无杆气缸

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

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

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

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)

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

结构特点

气动直线驱动器

抗扭转/导向装置

开槽的缸筒

操作模式

双作用

驱动原理

强制同步(沟槽)

安装位置

任意

气接口

M5

G1/8

G1/4

G3/8

G1/2

行程长度/mm

10~1800

10~3000

缓冲形式(PPV)

两端具有可调缓冲器

缓冲长度/mm

16

18

20

30

83

位置感测

通过磁铁

工作和环境条件

活塞直径f

18

25

32

40

50

63

80

工作介质

过滤压缩空气，润滑或未润滑

工作压力/bar

2~8

1.5~8

环境温度/℃

-10~60

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M_xmaxM_zmax。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)

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M_x、M_y及M_z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

许用力和转矩

活塞直径f /mm

18

25

32

40

50

63

80

标准驱动器GK

F_ymax/N

—

F_zmax/N

120

330

480

800

1200

1600

5000

M_xmax/N·m

0.5

1

2

4

7

8

32

M_ymax/N·m

11

20

40

60

120

120

750

M_zmax/N·m

1

3

5

8

15

24

140

加长驱动器GV

F_ymax/N

—

F_zmax/N

120

330

480

800

1200

—

—

M_xmax/N·m

1

2

4

8

14

16

—

M_ymax/N·m

22

40

80

120

240

240

—

M_zmax/N·m

2

6

10

16

30

48

—

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

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)

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

技术

参数

活塞直径f /mm

18

25

32

40

50

63

80

结构特点

气动直线驱动器，带滑块

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

操作模式

双作用

驱动原理

强制同步(沟槽)

安装位置

任意

气接口

M5

G¹/8

G¼

G³/8

G½

行程长度/mm

10~1800

10~3000

缓冲形式

两端具有可调缓冲器

两端具有自调节缓冲器

缓冲长度(PPV)/mm

16

18

20

30

83

位置感测

通过磁铁

最大速度

GF/m·s^-1

1

KF/m·s^-1

3

GA/m·s^-1

—

3

—

活塞直径f /mm

18

25

32

40

50

63

80

工作介质

过滤压缩空气，润滑或未润滑

工作压力/bar

2~8

1.5~8

环境温度/℃

-10~60

派生型GF的耐腐蚀等级CRC

2

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

许用力和许用转矩

活塞直径f /mm

18

25

32

40

50

63

80

标准滑块GK

F_y最大/N

340

430

430

1010

1010

2000

2000

F_z最大/N

340

430

430

1010

1010

2000

2000

Mxmax/N·m

2.2

5.4

8.5

23

32

74

100

M_ymax/N·m

10

14

18

34

52

140

230

M_zmax/N·m

10

14

18

34

52

140

230

加长滑块GV

F_ymax/N

330

400

395

930

870

1780

—

F_zmax/N

330

400

395

930

870

1780

—

M_xmax/N·m

2

5

8

21

28

66

—

M_ymax/N·m

18

25

30

58

83

235

—

M_zmax/N·m

18

25

30

58

83

235

—

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

许用力和许用转矩

活塞直径f /mm

18

25

32

40

50

63

80

标准滑块GK

F_ymax/N

930

3080

3080

7300

7300

14050

14050

F_zmax/N

930

3080

3080

7300

7300

14050

14050

M_xmax/N·m

7

45

63

170

240

580

745

M_ymax/N·m

23

85

127

330

460

910

1545

M_zmax/N·m

23

85

127

330

460

910

1545

加长滑块GV

F_ymax/N

930

3080

3080

7300

7300

14050

—

F_zmax/N

930

3080

3080

7300

7300

14050

—

M_xmax/N·m

7

45

63

170

240

580

—

M_ymax/N·m

45

170

250

660

920

1820

—

M_zmax/N·m

45

170

250

660

920

1820

—

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)

最大许

用活塞

速度v

和许用

转矩M

的关系

(滑动轴

承导轨)

无杆气

缸的夹

紧单元

结构与

工作

原理

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

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

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

活塞直径f /mm

HD18

HD25

HD40

F_ymax/N

1820

5400

5400

F_zmax/N

1820

5600

5600

M_xmax/N·m

70

260

375

M_ymax/N·m

115

415

560

M_zmax/N·m

112

400

540

最大许

用支撑

跨距l

和作用

力F的

关系