无杆气缸是一种气动元件，能够利用压缩空气沿线性路径移动负载。传统气缸使用杆推动或拉动活塞上的负载，而无杆气缸则使负载与活塞一起移动。这带来的主要优势是在更小的空间内具有相同的行程长度，在高负载或长行程下无需担心杆弯曲，并且它在两个方向上提供相同的力。无杆气缸最常用于材料处理、装载、起重、网切割等应用。

无杆气缸类型

无杆气缸主要有三种类型，它们都涉及活塞如何连接到载体以允许负载移动。

• 磁性：活塞和载体之间有磁性连接。这样可以实现无泄漏气缸。但是，您必须担心脱钩和载体旋转。
• 电缆：一根电缆连接到活塞，并通过两端的滑轮连接到托架。这是一个非常简单的设计，但是，电缆磨损会导致定位不一致，并且电缆拉伸可能会导致泄漏。
• 开槽：气缸长度上有槽，内外侧有金属带（图 2 红色部分），以防止任何泄漏。这使载体与活塞直接机械连接。这使它们成为用途最广泛且使用最广泛的设计，因此我们将在本文中讨论这种设计。

无杆气缸如何工作？

无杆气缸的主要部件如图 3 所示。内部活塞 (A) 在气缸筒 (E) 内移动，由压缩空气驱动。根据每个端口的气压，活塞沿气缸长度向任一方向移动。活塞连接到载体。该载体支撑安装的负载并随活塞移动。金属带 (D) 允许载体前后移动，同时可靠地密封气缸槽。在载体下方，带弯曲远离槽，以实现活塞和载体之间的连接。两端均有可调节的端部缓冲垫 (B)，以防止在端盖 (C) 处完成全行程后出现任何硬停止。图 4 显示了开槽无杆气缸设计以及如何通过带进行机械连接。

图3 无杆气缸主要部件

图 4 无杆气缸内部图

负载考虑

正确理解负载如何影响无杆气缸可确保其正常运行。在不同的重量、重量位置和速度下，会产生需要考虑的力矩。力矩是导致物体围绕特定点或轴旋转的力。图 5 显示了需要考虑的三个力矩（如下所述）以及如何计算它们的公式。然后，我们可以将这个计算出的力矩力与无杆气缸公布的弯曲力矩（通常列出最大值）进行比较，以确保我们的力低于此限制。

图5 力矩计算公式

• 节距（Ma)：能很好地处理这些力矩，载体越长，效果越好。加速和减速力会影响此力矩。
• 滚动 (Mr)：对这些力矩非常敏感。偏心负载可能导致这些力矩。
• 偏航（Mv)：对这些时刻有点敏感，但不太常见。

力矩可按如下所示计算。将计算值与气缸数据表中的最大值进行比较。

• 力矩：力 x 距离
• 力：通常只是负载的重量
• 距离：从负载质心到承运人质心的距离。

加速和减速

与带杆的普通气缸不同，无杆气缸必须支撑加速和减速产生的力矩。想象一下“猛冲”，这与您在汽车加速/减速时感受到的力相同，由于力矩，您会在汽车中前后猛冲。这些方程中的力等于质量乘以加速度（或减速度）。如果是减速力，则需要考虑行程长度末端的可调缓冲。其他力也会影响任一方向的总力，例如摩擦力和分离力。

垂直安装

垂直应用在负载方面还有另外两个重要注意事项。首先，在移动负载和保持负载时，您必须对抗重力（或借助重力）。此外，如果您保持负载，则需要确保气动缸不会漏气，并且空气供应恒定，以防止由于重力而导致就位后发生任何移动。

附加组件

无杆气缸需要以下气动系统/组件才能有效运行：

• 气动气源：供给驱动无杆气缸的洁净压缩空气。
• 气动电磁阀：控制压缩空气的流量。
• 气动软管：向端口、阀门和其他设备供给压缩空气。

无杆气缸的优点/缺点

无杆气缸与传统气缸不同，相比而言具有许多优点。

1. 在相似行程长度的情况下，占用空间更小，使其成为有限空间应用的理想选择。
2. 能够更好地支撑高负载和力矩。
3. 由于没有杆，因此消除了杆弯曲和屈曲的风险。
4. 两个方向上的力相同。

无杆气缸也有一些缺点：

1. 易受环境灰尘和碎片的影响。
2. 负载运动固定在气缸的长度上。
3. 内带和外带可能会随着拉伸而磨损。
4. 由于皮带磨损而造成的空气泄漏可能会导致气压损失。

配件

以下是无杆气缸最常用的配件：

• 脚架：为气缸提供支撑，防止其前后旋转。
• 中心安装：通过吸收沿中心线的力并将其均匀分布在整个气缸中，为长行程气缸提供支撑。
• 限位开关：检测载体/负载或端部位置的接近度，从而阻止进一步移动。
• 托架：通过沿气缸长度支撑和移动负载来提供支撑。

应用

无杆气缸由于其众多优点而被应用于各个行业。一些常见的应用包括：

汽车、制造业、机器人、食品与饮品、包装、商业缝纫、仓库起重、印刷、喷漆、轮胎制造、光学分选等…

选择标准

选择无杆气缸时应考虑以下标准：

• 冲程速度：这是活塞在气缸内移动的速度。这取决于每个端口提供的气压和负载。
• 承运人负载：承运人必须能够安全有效地支撑和移动安装的负载。
• 死区长度：由于内部组件和行程末端所需的空间，气缸无法使用的长度。这是确定应用所需的工作气缸长度所必需的。
• 气缸长度：这是实际工作行程距离，即负载行进的距离。
• 气压：由于活塞是由压缩空气驱动的，因此在整个应用过程中必须有恒定的气压。
• 孔径：孔径可根据应用所需的容量范围进行选择。为了使气缸发挥最大容量，应考虑使用较大的孔径。

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