详解各类气缸的工作原理

气缸的种类很多，一般按其结构特点、功能、驱动方式或安装方式进行分类。气缸按结构特点主要分为活塞式气缸和隔膜式气缸；按运动形式分为直线运动油缸和摆动油缸。接下来，仙机网小编详细介绍了各种气缸的工作原理，包括：普通气缸的基本组成和原理、典型气缸的结构和工作原理、机械接触式无杆气缸的结构和工作原理、磁无杆气缸。气缸的结构和工作原理，齿轮齿条摆动气缸的结构和工作原理。

详细介绍气缸运动类型：

气缸有往复直线运动和往复摆动两种形式：

1、 直线运动油缸又分为：单作用油缸、双作用油缸、隔膜油缸和冲击油缸。

①单作用气缸：只有一端有活塞杆。空气从活塞侧面供气，聚集能量产生气压。气压推动活塞产生推力并伸展，靠弹簧或自重返回。

②双作用气缸：交替从活塞两侧供气，向一个或两个方向输出力。

③膜片气缸：用膜片代替活塞，只向一个方向输出力，用弹簧复位。其密封性能好，但行程短。

④ 冲击气缸：这是一种新型部件。它将压缩气体的压力能转化为活塞高速（10-20 m/s）运动的动能，从而做功。

⑤无杆气缸：无活塞杆气缸的总称。有磁性气缸和电缆气缸两种。

2、 来回摆动的圆柱体称为摆动圆柱体。内腔被叶片一分为二，两腔交替供气。输出轴作摆动运动，摆动角度小于280度。此外还有回转缸、气液阻尼缸和步进缸。

气缸的结构组成：

1）气缸

气缸的内径代表气缸的输出力。活塞应在气缸内来回滑动顺畅，气缸内表面粗糙度应达到Ra0.8um。缸筒除采用高碳钢管外，还采用高强度铝合金和黄铜制成。

2）端盖

端盖上设有进排气口，有的在端盖内还设有缓冲机构。杆侧端盖上装有密封圈和防尘圈6，以防止活塞杆漏气，防止外界灰尘混入气缸内。杆侧端盖上装有导向套5，以提高油缸的导向精度。

3）活塞

活塞是气缸内的受压部件。为防止气体从活塞的左右腔进入，设有活塞密封圈12。还提供了磨损环11以改进气缸的引导。

4）活塞杆

活塞杆是气缸中最重要的受力部件。通常采用高碳钢，表面镀硬铬，或采用不锈钢，以防止腐蚀，提高密封圈的耐磨性。

5）缓冲柱塞、缓冲节流阀

活塞两侧沿轴向有缓冲柱塞1、3。同时气缸盖上有缓冲节流阀14和缓冲套15。当气缸移动到末端时，缓冲柱塞进入缓冲套和气缸排，空气需要通过缓冲节流阀，排气阻力增大，产生排气背压，形成缓冲气垫，起到缓冲作用。

普通气缸的原理和基本组成

组成：气缸、活塞、密封圈、磁环（部分气缸）

原理：压缩空气使活塞运动。通过改变进气方向，改变活塞杆的运动方向。

故障模式：活塞卡住不动；气缸薄弱，密封圈磨损，漏气。

典型气缸工作原理及结构

以气动系统中最常用的单活塞杆双作用气缸为例。气缸的典型结构如下图所示。它由气缸、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖和密封件组成。双作用气缸内部被活塞分成两个腔室。有活塞杆的腔称为有杆腔，没有活塞杆的腔称为无杆腔。

当压缩空气从无杆腔输入时，有杆腔排出，作用在活塞上的气缸两腔压差形成的力克服阻力载荷推动活塞运动，使活塞运动。杆伸出；当有杆腔进气时，当无杆腔排气时，活塞杆缩回。如果有杆腔和无杆腔交替进排气，活塞实现往复直线运动。

机械接触式无杆气缸的结构及工作原理

机械接触式无杆气缸的结构如下图所示。缸筒轴向开有凹槽，活塞和滑块在凹槽上部运动。为防止泄漏和防尘要求，两端气缸盖采用聚氨酯密封胶带和防尘不锈钢胶带固定，活塞架穿过凹槽将活塞与滑块连接成一个整体。活塞与滑块连接在一起，带动固定在滑块上的作动器实现往复运动。

这种气缸的特点是： 1) 与普通气缸相比，相同行程下安装位置可减少1/2；2) 不需要防旋转机构；3)适用于缸径10～80mm，缸径≥40mm时最大行程可达7m；4)高速，标准型可达0.1～0.5m/s；高速型可达0.3～3.0m/s。缺点是：1)密封性差，容易外漏。使用三位阀时，必须选择中压型；2) 负载力小。为了增加承载能力，必须增加导向机构。

磁性无杆气缸的结构和工作原理

活塞通过磁力带动气缸外的运动体同步运动。其结构如下图所示。其工作原理是：活塞上装有一组高强度磁性永磁环，磁力线穿过薄壁气缸，另一组磁环套在外面，因为两组磁环有相反的磁性，它们具有很强的吸引力。当活塞被气缸内的气压推动时，在磁力的作用下，带动气缸外的磁环套一起运动。气缸活塞的推力必须与磁环的吸力相匹配。

齿轮齿条摆动油缸的结构及工作原理

齿条齿轮摆动油缸是通过与活塞相连的齿条带动齿轮转动的摆动油缸。其结构和工作原理如下图所示。活塞只作往复直线运动，摩擦损失小，齿轮传动效率高。这种摆动油缸的效率可达95%左右。

叶片摆动油缸的工作原理

单叶片摆动油缸的结构原理如下图所示。它由叶片轴转子（即输出轴）、定子、气缸体和前后端盖组成。定子和气缸固定在一起，叶片和转子连接在一起。定子上有两条气路。左路进气，右路排气，压缩空气推动叶片带动转子顺时针摆动。相反，逆时针摆动。

叶片式摆动缸体积小，重量最轻详解各类气缸的工作原理，看完你就懂了，但要求制造精度高，密封困难，泄漏量大，动密封接触面积大，密封摩擦阻力损失大，输出效率低，低于80%。因此，它在应用上受到限制，一般只用于安装位置受到限制的场合双腔空气弹簧和单腔空气弹簧，如夹具的转动、阀门的启闭、工作台的分度等。

带阀组合气缸的结构和工作原理

阀门气缸是由气缸、换向阀和调速阀组成的组合式气动执行机构。如下图所示，它省去了连接管道和管接头，减少了能量损失，具有结构紧凑、安装方便等优点。带阀缸的阀门有电控、气控、机控和手动控制等多种控制方式。在气缸的尾部和上部安装阀门有几种方法。如下图4所示，电磁阀安装在气缸的上部。当有电信号时，电磁阀切换，输出气压可直接控制气缸动作。

磁性开关气缸的结构和工作原理

磁力开关气缸是指气缸的活塞上装有磁环，磁力开关直接安装在气缸筒上。磁力开关用于检测气缸行程的位置，控制气缸的往复运动。因此，无需在缸筒上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞的位置，也无需在活塞杆上设置挡块。

磁性开关气缸的工作原理：是在气缸活塞上安装一个永磁环，在气缸外壳上安装一个簧片开关。该开关装有簧片、保护电路和动作指示器，全部用树脂密封在一个盒子里。当装有永久磁铁的活塞移动到簧片附近时，磁力线被簧片磁化，两个簧片被吸引接触，开关接通。当永磁体返回和离开时，磁场减弱，两个簧片弹开，开关断开。由于开关的通断，电磁阀被切换，实现气缸的往复运动。

三、气缸常见故障及原因

1、外漏：活塞杆末端漏气，缸筒与缸盖之间漏气，缓冲调节处漏气。

原因分析：活塞杆安装偏心、供油不足、活塞密封磨损、活塞杆轴承配合面有杂质、活塞有伤痕。

2、 内漏：活塞两端漏气、活塞密封损坏、润滑不良、活塞卡死、活塞

配合面有缺陷，杂质挤入密封面。

3、 输出力不足，动作不稳定：润滑不良，活塞或活塞杆卡死，供气不足，冷凝水。

4、 缓冲效果差：缓冲密封圈磨损双腔空气弹簧和单腔空气弹簧，调节螺钉损坏，气缸速度过快。