气缸的选用，是气动元件选型的重中之重。然而，普通教材包括厂商型录的“选型方法步骤“”偏于理论化，初学者一般不太容易看懂和消化，更别说切实指导自己的设计工作。本文从实战的角度，对学习重点作了梳理和总结（为简化论述，以SMC品牌为准），不看后悔哈。

学无止境，天天向上

1.气缸的型号信息和学习重点

气缸的型号，在命名上只是一些数字和字母，但全面定义了空间布局、动力特性、控制相关、固定联接和配件信息等相关设计要素。我们未必要去背诵型号的具体内容，但要熟悉其标示和意义，并能熟练查阅型录获得相关信息。（备注：由于型录每年都更新，部分数据仅供参考，请读者查阅最新型录为准）。

就像人的名字，气缸型号内涵丰富

不要忽视型号的准确表达，最终填在采购清单上的就是这些字符串，例如型号MB1L32-50跟MDB1L32-50差别很大，除了控制上的感应功能外，连外形尺寸也不一样，如刚好是布置在局促的机构空间里，可能因为容纳不下（型号搞错的气缸）而要修改一些工件来让位，额外的麻烦超乎想象。

此外，标件厂商都提供3D零件库，在调用时务必认清型号，不要随意通过改外形尺寸来改变型号，特别容易出现错误，并以讹传讹（别人调用你的图纸可能没发现）。

总体来说，学习上要在以下几个地方下功夫：

①熟悉“气缸的动力特性和空间布局”

比如对气缸出力、速度和行程要求不高，或者无停电造成安全事故隐患的场合（定位和夹紧等），可考虑用单作用气缸，其他的情况一般采用双作用气缸；要大动力可用串联增压气缸，运动有精度要求可用带导杆气缸或滑台气缸；同样一个缸径的气缸有很多类型，各有适应面，比如空间有限可用薄型CQ2系列，几个方向都能安装可用自由安装型CU系列……

②搜集或积累一些经验数据

这有助于选型，也是标件厂商技术售后无法给你提供支持的内容。比如高清接口（HDMI）产品，压一根端子进入到塑胶孔槽的力大概是10kgf/cm²，这个属于各行业特定产品制程的经验数据，供应商是不可能给你培训的，有赖于查询产品装配规格、实验室专用工具测试或资深制程人员的专业。

③基本常识的积累

类似这样的内容：一般情况下单作用气缸配两位三通电磁阀，如果要用两位五通电磁阀，则对应电磁阀只需一个出气通口，另一个封住；双作用气缸配两位五通电磁阀；相同体积下，采用单作用气缸所获得的行程会偏小（内部有弹簧），因此更适合小行程……

具体设计某个项目时的标准件选用过程，无非就是翻翻型录，确定下“型号信息“，但选用是否得当，取决于平时对标准件了解和熟练程度，因此除了勤快翻查相关厂商资料，没有什么速成的办法……

2.气缸的分类

①从动作上分为单作用和双作用，结构示意图如图所示，前者又分弹簧压回和压出两种，一般用于行程短、对输出力和运动速度要求不高的场合（价格低、耗能少），双作用气缸则更广泛应用。（注：不要把单双作用气缸跟带还是不带磁环气缸等同了）

普遍应用的为双作用气缸

②从功能上来分（比较贴合设计情况），类型较多，如标准气缸、复合型气缸、特殊气缸、摆动气缸、气爪等，其中比较常用的为自由安装型气缸、薄型气缸、笔形气缸、双杆气缸、滑台气缸、无杆气缸、旋转气缸、夹爪气缸等，如图所示，大家只要了解各种气缸大致特性和对应型号，要用时调（标准件图纸）出来即可！

气缸的大致分类

常用的气缸类型

基于对气缸在动力特性或空间布局方面的应用特长，我们在实际选用气缸时，首先是确定一个合适的类别。

●节省空间

指气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸的较大或较小的气缸，具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点，比如薄型气缸（如CQ系列，缸径=Φ12mm～Φ100mm，行程≤100mm）和自由安装型气缸（如CU系列，缸径=Φ6mm～Φ32mm，行程≤100mm），如图所示。

广泛应用的气缸

具有节省空间特长的还有无杆气缸，形象地说，有杆气缸的安装空间约2.2倍行程的话，无杆气缸可以缩减到约1.2倍行程，一般需要和导引机构配套，定位精度也比较高。无杆气缸有磁性偶合式（CYI）和机械式接触式（MY1）两种。

磁偶式无杆气缸：活塞两侧受压面积相等,具有同样的推力,有利于提高定位精度,适合长行程，重量轻、结构简单、占用空间小，如图所示。

磁偶式无杆气缸

机械式无杆气缸：“有较大的承载能力和抗力矩能力，适用缸径Φ10mm～Φ80mm，如图所示，有MY1B（基本型），MY1M（滑动导轨型），MY1C（凸轮随动导轨型），MY1HT（高刚度、高精度导轨双轴），MY1H（高精度导轨型单轴）系列产品。

机械式无杆气缸

此外，同样希望节省空间兼顾导向精度要求时，往往会用到双杆气缸（相当于两个单杆气缸并联成一体），如图所示。

双杆气缸

●高精度要求

一般采用滑台气缸（将滑台与气缸紧凑组合的一体化的气动组件），也有各种细分的类型，如图所示。工件可安装在滑台上，通过气缸推动滑台运动，适用于精密组装、定位、传送工件等。

各类滑台气缸

●摆动/旋转运动

遇到需要摆动或转动的场合，一般采用旋转气缸，主要有两类。

叶片式旋转缸：用内部止动块或外部挡块来改变其摆动角度。止动块于缸体固定在一起，叶片于转轴连在一起。气压作用在叶片上，带动转轴回转，并输出力矩。叶片式摆缸由单片式和双片式。双片式的输出力矩比单片式大一倍，但转角小于180度。摆缸有CRB2、CRBU2（缸径10~40mm），CRB1（缸径50~100mm）、MSUB（缸大小代号1、3、7、20摆动平台型）系列可供选择。

叶片式旋转气缸

齿轮式旋转缸：气压力推动活塞带动齿条作直线运动，齿条推动齿轮作回转运动，由齿轮轴输出力矩并带动外负载摆动。齿轮齿条式摆缸有CRJ、CRJU（缸大小代号0.5、1mm），CRA1（缸径30~100mm标准型）、CRQ2（缸径10~40mm薄型）、MSQ（缸径10~200mm摆动平台）系列可供选择。

齿轮式旋转气缸

●夹持/固定产品

一般用气动夹爪气缸（原理：开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的曲柄连杆、滚轮或齿轮等机构，驱动各个手爪同步做开、闭运动。），它可以用来抓取物体，实现机械手的各种动作，常应用在搬运、传送工件机构中抓取、拾放物体，内部结构示意图如图所示。

典型的气动夹爪气缸的内部结构

根据不同的夹持/固定场合，夹爪气缸可以进一步细分为平行开合、肘节摆动开合手爪、两爪、三爪和四爪等类型，应灵活选用。例如宽型MHL2系列行程长，适合夹持体积大的物体；肘节型MHT2系列，适合夹持重工件，即便突然失去压力，也能维持状态，内置磁环，可安装磁性开关；紧凑型MHF2系列，和标准的MHZ2系列相比，高度缩小约1/3，而且精度提高，经常用作机器人夹爪……

适用各种场合的气动夹爪

在机构要用到夹爪气缸的时候，需要留意以下几个问题：

A.气爪是不能直接用的，需要根据产品和工艺，设计“夹爪”安装在上面，注意互换性和可靠性以及灵活性，例如上料机构一节给大家提到的放大初始位置的做法，就属于非标灵活设计的情形。

B.要确保气动夹爪有足够的加持力（可查厂商型录，见表），以免影响夹持效果，但是反过来说，也容易夹伤产品，所以一般来说适合外观不重要、有一定强度结构的产品，否则建议换用电动夹爪（虽然价格高昂，但夹持力可控），或者采用柔性更强的真空吸取的方式。

夹爪气缸的夹持力

C.气动夹爪的型号表达如图所示，开时和闭时的行程是和缸径一一对应的，和气缸可能同一缸径对应不同行程的情况有点不一样。

夹爪气缸的型号表达

夹爪气缸的开闭尺寸

D.价格较高，不同品牌的销售价格，从数十元到千余元不等，也属于易损件，设备使用太多的夹爪，在后续维护管理方面的费用支出较大。

●其他场合

要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声，应选缓冲气缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能的气缸；除活塞杆作直线往复运动外，还需缸体做摆动，可选耳轴式或耳环式安装方式的气缸等。还比如超大行程，比如较大动力，比如空间极小……又分别应该用什么类型的气缸？请多翻阅型录, 认真总结，这里从略。

要提醒的是，只有建立在对种类繁多的气缸有类似上述这些基本认识的前提下，我们才可能对气缸的选型做到尽可能地合理、准确，因为实际选型过程，都是先根据工况去选择哪类气缸（对气缸不熟悉就很难对应得上），进而再确认该类气缸的各种参数和匹配附件。

3.气缸的结构（内部结构如图所示）和动作原理

普通气缸的组成：缸体，活塞，密封圈，磁环（有sensor的气缸）。

原理：压力空气使活塞移动，通过改变进气方向，改变活塞杆的移动方向。

失效形式：活塞卡死，不动作；气缸无力，密封圈磨损，漏气。

4.气缸的选型计算

如果说前面的篇幅是为了解决气缸选型的定性问题（也很重要），那么接下来的内容就是为了跟大家探讨下如何处理定量的问题。

我在速成宝典（实战篇）表达过这样一个观点：设计也许需要计算，但计算不等于设计，尤其是气动模式下的机构设计，很多已知条件本身就难以量化，兼之应用工况非常复杂多变，并不能指望通过几个公式演算就得到精确无误的设计要求或结果。计算的意义，更多体现在通过计算分析，让我们规避失效风险，也就是说，大部分计算只需考虑“worst case”（最糟糕状态）。举个例子，我们估算某场合需要选用一个缸径Φ40mm的气缸，这就是底线，但完全没有必要说，给个安全系数，然后选一个“精确”缸径，实际的做法，应该是根据各种考虑，可能会选缸径Φ50mm或者Φ63mm乃至Φ100mm，这才叫实战设计（≠理论设计）。

不要动不动以为计算才叫设计，或者不计算就不可靠，例如参考或借鉴类似的成功案例，如果设计要求并没有更加苛刻，可不考虑选型计算问题，直接套用，以节省设计时间。如果设计要求变得更加严苛，作为新人而言，就离不开简单的校核计算。——机构设计最后可能会表现为“感觉”设计，但在入门和成长阶段下苦功夫，多做一些科学计算和推导和总结，对以后“准确的感觉”形成是很有帮助的。

（当然，同样的情况，可能资深工程师基本上不会去“计算”，倒不是说他神到哪里去，而是因为做的机构太多了，大概什么场合用什么样的气缸，都已经“司空见惯”了。——您看看身边那些所谓的技术牛人，在做气动设备时，有几个在“算“”的？但肯定在入行之初，他一定经历同样的迷茫。）

言归正传，回到气缸选型的相关计算内容来。以单活塞杆双作用缸为例，“选型计算流程”大致如下。

ⅰ.确定气缸缸径

气缸直径的确定，需根据负载大小、运行速度和工作压力来决定，下述步骤（A）是最重要的。

由于这部分内容比较困扰新人，从学习的角度，以下给大家进行简单的梳理。

●公式能做的事：告诉你理论出力和实际出力及其关系

气缸伸出力理论值：

F= p *D²*P/4

气缸缩回力理论值：

F=p*(D²-d²)*P/4

F-----气缸理论输出力（单位：N）

p-----圆周率（取3.14）

D-----气缸缸径(单位：mm)

d-----气缸杆径(单位：mm)

P-----工作压强(单位：MPa)，根据气源供气条件， 应小于减压阀进口压强的85%。

气缸出力示意图

气缸在实际的工作中﹐它的阻力主要来自于缸内密封件及导向部位的阻力F1和排气侧产生的阻力F2。F1是无论气缸如何动作都会有，而F2与气缸的运动速度紧密相关。如此针对气缸出力之阻力，由气缸尺寸、压力、速度等条件而产生变化，因此需选择较大之尺寸。

气缸实际输出力N=A*F

A为安全系数(也叫负载率)，气缸实际负载是由工况所决定的，若确定气缸负载率A，则由定义就能确定气缸理论输出力：

对于静负载（如夹紧，低速铆接等）， F2阻力很小，A≤0.7；

对于气缸速度在50~500mm/s范围内的水平或垂直动作， A≤0.5；

对于气缸速度大于500mm/s的动作， F2影响很大， A≤0.3。

为什么要需要考虑负载率A？这个跟我们一般选型计算的安全系数有点类似，主要有两个原因：一方面，气缸靠压缩空气推动活塞，根据“压力=压强X面积，而一定温度下压强和体积成反比”的规律，气缸速度加快意味内腔体气体空间急速加大（供气紧张），所以压强（力）会降低；另一方面，对于惯性负载（如推送工件），将产生惯性力，意味着：气缸出力=你要的力+克服惯性负载的加速力，气缸实际出力效果因此打了个折扣，根据速度不同有差异，到底是多少呢，难以定量，就有了负载率概念。因为气动模式通常难以精确定量运动过程出力，因此不用理会它的科学定义，知道它是一个衡量不同工况下气缸出力的粗略判断，是负载力和理论出力的理论联系桥梁即可。

如果是双作用气缸，知道大概的理论出力，也可以把数据直接整理成表格，省得每次确定缸径都去计算，见表。比如根据公式计算，缸径Φ16mm在0.5Mpa条件下的理论出力是10.1kgf，如果气缸工作在50~500mm/s速度范围内呢，则为5.05kgf......这些东西可以临场去计算也可以的，但如果平时做成表格，需要时就可以直接查询得到，方便很多！

气缸理论处理和某个速度下的出力（考虑负载率）

●公式不能做的事：告诉你机构或工艺到底“需要多大的动力”

整个气缸选型最关键的是，我们首先要确定机构或工艺“需要多大的动力”。因为这个是机构本身的，需要分析或计算得到，初学者缺乏这方面的实战经验，有时并不容易确定，所以平时应该把学习重点放在工况确认和拟定已知条件上，而不是落在“用什么公式来计算”（那部分是死的，算算公式查查表的事，谁不会呢？）。换言之，从气缸选型的实战意义看，如图所示的思路，A部分才是重点和难点，也是有设计意义的部分。

气缸的选型思路

气缸驱动的方向，一般有水平和竖直两种，后者在作受力分析时，不要忘记还有整组运动机构的重量（重力）。

气缸驱动的两种模式

我们以一个气动插针机构案例来简单说明下确定缸径（以及实际需要多大动力）的思路。

如图所示，该机构是先夹持，然后整体往上把料卷切成单片，再往前推动，到位后竖直往下方向插端子，然后张开夹持块，再退回原位。

某个实际机构的分析过程

我们分两种情况来说明。

情况一：已经做过类似案例（虽然跟这个不同），有一些经验。

比如前后运动气缸，主要受到行进阻力，这个就看机构设计了，阻力f=阻尼系数u X 模组重力G，当然，平时可以试着推推类似机构，感觉阻力有多大，滑得很顺畅的模组，其实阻力很小，但加工不好导致“卡卡”的情况也有，做得多了，可以凭经验，选个Φ20mm缸径左右吧。（有没问题呢？我以前做类似机构，Φ16mm也没问题）。

比如起夹紧作用的气缸，需要的力量也不大，但原则上宁可大点力， 比如用个Φ12mm或Φ16mm缸径的就够了。（有没问题呢？我以前做类似机构，Φ6mm的夹爪都足够了）。

对于这样的选型过程，可能很多行业新人会觉得有“疑问”，怎么就那么随便呢？其实不是的，因为做过太多类似的案例了，除非情况跳出经验范畴了，一般没有必要每次都重复做流水账。

情况二：初学者经验不足，或者希望通过前期的计算校核提升设计的“感觉”。

比如上下运动气缸，要承担的输出力主要是两部分，一个是整个移动模组的重量G，一个是裁断端子的剪切力F，两部分大概算一下，看看要多大的力。至于机构运动过程，还要克服的其他阻力，比如插端子工艺，由于产品产品端子与塑胶干涉力远比裁切成片的力小，所以我们一般可以忽略；比如克服导轨的摩擦阻力也是一样，都比较小，小到多小呢，普通的导轨摩擦系数是几个μ，乘于正压力（或重量），大概就能估算个粗略值......基于这样的分析得到一个实际需要的动力，然后再按部就班去计算或查表，也就是“有理有据”的设计，做得多了，后面就可以把这些功夫“省掉”。

为什么说确定“机构或工艺到底需要多大的动力”最关键的呢？因为非标工况比较庞杂，初学者往往就卡在这一步，不知道当前这个机构或工艺到底需要多大的动力，这一步没完成，往下都白搭。

气动设备跟液动、电动设备（马达驱动）不一样，很多场合是难以量化的，所以不用太纠结太依赖于计算分析，比如做个上料机构，从A点移动到B点，机构的实际运行速度，就不是靠计算能算出来的，那么量化不了但又要求苛刻时怎么办，那就改用其他方式（比如电动）啊。

建议初学者到康博连接网（自动化生产技术门户-康博连接网|自动化设备|凸轮机构|免费图纸下载|自动机设计培训）下一些设计案例，多看看现成案例的气缸选型（什么场合用了什么气缸，气缸又是多大的......），慢慢地，自然就“心中有数”了。

ⅱ.气缸行程。气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关，注意三个设计要点：

●一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰，如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加1～2㎜的余量，换言之，机构最好本身有限位功能。

●限位要平衡稳当，所谓平衡，就是不要让气缸“憋着”或“悬着”，所谓稳当，就是要足够力量阻挡“来势汹汹”的活动部分，并且没有摇动、晃动或有松脱趋势现象（比如气缸运动方向垂直于固定螺丝径向，后者就容易受循环载荷而慢慢松动，应该与螺丝轴向平行）

●应尽量选为标准行程，可保证供货速度，成本降低。

气缸行程的确定比较灵活，根据设计需要定

ⅲ.气缸系列。如表所示，要充分理解并非常熟练查阅，比如你需要一个50缸径气缸，就别看什么CM2，没有这个规格…

每种气缸都有缸径和行程的范围

ⅳ.安装形式。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选用相应的特种气缸。又比如CJ2没有单耳环型安装方式。

气缸的安装方式，影响机构绘制

ⅴ.气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。

ⅵ.磁性开关。当气动系统采用电气控制时，可选用带磁性开关的气缸。

每种气缸都配有特定的磁性开关

ⅶ.其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。再比如，气缸杆和推动零件之间应该用接头来联接，不允许将气缸杆直接固定在机构上，以避免气缸因为偏心或憋死加剧磨损，类似马达之联轴器。形式多样，可买现成的，也可自制，但注意下联接特点，不是”刚性“或固定死。

接头是气缸杆和要驱动零件之间的联接，类似联轴器之于马达

⑤气缸配件的选用气动系统选型表

如果说气动元件有什么傻瓜式的选型方法，那气动系统选型表算是一个。只要把执行元件——气缸选型的问题解决了，其他的基本上是可以按表格来配套。

当然，气动选型中，虽然气缸本身是重点，但是与之配套的附件选用，也不是毫不讲究的内容，比如电磁阀、节流阀、接头甚至管子，都是一些看似无关紧要但影响性能的因素。

............（待续）