氣動(dòng)缸是一種成熟的技術(shù)，能夠提供快速、清潔、可靠且經(jīng)濟(jì)的直線運(yùn)動(dòng)。市面上有眾多設(shè)計(jì)、樣式和選項(xiàng)可供選擇，幾乎能滿足任何可以想象的應(yīng)用。然而，面對眾多選擇有時(shí)會(huì)令人望而生畏。遵循一些簡單的指導(dǎo)原則，工程師可以迅速鎖定適合特定應(yīng)用的正確氣缸。

關(guān)鍵是要關(guān)注影響氣缸性能的因素，包括氣缸相對于負(fù)載的尺寸和力、工作環(huán)境、安裝硬件以及防止磨損、提高效率的選項(xiàng)。以下將詳細(xì)探討。

一、 氣缸類型

制造商通常按動(dòng)作類型和物理結(jié)構(gòu)對氣缸進(jìn)行分類。直線動(dòng)作氣缸一般分為三類：

單作用氣缸：僅在伸出（"推"）行程提供動(dòng)力。通常依靠內(nèi)部彈簧等單獨(dú)力將活塞返回到原始位置，為下一次行程做準(zhǔn)備。

反向單作用氣缸：與單作用類似，但氣口在相反端，僅在縮回（"拉"）行程提供動(dòng)力。

雙作用氣缸：具有雙壓力腔，在伸出和縮回行程均提供氣動(dòng)力，無需彈簧。

單作用氣缸結(jié)構(gòu)更簡單、成本更低，需要的軟管/管路和接頭更少，且使用更經(jīng)濟(jì)的三通閥而非四通控制閥。但其彈簧返回行程通常缺乏氣動(dòng)返回的力和速度。容納彈簧的需要通常限制了單作用氣缸用于短行程及缸徑在2英寸或以下的應(yīng)用。當(dāng)需要控制驅(qū)動(dòng)速度時(shí)，雙作用氣缸也是更好的選擇。

根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，流體動(dòng)力行業(yè)將氣缸分為NFPA（美國國家流體動(dòng)力協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)氣缸和所謂的可更換氣缸。NFPA設(shè)計(jì)采用拉桿對缸體進(jìn)行預(yù)緊，將端蓋壓緊在缸體上，這種結(jié)構(gòu)能很好地承受高壓和沖擊載荷。它們比可更換氣缸更龐大、更堅(jiān)固，對于給定尺寸，通常具有更大直徑的活塞桿以及更長的桿和活塞軸承，并且可以拆卸和維修。相應(yīng)地，其成本也高于可更換氣缸。

隨著行業(yè)普遍要求縮小尺寸、減輕重量和降低成本，過度設(shè)計(jì)的組件已成為奢侈品，因此，針對特定應(yīng)用精確需求的輕載氣缸日益流行。

另一個(gè)考慮因素是標(biāo)準(zhǔn)與定制氣缸。通常建議首先尋找現(xiàn)貨解決方案，因?yàn)樗鼈兂杀靖颓乙子诳焖俳桓丁５谀承┣闆r下，可能需要特殊行程、定制安裝方式或特殊密封材料等。定制產(chǎn)品能更全面地滿足客戶需求，盡管交貨期可能是個(gè)問題。需確保供應(yīng)商具備提供生產(chǎn)前支持、原型、測試和工程文檔的技術(shù)知識(shí)和工程能力，以及快速、經(jīng)濟(jì)地完成訂單的制造能力。

二、 氣缸選型

確定氣缸的類型和樣式后，應(yīng)根據(jù)負(fù)載、速度和氣壓來確定其尺寸。通常，氣缸應(yīng)提供比負(fù)載至少多25%的力，以考慮摩擦。

盡管應(yīng)用可能已預(yù)先確定了活塞桿速度，但設(shè)計(jì)者通常有一定靈活性。為了獲得最佳效果，應(yīng)盡可能使用中等速度。這是因?yàn)樗俣仍礁撸璧念~外力就越大。低速（至4英寸/秒）需要比負(fù)載多約25%的力；中速（4至16英寸/秒）約多50%；高速（大于16英寸/秒）約多一倍。

選型時(shí)還需考慮最小有效氣壓以及壓力是否恒定。這點(diǎn)很重要，因?yàn)楦叩膲毫?huì)加速密封磨損并給氣缸帶來應(yīng)力，而不穩(wěn)定的壓力可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。在最小有效壓力下提供穩(wěn)定氣流以維持所需速度，可以最大化壽命和性能。應(yīng)根據(jù)可用最小壓力下以可接受的最小速度移動(dòng)最大負(fù)載的需求來選擇氣缸尺寸。

確定所需力和速度后，可通過公式 F = P × A 計(jì)算合適的缸徑，其中F為力，P為氣壓，A為活塞面積（取決于缸徑）。確定缸徑后，還需考慮以下附加因素：

行程長度：計(jì)算活塞執(zhí)行任務(wù)所需伸出或縮回的距離。

彈簧力：對于單作用氣缸，確保彈簧力能將活塞/桿組件及客戶附件返回到起始位置。

整體尺寸：精確測量可用空間，確保其能容納氣缸的安裝和運(yùn)行要求。空間有限時(shí)，可考慮節(jié)省空間的可更換氣缸。

三、 安裝指南

接下來，根據(jù)氣缸的尺寸、力和功能選擇安裝方式。安裝錯(cuò)誤或不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致活塞桿承受側(cè)向負(fù)載，從而引起活塞、活塞桿、桿軸承和密封件的過度磨損，導(dǎo)致泄漏和氣缸失效。側(cè)向負(fù)載的原因包括運(yùn)行氣缸時(shí)沒有活塞桿引導(dǎo)或支撐，以及安裝件與活塞桿連接之間未對準(zhǔn)。

安裝方式直接影響使用壽命。常見類型包括前鼻式安裝、前塊式安裝、通用式安裝（帶或不帶樞軸）、后樞軸安裝和后塊式耳軸安裝等。樞軸、耳軸類安裝可在某一平面消除側(cè)向負(fù)載，但需要在另一平面仔細(xì)對中。而使用球形墊板和桿端接頭則可以消除樞軸和叉架安裝在兩個(gè)平面上的側(cè)向負(fù)載。

對于長行程的樞軸安裝氣缸，由于桿重不可避免地會(huì)產(chǎn)生高側(cè)向負(fù)載，此時(shí)必須使用止動(dòng)管或雙活塞，以增大桿軸承與活塞之間的距離，減少這兩點(diǎn)的有效負(fù)載。對于耳軸安裝氣缸，應(yīng)盡可能將枕塊或配對軸承靠近缸頭安裝，以最小化缸頭中的彎曲應(yīng)力。切勿在耳軸安裝上使用球形軸承枕塊，因?yàn)檫@會(huì)引入彎曲應(yīng)力。

對于剛性安裝氣缸（如側(cè)裝、鼻裝、法蘭安裝和面裝），應(yīng)仔細(xì)與運(yùn)動(dòng)方向?qū)R以避免側(cè)向負(fù)載。桿眼或桿叉無法防止在不對準(zhǔn)應(yīng)用中的側(cè)向負(fù)載。若無法實(shí)現(xiàn)正確對中，應(yīng)使用允許一定橫向不對中的桿端連接件，例如帶有內(nèi)置軸向余量或軸向調(diào)節(jié)功能的商用桿端聯(lián)軸器。

四、 可選配件

許多可選配件可提高氣缸性能或防止側(cè)向負(fù)載、沖擊負(fù)載等問題。例如：

緩沖裝置：設(shè)計(jì)在氣缸一端或兩端，可控制減速，防止過度的行程末端沖擊。

緩沖墊：內(nèi)置的彈性體盤，吸收行程末端的沖擊，是減少氣缸噪音和振動(dòng)的極佳方法。

止動(dòng)管或雙活塞：有助于減少側(cè)向負(fù)載。

速度控制：對可靠、穩(wěn)定的性能至關(guān)重要。在氣缸上安裝流量控制閥可確保恒定、可控的氣流。

位置感應(yīng)開關(guān)：擴(kuò)展氣缸能力，實(shí)現(xiàn)精確定位、事件計(jì)時(shí)、排序和同步。包括：

磁性舌簧開關(guān)：傳統(tǒng)技術(shù)，成本低，定位準(zhǔn)確，但存在磨損、速度較慢和觸點(diǎn)抖動(dòng)等問題。

霍爾效應(yīng)開關(guān)：固態(tài)技術(shù)，緊湊、準(zhǔn)確、可靠，壽命幾乎無限。

五、 環(huán)境因素與維護(hù)

工作環(huán)境極大地影響氣缸運(yùn)行。因此，必須選擇能夠應(yīng)對環(huán)境條件的密封件、軸承、潤滑劑、材料和表面處理。

極端溫度：通常低于-20°F（-25°C）或高于200°F（95°C），會(huì)縮短壽命，增加因密封件損壞/脆化、金屬過應(yīng)力或潤滑劑過稠/過稀導(dǎo)致的意外故障風(fēng)險(xiǎn)。可能需要指定耐熱或耐寒材料，并加強(qiáng)定期維護(hù)。

輻射：會(huì)改變幾乎所有材料，甚至導(dǎo)致材料分解。需確定輻射類型和強(qiáng)度以準(zhǔn)確估算壽命。

腐蝕性環(huán)境：濕氣、鹽分、化學(xué)煙霧、高濃度臭氧或有毒氣體會(huì)加速腐蝕，縮短密封壽命。定期使用苛性清洗液也會(huì)腐蝕氣缸。在這些情況下，可能需要特殊涂層和材料（如塑料或不銹鋼）來增強(qiáng)耐腐蝕性。

灰塵和污垢：指定刮塵圈和防塵罩等機(jī)械解決方案。防塵罩（波紋管）套在活塞桿上隨桿伸縮，提供額外保護(hù)。

潤滑：是最大化氣缸壽命和確保最高運(yùn)行效率的關(guān)鍵。雖然出于環(huán)保考慮，對無潤滑氣缸的興趣日益增長（它們使用特殊密封件、浸漬固體潤滑劑的軸承以及二硫化鉬等涂層），但大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)潤滑氣缸的壽命更長。無論何種設(shè)計(jì)，潤滑不當(dāng)或使用錯(cuò)誤潤滑劑都會(huì)導(dǎo)致過熱、損壞組件和破壞密封。