。
　　⒍使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過(guò)多或是型號(hào)不對(duì)；汽缸密封劑內(nèi)若有堅(jiān)硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì)使密封面難以緊密的結(jié)合。
　　⒎汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。汽缸結(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組的起停或是增減負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會(huì)造成螺栓的應(yīng)力松弛，如果應(yīng)力不足，螺栓的預(yù)緊力就會(huì)逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中，在熱應(yīng)力和汽缸膨脹力的作用下被拉長(zhǎng)，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會(huì)不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。
　　⒏汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時(shí)是從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧最大處或是受力變形最大的地方緊固，這樣就會(huì)把變形最大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉(zhuǎn)移，最后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會(huì)集中于中部，汽缸結(jié)合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。
氣缸故障解決方案
　　⒈汽缸變形較大或漏汽嚴(yán)重的結(jié)合面，采用研刮結(jié)合面的方法
　　如果上缸結(jié)合面變形在0.05mm范圍內(nèi)，以上缸結(jié)合面為基準(zhǔn)面，在下缸結(jié)合面涂紅丹或是壓印藍(lán)紙，根據(jù)痕跡研刮下缸。如果上缸的結(jié)合面變形量大，在上缸涂紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平。或是采取機(jī)械加工的方法把上缸結(jié)合面找平，再以上缸為基準(zhǔn)研刮下缸結(jié)合面。汽缸結(jié)合面的研刮一般有兩種方法：
　　⑴是不緊結(jié)合面的螺栓，用千斤頂微微推動(dòng)上缸前后移動(dòng)，根據(jù)下缸結(jié)合面紅丹的著色情況來(lái)研刮。這種方法適合結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)的高壓缸。
　　⑵是緊結(jié)合面的螺栓，根據(jù)塞尺的檢查結(jié)合面的嚴(yán)密性，測(cè)出數(shù)值及壓出的痕跡，修刮結(jié)合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對(duì)間隙的影響。
　　⒉采用適當(dāng)?shù)钠�缸密封材�?br />　　因現(xiàn)在汽輪機(jī)汽缸密封劑還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制作原料和配方也各不相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；在選擇汽輪機(jī)汽缸密封劑時(shí)，就要選在行業(yè)內(nèi)有口碑，產(chǎn)品質(zhì)量有保證的正規(guī)生產(chǎn)廠家，以保證檢修處理后汽缸的嚴(yán)密性。
　　⒊局部補(bǔ)焊的方法
　　由于汽缸結(jié)合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當(dāng)?shù)暮笚l把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結(jié)合面在同一平面內(nèi)。汽缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴(yán)重時(shí)，在下缸的結(jié)合面補(bǔ)焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然后用平尺或是扣上缸測(cè)量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡(jiǎn)單，焊前預(yù)熱汽缸至150℃，然后在室溫下進(jìn)行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進(jìn)行打磨修刮。
　　⒋汽缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂
　　當(dāng)汽缸結(jié)合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時(shí)，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用汽缸做陽(yáng)極，涂具做陰極，在汽缸的結(jié)合面上反復(fù)涂刷電解溶液，涂層的厚度要根據(jù)汽缸結(jié)合面間隙的大小而定，涂層的種類要根據(jù)汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用專用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達(dá)到塑性狀態(tài)后噴射于處理過(guò)的汽缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點(diǎn)就是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便涂層牢固，噴涂后汽缸溫度僅為70℃—80℃不會(huì)使汽缸產(chǎn)生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對(duì)缸面進(jìn)行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對(duì)涂層進(jìn)行研刮，保證結(jié)合面的嚴(yán)密。
　　⒌結(jié)合面加墊的方法
　　如果結(jié)合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網(wǎng)經(jīng)熱處理使其硬度降低，然后剪成適當(dāng)?shù)男螤睿�鋪在結(jié)合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結(jié)合面的間隙較大，泄漏嚴(yán)重，可在上下結(jié)合面開(kāi)寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調(diào)整。
　　⒍控制螺栓應(yīng)力的方法
　　如果汽缸結(jié)合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當(dāng)?shù)募哟舐菟ǖ念A(yù)緊力。按從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧最大處或是受力變形最大的地方緊固螺栓。理論上來(lái)說(shuō)，控制螺栓的預(yù)緊力可用公式d/L≤A來(lái)計(jì)算，但由于此計(jì)算的數(shù)據(jù)與測(cè)量的手段還在研究當(dāng)中，目前沒(méi)有達(dá)到推廣，多在螺栓的允許的最大應(yīng)力內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定。
　　⒎新時(shí)期采用的高分子材料方法
　　目前隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，高分子復(fù)合材料逐漸在氣缸維護(hù)中取得了成功的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)手段相比，高分子復(fù)合材料具有較為優(yōu)異的耐溫性能，良好的耐壓性能，以及更為出色的密封性能，且具有良好的塑變性，受熱不會(huì)固化，密封膜不會(huì)被破壞，從而保證了機(jī)件密封面的密封；加之易于清除，使用過(guò)的密封面可以用無(wú)水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會(huì)附著于密封面；由于其優(yōu)異的性能，逐漸受到越來(lái)越多氣缸企業(yè)的青睞。