1 前言气缸是气动系统主要的执行元件。气动在自动化和机电一体化中起着非常重要的作用。气动系统的性能及应用范围在很大程度上取决于气缸的结构及技术水平。气缸一般作直线往复运动,用于物体的移动、搬运、转装、夹紧、成形和机械加工等方面。而在各种类型的气缸中磁性无活塞杆气缸由于省掉了活塞杆,从而节约了安装空间,对于行程长的气缸,更加显示其优越性。
2 磁性无活塞杆气缸原理及结构特点 磁性无活塞杆气缸是一种以压缩空气为能源,利用磁性活塞带动气缸筒外面滑块移动的气缸。磁性无活塞杆气缸的原理如图1。在活塞上装有一组高磁性永久磁铁环,一般采用具有高剩磁、高性能、低价格的钕铁硼等稀土类永久磁铁。其磁力线通过具有较高的机械强度且不导磁的铬镍奥氏体耐酸不锈钢缸筒,如0Cr18Ni19、1Cr18Ni19Ti等,与套在缸筒外的另一组磁铁环作用,由于两者极性相反,两组件内的磁环形成的磁场产生很强的磁性吸力,当活塞在缸筒内被气压推动时,由于磁力作用,缸筒外的磁铁及活塞套便随之一起同步移动。此时可实现没有活塞杆的传动。移动体承受负载,其承受的最大负载力取决于磁钢的性能和磁环的组数,以及气缸筒的材料和壁厚。活塞2端装有聚氨酯缓冲垫.以减少活塞来回运动的冲击。气缸活塞的推力必须与磁铁的吸力相对应,不能过载,为增加吸力可以增加磁铁的数目。 钕铁硼永磁材料于1983年11月问世,开辟了稀土永磁体领域的新天地,世界范围内纷纷开展研究和改进。最突出优点是最大磁能积高,磁感应矫顽力大,剩磁高,且价格便宜,致命的弱点是居里温度较低,温 度稳定性差,在高温下使用磁损失较大,另外由于其中含有铁和钕,在较高温度和湿度条件下,磁体氧化会很严重,表面需进行涂层处理,目前常用的涂层有环氧树脂喷电泳和电镀Zn-Ni合金、离子镀铝等。 图1 滋性无活塞杆气缸原理图 1-隔磁板 2-稀土类磁性合金 3-不锈钢活塞轴 4-铝合金活动套 5-导向环 6-树脂轴承 7-防尘圈 8-密封圈 9-活塞 10-不锈钢缸筒 11-气缸端盖 磁性无活塞杆气缸在我国已有一些规格的国产、进口产品供用户选用,一般不需自行设计制造,只需根据负载及使用气压的大小、运动物体的重量、行程、运动速度及工作环境并辅以一些简单的计算来进行选型。表1为部分规格的磁性无活塞杆气缸。
3 磁性无活塞杆气缸的优点 磁性无活塞杆气缸与有杆气缸相比优点有:(1)结构简单、重量轻、性能可靠,维修保养方便,使用安全、适应于易燃易爆等工作环境,可作为机器内的一个标准化部件来使用。由于没有活塞杆,轴向安装 空间小,与普通气缸相比,可以节省轴向安装空间40%以上。 (2)磁性无活塞杆气缸具有自行导向性能,无需额外的导向装置。 (3)行程范围大,可获得任意行程长度,可以获得最大的内径与行程之比D/S。普通气缸内径与行程之比D/S不过1/15,而磁性无活塞杆气缸的D/S一般可达到1/100,最大可达到1/150,例如内径40的气缸,最大行程可达6m(如制造40mm,行程为7m的气缸,对于磁性无活塞杆气缸是很容易的,而对于普通气缸,凭目前的工艺手段是无法做到的)。国外有些制造商生产的无杆气缸其行程可达126m。 (4)由于磁性无活塞杆气缸的活塞2端面积相等,故在相同的输入压力和流量下,可获得双向等值的输出推力和速度。适当配置限位开关和气动控制阀,很容易实现在行程中停止和保持。如当活塞速度为250mm/s时定位精度可达±1mm,明显优于机械方式。 (5)普通气缸活塞杆表面容易堆积灰尘、生锈、杆密封处可能出现泄漏或吸入灰尘、污物,而磁性无活塞杆气缸的内部和外部没有动密封件,无外部泄漏,不会 吸入灰尘和污物,故工作更可靠。 (6)磁性无活塞杆气缸没有有杆气缸易产生挠曲或旋转的活塞杆,其移动体在缸筒上移动,借助于缸筒上的沟槽防止移动体旋转,可承受一定大小的各个方向的载荷和转矩,并且传动平稳,噪音小。
4 磁性无活塞杆气缸的应用 由于磁性无活塞杆气缸具有以上特点,特别适合行程较长或安装空间受限制场合;食品加工、医药等需清洁、污染小的场合。磁性无活塞杆气缸已被广泛应用于汽车、地铁、数控机床、注塑机中门的启闭装置;工作台架的移动、进给和定位装置;多轴移动机械手的座标移动;纸张、塑料薄膜和板材的切割装置;轨迹焊接、静电喷涂、生产流水线等各个领域。
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