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氣壓缸怎麼選:缸徑與行程、推力與速度、緩衝與感測、氣源與控制元件的 4 個階段

氣壓缸怎麼選:缸徑與行程、推力與速度、緩衝與感測、氣源與控制元件的 4 個階段

理論推力=缸上壓力 × 活塞面積,再乘上「負載率」才是能放心使用的力。氣動元件原廠的選型資料建議:靜態動作(夾持、低速壓接)負載率取 0.7 以下、一般動態動作取 0.5 以下[1]。例:缸徑 50 mm、0.5 MPa 理論推力約 980 N,動態使用抓 490 N 以內的負載(本文算例)。缸徑 32~320 mm 的標準氣壓缸,安裝尺寸依 ISO 15552[2]。

氣壓缸先從負載算出需要的推力,再反推缸徑;算推力要用缸上實際拿到的壓力(比氣源壓力低),並把摩擦與動作時的損失留進去。接著看行程與型式,再看速度與終點緩衝(終點動能超過允許值,就加大缸徑或加外部擋塊),之後把位置感測、氣源處理與方向閥配齊。 本文談的是工廠自動化、治具與夾具常見的直線往復氣壓缸,旋轉型與氣爪不在範圍內。分成 4 個階段:

  • 階段①|缸徑與行程: 負載、推力、缸徑、行程與型式。
  • 階段②|推力與速度: 缸上實際壓力、損失、流量與排氣節流。
  • 階段③|緩衝與感測: 終點動能、緩衝方式、位置感測與斷氣時的安全。
  • 階段④|氣源與控制元件: 過濾、調壓、給油的順序,方向閥與安裝位置。

本文從「已經決定用氣壓缸做直線推拉動作」開始講。下面每個階段寫:怎麼做、公開資料怎麼說、嘉鴻能幫的;來源、例外與整理放在文末的「備註」。此為一般情況,仍需視個案而定。

① 缸徑與行程 負載與推力 推出、縮回分開算 缸徑 推力隨缸徑平方增加 行程與型式 側向負載用導引 做完這一步,要有 缸徑與行程定案 ▶ ② 推力與速度 缸上實際壓力 比氣源壓力低 摩擦與反壓 排氣節流有反壓 流量 埠徑、閥、管路 做完這一步,要有 推力算得準、速度有依據 ▶ ③ 緩衝與感測 終點動能 對照允許動能 緩衝方式 墊片、空氣、外部 位置感測 磁環與開關 做完這一步,要有 終點穩、位置有回報 ▶ ④ 氣源與控制 氣源處理 過濾、調壓、給油 方向閥 靠近缸、流量夠 調速 常限制排氣 做完這一步,要有 氣送得到、乾淨、可控
圖 1 氣壓缸選型的四個階段:缸徑與行程、推力與速度、緩衝與感測、氣源與控制元件(示意圖,不按比例)

階段①:缸徑與行程,先算要多大的力、要走多遠

怎麼做:

  • 先寫下負載:重量;是水平推、垂直舉還是夾持;有沒有摩擦。再寫下氣源壓力與要求的動作時間。
  • 推力是壓力乘以活塞的作用面積,面積隨缸徑的平方增加:缸徑加倍,推力約變成四倍。
  • 推出與縮回的力不同:縮回(拉)時,作用面積要扣掉活塞桿的截面積,所以縮回的力比推出的力小(這句是本文的整理)。負載落在縮回方向時,要用縮回的力去算。
  • 不要讓理論推力剛好等於負載:垂直、動態或摩擦大的場合要留餘裕。留多少,看下面來源的例子,那些是例子,不是門檻。
  • 行程與型式:短行程、小空間可以考慮緊湊型;長行程或高力矩負載可以考慮無桿缸;外露的活塞桿受壓時,要看會不會彎曲;行程很長時,許多型式會被排除。
  • 側向負載:推力要盡量靠近活塞桿的中心線;有側向負載就用導引撐住負載,不要把負載吊在桿端。
推出 活塞桿 活塞 壓縮空氣 壓縮空氣進活塞後側:作用面積是整個活塞面 縮回 活塞桿 活塞 壓縮空氣 壓縮空氣進活塞桿這一側:作用面積要扣掉活塞桿,所以縮回的力較小
圖 2 推出與縮回的作用面積不同(示意圖,不按比例;金色為壓縮空氣所在的區域)

公開資料怎麼說: 一家氣動元件廠的選型頁(廠商資料,沒有日期)用「負載率」換算:夾持或低速壓接這類靜態動作取 0.7 以下,一般動態動作取 0.5 以下,沿導軌水平移動可到 1 以下,高速動作要再降到 0.4、0.3 或 0.2 以下;摩擦與排氣反壓會讓實際輸出變小,所以建議選大一點的缸徑;例子是保持力 1,000 N、負載率 0.7、壓力 0.5 MPa、推出方向,查圖得到缸徑 63 毫米。這個例子也可以直接用公式驗算:原廠選型資料的式子是 F = η × A × P(η 為負載率)[1],所以需要的活塞面積 A = 1,000 N ÷ 0.7 ÷ 0.5 MPa ≈ 2,857 mm²,換算缸徑約 60.3 mm,再往上取標準缸徑 63 mm,與查圖結果一致(驗算為本文代入)。同一份資料也寫到:高速動作時負載率要再降低,可選 0.4、0.3、0.2 或更低[1]。一家產業媒體 2011 年的選型文章寫到:垂直或摩擦大的場合,需要的力是要移動負載的兩倍;推力隨缸徑的平方增加,缸徑加倍,推力變成四倍;拉的力是缸徑面積扣掉活塞桿截面積;緊湊型缸用在只需短行程的小空間,無桿缸用在長行程或高力矩負載;推力要盡量靠近活塞桿中心線,偏心負載會大幅縮短桿軸承與密封的壽命;外露的活塞桿受壓時,長度、直徑與負載要在安全範圍內,避免彎曲。一位氣動元件廠工程師 2000 年寫的文章也寫到,回程要移動負載、或用雙桿缸時,要扣掉活塞桿的面積。2026 年一篇產業媒體文章寫到:所需行程超過約 30 吋(約 760 毫米)時,許多型式就被排除了;側向負載會使缸提早損壞,負載要靠導引撐住,不要吊在桿端(備註表 1)。

嘉鴻能幫的:

  • 站上商品搜尋(2026 年 10 月 13 日)「氣缸」找到 9 個結果,其中 1 個是標準氣缸頁、1 個是氣缸用磁性開關、1 個是旋轉氣缸,其餘是貼片機備件。下面照商品頁寫的列出,商品頁沒有寫的,請洽詢。
  • 附滑軌型雙軸氣壓缸:商品頁列了 6 個規格,沒有寫缸徑、行程、工作壓力與可承受的側向負載,請洽詢。
  • 氣缸:商品頁寫的是一般工業用氣缸的「常規規格區間」,不是單一款的規格:缸徑 6~100 mm、行程 5~1,000 mm、標準工作壓力 0.1~0.7 MPa,作動方式有雙作動與單作動(彈簧復位),安裝形式有腳座、法蘭、軸耳等。頁面現貨是一款缸徑 40 mm、行程 25 mm 的氣缸;其他缸徑、行程與形式可詢價。

階段②:推力與速度,缸上真正拿到的壓力

怎麼做:

  • 算推力用「缸上實際壓力」,不要直接用氣源壓力:用氣尖峰時缸上壓力可能下降,另一側的排氣反壓也會抵掉一部分。
  • 內部摩擦與密封會再吃掉一部分力;側向負載與不對中會讓損失更大。
  • 加速也要力:加速度等於多出來的力,除以移動的總質量(含活塞桿)。
  • 提高壓力不一定更快:速度還受進氣與排氣的流量限制,埠徑、控制閥與管路若成為瓶頸,空氣就進不去、排不出來。
  • 常用的調速方式是限制排氣、讓進氣自由,也就是用單向流量控制閥;排氣側因此有反壓,算推力時要把它扣掉,而且這主要影響移動中的負載。
  • 不要設計到極限:調壓閥可以把力降下來,要把力加上去就困難;缸徑做好之後再改,成本也高,所以要先測試。
  • 耗氣量也要算進去,空壓機的容量要比計算量大。原廠選型資料把耗氣量定義為「缸內加上缸到切換閥之間管路」消耗的空氣,兩者都要算[1];公式中把壓縮比寫成(表壓+0.1)÷ 0.1,也就是大氣壓取 0.1 MPa,0.5 MPa 時倍數為 6[1]。本頁常見問題 Q3 用 0.1013 MPa 計算(倍數約 5.9),兩者差約 1%,不影響選空壓機;空壓機容量至少取計算量的 1.4 倍[1]。

公開資料怎麼說: 一位氣動元件廠工程師 2000 年寫的文章說:理論推力等於面積乘壓力,例子是缸徑 1.5 吋(約 38 毫米)、80 psi(約 5.5 bar),約 141 磅力(約 630 N);100 psi 的系統,用氣尖峰時缸上可能降到 80 psi 或更低,原因是其他設備用氣或氣源受限;內部摩擦約損失理論力的 1 到 10 psi,視密封型式而定,有側向負載或不對中時更高;加速度等於多餘的力除以移動的總質量,含活塞桿;「不要設計到邊緣」:調壓閥可以降力,加力卻很難,建成後要改大缸徑的成本很高,所以要先測試,除非有嚴格的時間或耗氣量要求,稍微加大缸徑是好主意。2011 年的產業媒體文章寫到:埠徑、控制閥的進排氣流量、軟管或管路的大小,若成為瓶頸,就會限制進出缸的空氣;建議用單向流量控制閥,限制從缸排出的氣、讓進氣自由。一本流體動力雜誌的技術文章(沒有日期)寫到:空氣不像液壓油那麼可預測,缸的尺寸要留餘裕;提高壓力不一定提高速度,反而增加缸的應力,快速排氣閥與把控制閥裝在缸旁,對反應較有幫助。2026 年的產業媒體文章寫到:動態損失約 30%(範圍 20% 到 40%),例子是要舉 500 磅、氣源 100 psi,按 70 psi 去算,選到標準缸徑 3.25 吋(約 83 毫米),該文寫它在 70 psi 下仍能舉 580 磅;排氣節流會產生反壓,要從工作壓力中扣掉,但緩慢或靜止的負載不受影響;U 型密封圈的缸可超過每秒 20 吋,O 型圈的缸可能封頂在約一半的速度,有時更慢,視構造而定。前面那家氣動元件廠的選型頁寫到:速度圖的條件是 0.5 MPa、垂直向上、排氣側節流(節流閥全開)、管路長度 1、2 或 3 公尺(依圖而定);空壓機的容量至少選計算量的 1.4 倍(備註表 2)。

嘉鴻能幫的:

  • 氣缸:頁面寫標準工作壓力 0.1~0.7 MPa,特殊規格 0.05~1.0 MPa。速度上限與耗氣量,商品頁沒有寫,請洽詢。
  • 調壓閥:接口口徑 1 吋(Rc 管牙)、設定壓力範圍 0.05~0.85 MPa,附壓力錶與支架;商品頁寫它是標準調壓閥,精度為 ±10 kPa 等級,要更精密的調壓,另有精密型。流量與壓降,商品頁沒有寫,請洽詢。
  • 流量控制閥:氣缸那頁在介紹中寫嘉鴻關係企業供應調速閥等配件;站上商品搜尋「調速」「流量控制」沒有找到商品頁,需要請洽詢。

階段③:緩衝與感測,終點的動能與位置回報

怎麼做:

  • 算終點的動能:動能等於二分之一乘質量乘速度的平方。例如 10 公斤的負載以每秒 0.5 公尺到終點,動能約 1.25 焦耳(這是本文代入公式的算例)。再對照缸型錄列的允許動能。
  • 動能超過允許值時:加大缸徑,或在行程終點加外部擋塊;速度更快時,外部擋塊要搭配緩衝器。
  • 緩衝方式:橡膠緩衝墊、空氣緩衝(終點前把排氣壓縮來減速),空氣緩衝有可調與固定兩種;沒有緩衝的缸只在低速用;緩衝要依負載、驅動速度與安裝方向來選。
  • 速度不要超過建議值:超速會先傷密封,再傷緩衝。
  • 位置感測:活塞上有磁環、缸筒是非磁性時,缸外的磁簧開關可以回報行程到位;先確認缸有沒有磁環。
  • 斷氣時要保持安全:可以考慮彈簧推出或彈簧縮回的缸,斷氣時它們會移到固定位置;活塞桿鎖則可以在沒有氣壓時夾住桿。

公開資料怎麼說: 前面那家氣動元件廠的選型頁寫到:橡膠緩衝墊用胺基甲酸酯橡膠,防止活塞與端蓋金屬互撞;空氣緩衝在行程終點前把排氣稍微壓縮,用反作用力吸收動能;動能 E 等於 (m/2)×V²,要與允許動能表比較,超過時建議用更大缸徑或加外部擋塊。2011 年的產業媒體文章寫到:可調緩衝讓操作者控制終點的減速,固定緩衝可重複、現場不能改;「沒有緩衝的缸只在低速使用」,較快時要裝外部擋塊與緩衝器;活塞上的磁環配非磁性缸筒,磁簧開關(例如兩端各一個)可以回報行程完成。流體動力雜誌的技術文章寫到:緩衝要依速度負載、驅動速度與安裝方向來選,也可以用外部緩衝器;彈簧推出或彈簧縮回的缸,在氣壓消失時會移到全推出或全縮回的位置,活塞桿鎖在沒有氣壓時夾住桿。2026 年的產業媒體文章寫到:超過建議的速度,會先傷密封,再傷緩衝;擠出鋁型缸體容易裝磁簧開關,開關可裝在缸側受保護的位置;桿鎖可以防止負載危及人員(備註表 3)。

嘉鴻能幫的:

  • 氣缸:緩衝選項寫無緩衝、橡膠墊片、氣壓緩衝(可調),以及另購的外部油壓緩衝器;感測選項寫磁簧開關。
  • 附滑軌型雙軸氣壓缸:有沒有緩衝與磁環,商品頁沒有寫,請洽詢。
  • 電子式磁性開關:商品頁寫它裝在氣缸溝槽上、感應活塞磁環的位置,活塞走到就送訊號給 PLC;電子式(無接點)、NPN 三線式,工作電壓 DC 5~30 V,開關電流上限 200 mA,切換頻率上限 1,000 Hz,一般型防護等級 IP64。本體截面有 G、H 等外形,對應不同氣缸的感測器溝槽,要告訴嘉鴻氣缸型號來對照;PNP、二線式、防水耐油型與磁簧式,可詢價。商品頁也說:業界習慣把氣缸上的這類開關都叫磁簧開關,嚴格來說磁簧開關是有機械接點的磁簧式。
  • 外部緩衝器、桿鎖、快速排氣閥:站上有沒有,請洽詢(商品搜尋「緩衝」沒有結果)。

階段④:氣源與控制元件,把氣送到缸上

怎麼做:

  • 氣源處理的順序:空壓機之後是過濾器、調壓閥,之後是給油器(靠近要潤滑的元件),再接方向閥與缸。
  • 空氣要乾淨乾燥:髒空氣會慢慢損害缸出廠時的潤滑脂,縮短密封壽命。「多乾淨」有國際標準可以對照:ISO 8573-1:2010 依固體粒子、水分、油分三項,把壓縮空氣分成不同等級,寫法是[粒子:水:油][5]。以一款依 ISO 15552 製造的標準缸為例,原廠資料表寫的工作介質是 ISO 8573-1:2010[7:4:4][6],大致是固體粒子質量濃度 5~10 mg/m³、壓力露點 +3°C 以下、總油分 5 mg/m³ 以下[7]。同一份資料表也註明:可以給油運轉,但一旦給油,就必須一直給油[6]——和本節下一點的說法一致。
  • 給油不是每種缸都要:很多氣動元件的密封是自潤滑的,不必另裝給油器;一旦開始用加油的空氣,就要一直用,給油器也要定期維護。是否需要給油,看缸的型錄。
  • 氣源處理組的流量容量要夠,否則會成為瓶頸、造成壓降。
  • 方向閥:進排氣的流量要夠,並盡量裝在缸旁,反應較快。斷氣後缸要停在哪裡,要先決定,再選方向閥的型式。
  • 調壓閥通常設在氣源壓力的 85% 左右。
空壓機送出的氣,依下列順序處理後到缸 過濾器 第一道防線 擋水氣與雜質 ① 調壓閥 控制壓力 下游不超出限制 ② 給油器 放末尾 視型式,不一定要 ③ 方向閥 決定推出或縮回 靠近缸 ④ 氣壓缸 調速常限制排氣 進氣自由 ⑤
圖 3 空壓機送出的氣到氣壓缸的處理順序(示意圖,不按比例;各廠元件的排列與型式不同,以型錄為準)

公開資料怎麼說: 一家工業用品網路商的技術資料文章(2024 年發表)寫到:一般的安裝順序是壓縮機、過濾器、調壓閥、給油器;過濾是改善空氣品質的第一步,調壓閥控制壓力、讓下游元件不超出它們的限制,給油器通常放在末尾、靠近需要潤滑的元件;多數新式氣動工具的密封是自潤滑的,通常不必另裝給油器,工具不是自潤滑時才加裝。一家氣動元件廠的氣源處理產品頁寫到:過濾器是第一道防線,給油器是末端元件;選型要看流量容量,避免瓶頸與壓降,也要看操作環境與維護是否方便。2011 年的產業媒體文章寫到:空氣要乾淨乾燥,出廠潤滑脂在乾淨乾燥的空氣下壽命長,髒空氣會慢慢損害潤滑脂、縮短密封壽命;一旦導入加油的空氣就必須一直用,給油器也要定期檢查維護;美國與國際標準涵蓋外形尺寸,讓不同廠的缸有互換的可能,但許多型號另有獨特尺寸。流體動力雜誌的技術文章寫到:空氣要乾淨、乾燥,有時還要加油;把控制閥裝在缸旁較有幫助。選型頁(廠商資料)寫到:調壓閥設在氣源壓力約 85%;小型高速的致動器即使用了除濕空氣也可能結露,要依容積比與露點查圖。標準方面,ISO 15552 的標題寫明是附可拆式安裝件、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 32 到 320 毫米的氣壓缸,內容涵蓋基本尺寸、安裝尺寸與配件尺寸(本文只讀到預覽頁的標題與目錄)(備註表 4)。

嘉鴻能幫的:

  • 三點組合:過濾、調壓、給油合為一組。商品頁寫:接口口徑 1 吋(Rc 管牙)、設定壓力上限 0.85 MPa、過濾精度 5 μm、自動排水型、附壓力錶與透明碗杯;安裝要點是碗杯朝下垂直安裝,順序為氣源、過濾器、調壓閥、給油器、下游設備;一般壓力設定 0.4~0.6 MPa;濾芯在壓差過大時更換,建議每 6 到 12 個月檢查。
  • 空氣給油器:接口口徑 3/8 吋、油杯容量 55 mL,油滴速率可調,可帶壓加油,動作流量下限 40 L/min;碗杯是聚碳酸酯,不可接觸有機溶劑。商品頁也寫:下游設備不需要潤滑時,就省略給油器,只用過濾加調壓。
  • 空氣過濾器濾心:商品頁列 4 款濾心,其中 3 款過濾精度 5 μm、材質為聚乙烯燒結,建議一年更換一次,或壓降超過 0.1 MPa 時立即更換;另一款要看規格書,請洽詢。商品頁提醒:先確認現有過濾器的系列,不同系列的濾心尺寸不同,不能互換。
  • 氣動電磁閥:商品頁寫它控制氣缸動作的方向。頁面上架的一款是 5/2 通路(雙作動氣缸用)、單電控(彈簧復位)、接管 1/8 吋,不含線圈,線圈依電壓另購。頁面另列「常規範圍」:通路 3/2、5/2、5/3,線圈電壓 AC 110 V、AC 220 V、DC 24 V、DC 12 V,工作壓力 0.15~0.8 MPa。商品頁寫單電控斷電後彈簧復位、雙電控斷電後維持原位置,所以斷電後缸要停在哪裡,要先決定。
  • 電磁閥:商品頁只列了型號(分數個系列),沒有寫口數、電壓、流量等規格,詢價請註明型號。
  • 電磁閥、氣導閥與調壓器:商品頁列了幾款的壓力範圍:氣導閥(3/2 氣動閥 0~1.0 MPa;4/5 埠導閥 0.15~0.7 MPa)、模組調壓器(0.05~0.85 MPa)、電磁閥(5 埠與 4/5 埠單電磁,0.1~0.7 MPa、DC 24 V);其他型號請提供型號或系統圖確認。

常見問題

Q1:氣壓缸推力怎麼算?缸徑 50 mm、0.5 MPa 大概推多少?

推出的理論推力等於缸上壓力乘活塞面積:缸徑 50 mm 的活塞面積約 1,963 mm²,乘 0.5 MPa 約 980 N(約 100 kgf),這是本文代入公式的算例。這是理論值,實際還要扣摩擦、排氣反壓與動作時的損失,縮回時也要再扣活塞桿的面積。若是一般動態動作,用負載率 0.5 去抓,這支缸大約適合 490 N 以內的負載;負載率是製造商選型資料的經驗值,不是門檻(見本頁階段①、②)。

Q2:單動氣壓缸和雙動氣壓缸差在哪?怎麼選?

雙動缸推出與縮回都靠壓縮空氣,兩個方向都能出力、都能調速,一般自動化與治具多用這種。單動缸只有一側進氣,回程靠彈簧,斷氣時會回到固定位置,配管也少一條;但彈簧會抵掉一部分推力,行程通常也較短。只要單方向出力、或需要斷氣時停在固定位置(例如短行程的夾持),可以考慮單動缸;兩個方向都要出力或行程較長,用雙動缸。控制上,單動缸一般配 3/2 閥,雙動缸配 5/2 或 5/3 閥(見本頁階段③、④)。

Q3:氣壓缸的耗氣量怎麼算?空壓機要多大?

每走一次的用氣量,約等於活塞面積乘行程,再乘「(缸上表壓+大氣壓)÷大氣壓」,換成大氣壓下的空氣體積。例如缸徑 50 mm、行程 100 mm、0.5 MPa,推出一次約 0.196 L × 5.9 ≈ 1.2 L;縮回時扣掉活塞桿面積再算一次,兩者相加乘每分鐘往返次數,再加上缸到閥之間管路裡的空氣,就是這支缸每分鐘的用氣量(本文算例)。全廠的缸與設備加總後,空壓機容量要比計算量大,製造商選型資料的例子是至少 1.4 倍(見本頁階段②)。

Q4:氣壓缸有國際標準尺寸嗎?換別家的缸裝得上嗎?

有,ISO 15552:2018 規定附可拆式安裝件、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 32 到 320 mm 氣壓缸的基本、安裝與配件尺寸;照同一標準做的缸,安裝尺寸有互換的可能。但許多型號另有獨特尺寸,缸徑小於 32 mm 的小缸也不在這份標準的範圍內:缸徑 8~25 mm 的單桿缸另有 ISO 6432[3],缸徑 20~100 mm 的薄型缸(compact cylinder)另有 ISO 21287,這類薄型缸沒有可調緩衝,其中 32~100 mm 的安裝件沿用 ISO 15552[4]。ISO 15552:2018 於 2025 年經 ISO 複審確認,仍是現行版[2]。換缸前請對照兩邊型錄的安裝尺寸、活塞桿螺紋與感測器溝槽,或把現有缸的型號給嘉鴻對照(見本頁階段④與備註)。

需要對型式時,請先準備五項資料:負載(重量、方向、摩擦)、行程與動作時間、氣源壓力、終點的速度,以及要不要位置感測,歡迎聯繫嘉鴻。

延伸閱讀:〈伺服馬達和氣壓缸差在哪〉

備註:來源與例外

以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。您的機台規範、缸與閥的書面規格與安全標準,和本文不同時,以它們為準。

各階段的出處

來源用在哪些階段、哪些內容出處
來源 1階段①至④:負載率、推力、緩衝、動能、調壓、結露、空壓機容量一家氣動元件廠的氣壓缸選型頁(廠商資料,沒有日期)
來源 2階段①至④:倍數、面積、型式、側向負載、流量瓶頸、調速、緩衝、磁簧開關、潤滑、外形標準一家產業媒體的選型文章(2011 年 9 月 29 日)
來源 3階段①、②:推力、缸上壓力、摩擦、加速、先測試一家產業媒體刊登的選型文章(2000 年 10 月 1 日;作者是氣動元件廠的工程師,較舊)
來源 4階段②至④:餘裕、壓力與速度、緩衝的選法、斷氣時的安全、空氣品質一本流體動力雜誌的技術文章(沒有日期;由數家廠商供稿)
來源 5階段①至③:行程、側向負載、動態損失、排氣節流、密封、感測、桿鎖一家產業媒體的氣壓缸設計指南(2026 年 1 月 26 日;頁面沒有標示作者所屬公司)
來源 6備註:氣壓缸尺寸標準標準預覽頁(ISO 15552:2018,只讀到標題與目錄)
來源 7階段④:氣源處理順序、給油一家工業用品網路商的技術資料文章(2024 年 9 月 18 日發表,2025 年 8 月 12 日修改;網路商文章)
來源 8階段④:第一道與末道、流量容量一家氣動元件廠的氣源處理產品頁(廠商資料,沒有日期)
嘉鴻資料「嘉鴻能幫的」嘉鴻商品頁

表 1|缸徑、行程與型式

項目內容來源
負載率靜態動作 0.7 以下;一般動態 0.5 以下;沿導軌水平移動 1 以下;高速要再降到 0.4、0.3 或 0.2 以下來源 1
摩擦與反壓實際輸出變小,建議選大一點的缸徑來源 1
例子保持力 1,000 N、負載率 0.7、0.5 MPa、推出方向,缸徑 63 毫米來源 1
倍數垂直或摩擦大的場合,需要的力是要移動負載的兩倍來源 2
面積推力隨缸徑平方增加,缸徑加倍、推力約變四倍;拉的力是缸徑面積扣掉活塞桿截面積;回程要移動負載或雙桿缸,也要扣活塞桿面積來源 2、來源 3
型式緊湊型:短行程小空間;無桿缸:長行程或高力矩負載;行程超過約 30 吋,許多型式被排除來源 2、來源 5
側向負載推力靠近活塞桿中心線;偏心或側向負載縮短桿軸承與密封壽命;用導引,不要吊在桿端來源 2、來源 5
彎曲外露活塞桿受壓時,長度、直徑與負載要在安全範圍來源 2

表 2|推力與速度

項目內容來源
缸上壓力100 psi 的系統,用氣尖峰時缸上可能降到 80 psi 或更低(其他設備用氣、氣源受限)來源 3
摩擦約損失理論力的 1 到 10 psi,視密封型式;側向負載、不對中、特殊功能使摩擦更高來源 3
動態損失約 30%(範圍 20% 到 40%);例子:500 磅、100 psi 氣源,按 70 psi 算,標準缸徑 3.25 吋在 70 psi 下仍可舉 580 磅來源 5
加速加速度等於多餘的力除以移動的總質量,含活塞桿來源 3
流量埠徑、控制閥的進排氣流量、軟管或管路大小,若成為瓶頸,會限制進出缸的空氣來源 2
排氣節流限制排氣會產生反壓,要從工作壓力扣掉;緩慢或靜止的負載不受影響來源 5
調速單向流量控制閥:限制從缸排出的氣、讓進氣自由來源 2
速度圖條件為 0.5 MPa、垂直向上、排氣側節流(節流閥全開)、管路長度 1、2 或 3 公尺(依圖)來源 1
壓力與速度提高壓力未必加快,會增加缸的應力;快速排氣閥、把控制閥裝在缸旁較有幫助來源 4
密封U 型密封圈的缸可超過每秒 20 吋,O 型圈的缸可能封頂在約一半的速度,有時更慢;超速先傷密封來源 5
餘裕與測試不要設計到邊緣;調壓閥可降力但難加力;改缸徑成本高,先測試;稍微加大缸徑來源 3、來源 4
空壓機容量至少選計算量的 1.4 倍來源 1

表 3|緩衝、感測與安全

項目內容來源
緩衝方式橡膠緩衝墊(胺基甲酸酯,防止金屬互撞)、空氣緩衝(終點前壓縮排氣);可調與固定;沒有緩衝的缸只在低速用;較快要加外部擋塊與緩衝器來源 1、來源 2
選緩衝依速度負載、驅動速度與安裝方向;也可用外部緩衝器來源 4
動能E 等於 (m/2)×V²,對照允許動能表;超過時用更大缸徑或加外部擋塊來源 1
感測活塞磁環加非磁性缸筒,磁簧開關(例如兩端各一個)回報行程完成;擠出鋁型缸體容易裝,開關裝在缸側受保護的位置來源 2、來源 5
超速超過建議速度,先傷密封,再傷緩衝來源 5
斷氣時彈簧推出或彈簧縮回的缸,斷氣時移到全推出或全縮回;活塞桿鎖在沒有氣壓時夾住桿來源 4
桿鎖防止負載危及人員來源 5

表 4|氣源與標準

項目內容來源
空氣乾淨、乾燥、有時加油;空氣不像液壓油那麼可預測,缸要留餘裕來源 4
潤滑乾淨乾燥的空氣下,出廠潤滑脂壽命長,髒空氣會慢慢損害;一旦用加油的空氣就要一直用,給油器要維護來源 2
順序壓縮機、過濾器、調壓閥、給油器;過濾是第一步,給油器通常放末尾、靠近要潤滑的元件來源 7
給油多數新式氣動工具的密封是自潤滑的,通常不必另裝給油器;不是自潤滑才加裝來源 7
第一道與末道過濾器是第一道防線,給油器是末端元件來源 8
流量容量氣源處理組要有適當的流量容量,避免瓶頸與壓降;也要看操作環境與維護是否方便來源 8
調壓調壓閥通常設在氣源壓力的 85%來源 1
結露小型高速致動器即使用除濕空氣也可能結露,依容積比與露點查圖來源 1
外形標準美國與國際標準涵蓋外形尺寸,讓不同廠的缸有互換的可能,但許多型號另有獨特尺寸來源 2
尺寸標準ISO 15552:2018 標題:附可拆式安裝件、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 32 至 320 毫米;目錄含基本、安裝與配件尺寸(只讀到預覽頁)來源 6

標準出處

本文引用之規範,請以各發布機構之現行版本為準。

  • ISO 15552:2018《Pneumatic fluid power — Cylinders with detachable mountings, 1 000 kPa (10 bar) series, bores from 32 mm to 320 mm — Basic, mounting and accessories dimensions》氣壓傳動:附可拆式安裝件、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 32 至 320 mm 氣壓缸的基本、安裝與配件尺寸
    發布機構:ISO(國際標準化組織)
  • ISO 6432:2015《Pneumatic fluid power — Single rod cylinders, 1 000 kPa (10 bar) series, bores from 8 mm to 25 mm — Basic and mounting dimensions》氣壓傳動:單桿缸、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 8 至 25 mm 的基本與安裝尺寸
    發布機構:ISO(國際標準化組織)
  • ISO 21287:2004《Pneumatic fluid power — Cylinders — Compact cylinders, 1000 kPa (10 bar) series, bores from 20 mm to 100 mm》氣壓傳動:薄型缸、1,000 kPa(10 bar)系列、缸徑 20 至 100 mm
    發布機構:ISO(國際標準化組織)
  • ISO 8573-1:2010《Compressed air — Part 1: Contaminants and purity classes》壓縮空氣:污染物與純度等級
    發布機構:ISO(國際標準化組織)

此為一般情況,仍需視個案而定。

參考資料

  1. SMC, Air Cylinders Model Selection/Technical Data(負載率 0.7/0.5/1、高速 0.4~0.2、F = η × A × P、1,000 N→63 mm 例子、調壓 85%、耗氣量含管路、空壓機 1.4 倍、E = (m/2)×V²)— smcworld.com(PDF)
  2. ISO 15552:2018(標題、範圍、2025 年複審確認)— committee.iso.org
  3. ISO 6432:2015(缸徑 8~25 mm 單桿缸)— iso.org
  4. ISO 21287:2004(薄型缸,缸徑 20~100 mm,無可調緩衝)— iso.org
  5. ISO 8573-1:2010(壓縮空氣純度等級:粒子、水、油)— iso.org
  6. Festo, ISO cylinder DSBC(缸徑 80,依 ISO 15552)資料表:工作介質 ISO 8573-1:2010[7:4:4]、給油運轉說明— festo.com(PDF)
  7. Parker 白皮書 Compressed Air Purity (Quality) Testing(ISO 8573-1:2010 分級表)— parker.com(PDF)
  8. Joe Malloy, Matching a Pneumatic Cylinder’s Output to the Application, Machine Design(即備註「來源 3」;141 磅力、100→80 psi、摩擦 1~10 psi、A = F/m)— machinedesign.com

例外與限制

  • 看到什麼、沒看到什麼:本文看到的是 3 篇產業媒體文章(2000 年、2011 年、2026 年)、1 篇流體動力雜誌的技術文章(沒有日期)、1 份氣動元件廠的選型頁、1 份氣動元件廠的氣源處理產品頁、1 篇網路商的技術資料文章,以及 1 個標準預覽頁(ISO 15552:2018,只讀到標題與目錄)。沒有讀到 ISO 15552 的全文與範圍條文,也沒有讀到任何一款嘉鴻商品的規格書。補充查證(2026 年 11 月)另外核對了氣動元件原廠的氣壓缸選型技術資料、ISO 6432/ISO 21287/ISO 8573-1 的 ISO 官方預覽頁、一份標準缸資料表與一份壓縮空氣純度白皮書,見「參考資料」;同樣只讀到預覽頁或公開資料,沒有讀到標準全文。
  • 有立場的資料:來源 1、8 是氣動元件廠的資料;來源 3 的作者是氣動元件廠的工程師;來源 7 是網路商的文章。本文只取一般性的說法與它們自己寫的數字。
  • 數字是例子:負載率、倍數、壓力、損失比例、速度、動能、空壓機容量等數字,都是各來源的例子或經驗值,不是選型門檻;不同廠、不同缸型、不同用法會不同。來源 3 是 2000 年的文章,較舊。來源 3 以 psi 估摩擦,來源 5 以百分比估動態損失,本文沒有把兩者互相換算。
  • 換算與算例:吋、psi、磅力的換算是本文做的(1 吋約 25.4 毫米、1 psi 約 0.0689 bar、1 磅力約 4.45 N,取整數或兩位有效數字),原文是英制。動能的例子(10 公斤、每秒 0.5 公尺、約 1.25 焦耳)是本文代入來源 1 公式的算例,不是來源的數字。
  • 本文的整理:階段①「縮回的力比推出的力小」是本文依「縮回要扣掉活塞桿面積」做的推論,來源沒有直接這樣寫。其餘句子都能在來源找到對應的敘述;來源 2 與來源 4 寫的是氣缸「磁簧開關」,嘉鴻商品頁寫的是電子式磁性開關,兩者的差別,商品頁自己有說明,本文照商品頁引用。
  • 範圍:本文只談直線往復氣壓缸,不談旋轉型、氣爪、真空與氣動馬達、管路施工,也不談價格與交期。
  • 設備與商品:「嘉鴻能幫的」的數字與說法,是 2026 年 10 月 13 日讀自商品頁的文字,沒有看商品圖片,也沒有讀到規格書,不是本文查證的;規格以商品頁為準,商品頁沒有寫的,請洽詢。商品頁的型號、系列代號與廠牌,本文沒有寫;商品頁的「同場加映」「選型建議」「應用情境」,是商品頁自己的說明與建議,本文沒有引用。站上有哪些氣壓缸與配件,是用站上商品搜尋找的;商品搜尋不等於庫存查詢,需要請洽詢。

本文為一般情況的歸納,不是標準條文的轉述,也不是對某一家廠商、設備廠或服務商的背書,更不是對您設備與製程的擔保。請以您的機台規範、缸與閥的書面規格與安全標準,以及您自己的驗證為準;此為一般情況,仍需視個案而定。

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