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气动缸是一种成熟的技术，能够提供快速、清洁、可靠且经济的直线运动。市面上有众多设计、样式和选项可供选择，几乎能满足任何可以想象的应用。然而，面对众多选择有时会令人望而生畏。遵循一些简单的指导原则，工程师可以迅速锁定适合特定应用的正确气缸。
关键是要关注影响气缸性能的因素，包括气缸相对于负载的尺寸和力、工作环境、安装硬件以及防止磨损、提高效率的选项。以下将详细探讨。
一、 气缸类型
制造商通常按动作类型和物理结构对气缸进行分类。直线动作气缸一般分为三类：
单作用气缸：仅在伸出（"推"）行程提供动力。通常依靠内部弹簧等单独力将活塞返回到原始位置，为下一次行程做准备。
反向单作用气缸：与单作用类似，但气口在相反端，仅在缩回（"拉"）行程提供动力。
双作用气缸：具有双压力腔，在伸出和缩回行程均提供气动力，无需弹簧。
单作用气缸结构更简单、成本更低，需要的软管/管路和接头更少，且使用更经济的三通阀而非四通控制阀。但其弹簧返回行程通常缺乏气动返回的力和速度。容纳弹簧的需要通常限制了单作用气缸用于短行程及缸径在2英寸或以下的应用。当需要控制驱动速度时，双作用气缸也是更好的选择。
根据物理结构，流体动力行业将气缸分为NFPA（美国国家流体动力协会）标准气缸和所谓的可更换气缸。NFPA设计采用拉杆对缸体进行预紧，将端盖压紧在缸体上，这种结构能很好地承受高压和冲击载荷。它们比可更换气缸更庞大、更坚固，对于给定尺寸，通常具有更大直径的活塞杆以及更长的杆和活塞轴承，并且可以拆卸和维修。相应地，其成本也高于可更换气缸。
随着行业普遍要求缩小尺寸、减轻重量和降低成本，过度设计的组件已成为奢侈品，因此，针对特定应用精确需求的轻载气缸日益流行。
另一个考虑因素是标准与定制气缸。通常建议首先寻找现货解决方案，因为它们成本更低且易于快速交付。但在某些情况下，可能需要特殊行程、定制安装方式或特殊密封材料等。定制产品能更全面地满足客户需求，尽管交货期可能是个问题。需确保供应商具备提供生产前支持、原型、测试和工程文档的技术知识和工程能力，以及快速、经济地完成订单的制造能力。
二、 气缸选型
确定气缸的类型和样式后，应根据负载、速度和气压来确定其尺寸。通常，气缸应提供比负载至少多25%的力，以考虑摩擦。
尽管应用可能已预先确定了活塞杆速度，但设计者通常有一定灵活性。为了获得最佳效果，应尽可能使用中等速度。这是因为速度越高，所需的额外力就越大。低速（至4英寸/秒）需要比负载多约25%的力；中速（4至16英寸/秒）约多50%；高速（大于16英寸/秒）约多一倍。
选型时还需考虑最小有效气压以及压力是否恒定。这点很重要，因为更高的压力会加速密封磨损并给气缸带来应力，而不稳定的压力可能导致系统故障。在最小有效压力下提供稳定气流以维持所需速度，可以最大化寿命和性能。应根据可用最小压力下以可接受的最小速度移动最大负载的需求来选择气缸尺寸。
确定所需力和速度后，可通过公式 F = P × A 计算合适的缸径，其中F为力，P为气压，A为活塞面积（取决于缸径）。确定缸径后，还需考虑以下附加因素：
行程长度：计算活塞执行任务所需伸出或缩回的距离。
弹簧力：对于单作用气缸，确保弹簧力能将活塞/杆组件及客户附件返回到起始位置。
整体尺寸：精确测量可用空间，确保其能容纳气缸的安装和运行要求。空间有限时，可考虑节省空间的可更换气缸。
三、 安装指南
接下来，根据气缸的尺寸、力和功能选择安装方式。安装错误或不当会导致活塞杆承受侧向负载，从而引起活塞、活塞杆、杆轴承和密封件的过度磨损，导致泄漏和气缸失效。侧向负载的原因包括运行气缸时没有活塞杆引导或支撑，以及安装件与活塞杆连接之间未对准。
安装方式直接影响使用寿命。常见类型包括前鼻式安装、前块式安装、通用式安装（带或不带枢轴）、后枢轴安装和后块式耳轴安装等。枢轴、耳轴类安装可在某一平面消除侧向负载，但需要在另一平面仔细对中。而使用球形垫板和杆端接头则可以消除枢轴和叉架安装在两个平面上的侧向负载。
对于长行程的枢轴安装气缸，由于杆重不可避免地会产生高侧向负载，此时必须使用止动管或双活塞，以增大杆轴承与活塞之间的距离，减少这两点的有效负载。对于耳轴安装气缸，应尽可能将枕块或配对轴承靠近缸头安装，以最小化缸头中的弯曲应力。切勿在耳轴安装上使用球形轴承枕块，因为这会引入弯曲应力。
对于刚性安装气缸（如侧装、鼻装、法兰安装和面装），应仔细与运动方向对齐以避免侧向负载。杆眼或杆叉无法防止在不对准应用中的侧向负载。若无法实现正确对中，应使用允许一定横向不对中的杆端连接件，例如带有内置轴向余量或轴向调节功能的商用杆端联轴器。
四、 可选配件
许多可选配件可提高气缸性能或防止侧向负载、冲击负载等问题。例如：
缓冲装置：设计在气缸一端或两端，可控制减速，防止过度的行程末端冲击。
缓冲垫：内置的弹性体盘，吸收行程末端的冲击，是减少气缸噪音和振动的极佳方法。
止动管或双活塞：有助于减少侧向负载。
速度控制：对可靠、稳定的性能至关重要。在气缸上安装流量控制阀可确保恒定、可控的气流。
位置感应开关：扩展气缸能力，实现精确定位、事件计时、排序和同步。包括：
磁性舌簧开关：传统技术，成本低，定位准确，但存在磨损、速度较慢和触点抖动等问题。
霍尔效应开关：固态技术，紧凑、准确、可靠，寿命几乎无限。
五、 环境因素与维护
工作环境极大地影响气缸运行。因此，必须选择能够应对环境条件的密封件、轴承、润滑剂、材料和表面处理。
极端温度：通常低于-20°F（-25°C）或高于200°F（95°C），会缩短寿命，增加因密封件损坏/脆化、金属过应力或润滑剂过稠/过稀导致的意外故障风险。可能需要指定耐热或耐寒材料，并加强定期维护。
辐射：会改变几乎所有材料，甚至导致材料分解。需确定辐射类型和强度以准确估算寿命。
腐蚀性环境：湿气、盐分、化学烟雾、高浓度臭氧或有毒气体会加速腐蚀，缩短密封寿命。定期使用苛性清洗液也会腐蚀气缸。在这些情况下，可能需要特殊涂层和材料（如塑料或不锈钢）来增强耐腐蚀性。
灰尘和污垢：指定刮尘圈和防尘罩等机械解决方案。防尘罩（波纹管）套在活塞杆上随杆伸缩，提供额外保护。
润滑：是最大化气缸寿命和确保最高运行效率的关键。虽然出于环保考虑，对无润滑气缸的兴趣日益增长（它们使用特殊密封件、浸渍固体润滑剂的轴承以及二硫化钼等涂层），但大多数情况下，传统润滑气缸的寿命更长。无论何种设计，润滑不当或使用错误润滑剂都会导致过热、损坏组件和破坏密封。
