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无杆气缸 |
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定义及 应用 |
无杆气缸是一种无活塞杆伸出在外的特殊结构气缸(与普通标准气缸相比)。由于无活塞杆伸出在外,它运动时所占的空间比普通标准型气缸减少一半,在目前自动化生产线,尤其是组建模块化搬运、加工流水线中起着十分重要的作用 |
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结构与 工作 原理 |
如图a所示,无杆气缸的缸筒形状是一个带开口槽的内孔为圆形的铝合金型材,见图b剖面图。无杆气缸的活塞/滑块为一个整体结构的部件,为了使活塞在缸筒内部运动有一个密闭的空间,在缸筒型材内孔开槽处采用了一根稍长于缸筒长度的密封带,穿过活塞/滑块部件,密封带两端固定在前后端盖顶部上方。同时,在型材开口处的外表面上,同样还有一根稍长于缸筒长度的钢带,也穿过活塞/滑块部件,钢带的两端固定在前后端盖顶部上方(在密封件上方)。钢带的功能是保护其内层的密封带不受外部脏物、灰尘的侵入。当压缩空气进入无杆气缸内部推动活塞时,滑块也随之运动。活塞运动的长度就是滑块运动的行程长度 |
1—可调终端缓冲,可选,液压缓冲器,终端控制器SPC11;2—滑块, 永久地附加在驱动器上;3—封条,防止灰尘进入;4—供气口位置 选择,端盖的三个面上可供选择;5—活塞;6—安装/传感器沟槽, 用于集成接近传感器,附加沟槽用于沟槽螺母(气缸活 塞直径大于等于32mm);7—固定型材
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不带导 向装置 的无杆 气缸 |
特点 |
不带导向装置的无杆气缸亦称直线驱动器,是一种最简单,也是最基本的无杆气缸驱动装置。由于无导向导轨的保护,滑块在运动时易受偏载影响,如负载的重心偏离滑块的中心位置,或受两侧面横向力及转矩破坏 |
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与外部 部件的 连接 |
滑块与外部部件连接时应采用如图c所示的滑块连接件(滑块连接件既与滑块进行柔性连接,又能围绕滑块作少量上下摇摆浮动) 当无杆气缸较长时,可选用中间支撑件以增强无杆气缸的承载能力(见表气动执行件的结构、原理最大许用支撑跨距L和作用力F的关系) |
(c) |
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不带导 向装置 的无杆 气缸 |
主要技 术参数 |
活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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结构特点 |
气动直线驱动器 |
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|
抗扭转/导向装置 |
开槽的缸筒 |
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操作模式 |
双作用 |
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驱动原理 |
强制同步(沟槽) |
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|
安装位置 |
任意 |
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气接口 |
M5 |
G1/8 |
G1/4 |
G3/8 |
G1/2 |
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行程长度/mm |
10~1800 |
10~3000 |
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缓冲形式(PPV) |
两端具有可调缓冲器 |
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|
缓冲长度/mm |
16 |
18 |
20 |
30 |
83 |
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|
位置感测 |
通过磁铁 |
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|
工作和环境条件 |
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活塞直径f |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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|
工作介质 |
过滤压缩空气,润滑或未润滑 |
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|
工作压力/bar |
2~8 |
1.5~8 |
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环境温度/℃ |
-10~60 |
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力学 分析 |
受力 分析 |
不带导向装置的无杆气缸(亦称直线驱动器),如缸筒(或活塞)为圆形时,当滑块两侧面受大横向力时,活塞/滑块部件的剪切应力全部集中在其中间细腰部(即为缸筒开槽槽口的窄长部位),活塞/滑块部件易折断。因此,不带导向装置的无杆气缸抗横向力能力较差,选用时应参照表气动执行件的结构、原理,尤其是表中的MxmaxMzmax。如采用加长驱动器GV(即对活塞/滑块部件长度加长一倍),其滑块两侧面受横向力能力及转矩可有所提高。如果缸筒(或活塞)为椭圆形,滑块两侧面受横向力能力比缸筒(或活塞)为圆形要好,但也不易受大横向力或力矩。通常,选用无杆气缸并非让其滑块直接驱动外部某一部件,或让其滑块直接承受力或力矩负载,而是需要有一套导轨系统来承受负载及转矩。否则,可选用带导向装置的无杆气缸。如果由于负载小、横向力小的工况条件而采用无杆气缸,其滑块与外部被驱动部件必须采用柔性连接(如滑块连接件) |
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许用力 与转矩 |
由于无导向导轨的保护,滑块在运动时易受偏载影响,如负载的重心偏离滑块的中心位置,将会产生Mx、My及Mz转矩。即使负载的重心在滑块动中心位置,从气缸内的活塞中心(轴向中心线)至工件负载的重心之间的距离,在活塞运行时也将产生一个力矩MY。选用何种型式、何种规格的无杆气缸时,应对无杆气缸进行受力分析,并根据气动制造厂商样本中提供的数据进行核算 如果驱动器同时受到多个力和力矩作用,除满足负载条件外,还必须满足下列方程
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许用力和转矩 |
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活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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|
标准驱动器GK |
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|
Fymax/N |
— |
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|
Fzmax/N |
120 |
330 |
480 |
800 |
1200 |
1600 |
5000 |
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|
Mxmax/N·m |
0.5 |
1 |
2 |
4 |
7 |
8 |
32 |
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|
Mymax/N·m |
11 |
20 |
40 |
60 |
120 |
120 |
750 |
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|
Mzmax/N·m |
1 |
3 |
5 |
8 |
15 |
24 |
140 |
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|
加长驱动器GV |
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|
Fymax/N |
— |
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|
Fzmax/N |
120 |
330 |
480 |
800 |
1200 |
— |
— |
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|
Mxmax/N·m |
1 |
2 |
4 |
8 |
14 |
16 |
— |
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|
Mymax/N·m |
22 |
40 |
80 |
120 |
240 |
240 |
— |
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|
Mzmax/N·m |
2 |
6 |
10 |
16 |
30 |
48 |
— |
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不带导 向装置 的无杆 气缸 |
最大许 用活塞 速度υ 和移动 负载质 量m的 关系 |
(d)最大许用活塞速度υ和移动负载质量m的关系 |
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最大许 用支撑 跨距L 和作用 力F的 关系 |
作用在滑块表面的力
(e) |
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带导向 装置无 杆气缸 |
概述 |
带导向装置无杆气缸的导向有两种系统:一种导向系统采用滑动轴承(铜轴瓦),另一种采用带循环滚珠轴承。滑动轴承活塞许用速度比带循环滚珠轴承小,滑动轴承活塞最大许用速度为1m/s,带循环滚珠轴承最大活塞许用速度可达2m/s 带导向装置无杆气缸的最大许用支撑跨距L和作用力F的关系,与无杆气缸最大许用支撑跨距L和作用力F的关系是相同的 |
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技术 参数 |
活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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结构特点 |
气动直线驱动器,带滑块 |
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抗扭转/导向装置 |
带滑块的导轨和滑动轴承导向装置GF或循环滚珠轴承导向装置KF |
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操作模式 |
双作用 |
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|
驱动原理 |
强制同步(沟槽) |
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|
安装位置 |
任意 |
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|
气接口 |
M5 |
G1/8 |
G¼ |
G3/8 |
G½ |
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|
行程长度/mm |
10~1800 |
10~3000 |
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|
缓冲形式 |
两端具有可调缓冲器 |
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|
两端具有自调节缓冲器 |
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|
缓冲长度(PPV)/mm |
16 |
18 |
20 |
30 |
83 |
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|
位置感测 |
通过磁铁 |
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|
最大速度 |
GF/m·s-1 |
1 |
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|
KF/m·s-1 |
3 |
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|
GA/m·s-1 |
— |
3 |
— |
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|
活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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|
工作介质 |
过滤压缩空气,润滑或未润滑 |
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|
工作压力/bar |
2~8 |
1.5~8 |
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|
环境温度/℃ |
-10~60 |
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|
派生型GF的耐腐蚀等级CRC |
2 |
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带导向 装置的 无杆 气缸 |
许用力 与许用 转矩 |
带滑 动轴 承导 向装 置 |
如果驱动器同时受到多个力和力矩作用,除满足负载条件外,还必须满足下列方程
派生型的所有值都基于0.2m/s的运动速度 |
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|
许用力和许用转矩 |
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|
活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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|
标准滑块GK |
|||||||||||||||||||||||
|
Fy最大/N |
340 |
430 |
430 |
1010 |
1010 |
2000 |
2000 |
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|
Fz最大/N |
340 |
430 |
430 |
1010 |
1010 |
2000 |
2000 |
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|
Mxmax/N·m |
2.2 |
5.4 |
8.5 |
23 |
32 |
74 |
100 |
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|
Mymax/N·m |
10 |
14 |
18 |
34 |
52 |
140 |
230 |
||||||||||||||||
|
Mzmax/N·m |
10 |
14 |
18 |
34 |
52 |
140 |
230 |
||||||||||||||||
|
加长滑块GV |
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|
Fymax/N |
330 |
400 |
395 |
930 |
870 |
1780 |
— |
||||||||||||||||
|
Fzmax/N |
330 |
400 |
395 |
930 |
870 |
1780 |
— |
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|
Mxmax/N·m |
2 |
5 |
8 |
21 |
28 |
66 |
— |
||||||||||||||||
|
Mymax/N·m |
18 |
25 |
30 |
58 |
83 |
235 |
— |
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|
Mzmax/N·m |
18 |
25 |
30 |
58 |
83 |
235 |
— |
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带循 环滚 珠轴 承导 向装 置 |
如果驱动器同时受到多个力和力矩作用,除满足负载条件外,还必须满足下列方程
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|
许用力和许用转矩 |
|||||||||||||||||||||||
|
活塞直径f /mm |
18 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
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|
标准滑块GK |
|||||||||||||||||||||||
|
Fymax/N |
930 |
3080 |
3080 |
7300 |
7300 |
14050 |
14050 |
||||||||||||||||
|
Fzmax/N |
930 |
3080 |
3080 |
7300 |
7300 |
14050 |
14050 |
||||||||||||||||
|
Mxmax/N·m |
7 |
45 |
63 |
170 |
240 |
580 |
745 |
||||||||||||||||
|
Mymax/N·m |
23 |
85 |
127 |
330 |
460 |
910 |
1545 |
||||||||||||||||
|
Mzmax/N·m |
23 |
85 |
127 |
330 |
460 |
910 |
1545 |
||||||||||||||||
|
加长滑块GV |
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|
Fymax/N |
930 |
3080 |
3080 |
7300 |
7300 |
14050 |
— |
||||||||||||||||
|
Fzmax/N |
930 |
3080 |
3080 |
7300 |
7300 |
14050 |
— |
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|
Mxmax/N·m |
7 |
45 |
63 |
170 |
240 |
580 |
— |
||||||||||||||||
|
Mymax/N·m |
45 |
170 |
250 |
660 |
920 |
1820 |
— |
||||||||||||||||
|
Mzmax/N·m |
45 |
170 |
250 |
660 |
920 |
1820 |
— |
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带导向 装置的 无杆 气缸 |
最大许 用活塞 速度υ 和作用 力F的 关系(滑 动轴承 导轨) |
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最大许 用活塞 速度v 和许用 转矩M 的关系 (滑动轴 承导轨) |
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无杆气 缸的夹 紧单元 |
结构与 工作 原理 |
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刹车精 度与 说明 |
无杆气缸的夹紧单元在无压缩空气时为制动刹车状态,一旦压缩空气进入夹紧单元(见图g),无杆气缸的滑块便可往复运动。无杆气缸的夹紧单元的主要功能在系统关闭(无气源状态时),驱动机构能保持所需要的原来状态,因此该机构的功能设计是:无气压时为锁紧状态。无杆气缸制动刹车精度主要取决于活塞运行速度,活塞运行速度越高精度越低。当活塞运行速度在100mm/s时,制动刹车精度为±0.5mm;当活塞运行速度在300mm/s时,制动刹车精度为±1.0mm;当活塞运行速度在500mm/s时,制动刹车精度为±2.0mm。制动刹车精度与控制夹紧单元内压缩空气的关闭状况有关,如快速排空可提高制动刹车精度,但这不是真正解决定位控制的办法。夹紧单元功能并不在于定位,更不能期望有效地控制定位精度。如需控制定位精度,则可采用气动伺服控制,它的定位精度可在±0.2mm |
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带重载导向装置的无杆气缸 |
装 置 图 及 说 明 |
带重载导向装置其本身不是一个气动驱动器,它是由一个导向机构、一个重载导轨装置、左右配有两组液压缓冲装置、一个工作滑台等组成,如图h所示。工作滑台正上面有两条长沟槽,该沟槽可插入长条形沟槽螺母,每根长条形沟槽螺母有四个内螺纹,可作负载或附件的固定,工作滑台上还有若干个内螺纹(可作负载或附件的固定)、定位销(以便确认工件的重心位置),工作滑台正反面与无杆气缸的滑块相连,无杆气缸工作时滑块被驱动,无杆气缸的滑块将带动重载导向装置的工作滑台移动,工件负载是由带重载导向装置的导轨来支撑,无杆气缸不承受工件负载 |
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许用力和许用力矩 |
如果驱动器同时受到多个力和力矩作用,除满足负载条件外,还必须满足下列方程
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活塞直径f /mm |
HD18 |
HD25 |
HD40 |
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Fymax/N |
1820 |
5400 |
5400 |
||||||||||||||||||||
|
Fzmax/N |
1820 |
5600 |
5600 |
||||||||||||||||||||
|
Mxmax/N·m |
70 |
260 |
375 |
||||||||||||||||||||
|
Mymax/N·m |
115 |
415 |
560 |
||||||||||||||||||||
|
Mzmax/N·m |
112 |
400 |
540 |
||||||||||||||||||||
|
最大许 用支撑 跨距l 和作用 力F的 关系 |
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