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1基本概念

內(nèi)燃機(jī)缸體上安放活塞的空腔。是活塞運(yùn)動(dòng)的軌道，燃?xì)庠谄渲腥紵芭蛎洠ㄟ^(guò)氣缸壁還能散去一部分燃?xì)鈧鹘o的爆發(fā)余熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常的工作溫度。氣缸的型式有整體式和單鑄式。單鑄式又分為干式和濕式兩種。氣缸和缸體鑄成一個(gè)整體時(shí)稱整體式氣缸;氣缸和缸體分別鑄造時(shí)，單鑄的氣缸筒稱為氣缸套。氣缸套與冷卻水直接接觸的稱作濕式氣缸套;不與冷卻水直接接觸的稱作干式氣缸套。為了保持氣缸與活塞接觸的嚴(yán)密性，減少活塞在其中運(yùn)動(dòng)的摩擦損失，氣缸內(nèi)壁應(yīng)有較高的加工精度和的形狀尺寸。

2種類

氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)兩種類型（見(jiàn)圖）。做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸4種。
①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。
③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。
④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。
⑤無(wú)桿氣缸：沒(méi)有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類。
做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。

3結(jié)構(gòu)

氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8μm。
SMC、 CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動(dòng)部分長(zhǎng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經(jīng)鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。

4發(fā)展歷程

氣缸原理源于大炮。
1680年，荷蘭科學(xué)家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā)，心想如將炮彈的*力量用來(lái)推動(dòng)其它機(jī)械不是挺好嗎？他一開(kāi)始仍用火藥作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開(kāi)一個(gè)單向閥。他在氣缸內(nèi)注入火藥，當(dāng)點(diǎn)燃火藥后，火藥猛烈地爆炸燃燒，推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生動(dòng)力。同時(shí)，爆炸氣巨大的壓力還推開(kāi)單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內(nèi)殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，以準(zhǔn)備進(jìn)行下一次爆炸。當(dāng)然，由于行程過(guò)長(zhǎng)，效率太低，他終沒(méi)有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內(nèi)燃機(jī)”的設(shè)想，后人在此基礎(chǔ)上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當(dāng)年設(shè)計(jì)制造汽車時(shí)，他們不約而同地只用了一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。就像我們認(rèn)為一輛汽車不可能使用兩臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，估計(jì)當(dāng)時(shí)的人們也不會(huì)想象出還會(huì)用兩個(gè)氣缸或更多氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。然而現(xiàn)在不同了，先別說(shuō)發(fā)達(dá)國(guó)家，看看國(guó)內(nèi)汽車廣告就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不少?gòu)S家總拿發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)目和排列形式來(lái)說(shuō)事，賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機(jī)而非三缸，用v6發(fā)動(dòng)機(jī)的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實(shí)起到了很大效果，不少車迷已認(rèn)同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)”等概念。國(guó)產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動(dòng)機(jī)。
單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽(tīng)起來(lái)也不連續(xù)順暢，聽(tīng)一聽(tīng)小排量摩托車的聲音就知道了。為不能讓人接受的是它的運(yùn)轉(zhuǎn)極不平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，而且單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的外形也不適合裝在汽車上。為此，汽車上已見(jiàn)不到單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上，兩缸機(jī)也不好找了，少是3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機(jī)。
1升以下的微型車上多用3缸機(jī)，1升至2升的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用4缸或5缸機(jī)。2升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)大多為6缸，4升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)使用8缸的占絕大多數(shù)。
在相同排量的情況下，增加氣缸數(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。另外，增加氣缸數(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動(dòng)，加速響應(yīng)性更好。為了提高氣車的性能，必須增加氣缸數(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數(shù)都在6缸以上，多者已達(dá)到16缸。
但是，氣缸數(shù)的增加不能無(wú)限制。因?yàn)殡S著氣缸數(shù)的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件數(shù)也成比例地增加，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提高制造成本和使用費(fèi)用，增加燃料消耗，并使發(fā)動(dòng)機(jī)的體積變大。因此，氣車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途和性能要求，在權(quán)衡各種利弊之后做出的合適選擇。
直列發(fā)動(dòng)機(jī)（line engine），它的所有氣缸均肩并肩排成一個(gè)平面，它的缸體和曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且使用一個(gè)氣缸蓋，制造成本較低，穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應(yīng)用比較廣泛。其缺點(diǎn)是功率較低?！爸绷小笨捎胠代表，后面加上氣缸數(shù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)，現(xiàn)代汽車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動(dòng)機(jī)。

5常見(jiàn)故障

問(wèn)題

汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠后都要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，使汽缸在住鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力*消除。如果時(shí)效時(shí)間短，那么加工好的汽缸在以后的運(yùn)行中還會(huì)變形。
汽缸在運(yùn)行時(shí)受力的情況很復(fù)雜，除了受汽缸內(nèi)外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對(duì)靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對(duì)汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
汽缸的負(fù)荷增減過(guò)快，特別是快速的啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時(shí)打開(kāi)保溫層過(guò)早等，在汽缸中和法蘭上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。
汽缸在機(jī)械加工的過(guò)程中或經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊后產(chǎn)生了應(yīng)力，但沒(méi)有對(duì)汽缸進(jìn)行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行中產(chǎn)生的變形。
在安裝或檢修的過(guò)程中，由于檢修工藝和檢修技術(shù)的原因，使內(nèi)缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運(yùn)行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。
使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過(guò)多或是型號(hào)不對(duì)；汽缸密封劑內(nèi)若有堅(jiān)硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì)使密封面難以緊密的結(jié)合。
汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。汽缸結(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組的起停或是增減負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會(huì)造成螺栓的應(yīng)力松弛，如果應(yīng)力不足，螺栓的預(yù)緊力就會(huì)逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中，在熱應(yīng)力和汽缸膨脹力的作用下被拉長(zhǎng)，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會(huì)不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。
汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時(shí)是從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧大處或是受力變形大的地方緊固，這樣就會(huì)把變形大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉(zhuǎn)移，后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會(huì)集中于中部，汽缸結(jié)合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。[3] 

原因

氣缸出現(xiàn)內(nèi)、外泄漏，一般是因活塞桿安裝偏心，潤(rùn)滑油供應(yīng)不足，密封圈和密封環(huán)磨損或損壞，氣缸內(nèi)有雜質(zhì)及活塞桿有傷痕等造成的。所以，當(dāng)氣缸出現(xiàn)內(nèi)、外泄漏時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；須經(jīng)常檢查油霧器工作是否可靠，以保證執(zhí)行元件潤(rùn)滑良好；當(dāng)密封圈和密封環(huán)出現(xiàn)磨損或損環(huán)時(shí)，須及時(shí)更換；若氣缸內(nèi)存在雜質(zhì)，應(yīng)及時(shí)清除；活塞桿上有傷痕時(shí)，應(yīng)換新。
氣缸的輸出力不足和動(dòng)作不平穩(wěn)，一般是因活塞或活塞桿被卡住、潤(rùn)滑不良、供氣量不足，或缸內(nèi)有冷凝水和雜質(zhì)等原因造成的。對(duì)此，應(yīng)調(diào)整活塞桿的中心；檢查油霧器的工作是否可靠；供氣管路是否被堵塞。當(dāng)氣缸內(nèi)存有冷凝水和雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除。
氣缸的緩沖效果不良，一般是因緩沖密封圈磨損或調(diào)節(jié)螺釘損壞所致。此時(shí)，應(yīng)更換密封圈和調(diào)節(jié)螺釘。
氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩沖機(jī)構(gòu)不起作用而造成的。對(duì)此，應(yīng)調(diào)整活塞桿的中心位置；更換緩沖密封圈或調(diào)節(jié)螺釘。

解決方案

1.汽缸變形較大或漏汽嚴(yán)重的結(jié)合面，采用研刮結(jié)合面的方法
如果上缸結(jié)合面變形在0.05mm范圍內(nèi)，以上缸結(jié)合面為基準(zhǔn)面，在下缸結(jié)合面涂紅丹或是壓印藍(lán)紙，根據(jù)痕跡研刮下缸。如果上缸的結(jié)合面變形量大，在上缸涂紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平。或是采取機(jī)械加工的方法把上缸結(jié)合面找平，再以上缸為基準(zhǔn)研刮下缸結(jié)合面。汽缸結(jié)合面的研刮一般有兩種方法：
⑴是不緊結(jié)合面的螺栓，用千斤頂微微推動(dòng)上缸前后移動(dòng)，根據(jù)下缸結(jié)合面紅丹的著色情況來(lái)研刮。這種方法適合結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)的高壓缸。
⑵是緊結(jié)合面的螺栓，根據(jù)塞尺的檢查結(jié)合面的嚴(yán)密性，測(cè)出數(shù)值及壓出的痕跡，修刮結(jié)合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對(duì)間隙的影響。
2.采用適當(dāng)?shù)钠酌芊獠牧?BR>因汽輪機(jī)汽缸密封劑還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制作原料和配方也各不相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；在選擇汽輪機(jī)汽缸密封劑時(shí)，就要選在行業(yè)內(nèi)有口碑，產(chǎn)品質(zhì)量有保證的正規(guī)生產(chǎn)廠家，以保證檢修處理后汽缸的嚴(yán)密性。
3.局部補(bǔ)焊的方法
由于汽缸結(jié)合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當(dāng)?shù)暮笚l把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結(jié)合面在同一平面內(nèi)。汽缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴(yán)重時(shí)，在下缸的結(jié)合面補(bǔ)焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然后用平尺或是扣上缸測(cè)量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡(jiǎn)單，焊前預(yù)熱汽缸至150℃，然后在室溫下進(jìn)行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進(jìn)行打磨修刮。
4.汽缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂
當(dāng)汽缸結(jié)合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時(shí)，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用汽缸做陽(yáng)極，涂具做陰極，在汽缸的結(jié)合面上反復(fù)涂刷電解溶液，涂層的厚度要根據(jù)汽缸結(jié)合面間隙的大小而定，涂層的種類要根據(jù)汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用專用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達(dá)到塑性狀態(tài)后噴射于處理過(guò)的汽缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點(diǎn)就是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便涂層牢固，噴涂后汽缸溫度僅為70℃—80℃不會(huì)使汽缸產(chǎn)生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對(duì)缸面進(jìn)行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對(duì)涂層進(jìn)行研刮，保證結(jié)合面的嚴(yán)密。
5.結(jié)合面加墊的方法
如果結(jié)合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網(wǎng)經(jīng)熱處理使其硬度降低，然后剪成適當(dāng)?shù)男螤睿佋诮Y(jié)合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結(jié)合面的間隙較大，泄漏嚴(yán)重，可在上下結(jié)合面開(kāi)寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調(diào)整。
6.控制螺栓應(yīng)力的方法
如果汽缸結(jié)合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當(dāng)?shù)募哟舐菟ǖ念A(yù)緊力。按從中間向兩邊同時(shí)緊固，也就是從垂弧大處或是受力變形大的地方緊固螺栓。理論上來(lái)說(shuō)，控制螺栓的預(yù)緊力可用公式d/L≤A來(lái)計(jì)算，但由于此計(jì)算的數(shù)據(jù)與測(cè)量的手段還在研究當(dāng)中，沒(méi)有達(dá)到推廣，多在螺栓的允許的大應(yīng)力內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定。
7.新時(shí)期采用的高分子材料方法
隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，高分子復(fù)合材料逐漸在氣缸維護(hù)中取得了成功的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)手段相比，高分子復(fù)合材料具有較為優(yōu)異的耐溫性能，良好的耐壓性能，以及更為出色的密封性能，且具有良好的塑變性，受熱不會(huì)固化，密封膜不會(huì)被破壞，從而保證了機(jī)件密封面的密封；加之易于清除，使用過(guò)的密封面可以用無(wú)水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會(huì)附著于密封面；由于其優(yōu)異的性能，逐漸受到越來(lái)越多氣缸企業(yè)的青睞。

6氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的區(qū)別

從傳統(tǒng)觀念來(lái)看，氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器一直被認(rèn)為是屬于兩個(gè)*不同領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)品，但是近年來(lái)，隨著電氣化程度的不斷提高，電動(dòng)執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動(dòng)領(lǐng)域，二者在應(yīng)用中既有競(jìng)爭(zhēng)又相互補(bǔ)充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購(gòu)買和應(yīng)用成本、能源效率、應(yīng)用場(chǎng)合及市場(chǎng)形勢(shì)等幾個(gè)方面來(lái)對(duì)比氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢(shì)

技術(shù)性能

*，相比電動(dòng)執(zhí)行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡(jiǎn)單，基本可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。氣缸擅長(zhǎng)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中多的傳送要求——工件的直線搬運(yùn)。而且，僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大的特征和優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于沒(méi)有多點(diǎn)定位要求的用戶，絕大多數(shù)從使用便利性角度更傾向于使用氣缸。目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用大部分都是要求高精度多點(diǎn)定位，這是由于用氣缸難以實(shí)現(xiàn)，退而求其次的結(jié)果。

而電動(dòng)執(zhí)行器主要用于旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)工況。其優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)時(shí)間快，通過(guò)反饋系統(tǒng)對(duì)速度、位置及力矩進(jìn)行控制。但當(dāng)需要完成直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)齒形帶或絲桿等機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)轉(zhuǎn)化，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，而且對(duì)工作環(huán)境及操作維護(hù)人員的專業(yè)知識(shí)都有較高要求。

優(yōu)勢(shì)

       （1）對(duì)使用者的要求較低。氣缸的原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝維護(hù)，對(duì)于使用者的要求不高。電缸則不同，工程人員必需具備一定的電氣知識(shí)，否則極有可能因?yàn)檎`操作而使之損壞。
　?。?）輸出力大。氣缸的輸出力與缸徑的平方成正比；而電缸的輸出力與三個(gè)因素有關(guān)，缸徑、電機(jī)的功率和絲桿的螺距，缸徑及功率越大、螺距越小則輸出力越大。一個(gè)缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達(dá)2000N，對(duì)于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產(chǎn)品各有差異，但是基本上都不超過(guò)1000N。顯而易見(jiàn)，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢(shì)。
　?。?）適應(yīng)性強(qiáng)。氣缸能夠在高溫和低溫環(huán)境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。而電缸由于具有大量電氣部件的緣故，對(duì)環(huán)境的要求較高，適應(yīng)性較差。
　　電缸的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
　　（1）系統(tǒng)構(gòu)成非常簡(jiǎn)單。由于電機(jī)通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個(gè)系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡(jiǎn)單而緊湊。
　?。?）停止的位置數(shù)多且控制精度高。一般電缸有低端與之分，低端產(chǎn)品的停止位置有3、5、16、64個(gè)等，根據(jù)公司不同而有所變化；產(chǎn)品則更是可以達(dá)到幾百甚*千個(gè)位置。在精度方面，電缸也具有的優(yōu)勢(shì)，定位精度可達(dá)?0.05mm，所以常常應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體等精密的行業(yè)。
　?。?）柔韌性強(qiáng)。毫無(wú)疑問(wèn)，電缸的柔韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于氣缸。由于控制器可以與PLC直接進(jìn)行連接，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、定位和正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)控制，在一定程度上，電缸可以根據(jù)需要隨意進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；由于氣體的可壓縮性和運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性，即使換向閥與磁性開(kāi)關(guān)之間配合地再好也不能做到氣缸的準(zhǔn)確定位，柔韌性也就無(wú)從談起了。
在技術(shù)性能方面，本人認(rèn)為電動(dòng)和氣動(dòng)各有所長(zhǎng)，首先電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢(shì)主要包括：
　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，一個(gè)基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開(kāi)關(guān)、熔斷器和一些電線，易于裝配。
　?。?）電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要?dú)庠春蛪嚎s驅(qū)動(dòng)裝置。
　?。?）電動(dòng)執(zhí)行器沒(méi)有“漏氣”的危險(xiǎn)，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。
　?。?）不需要對(duì)各種氣動(dòng)管線進(jìn)行安裝和維護(hù)。
　　（5）可以無(wú)需動(dòng)力即保持負(fù)載，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要持續(xù)不斷的壓力供給。
　?。?）由于不需要額外的壓力裝置，電動(dòng)執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動(dòng)執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。
　?。?）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*。
　?。?）氣動(dòng)裝置中的通常需要把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳遞速度較慢，不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。
而氣缸的優(yōu)勢(shì)則在于以下4個(gè)方面：
　?。?）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用（不過(guò)，現(xiàn)在的電動(dòng)執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達(dá)到目前的氣動(dòng)負(fù)載水平了）。
　?。?）動(dòng)作迅速、反應(yīng)快。
　　（3）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射和振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制更*。
　?。?）行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。

購(gòu)買和應(yīng)用成本比較

　　從總體上來(lái)講，電伺服驅(qū)動(dòng)比氣動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)要貴，但也要因具體要求及場(chǎng)合而定。有些小功率的直流電機(jī)構(gòu)成電動(dòng)滑臺(tái)（電伺服系統(tǒng)）實(shí)際上比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)要便宜。
　　如：當(dāng)負(fù)載為1.5kg、工作行程為80mm、速度在2~170mm/s之間、精度為?0.1mm、加速度2.5m/s2等工況條件時(shí)，F(xiàn)ESTO公司采用小型電動(dòng)滑臺(tái)、控制器、馬達(dá)電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統(tǒng)，其價(jià)格就比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對(duì)于帶活塞桿電缸也是如此。需要說(shuō)明的是如果采用交流電機(jī)的話，所組成的電伺服系統(tǒng)的價(jià)格要比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)高出40%左右。
　　從購(gòu)買和應(yīng)用成本來(lái)看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，每個(gè)氣缸只需配置一個(gè)電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，成本也低。
　　而對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，雖然電能的獲得比較簡(jiǎn)單，能量成本較低，但購(gòu)買及應(yīng)用成本較高，不僅需要配置電機(jī)，還需要一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件。同時(shí)使用電動(dòng)執(zhí)行器需要很多保護(hù)措施，錯(cuò)誤的電路連接、電壓的波動(dòng)及負(fù)載的超載都會(huì)對(duì)電驅(qū)動(dòng)器造成損壞，因此需要在電路及機(jī)械上加裝保護(hù)系統(tǒng)，增加了很多額外的費(fèi)用支出。另外，由于電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)單元的參數(shù)化設(shè)置較多，且集成度高，所以其一旦發(fā)生故障，就要更換整個(gè)元件。而且當(dāng)系統(tǒng)需要的驅(qū)動(dòng)力增加時(shí)，也要成套更換元件才能實(shí)現(xiàn)。因此綜合比較可以看出氣缸在購(gòu)買及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢(shì)。

能源效率比較

　　我們研究的結(jié)果表明，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較短（小于1min）的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行能耗通常低于氣缸的運(yùn)行能耗，即更節(jié)能。而在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較長(zhǎng)（大于1min）時(shí)，氣缸竟然變得更節(jié)能。這首先是由于終端停止時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器的控制器通常需要消耗約10W的電力，而氣缸僅有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低于1W，即終端停止時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)氣缸越有利；其次電機(jī)在連續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下的額定效率可達(dá)90%以上，但在直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（絲杠轉(zhuǎn)換）中的臺(tái)形加減速旋轉(zhuǎn)條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，夾持工件的保持動(dòng)作要求不斷供給電流給電動(dòng)執(zhí)行器以克服重力，而氣缸只需關(guān)閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢(shì)不是很大。
　　由上可見(jiàn)，電機(jī)本身效率很高，但在往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動(dòng)執(zhí)行器未必一定比氣缸節(jié)能，具體比較取決于實(shí)際的工作條件，即安裝方向、往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期和負(fù)載率等。

應(yīng)用場(chǎng)合比較

　　氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個(gè)要求不同的問(wèn)題。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，當(dāng)面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件時(shí)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器就顯得較適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且非常堅(jiān)固耐用。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器容易安裝，能提供典型的抓取功能，價(jià)格便宜且操作方便。
　　在作用力快速增大且需要定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于要求、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場(chǎng)合，電驅(qū)動(dòng)器是好的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達(dá)所組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠補(bǔ)充氣動(dòng)系統(tǒng)的不足之處。
　　從技術(shù)和使用成本的角度來(lái)說(shuō)，氣缸占有較明顯的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際使用中究竟應(yīng)該選用哪種技術(shù)做驅(qū)動(dòng)控制，還是應(yīng)從多方因素進(jìn)行綜合考量。現(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越精細(xì)，并不是某種驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。氣缸可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便捷，同時(shí)可以在各種惡劣工作環(huán)境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。
　　電動(dòng)執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在自動(dòng)化設(shè)備中柔性化要求在不斷提升，同一設(shè)備往往要求適應(yīng)不同尺寸工件的加工需要，執(zhí)行器需要進(jìn)行多點(diǎn)定位控制，而且要對(duì)執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行控制或同步跟蹤，這些利用傳統(tǒng)氣動(dòng)控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而電動(dòng)執(zhí)行器就能非常輕松的實(shí)現(xiàn)此類控制。由此可見(jiàn)氣缸比較適用于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合。

市場(chǎng)形勢(shì)比較

　　氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自70年代以來(lái)就在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天，氣缸已成為國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中PTP（PointToPoint）搬運(yùn)的主流執(zhí)行器，以氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為核心的氣動(dòng)元器件市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到110億美元的規(guī)模。
　　九十年代開(kāi)始，電機(jī)及其微電子控制技術(shù)迅速發(fā)展，使電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用成為可能。而且，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起也直接促進(jìn)了能實(shí)現(xiàn)高精度多點(diǎn)定位的電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的擴(kuò)大。
　　九十年代末期，日本等主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至一度出現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器即將取代氣缸，氣缸將退出歷史舞臺(tái)的論調(diào)。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為電動(dòng)執(zhí)行器中電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率高，而氣缸能量轉(zhuǎn)換效率較低，低效的產(chǎn)品必將被淘汰出局。然而，十年過(guò)去了，電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)并未得到普及，其市場(chǎng)規(guī)模與氣動(dòng)相比還有很大差距。而且，無(wú)論是在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，還是在中國(guó)等新興工業(yè)國(guó)家，氣缸的銷量不僅沒(méi)有減少，而且還在穩(wěn)步地增長(zhǎng)。在中國(guó)，近幾年氣缸銷量的年增長(zhǎng)速度一直維持在20%以上。
　　如需要科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)兩者，必須采用全生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment）手法，考慮比較制造階段、使用階段、廢棄階段三個(gè)階段的綜合指標(biāo)。具體指標(biāo)有成本、能耗、對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)（主要是排放物等）。譬如成本，電動(dòng)執(zhí)行器在運(yùn)行能耗（使用階段）成本上有優(yōu)勢(shì)，但維護(hù)成本（使用階段）和購(gòu)置成本（制造階段）都比氣缸要高得多，在該指標(biāo)上的比較應(yīng)建立在所有成本的總和上。
在總成本上，我們的研究結(jié)果表明，氣缸在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合具有一定優(yōu)勢(shì)。
　　綜合以上分析，我們應(yīng)該看出，氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各有特點(diǎn)，不可單純地用效率的高低來(lái)評(píng)價(jià)其優(yōu)劣。隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行器的成本還會(huì)進(jìn)一步下降，預(yù)期其應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)進(jìn)一步拓廣，但要完自吸無(wú)堵塞排污泵全取代氣缸是不現(xiàn)實(shí)的。
　　從市場(chǎng)形式來(lái)看，前面己經(jīng)提到若電缸從一開(kāi)始就參照氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn)，是一個(gè)很好的開(kāi)端。而對(duì)于目前還未有ISO標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)桿氣缸和氣動(dòng)滑臺(tái)，則同樣采用相對(duì)應(yīng)的外形及安裝連接尺寸，這個(gè)便利的措施能夠杜絕氣驅(qū)動(dòng)與電驅(qū)動(dòng)在安裝、添置或更換方面無(wú)謂的競(jìng)爭(zhēng)。FESTO公司的電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品包含了300多種可自由組合的抓取模塊和多軸系統(tǒng)。在Festo，電驅(qū)動(dòng)器不是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，而是對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器性能的補(bǔ)充。電驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是和靈活。在作用力快速消失和需要定位的應(yīng)用場(chǎng)合，電驅(qū)動(dòng)器是無(wú)堵塞自吸排污泵理想的決方案。
　　因此今后氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展應(yīng)該是處于非常良性狀況和互補(bǔ)的，也一定會(huì)按照這兩門技術(shù)自身的科學(xué)自然發(fā)展規(guī)律發(fā)展。