英国诺冠Norgren单作用气缸

32 ~ 100 mm

符合 ISO 6431, VDMA 24562

和NFE 49-003-1标准

带内置式拉杆的型材缸体

聚氨脂密封件确保

低摩擦，长寿命

开关安装与型材表面平齐

标准安装件形式多样化

单作用气缸只利用在一个方向上的推力,活塞杆的回缩依靠装入气缸内的弹簧力,或者

其它外部的方法如载荷等.

单作用气缸有推或拉两种形式

单作用气缸用于压紧.印字等块所,它的空气耗气量低于相当大小的双作用气缸.

英国诺冠Norgren单作用气缸推出时由于克服弹簧力所以会减低推力,因而需要较大的缸径.

单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借 助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。 其原理及结构见下图 图：单作用气缸 1—缸体；2—活塞；3—弹簧；4—活塞杆； 单作用气缸的特点是： 1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。 2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜 片张力，因而减小了活塞杆的输出力。 3） 缸内安装弹簧、 膜片等， 一般行程较短； 与相同体积的双作用气缸相比， 有效行程小一些。 4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在 行进过程中是变化的。 由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不 高场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、 高载荷的场合。 1.2.2 双作用气缸 双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可 分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用 。

1）双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。其工 作原理见图 42.2-3。 缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气 依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气），活塞杆带动工作台左右运动，工作 台运动范围等于其有效行程 s 的 3 倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。 活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与载荷（工作台） 连成一体，压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作 台向左或向左运动，工作台的运动范围为其有效行程 s 的 2 倍。适用于中、大型 设备。 图 42.2-3 双活塞杆双作用气缸 a）缸体固定；b）活塞杆固定 1—缸体；2—工作台；3—活塞；4—活塞杆；5—机架 双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压 力、流量相同时，其往返运动输出力及速度均相等。 2）缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞 就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末 端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。

缓冲气缸见图 42.2-4，主要由活塞杆 1、活塞 2、缓冲柱塞 3、单向阀 5、节流 阀 6、端盖 7 等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸 右腔的气体经柱塞孔 4 及缸盖上的气孔 8 排出。在活塞运动接近行程末端时，活 塞右侧的缓冲柱塞 3 将柱塞孔 4 堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的 剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀 6 及气孔 8 排出，被压缩的气体所产生的压 力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使活塞在行 程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀 6 阀口开度的大小，即可控制排气量 的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。 若令活塞反向运动时，从气孔 8 输入压缩空气，可直接顶开单向阀 5，推动活塞 向左运动。如节流阀 6 阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。 图 42.2-4 缓冲气缸 1—活塞杆；2—活塞；3—缓冲柱塞；4—柱塞孔；5—单向阀 6—节流阀；7—端盖；8—气孔 气缸所设缓冲装置种类很多，上述只是其中之一，当然也可以在气动回路上 采取措施，达到缓冲目的。

组合气缸 组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气-液阻尼缸、气-液增压缸等。 *，通常气缸采用的工作介质是压缩空气，其特点是动作快，但速度不易 控制，当载荷变化较大时，容易产生“爬行”或“自走”现象；而液压缸采用的 工作介质是通常认为不可压缩的液压油，其特点是动作不如气缸快，但速度易于 控制，当载荷变化较大时，采用措施得当，一般不会产生“爬行”和“自走”现 象。把气缸与液压缸巧妙组合起来，取长补短，即成为气动系统中普遍采用的气 -液阻尼缸。 气-液阻尼缸工作原理见图 42.2-5。实际是气缸与液压缸串联而成，两活塞 固定在同一活塞杆上。液压缸不用泵供油，只要充满油即可，其进出口间装有液 压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时，气缸克服载荷带动液压缸活塞 向左运动（气缸左端排气），此时液压缸左端排油，单向阀关闭，油只能通过节 流阀流入液压缸右腔及油杯内，这时若将节流阀阀口开大，则液压缸左腔排油通 畅，两活塞运动速度就快，反之，若将节流阀阀口关小，液压缸左腔排油受阻， 两活塞运动速度会减慢。 这样， 调节节流阀开口大小， 就能控制活塞的运动速度。 可以看出，气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力（推力或拉力）与 液压缸中油的阻尼力之差。 图 42.2-5 气-液阻尼缸 1—节流阀；2—油杯；3—单向阀；4—液压缸；5—气缸；6—外载荷 气-液阻尼缸的类型有多种。 按气缸与液压缸的连接形式，可分为串联型与并联型两种。前面所述为串联 型，图 42.2-6 为并联型气-液阻尼缸。串联型缸体较长；加工与安装时对同轴度 要求较高；有时两缸间会产生窜气窜油现象。并联型缸体较短、结构紧凑；气、 液缸分置，不会产生窜气窜油现象；因液压缸工作压力可以相当高，液压缸可制 成相当小的直径（不必与气缸等直径）；但因气、液两缸安装在不同轴线上，会 产生附加力矩，会增加导轨装置磨损，也可能产生“爬行”现象。串联型气-液 阻尼缸还有液压缸在前或在后之分，液压缸在后参见图 42.2-5，液压缸活塞两 端作用面积不等，工作过程中需要储油或补油，油杯较大。如将液压缸放在前面 （气缸在后面），则液压缸两端都有活塞杆，两端作用面积相等，除补充泄漏之 外就不存在储油、补油问题，油杯可以很小。

并联型气-液阻尼缸 1—液压缸；2—气缸 按调速特性可分为： 1）慢进慢退式； 2）慢进快退式； 3）快进慢进快退式。 其调速特性及应用见表 42.2-3。 就气-液阻尼缸的结构而言，尚可分为多种形式：节流阀、单向阀单独设置 或装于缸盖上；单向阀装在活塞上（如挡板式单向阀）；缸壁上开孔、开沟槽、 缸内滑柱式、机械浮动联结式、行程阀控制快速趋近式等。活塞上有挡板式单向 阀的气-液阻尼缸见图 42.2-7。活塞上带有挡板式单向阀，活塞向右运动时，挡 板离开活塞，单向阀打开，液压缸右腔的油通过活塞上的孔（即挡板单向阀孔） 流至左腔，实现快退，用活塞上孔的多少和大小来控制快退时的速度。活塞向左 运动时，挡板挡住活塞上的孔，单向阀关闭，液压缸左腔的油经节流阀流至右腔 （经缸外管路） 调节节流阀的开度即可调节活塞慢进的速度。 。 其结构较为简单， 制造加工较方便。 图 42.2-8 为采用机械浮动联接的快速趋近式气-液阻尼缸原理图。 靠液压缸 活塞杆端部的 T 形顶块与气缸活塞杆端部的拉钩间有一空行程 s1，实现空程快 速趋近，然后再带动液压缸活塞，通过节流阻尼，实现慢进。返程时也是先走空 行程 s1，再与液压活塞一起运动，通过单向阀，实现快退。 表 42.2-3 气-液阻尼缸调速特性及应用 调速方 式 结构示意图 特性曲线 作用原理 在气-液阻尼 缸的回油管路 双向节 流调速 装设可调式节 流阀，使活塞往 复运动的速度 可调并相同 应用 适用于空 行程及工作 行程都较短 的场合（s＜ 20mm） 将一单向阀 和一节流阀并 联在调速油路 中。活塞向右运 单向节 流调速 适用于空 动时，单向阀关 行程较短而 闭，节流慢进； 工作行程较 活塞向左运动 时，单向阀打 开，不经节流快 退。 将液压缸的 ? 点与 α 点用管 路相通，活塞开 始向右运动时， 右腔油经由 由于快速 趋近，节省 长的场合 快速趋 近单 向节流 调速 fgea 回路直接 了空程时 流入 α 端实现 间，提高了 快速趋近，当活 劳动生产 塞移过 ? 点，油 率。是各种 只能经节流阀 机床、设备 流入 α 端，实 zui常用的方 现慢进，活塞向 式 左运动时，单向 阀打开，实现快 退。

活塞上有挡板式单向阀的气-液阻尼缸 图 42.2-8 浮动联接气-液阻尼缸原理图 1—气缸；2—顶丝；3—T 形顶块；4—拉钩；5—液压缸 图 42.2-9 是又一种浮动联接气-液阻尼缸。与前者的区别在于：T 形顶块和 拉钩装设位置不同，前者设置在缸外部。后者设置在气缸活塞杆内，结构紧凑但 不易调整空行程 s1（前者调节顶丝即可方便调节 s1 的大小）。 1.2.4 特殊气缸 （1）冲击气缸 图 42.2-9 浮动联接气-液阻尼缸 冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞、活塞杆高速运动的能量，利用此 动能去做功。 冲击气缸分普通型和快排型两种。 1）普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构见图 42.2-10。与普通气缸相比， 此种冲击气缸增设了蓄气缸 1 和带流线型喷气口 4 及具有排气孔 3 的中盖 2。其 工作原理及工作过程可简述为如下五个阶段： *阶段：复位段。见图 42.2-10 和图 42.2-11a，接通气源，换向阀处复 位状态，孔 A 进气，孔 B 排气，活塞 5 在压差的作用下，克服密封阻力及运动部 件重量而上移，借助活塞上的密封胶垫封住中盖上的喷气口 4。中盖和活塞之间 的环形空间 C 经过排气小孔 3 与大气相通。zui后，活塞有杆腔压力升高至气源压 力，蓄气缸内压力降至大气压力。 第二阶段：储能段。

换向阀换向，B 孔进气充 入蓄气缸腔内，A 孔排气。由于蓄气缸腔内压力作用在活塞上的面积只是喷气口 4 的面积，它比有杆腔压力作用在活塞上的面积要小得多，故只有待蓄气缸内压 力上升，有杆腔压力下降，直到下列力平衡方程成立时，活塞才开始移动。 式中 d——中盖喷气口直径（m）； p30——活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力（压力）（Pa）； p20——活塞开始移动瞬时有杆腔内压力（压力）（Pa）； G——运动部件（活塞、活塞杆及锤*模具等）所受的重力（N）； D——活塞直径（m）； d1——活塞杆直径（m）； F?0——活塞开始移动瞬时的密封摩擦力（N）。 若不计式（42.2-1）中 G 和 F?0 项，且令 d=d1， ，则当 时，活塞才开始移动。这里的 p20、p30 均为压力。可见活塞开始移动瞬时， 蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。这一点很明显地与普通气缸不同。 图 42.2-10 普通型冲击气缸 第三阶段：冲击段。活塞开始移动瞬时，蓄气缸腔内压力 p30 可认为已达气 源压力 ps，同时，容积很小的无杆腔（包括环形空间 C）通过排气孔 3 与大气相 通，故无杆腔压力 p10 等于大气压力 pa。由于 pa/ps 大于临界压力比 0.528，所 以活塞开始移动后，在zui小流通截面处（喷气口与活塞之间的环形面）为声速流 动，使无杆腔压力急剧增加，直至与蓄气缸腔内压力平衡。该平衡压力略低于气 源压力。以上可以称为冲击段的第 I 区段。第 I 区段的作用时间极短（只有几毫 秒）。在第 I 区段，有杆腔压力变化很小，故第 I 区段末，无杆腔压力 p1（作 用在活塞全面积上）比有杆腔压力 p2（作用在活塞杆侧的环状面积上）大得多， 活塞在这样大的压差力作用下，获得很高的运动加速度，使活塞高速运动，即进 行冲击。

在此过程 B 口仍在进气，蓄气缸腔至无杆腔已连通且压力相等，可认为 蓄气-无杆腔内为略带充气的绝热膨胀过程。 同时有杆腔排气孔 A 通流面积有限， 活塞高速冲击势必造成有杆腔内气体迅速压缩（排气不畅），有杆腔压力会迅速 升高（可能高于气源压力）这必将引起活塞减速，直至下降到速度为 0。以上可 称为冲击段的第Ⅱ区段。可认为第Ⅱ区段的有杆腔内为边排气的绝热压缩过程。 整个冲击段时间很短，约几十毫秒。见图 42.2-11c。 图 42.2-11 普通型冲击气缸的工作原理 1— 蓄气缸；2—中盖；3—排气孔；4—喷气口；5—活塞 第四阶段：弹跳段。在冲击段之后，从能量观点来说，蓄气缸腔内压力能转 化成活塞动能，而活塞的部分动能又转化成有杆腔的压力能，结果造成有杆腔压 力比蓄气-无杆腔压力还高，即形成“气垫”，使活塞产生反向运动，结果又会 使蓄气-无杆腔压力增加，且又大于有杆腔压力。如此便出现活塞在缸体内来回 往复运动—即弹跳。直至活塞两侧压力差克服不了活塞阻力不能再发生弹跳为 止。待有杆腔气体由 A 排空后，活塞便下行至终点。 第五阶段：耗能段。活塞下行至终点后，如换向阀不及时复位，则蓄气-无 杆腔内会继续充气直至达到气源压力。再复位时，充入的这部分气体又需全部排 掉。可见这种充气不能作用有功，故称之为耗能段。实际使用时应避免此段（令 换向阀及时换向返回复位段）。 对内径 D=90mm 的气缸，在气源压力 0.65MPa 下进行实验，所得冲击气缸特 性曲线

。上述分析基本与特性曲线相符。 对冲击段的分析可以看出，很大的运动加速使活塞产生很大的运动速度，但 由于必须克服有杆腔不断增加的背压力及摩擦力，则活塞速度又要减慢，因此， 在某个冲程处，运动速度必达zui大值，此时的冲击能也达zui大值。各种冲击作业 应在这个冲程附近进行（参见图 42.2-11c）。 冲击气缸在实际工作时，锤头模具撞击工件作完功，一般就借助行程开关发 出信号使换向阀复位换向，缸即从冲击段直接转为复位段。这种状态可认为不存 在弹跳段和耗能段。 2）快排型冲击气缸由上述普通型冲击气缸原理可见，其一部分能量（有时 是较大部分能量）被消耗于克服背压（即 p2）做功，因而冲击能没有充分利用。 假如冲击一开始，就让有杆腔气体全排空，即使有杆腔压力降至大气压力，则冲 击过程中，可节省大量的能量，而使冲击气缸发挥更大的作用，输出更大的冲击 能。这种在冲击过程中，有杆腔压力接近于大气压力的冲击气缸，称为快排型冲 击气缸。其结构见图 42.2-13a。 快排型冲击气缸是在普通型冲击气缸的下部增加了“快排机构”构成。快排 机构是由快排导向盖 1、快排缸体 4、快排活塞 3、密封胶垫 2 等零件组成。 快排型冲击气缸的气控回路。

接通气源，通过阀 F1 同时向 K 1、K3 充气，K2 通大气。阀 F1 输出口 A 用直管与 K1 孔连通，而用弯管与 K3 孔 连通，弯管气阻大于直管气阻。这样，压缩空气先经 K1 使快排活塞 3 推到上边， 由快排活塞 3 与密封胶垫 2 一起切断有杆腔与排气口 T 的通道。然后经 K3 孔向 有杆腔进气，蓄气一无杆腔气体经 K4 孔通过阀 F2 排气，则活塞上移。当活塞封 住中盖喷气口时，装在锤头上的压块触动推杆 6，切换阀 F3，发出信号控制阀 F 2 使之切换，这样气源便经阀 F2 和 K4 孔向蓄气腔内充气，一直充至气源压力。 图 42.2-12 冲击气缸特性曲线 图 42.2-13 快排型冲击气缸结构及控制回路 a）结构图；b）控制回路 1—快排导向盖；2—密封胶垫；3—快排活塞；4—快排缸体；5—中盖 T— 方孔；C—环形空间； 6—推杆；7—气阻；8—气容 冲击工作开始时，使阀 F1 切换，则 K2 进气，K1 和 K3 排气，快排活塞下移， 有杆腔的压缩空气便通过快排导向盖 1 上的多个圆孔（8 个），再经过快排缸体 4 上的多个方孔 T（10 余个）及 K3 直接排至大气中。因为上述多个圆孔和方孔 的通流面积远远大于 K3 的通流面积，所以有杆腔的压力可以在极短的时间内降 低到接近于大气压力。当降到一定压力时，活塞便开始下移。锤头上压块便离开 行程阀 F3 的推杆 6，阀 3 在弹簧的作用下复位。由于接有气阻 7 和气容 8，阀 3 虽然复位，但 F2 却延时复位，这就保证了蓄气缸腔内的压缩空气用来完成使活 塞迅速向下冲击的工作。否则，若 F3 复位，F2 同时复位的话，蓄气缸腔内压缩 空气就会在锤头没有运动到行程终点之前已经通过 K4 孔和阀 F2 排气了， 所以当 锤头开始冲击后，F2 的复位动作需延时几十毫秒。因所需延时时间不长，冲击 缸冲击时间又很短，往往不用气阻、气容也可以，只要阀 F2 的换向时间比冲击 时间长就可以了。 在活塞向下冲击的过程中，由于有杆腔气体能充分地被排空，故不存在普通 型冲击气缸有杆腔出现的较大背压， 因而快排型冲击气缸的冲击能是同尺寸的普 通型冲击气缸冲击能的 3～4 倍。 （2）数字气缸 如图

所示，它由活塞 1、缸体 2、活塞杆 3 等件组成。活塞的右端 有 T 字头，活塞的左端有凹形孔，后面活塞的 T 字头装入前面活塞的凹形孔内， 由于缸体的限制，T 字头只能在凹形孔内沿缸轴向运动，而两者不能脱开，若干 活塞如此顺序串联置于缸体内，T 字头在凹形孔中左右可移动的范围就是此活塞 的行程量。不同的进气孔 A1～Ai（可能是 A1，或是 A1 和 A2，或 A1、A2 和 A3， 还可能是 A1 和 A3，或 A2 和 A3 等等）输入压缩空气（0.4～0.8MPa）时，相应 的活塞就会向右移动，每个活塞的向右移动都可推动活塞杆 3 向右移动，因此， 活塞杆 3 每次向右移动的总距离等于各个活塞行程量的总和。 这里 B 孔始终与低 压气源相通（0.05～0.1MPa），当 A1～Ai 孔排气时，在低压气的作用下，活塞 会自动退回原位。各活塞的行程大小，可根据需要的总行程 s 按几何级数由小到 大排列选取。设 s=35mm，采用 3 个活塞，则各活塞的行程分别取 α1=5mm；α2 =10mm；α3=20mm。如 s=31.5mm，可用 6 个活塞，则 α1、α2、α3……α6 分 别设计为 0.5、1、2、4、8、16mm，由这些数值组合起来，就可在 0.5～31.5mm 范围内得到 0.5mm 整数倍的任意输出位移量。而这里的 α1、α2、α3……αi 可以根据需要设计成各种不同数列，就可以得到各种所需数值的行程量。 （3）回转气缸 如图 42.2-15a 所示，主要由导气头、缸体、活塞、活塞杆组成。这种气缸 的缸体 3 连同缸盖 6 及导气头芯 10 被其他动力（如车床主轴）携带回转，活塞 4 及活塞杆 1 只能作往复直线运动，导气头体 9 外接管路，固定不动。 固转气缸的结构如图

所示。为增大其输出力采用两个活塞串联在 一根活塞杆上，这样其输出力比单活塞也增大约一倍，且可减小气缸尺寸，导气 头体与导气头芯因需相对转动，装有滚动轴承，并以研配间隙密封，应设油杯润 滑以减少摩擦，避免烧损或卡死。 回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置上。 （4）挠性气缸 挠性气缸是以挠性软管作为缸筒的气缸。常用挠性气缸有两种。一种是普通 挠性气缸见图 42.2-16，由活塞、活塞杆及挠性软管缸筒组成。一般都是单作用 活塞气缸，活塞的回程靠其他外力。其特点是安装空间小，行程可较长。 图 42.2-14 数字气缸 1—活塞；2—缸体；3—活塞杆 图 42.2-15 回转气缸 a）原理图；b）结构图 1—活塞杆；2、5—密封圈；3—缸体；4—活塞；6—缸盖；7、8—轴承 9—导气头体；10—导气头芯；11—中盖；12—螺栓 图 42.2-16 普通挠性气缸 第二种挠性气缸是滚子挠性气缸见图 42.2-17。由夹持滚子代替活塞及活塞 杆，夹持滚子设在挠性缸筒外表面，A 端进气时，左端挠性筒膨胀，B 端排气， 缸左端收缩，夹持在缸筒外部的滚子在膨胀端的作用下，向右移动，滚子夹带动 载荷运动。 可称为挠性筒滚子气缸。 这种气缸的特点是所占空间小， 输出力较小， 载荷率较低，可实现双作用。 图 42.2-17 滚子挠性气缸 （5）钢索式气缸 钢索式气缸见图 42.2-18，是以柔软的、弯曲性大的钢丝绳代替刚性活塞杆 的一种气缸。活塞与钢丝绳连在一起，活塞在压缩空气推动下往复运动，钢丝绳 带动载荷运动，安装两个滑轮，可使活塞与载荷的运动方向相反。 这种气缸的特点是可制成行程很长的气缸，如制成直径为 25mm ，行程为 6 m 左右的气缸也不困难。钢索与导向套间易产生泄漏。