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磁性无活塞杆气缸的原理


 冯 伟 磁性无活塞杆气缸的原理、 特点及应用

新设备?新材料?新方法 

  文章编号 : 10052895( 2004) 04010102

磁性无活塞杆气缸的原理、 特点及应用
冯 伟  
( 常州机电职业技术学院 , 江苏 常州 213164)   
摘 要 : 主要阐述了磁性无活

塞杆气缸原理、 特点及应 用。 关 键 词 : 无活塞杆气缸 ; 磁性 ; 原理 ; 特点 中图分类号 : T H137. 51   文献标识码 : A

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、 1Cr18Ni19T i 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
收稿日期 : 20041008

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。 表 1 磁性无活塞杆气缸的主要技术参数
气缸直径 ( m m ) 磁力吸力 ( N) 磁力 数目 4 3 2 行程长度 ( m m ) 缸筒材料 磁铁材料 15 112 69 20 5~ 1000 25 300 210 130 5~ 2000 不锈钢 稀土磁性合金 32 470 340 230 5~ 2000 40 800 600 400 5~ 2000

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 :

作者简介 : 冯 伟 ( 1968-   ) , 男 , 吉林梅河口人 , 讲师 , 主要从事机械设计研发和教学工作。

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 冯 伟 磁性无活塞杆气缸的原理、 特点及应用

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( 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。 参考文献:
[ 1]  机 械工程手册编辑委员会 . 机械工程手册 [ M ] . 北京 : 机械工业出 版社 , 1997.

   ( 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 6 m ( 如制造 40 mm, 行程为 7 m 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 126 m 。 ( 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 250 mm / s 时定位精度可达± 1 m m, 明显优于机械方式。

Principle , Characters & Application of the Magnetic Cylinder without Piston Rod
FENG W ei
( Chang zho u Inst itute o f Electr omechanic T echnolog y, Chang zho u Jia ng shu 213164)

Abstract: T his paper ex pl ains mainl y t he principle, charact ers and applicat ion of the m agnet ic cy linder w it ho ut pisto n rod. Key words : cyl inder w it hout pist on rod ; magnet ic ; principle ; charact ers
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轻工机械  2004 年 第 4 期   

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