1 前言氣缸是氣動系統(tǒng)主要的執(zhí)行元件。氣動在自動化和機(jī)電一體化中起著非常重要的作用。氣動系統(tǒng)的性能及應(yīng)用范圍在很大程度上取決于氣缸的結(jié)構(gòu)及技術(shù)水平。氣缸一般作直線往復(fù)運(yùn)動,用于物體的移動、搬運(yùn)、轉(zhuǎn)裝、夾緊、成形和機(jī)械加工等方面。而在各種類型的氣缸中磁性無活塞桿氣缸由于省掉了活塞桿,從而節(jié)約了安裝空間,對于行程長的氣缸,更加顯示其優(yōu)越性。
2 磁性無活塞桿氣缸原理及結(jié)構(gòu)特點 磁性無活塞桿氣缸是一種以壓縮空氣為能源,利用磁性活塞帶動氣缸筒外面滑塊移動的氣缸。磁性無活塞桿氣缸的原理如圖1。在活塞上裝有一組高磁性永久磁鐵環(huán),一般采用具有高剩磁、高性能、低價格的釹鐵硼等稀土類永久磁鐵。其磁力線通過具有較高的機(jī)械強(qiáng)度且不導(dǎo)磁的鉻鎳奧氏體耐酸不銹鋼缸筒,如0Cr18Ni19、1Cr18Ni19Ti等,與套在缸筒外的另一組磁鐵環(huán)作用,由于兩者極性相反,兩組件內(nèi)的磁環(huán)形成的磁場產(chǎn)生很強(qiáng)的磁性吸力,當(dāng)活塞在缸筒內(nèi)被氣壓推動時,由于磁力作用,缸筒外的磁鐵及活塞套便隨之一起同步移動。此時可實現(xiàn)沒有活塞桿的傳動。移動體承受負(fù)載,其承受的最大負(fù)載力取決于磁鋼的性能和磁環(huán)的組數(shù),以及氣缸筒的材料和壁厚。活塞2端裝有聚氨酯緩沖墊.以減少活塞來回運(yùn)動的沖擊。氣缸活塞的推力必須與磁鐵的吸力相對應(yīng),不能過載,為增加吸力可以增加磁鐵的數(shù)目。 釹鐵硼永磁材料于1983年11月問世,開辟了稀土永磁體領(lǐng)域的新天地,世界范圍內(nèi)紛紛開展研究和改進(jìn)。最突出優(yōu)點是最大磁能積高,磁感應(yīng)矯頑力大,剩磁高,且價格便宜,致命的弱點是居里溫度較低,溫 度穩(wěn)定性差,在高溫下使用磁損失較大,另外由于其中含有鐵和釹,在較高溫度和濕度條件下,磁體氧化會很嚴(yán)重,表面需進(jìn)行涂層處理,目前常用的涂層有環(huán)氧樹脂噴電泳和電鍍Zn-Ni合金、離子鍍鋁等。 圖1 滋性無活塞桿氣缸原理圖 1-隔磁板 2-稀土類磁性合金 3-不銹鋼活塞軸 4-鋁合金活動套 5-導(dǎo)向環(huán) 6-樹脂軸承 7-防塵圈 8-密封圈 9-活塞 10-不銹鋼缸筒 11-氣缸端蓋 磁性無活塞桿氣缸在我國已有一些規(guī)格的國產(chǎn)、進(jìn)口產(chǎn)品供用戶選用,一般不需自行設(shè)計制造,只需根據(jù)負(fù)載及使用氣壓的大小、運(yùn)動物體的重量、行程、運(yùn)動速度及工作環(huán)境并輔以一些簡單的計算來進(jìn)行選型。表1為部分規(guī)格的磁性無活塞桿氣缸。
3 磁性無活塞桿氣缸的優(yōu)點 磁性無活塞桿氣缸與有桿氣缸相比優(yōu)點有:(1)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、性能可靠,維修保養(yǎng)方便,使用安全、適應(yīng)于易燃易爆等工作環(huán)境,可作為機(jī)器內(nèi)的一個標(biāo)準(zhǔn)化部件來使用。由于沒有活塞桿,軸向安裝 空間小,與普通氣缸相比,可以節(jié)省軸向安裝空間40%以上。 (2)磁性無活塞桿氣缸具有自行導(dǎo)向性能,無需額外的導(dǎo)向裝置。 (3)行程范圍大,可獲得任意行程長度,可以獲得最大的內(nèi)徑與行程之比D/S。普通氣缸內(nèi)徑與行程之比D/S不過1/15,而磁性無活塞桿氣缸的D/S一般可達(dá)到1/100,最大可達(dá)到1/150,例如內(nèi)徑40的氣缸,最大行程可達(dá)6m(如制造40mm,行程為7m的氣缸,對于磁性無活塞桿氣缸是很容易的,而對于普通氣缸,憑目前的工藝手段是無法做到的)。國外有些制造商生產(chǎn)的無桿氣缸其行程可達(dá)126m。 (4)由于磁性無活塞桿氣缸的活塞2端面積相等,故在相同的輸入壓力和流量下,可獲得雙向等值的輸出推力和速度。適當(dāng)配置限位開關(guān)和氣動控制閥,很容易實現(xiàn)在行程中停止和保持。如當(dāng)活塞速度為250mm/s時定位精度可達(dá)±1mm,明顯優(yōu)于機(jī)械方式。 (5)普通氣缸活塞桿表面容易堆積灰塵、生銹、桿密封處可能出現(xiàn)泄漏或吸入灰塵、污物,而磁性無活塞桿氣缸的內(nèi)部和外部沒有動密封件,無外部泄漏,不會 吸入灰塵和污物,故工作更可靠。 (6)磁性無活塞桿氣缸沒有有桿氣缸易產(chǎn)生撓曲或旋轉(zhuǎn)的活塞桿,其移動體在缸筒上移動,借助于缸筒上的溝槽防止移動體旋轉(zhuǎn),可承受一定大小的各個方向的載荷和轉(zhuǎn)矩,并且傳動平穩(wěn),噪音小。
4 磁性無活塞桿氣缸的應(yīng)用 由于磁性無活塞桿氣缸具有以上特點,特別適合行程較長或安裝空間受限制場合;食品加工、醫(yī)藥等需清潔、污染小的場合。磁性無活塞桿氣缸已被廣泛應(yīng)用于汽車、地鐵、數(shù)控機(jī)床、注塑機(jī)中門的啟閉裝置;工作臺架的移動、進(jìn)給和定位裝置;多軸移動機(jī)械手的座標(biāo)移動;紙張、塑料薄膜和板材的切割裝置;軌跡焊接、靜電噴涂、生產(chǎn)流水線等各個領(lǐng)域。
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