c_p1_con_06.htm

6、執行元件

氣動執行元件的工作是直線或回轉運動。由氣缸活塞得到直線運動，由葉片或齒條齒輪型的執行元件得到擺動運動，（擺動角度可連最大到270o）以及由氣動馬達得到連續轉動。

直線型氣缸

不同設計的氣缸是最普通的能量轉換的元件。應用於氣動控制回路中結構可分為兩種基本的型式：
（a）帶一個進氣口的單作用氣缸，在一個方向上產生作動的行程。
（b）帶二個進氣口的雙作用氣缸，產生伸出和回縮作動的行程。不同的氣缸（執行元件）可用附錄中的圓形符號來表示。

單作用氣缸

單作用氣缸只利用在一個方向上的推力，活塞杆的回縮依靠裝入氣缸內的彈簧力，或者其他外部的方法如載荷或機械運動等等。

單作用氣缸有“推”或“拉”兩種型式。（圖6．1）

單作用氣缸用於壓緊、列印、出料等等。它的空氣耗氣量低於大小相當的雙作用氣缸。推出時由於要克服彈簧力所以會減低推力，因而需要較大的缸徑，而且為適合彈簧本身的長度，氣缸的總長相應加長，從而限制行程的長度。

雙作用氣缸

這種執行元件是利用空氣壓力交替作用於活塞的相對面上而產生這兩種伸出和回縮的力。由於有效活塞面積較小的緣故，所以推力在回縮行程時較弱。但只在氣缸“拉”相同負載時才考慮。

氣缸的結構

雙作用氣缸的結構見圖6．2所示。缸筒通常由無縫鋼管製成，工作面加工成高的光潔度和鍍有硬鉻，使摩擦和摩損成到最小值。端蓋由鋁合金或可鍛鑄鐵製成及用拉杆夾緊缸筒，或小型氣缸是用螺紋或碾邊固定缸筒。鋁合金、黃銅、青銅或不銹鋼製成的缸筒用於腐蝕性和不安全的環境中。

不同型式的密封件保證了氣缸的密封性。

緩衝

氣缸能有很高的速度，因此在行程的終端會產生很大的衝擊力。所以小氣缸也常常安裝緩衝，即用橡膠減震墊來吸收衝擊和預防氣缸內部故障。對於大氣缸，衝擊可用氣緩衝來減震，使活塞到達行程末端區域時降速。這種緩衝的吸收是靠行程的末端排出空氣到泄放通道，通過可調節流閥減慢活塞的運動速度。（圖6.4）

若緩衝活塞插入緩衝密封體時，排氣口正常排入大氣的空氣被封閉，只能通過可調節流口排出，抑制空氣被壓縮成相當高的壓力制動活塞的慣性。

當活塞反向時，緩衝密封件的作用如一個單向閥，允許空氣流向活塞。它由於會節流空氣流量和抑制活塞的加速，所以緩衝衝程越短越好。

減低載荷重或活塞速度高的氣缸的速度，就需要外加震動吸收器。當活塞速度超過500mm／s，雖然內部安裝緩衝器，但也還必須提供外部機械制動。

專用氣缸的選擇

雙活塞杆氣缸

圖6.6表示雙活塞杆氣缸用於長行程工作臺的裝置。用活塞杆的端部固定，氣缸的缸筒隨工作臺運動，因而得到導向和附加的剛性。

串聯氣缸

串聯氣缸是兩個雙作用氣缸活塞杆連接在一起成為一個單元。同時將壓力進入兩個氣缸腔內，輸出力幾乎是同樣大小的標準。
氣缸的兩倍。這種串聯氣缸具有一個氣缸直徑但有較大的輸出力，用於安裝位置有限的地方。

多位置氣缸

一個標準氣缸的兩個終端位置提供兩個固定的位置。如果需要大於兩個位置，可利用聯合兩個雙作用氣缸。

有兩種方法：

對於三個位置，組合成下列狀態，氣缸都固定。它非常適合垂直運動，例如輸送裝置。

第二種方法是將兩個獨立的氣缸安裝在一起，它們的缸蓋背靠著。就有4種不同的位置，但氣缸不能固定。同樣，用3個氣缸可組合成8個位置，4個氣缸為16個位置。

帶鎖（定位）氣缸

在標準氣缸的杆蓋端安裝了一個鎖緊頭，它能在任意位置握住活塞杆。鎖緊作用是機械式的。保證活塞杆安全可靠地夾持，在滿載荷下也不變。

氣缸的安裝

為了保證氣缸合適地安裝，製造者常常提供符合需要的安裝件以供選擇，包括鉸接式安裝能產生擺動運動。

浮動接頭

調節不可避免的氣缸活塞杆運動方向和設備的連接軸之間的“不同軸性”，就需要用浮動接頭安裝到活塞杆的頭部。

氣缸力

根據ISO4393和ISO497RlO推薦，直線型氣缸以缸徑表示為：

8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，140，160，200，250，320毫米

氣缸產生的力是根據活塞直徑、操作壓力和摩擦阻力，對於穩定活塞的理論出力，用下列計算公式：

力（牛頓N）＝活塞的面積（平方米m2）×空氣的壓力（牛頓／平方米N／m2，）或者

力（磅Ibf）=活塞的面積（平方英寸in2）×空氣的壓力（磅／平方英寸Ibf/in2）

因而，對於雙作用氣缸：

推力行程：　　　　（D＝活塞直徑，Pg＝表壓）

拉力行程：(d=活塞杆直徑)

對於單作用氣缸：

推力行程：　　（＝行程終端的彈簧力）

例如：氣缸的操作壓力為6巴，產生的壓緊力1600N，求氣缸的理論直徑。

假定推力行程：

移項：

取氣缸直徑為63mm。較大直徑給予克服摩擦力的額外力。

比較實用的以圖6.12相似的圖形表示理論力，壓力在10，7和5巴，或近似輸入壓力的資料，來選擇氣缸的直徑大小。

負荷率

氣缸負荷率不能高於85%。如果要速度精密控制或者負荷變化大，負荷串不能大於70%。

彎曲強度

當超過標準的推力施加到氣缸上時，必須要考慮彎曲強度。這個超過標淮的推力本身是：

1、壓縮應力；

2、如果受壓的部分，即氣缸是長的或細長的。

彎曲強度比較大地取決於安裝的方式。安裝有4種主要的方式：

1、一端是剛性固定，相對的另一端是松的。

2、兩端均裝在軸銷上。

3、一端是剛性固定，另一端裝在軸銷上。

4、兩端均剛性固定。

第1種狀態是符合的，如果氣缸垂直地舉起載荷，或者在任何其他方式推動載荷，那是以壓縮強度為條件。第2種狀態是現實的，如果確信規定的行程長度是超過，可能有一些混亂，但可根據一般的經驗是：在產品目錄上，與彎曲長度的圖表相符。如果氣缸缸徑大於50mm，行程是缸徑的三倍，或者在小氣缸情況下，氣缸是推負載，行程是缸徑的5倍。

空氣流量和耗氣量

有兩種方法表示氣缸或氣動系統耗氣量的資料。第1種是每小時的平均耗氣量，這種推測是用於預測能量的價格作為生產總價的一部分。第二種是氣缸需要的最大耗氣量，確定它的合適的閥的大小，或在系統情況下，確定適當的F.R.L元件的大小。

氣缸的耗氣量用下式表示：活塞面積×行程長度×行程的次數。

當氣缸反向時，空氣排入大氣。這個耗氣量是用於估計壓縮機和空氣的主要管道系統的體積。

工作壓力（巴）
缸徑（毫米）	2	3	4	5	6	7
20	0.09	0.13	0.16	0.19	0.22	0.25
25	0.15	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40
32	0.24	0.33	0.40	0.48	0.56	0.64
40	0.38	0.51	0.64	0.75	0.88	1.00
50	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60
63	0.95	1.25	1.55	1.87	2.20	2.50
80	1.50	2.00	2.55	3.00	3.50	4.00
100	2.40	3.20	4.00	4.80	5.60	6.40
表6.13 雙作用氣缸從2-100mm缸徑的理論耗氣量在每100mm行程時的公升數

應該注意，上表中的耗氣量不包括“失效值”（DEAD VOLUME）。兩個行程末端中一個即使有的話。對於大氣缸，因在雙作用氣缸的情況下確定耗氣量時，剩餘空氣量足以被活塞杆體積所忽略不計。

表6.13所給出的耗氣量是每個行程的平均耗氣量。機器中所有氣缸的耗氣量計算總數可以被算出，耗氣量相當於能量的消耗。

對於單個氣缸的閥的大小選擇，我們需要其他的數值：最高負荷流量，它取決於氣缸的最高速度。所有同時運動的氣缸在一個工作迴圈中最高負荷計算總數，也表示P.R.L單元的流量，從而確定它的大小。

表6.14給出流量的實際值，這個流量是閥的大小的根據。這個流量是高於理論值，它包括在連接管路和安裝時出現的附加壓力降。事實上最終的速度高於平均速度，總行程長度和高速氣缸快速膨脹產生冷卻而減少空氣體積是要加以考慮的。

在表6.14中的資料基礎上求閥的大小。第7章所述的閥的方法，所得到的平均速度。

氣缸平均速度毫米/秒
缸徑（毫米）	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
20	16	32	49	66	84	112	120	139	159	180
25	25	50	76	103	131	175	188	217	248	279
32	40	82	125	169	214	286	308	357	406	457
40	63	128	195	266	334	447	481	557	635	714
50	99	201	305	413	523	699	752	870	992	1116
63	157	318	487	658	830	1110	1193	1382	1575	1772
80	253	511	782	1057	1340	1792	1926	2230	2541	2860
100	395	804	1223	1653	2094	2801	3011	3487	3973	4471
表6．14雙作用氣缸從20～100mm缸徑的實際流量　單位1／min