氣動缸是一種成熟可靠、快速、潔凈且經濟的線性運動解決方案，其多樣的設計、類型和選項可滿足絕大多數應用需。

然而，有時在眾多選擇中做出決策可能令人望而卻步。遵循一些簡單指南，工程師即可快速為特定應用選定合適的氣動缸。

關鍵在于關注影響氣缸性能的因素，包括氣缸尺寸與負載的匹配、工作環境、安裝硬件以及防止磨損、提高效率的選項。下文將詳細探討。

氣缸類型

制造商通常根據動作類型和物理結構對氣缸進行分類。線性動作通常分為三類：

單作用氣缸僅在伸出或“推”行程中提供動力。通常由內部彈簧等獨立力將活塞復位至原始位置，為下一次行程做準備。

反單作用氣缸與單作用氣缸類似，但其氣口位于另一端，僅在縮回或“拉”行程中提供動力。

雙作用氣缸具有雙壓力腔，在伸出和縮回行程中均可提供氣動力，無需彈簧。

尺寸確定與選型要點

確定氣缸尺寸時，另一個關鍵問題是最小有效氣壓以及壓力是否恒定。這一點很重要，因為較高的壓力會加速密封件磨損并對氣缸產生應力，而不穩定的壓力則可能導致系統故障或失效。以最小有效壓力提供穩定氣流以維持所需速度，可最大限度地延長使用壽命并優化性能。應根據最小可用壓力、以最低可接受速度移動最大負載的要求來確定氣缸尺寸。

確定所需力和速度后，可按以下方法確定符合規格的氣缸尺寸：氣壓P乘以活塞面積或由缸徑決定的功率因數A，得到力F，即F=PAF=PA。確定尺寸后，還需考慮以下額外因素：

沖程長度：計算活塞必須伸出或縮回以完成任務的距離。

彈簧力：對于單作用氣缸，確保彈簧力能夠將活塞/桿組件及客戶附件返回起始位置。

整體尺寸：精確測量可用空間，確保其能滿足氣缸安裝和操作要求。空間有限時，可考慮節省空間的一次性氣缸。

接下來，根據氣缸尺寸、力和功能選擇安裝方式。所有這些因素都至關重要，因為錯誤的安裝方式或不正確的安裝會導致活塞桿承受側向載荷，從而加劇活塞、活塞桿、桿軸承和密封件的磨損。磨損會導致泄漏，這正是氣缸失效的常見原因。

側向載荷的產生原因包括：氣缸運行時無活塞桿導向或支撐，以及安裝件與活塞桿連接件之間未對準。對于樞軸型安裝，當氣缸重量對活塞和桿軸承關節施加負載時，也會產生側向載荷。（更多信息請參見附文“延長氣缸使用壽命的安裝方法”。）

雙活塞氣缸的出力是傳統氣缸的兩倍，并能承受更高的徑向載荷。

HEPA型氣缸比一次性氣缸更堅固耐用，但價格也更高。

氣壓不穩定會導致沖程速度不可預測。流量控制裝置可確保氣流穩定，運行一致。

常見安裝方式

氣缸安裝方式直接影響使用壽命，因為錯誤的安裝或不當的安裝會導致側向載荷，從而損壞軸承、密封件和其他組件。以下是一些常見設計：

前端-鼻式安裝

前端-塊式安裝

帶樞軸或雙端的萬向安裝

后部樞軸安裝

后部-塊式耳軸安裝

延長氣缸使用壽命的安裝方法

多種氣缸安裝方式（如鼻式、塊式、萬向式、樞軸式和耳軸式）幾乎可滿足任何應用需求。但需注意一些事項。例如，U形夾、樞軸和耳軸安裝可消除一個平面內的側向載荷，但需要在另一平面內仔細對準。而球形安裝板和桿端則可在樞軸和U形夾安裝中消除兩個平面內的側向載荷。

要充分實現樞軸安裝的優勢，應在活塞桿上使用桿眼或桿端U形夾。否則其功能如同剛性安裝氣缸。此外，所有樞軸銷應平行設置，以防止卡滯或側向加載。

對于長沖程、樞軸安裝的氣缸，由于桿重，不可避免地會產生較高的側向載荷。在此類應用中，止動管或雙活塞至關重要。兩者都能增加桿軸承與活塞之間的距離，從而減少這兩點處的有效載荷。

對于耳軸安裝的氣缸，應盡可能將枕塊或配對軸承安裝在靠近缸頭的位置，以最小化缸頭中的彎曲應力。切勿在耳軸安裝中使用球形軸承枕塊，因為它們會引入彎曲應力。

仔細對準剛性安裝氣缸（如側裝、鼻裝、法蘭安裝和面裝單元）與運動方向，以避免側向載荷。在未對準的應用中，桿眼或桿端U形夾無法防止側向載荷。如果因某些原因無法實現正確對準，應使用允許一定橫向偏差的桿端連接件，例如具有內置軸向余量或軸向補償的商業桿端聯軸器。

可選配件與功能

許多可選組件可提高氣缸性能或防止側向載荷、沖擊載荷等問題。以下是一些示例：

緩沖裝置：設計在氣缸一端或兩端的緩沖裝置可控制減速，防止過大的行程末端沖擊，避免氣缸過早失效。

緩沖墊：內置的彈性體盤，可吸收行程末端的沖擊，是最大限度減少氣缸噪聲和振動的極佳方法。

止動管或雙活塞：通過增加桿軸承與活塞之間的距離來幫助減少側向載荷，降低這些點處的有效負載。

速度控制：對于可靠且一致的氣缸性能至關重要。氣壓不穩定會導致沖程速度不可預測，壓力過低會導致活塞在行程中運動不規則。在氣缸上安裝流量控制裝置，可確保氣流恒定可控，實現精確一致的操作。

位置感應開關：另一種常見的控制選項，可擴展氣缸功能，實現精確定位、事件計時、順序控制和同步。開關通常安裝在缸體上，并與附著在活塞上的永磁體相互作用，以閉合電路并啟動動作，如激活繼電器、定時器或電磁閥。有多種位置感應選項可供選擇。

磁簧開關：代表一種較舊但依然有效的技術。當磁鐵經過時，它們會建立機械連接，讀取特定的預設位置。這種低成本設備提供精確的位置感應，常與繼電器邏輯配合使用。然而，它們易磨損，速度比其他類型開關慢，并且可能出現觸點抖動。

霍爾效應開關：采用固態技術，在氣動系統和可編程邏輯控制器之間提供緊湊、準確、可靠的接口。由于沒有易磨損的機械部件，霍爾效應開關的使用壽命幾乎是無限的。

環境因素考量

工作環境對氣缸運行影響巨大。因此，選擇能夠應對環境條件的密封件、軸承、潤滑劑、材料和表面處理至關重要。

極端溫度應用：通常指低于 ?20°F?20°F(?25°C?25°C) 或高于 200°F200°F(95°C95°C) 的環境。在這種情況下，預計氣缸壽命會縮短，并且由于密封件損壞或變脆、金屬過應力或潤滑劑變得過稠或過稀，意外故障的風險更高。長時間在 0°F0°F (?18°C?18 ° C) 以下運行的氣缸也可能需要特殊的密封件修改。為獲得最佳效果，應指定耐熱或耐寒材料，并特別注重定期維護。

輻射：輻射會改變幾乎所有材料，在某些情況下會導致材料分解。此時，需確定輻射的類型和強度，以準確估計氣缸壽命。

濕度、鹽分、化學煙霧、高濃度臭氧或有毒氣體：所有這些都會加速腐蝕并縮短密封件壽命。使用苛性沖洗液定期清潔氣缸也會腐蝕氣缸并縮短其壽命。在這些情況下，可能需要特殊的表面處理和材料（如塑料或不銹鋼）以提高耐腐蝕性。

當灰塵和污垢成為問題時，應指定機械解決方案，如桿刮塵器和刮板。這些裝置在每次沖程后清潔活塞桿，并防止異物進入氣缸。如需額外保護，可安裝桿防護罩（一種套在活塞桿上、隨桿運動而伸縮的保護套）。

最后，潤滑仍然是最大限度地延長氣動缸壽命以及確保最高運行效率的關鍵。當今的環境法規促使人們對無潤滑氣缸的興趣日益增長。這些氣缸通常使用特殊密封件、浸漬固體潤滑劑的軸承以及內孔涂覆二硫化鉬等涂層。一些無潤滑氣缸的壽命已接近傳統潤滑氣缸，但在大多數操作中，后者壽命仍然更長。無論設計如何，未得到適當潤滑的氣缸可能會過熱、損壞部件并毀壞密封件，正如錯誤的潤滑劑也會迅速降解或破壞密封件一樣。