SMC气动元件技术课程（六）6、SMC執行元件SMC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61）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62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500mms，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Nm2，）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）234567200.090.130.160.190.220.25250.150.200.250.300.350.40320.240.330.400.480.560.64400.380.510.640.750.881.00500.600.801.001.201.401.60630.951.251.551.872.202.50801.502.002.553.003.504.001002.403.204.004.805.606.40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）100200300400500600700800900100020163249668411212013915918025255076103131175188217248279324082125169214286308357406457406312819526633444748155763571450992013054135236997528709921116631573184876588301110119313821575177280253511782105713401792192622302541286010039580412231653209428013011348739734471表614雙作用氣缸從20100mm缸徑的實際流量 單位1min速度控制氣缸的速度明確是活塞的推力超過負載。如果要規定在一定速度負荷率不超過85%。負荷率愈低，速度控制愈好。特別在負載變化時，利用限流閥（速度控制閥）控制氣缸排氣時節流便得到正向速度控制，限流閥由一個單向閥及一個可調節流閥組成。氣流反向時它容許空氣無阻地經過單向閥流到氣缸。限流閥的例子在第四章方向控制閥的選擇輔助閥一節中介紹特殊的執行元件無活塞杆氣缸傳統氣缸，若氣缸行程假定為500mm，則總長可達1100mm。一個同樣500mm行程的無活塞杆氣缸安裝所需總長相應較短，約600mm左右。它特別的優點是當需要很長的行程時或標準行程1m或更長時可特別訂購。磁性偶合型無活塞杆氣缸的有效力受磁性保持力的限制。提升或帶動重的載荷，“開槽氣缸”型常有較大的能力，但是它不像磁性偶合式的無杆氣缸是絕對密封，而是有極微洩漏的。滑動單元 滑動單元是精密的尺寸緊湊的直線型的執行元件。可用於機械製造或機械手的組合。當安裝在機器的輸送帶上或定位機構時，因精密地加工工件安裝表面和並聯活塞導向杆而保證精確的直線運動。在一個位置上，氣缸缸體能固定而杆端的活塞杆運動（b）。反過來，杆端能固定在安裝表面，而本體運動（c）。在這兩種情況，方向閥可連接到固定氣口，A和B口，或者是A和B口見圖617a。空心活塞杆氣缸 空心活塞杆能提供真空發生器和真空吸盤之間直接連接到工件端的杆上。在活塞杆伸出和回縮時，連接管在氣缸的尾部保持固定。空心活塞杆氣缸專門被設計用於“採集和接裝”（pick and place）的用途。氣夾盤（氣夾鉗） 氣夾盤這種執行元件的設計是針對機械手的用途。這種元件的結構型式是兩個相對活塞動作使夾片開或閉。回轉式執行元件齒條齒輪型輸出軸有一內噙小齒輪，齒輪由連接在兩個活塞上的齒條傳動，標準的旋轉角度是或90o 180o。葉片式回轉執行元件空氣壓力作用在一個葉片上，葉片連接著輸出軸、用密封件或合成橡膠層將葉片密封克服洩漏。特殊的三空間密封圈使止動器相對於輸出軸及內壁密封。而這止動器的尺寸又可使執行元件分為90，180及270o。回轉角度，另外可調的止動器