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摘 要：目前可供选择的气缸产品种类繁多，基本上是从往复直线运动气缸中衍生发展而来的。在机械设计时，需要从功能，成本方面综合考虑。往复直线运动气缸作为最简单的一类气缸，成本相对也比较低，使用直线运动气缸并配合机械传动原理设计出满足功能的机构将是降低设备成本的一条途径。
关键词：往复直线运动；气缸；机械
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。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。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。
1、气缸工作原理
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。
2、气缸组成结构
气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，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。SMC、CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。活塞杆是气缸中最重要的受力零件。
3、气缸在机械中的应用
3.1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。
3.2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。
3.3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适的形状。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。
4、结束语
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。
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：往复直线运动；气缸；机械
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。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。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。
1、气缸工作原理
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。
2、气缸组成结构
气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，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。SMC、CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。活塞杆是气缸中最重要的受力零件。
3、气缸在机械中的应用
3.1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。
3.2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。
3.3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适的形状。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。
4、结束语
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。
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.