德國festo費(fèi)斯托氣缸原理分解
引導(dǎo)活塞在缸內(nèi)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)德國festo費(fèi)斯托氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)德國festo費(fèi)斯托氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。
工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇德國festo費(fèi)斯托氣缸時(shí)應(yīng)使德國festo費(fèi)斯托氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，德國festo費(fèi)斯托氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少德國festo費(fèi)斯托氣缸的尺寸。
德國festo費(fèi)斯托氣缸原理分解
下面是德國festo費(fèi)斯托氣缸理論出力的計(jì)算公式：
F：德國festo費(fèi)斯托氣缸理論輸出力（kgf)
F′：效率為85%時(shí)的輸出力（kgf）--（F′=F×85%）
D：德國festo費(fèi)斯托氣缸缸徑（mm)
P：工作壓力（kgf/C㎡）
例：直徑340mm的德國festo費(fèi)斯托氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
F=2800kgf；F′=2300kgf
在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇德國festo費(fèi)斯托氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。
例：有一德國festo費(fèi)斯托氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在德國festo費(fèi)斯托氣缸推出時(shí)其推力為132kgf，（德國festo費(fèi)斯托氣缸效率為85%）問：該選擇多大的德國festo費(fèi)斯托氣缸缸徑?
●由德國festo費(fèi)斯托氣缸的推力132kgf和德國festo費(fèi)斯托氣缸的效率85%，可計(jì)算出德國festo費(fèi)斯托氣缸的理論推力為F=F′/85%=155(kgf)
●由使用壓力5kgf/cm2和德國festo費(fèi)斯托氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的德國festo費(fèi)斯托氣缸便可滿足使用要求。
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。德國festo費(fèi)斯托氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)兩種類型（見圖）。做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的德國festo費(fèi)斯托氣缸又可分為單作用德國festo費(fèi)斯托氣缸、雙作用德國festo費(fèi)斯托氣缸、膜片式德國festo費(fèi)斯托氣缸和沖擊德國festo費(fèi)斯托氣缸4種。
①單作用德國festo費(fèi)斯托氣缸：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雙作用德國festo費(fèi)斯托氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。
③膜片式德國festo費(fèi)斯托氣缸：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沖擊德國festo費(fèi)斯托氣缸：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無桿德國festo費(fèi)斯托氣缸：沒有活塞桿的德國festo費(fèi)斯托氣缸的總稱。有磁性德國festo費(fèi)斯托氣缸，纜索德國festo費(fèi)斯托氣缸兩大類。
做往復(fù)擺動(dòng)的德國festo費(fèi)斯托氣缸稱擺動(dòng)德國festo費(fèi)斯托氣缸，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)德國festo費(fèi)斯托氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)德國festo費(fèi)斯托氣缸等。
結(jié)構(gòu)
德國festo費(fèi)斯托氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了德國festo費(fèi)斯托氣缸輸出力的大小。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德國festo費(fèi)斯托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，以提高德國festo費(fèi)斯托氣缸的導(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，延長德國festo費(fèi)斯托氣缸使用壽命。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
活塞是德國festo費(fèi)斯托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)可提高德國festo費(fèi)斯托氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動(dòng)部分長度來決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(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
活塞桿是德國festo費(fèi)斯托氣缸中最重要的受力零件。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）德國festo費(fèi)斯托氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進(jìn)行潤滑。也有小部分免潤滑德國festo費(fèi)斯托氣缸。
應(yīng)用領(lǐng)域
印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等。
發(fā)展歷程
早期汽車使用單缸機(jī)
汽車鼻祖卡爾·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)德國festo費(fèi)斯托氣缸的發(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)德國festo費(fèi)斯托氣缸或更多德國festo費(fèi)斯托氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。然而現(xiàn)在不同了，先別說發(fā)達(dá)國家，看看國內(nèi)汽車廣告就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不少廠家總拿發(fā)動(dòng)機(jī)的德國festo費(fèi)斯托氣缸數(shù)目和排列形式來說事，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)是高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)”等概念。國產(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，這樣它的聲音聽起來也不連續(xù)順暢，聽一聽小排量摩托車的聲音就知道了。最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，汽車上已見不到單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上，兩缸機(jī)也不好找了，最少是3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。國內(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，增加德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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，增加德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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。增加德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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，必須增加德國festo費(fèi)斯托氣缸數(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的德國festo費(fèi)斯托氣缸數(shù)都在6缸以上，最多者已達(dá)到16缸。
但是，德國festo費(fèi)斯托氣缸數(shù)的增加不能無限制。因?yàn)殡S著德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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)的德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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。
肩并肩站成一排。
直列發(fā)動(dòng)機(jī)
直列發(fā)動(dòng)機(jī)（line engine），它的所有德國festo費(fèi)斯托氣缸均肩并肩排成一個(gè)平面，它的缸體和曲軸結(jié)構(gòu)簡單，而且使用一個(gè)德國festo費(fèi)斯托氣缸蓋，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。“直列”可用l代表，后面加上德國festo費(fèi)斯托氣缸數(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)。
直列3缸（l3）。
市場
德國festo費(fèi)斯托氣缸即可占領(lǐng)一塊市場，獲得不小的經(jīng)濟(jì)效益，這已被大家共識(shí)。濟(jì)南華能氣動(dòng)元器件公司為鐵路編組和輪軌潤滑的特殊要求開發(fā)了德國festo費(fèi)斯托氣缸和閥，受到了鐵道部門的關(guān)注。 使用新材料，與新技術(shù)相結(jié)合.國外開發(fā)了膜式干燥器，該干燥器利用高科技的反滲析薄膜濾去壓縮空氣中的水分，有節(jié)能、壽命長、可靠性高、體積小、重量輕等特點(diǎn)、適用于流量不大的場合
常見故障分析與排除方法
故障
原因分析
排除方法
外 泄
漏
活塞桿端漏氣
活塞桿安裝偏心
潤滑油供應(yīng)不足
活塞密封圈磨損
活塞桿軸承配合面有雜質(zhì)
活塞桿有傷痕
重新安裝調(diào)整，使活塞桿不受偏心和橫向負(fù)荷。
檢查油霧器是否失靈。
更換密封圈。
清洗除去雜質(zhì)，安裝更換防塵罩。
更換活塞桿。
缸筒與缸蓋間漏氣
緩沖調(diào)節(jié)處漏氣
內(nèi)
泄
漏
活塞兩端串氣
活塞密封圈損壞
潤滑不良
活塞被卡住，活塞配合面有缺陷。
雜質(zhì)擠入密封面
更換密封
檢查油霧器是否失靈
重新安裝調(diào)整，使活塞桿不受偏心和橫向負(fù)荷。
除去雜質(zhì)，采用凈化壓縮空氣。
輸出力不足
動(dòng)作不平穩(wěn)
潤滑不良
活塞或活塞桿卡住
供氣流量不足
有冷凝水雜質(zhì)
檢查油霧器是否失靈
重新安裝調(diào)整，消除偏心橫向負(fù)荷。
加大連接或管接頭口徑
注意用凈化干燥壓縮空氣，防止水凝結(jié)。
緩沖效果不良
緩沖密封圈磨損
調(diào)節(jié)螺釘損壞
汽缸速度太快
更換密封圈
更換調(diào)節(jié)螺釘
注意緩沖機(jī)構(gòu)是否適合
損傷
活塞桿損壞
有偏心橫向負(fù)荷
活塞桿受沖擊負(fù)荷
德國festo費(fèi)斯托氣缸的速度太快
消除偏心橫向負(fù)荷
沖擊不能加在活塞桿上
設(shè)置緩沖裝置
缸蓋損壞
緩沖機(jī)構(gòu)不起作用
在外部或回路中設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)
區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來看，德國festo費(fèi)斯托氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器一直被認(rèn)為是屬于兩個(gè)完全不同領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)品，但是近年來，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)用中既有競爭又相互補(bǔ)充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購買和應(yīng)用成本、能源效率、應(yīng)用場合及市場形勢等幾個(gè)方面來對比德國festo費(fèi)斯托氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢
技術(shù)性能
眾所周知，相比電動(dòng)執(zhí)行器，德國festo費(fèi)斯托氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。德國festo費(fèi)斯托氣缸擅長作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中最多的傳送要求——工件的直線搬運(yùn)。而且，僅僅調(diào)節(jié)安裝在德國festo費(fèi)斯托氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡單地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為德國festo費(fèi)斯托氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢。所以對于沒有多點(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德國festo費(fèi)斯托氣缸。目前工業(yè)現(xiàn)場使用電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用大部分都是要求高精度多點(diǎn)定位，這是由于用德國festo費(fèi)斯托氣缸難以實(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)勢在于響應(yīng)時(shí)間快，通過反饋系統(tǒng)對速度、位置及力矩進(jìn)行精確控制。但當(dāng)需要完成直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過齒形帶或絲桿等機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)轉(zhuǎn)化，因此結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，而且對工作環(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
（1）對使用者的要求較低。德國festo費(fèi)斯托氣缸的原理及結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝維護(hù)，對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。
（2）輸出力大。德國festo費(fèi)斯托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的德國festo費(fèi)斯托氣缸，理論上的輸出力可達(dá)2000N，對于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產(chǎn)品各有差異，但是基本上都不超過1000N。顯而易見，在輸出力方面德國festo費(fèi)斯托氣缸更具優(yōu)勢。
（3）適應(yīng)性強(qiáng)。德國festo費(fèi)斯托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，對環(huán)境的要求較高，適應(yīng)性較差。
電缸的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
（1）系統(tǒng)構(gòu)成非常簡單。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，簡單而緊湊。
（2）停止的位置數(shù)多且控制精度高。一般電缸有低端與高端之分，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；高端產(chǎn)品則更是可以達(dá)到幾百甚至上千個(gè)位置。在精度方面，電缸也具有絕對的優(yōu)勢，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)。
（3）柔韌性強(qiáng)。毫無疑問，電缸的柔韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于德國festo費(fèi)斯托氣缸。由于控制器可以與PLC直接進(jìn)行連接，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、定位和正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，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關(guān)之間配合地再好也不能做到德國festo費(fèi)斯托氣缸的準(zhǔn)確定位，柔韌性也就無從談起了。
在技術(shù)性能方面，本人認(rèn)為電動(dòng)和氣動(dòng)各有所長，首先電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：
（1）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)相對簡單，一個(gè)基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開關(guān)、熔斷器和一些電線，易于裝配。
（2）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。
（3）電動(dòng)執(zhí)行器沒有“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。
（4）不需要對各種氣動(dòng)管線進(jìn)行安裝和維護(hù)。
（5）可以無需動(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。
（6）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。
（7）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝一籌。
（8）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)過多的復(fù)雜回路。
而德國festo費(fèi)斯托氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個(gè)方面：
（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用（不過，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）。
（2）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、電氣控制更優(yōu)越。
（4）行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。
購買和應(yīng)用成本比較
從總體上來講，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，對于帶活塞桿電缸也是如此。需要說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。
從購買和應(yīng)用成本來看，目前德國festo費(fèi)斯托氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢的。對于氣動(dòng)系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡單，每個(gè)德國festo費(fèi)斯托氣缸只需配置一個(gè)電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，德國festo費(fèi)斯托氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護(hù)簡單方便，成本也低。
而對于電動(dòng)執(zhí)行器來說，雖然電能的獲得比較簡單，能量成本較低，但購買及應(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德國festo費(fèi)斯托氣缸在購買及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢。
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)行能耗通常低于德國festo費(fèi)斯托氣缸的運(yùn)行能耗，即更節(jié)能。而在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較長（大于1min）時(shí)，德國festo費(fèi)斯托氣缸竟然變得更節(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，而德國festo費(fèi)斯托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，對德國festo費(fèi)斯托氣缸越有利；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，而德國festo費(fèi)斯托氣缸只需關(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)行器相比德國festo費(fèi)斯托氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大。
由上可見，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)行器未必一定比德國festo費(fèi)斯托氣缸節(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)要求不同的問題。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢顯而易見，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精確定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)勢。對于要求精確、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場合，電驅(qū)動(dòng)器是最好的選擇，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說，德國festo費(fèi)斯托氣缸占有較明顯的優(yōu)勢，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)越來越復(fù)雜、越來越精細(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。德國festo費(fèi)斯托氣缸可以簡單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，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，而且要對執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行精確控制或同步跟蹤，這些利用傳統(tǒng)氣動(dòng)控制是無法實(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。由此可見德國festo費(fèi)斯托氣缸比較適用于簡單的運(yùn)動(dòng)控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動(dòng)控制的場合。
市場形勢比較
德國festo費(fèi)斯托氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自70年代以來就在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天，德國festo費(fèi)斯托氣缸已成為國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中PTP（PointToPoint）搬運(yùn)的主流執(zhí)行器，以德國festo費(fèi)斯托氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為核心的氣動(dòng)元器件市場規(guī)模已達(dá)到110億美元的規(guī)模。
九十年代開始，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)國家，甚至一度出現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器即將取代德國festo費(fèi)斯托氣缸，德國festo費(fèi)斯托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，而德國festo費(fèi)斯托氣缸能量轉(zhuǎn)換效率較低，低效的產(chǎn)品必將被淘汰出局。然而，十年過去了，電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場并未得到普及，其市場規(guī)模與氣動(dòng)相比還有很大差距。而且，無論是在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，還是在中國等新興工業(yè)國家，德國festo費(fèi)斯托氣缸的銷量不僅沒有減少，而且還在穩(wěn)步地增長。在中國，近幾年德國festo費(fèi)斯托氣缸銷量的年增長速度一直維持在20%以上。
如需要科學(xué)、客觀地評價(jià)兩者，必須采用全生命周期評價(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，但維護(hù)成本（使用階段）和購置成本（制造階段）都比德國festo費(fèi)斯托氣缸要高得多，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，德國festo費(fèi)斯托氣缸在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場合具有一定優(yōu)勢。
綜合以上分析，我們應(yīng)該看出，德國festo費(fèi)斯托氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各有特點(diǎn)，不可單純地用效率的高低來評價(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，但要完自吸無堵塞排污泵全取代德國festo費(fèi)斯托氣缸是不現(xiàn)實(shí)的。
從市場形式來看，前面己經(jīng)提到若電缸從一開始就參照德國festo費(fèi)斯托氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn)，是一個(gè)很好的開端。而對于目前還未有ISO標(biāo)準(zhǔn)的無桿德國festo費(fèi)斯托氣缸和氣動(dòng)滑臺(tái)，則同樣采用相對應(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、添置或更換方面無謂的競爭。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)器的競爭產(chǎn)品，而是對氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器性能的完美補(bǔ)充。電驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是精確和靈活。在作用力快速消失和需要精確定位的應(yīng)用場合，電驅(qū)動(dòng)器是無堵塞自吸排污泵理想的決方案。
因此今后德國festo費(fèi)斯托氣缸與電動(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
德國festo費(fèi)斯托氣缸原理分解
