摆动气缸怎么选？SMC 五步法：惯性矩、扭矩、摆动时间、动能、轴负载
摆动气缸（摆台）选型时，很多人只核对扭矩够不够。实际上，摆动气缸更常见的问题是转得太快：负载到端时的动能超过了缓冲能吸收的量，造成止挡损坏、角度漂移。SMC 的摆动气缸选型资料给出了一套固定顺序：惯性矩 → 所需扭矩 → 摆动时间 → 动能 → 允许负载 → 耗气量。本文按这个顺序，结合叶片式 CRB2 和齿轮齿条式 MSQ 的官方数值说明，并附一个自算例题。
选型前要准备的条件
- 负载的形状、尺寸、质量，以及安装方式（决定惯性矩）；
- 负载类型：静态负载、阻力负载还是惯性负载；
- 摆动角度和要求的摆动时间；
- 使用压力；
- 轴上受到的径向负载和轴向负载。
第 1 步：惯性矩，而不是质量
SMC 资料特别强调，摆动气缸要按惯性矩选，不能只看质量。惯性矩 I 与回转半径的平方成正比：同样 0.5 kg 的负载，挂在半径大一倍的位置，惯性矩就变成 4 倍。最常见的圆盘绕中心旋转，惯性矩为 I = mD²/8（m 为质量 kg，D 为直径 m）；其他形状按 SMC 选型资料里的惯性矩公式表计算，多个部件时分别计算后相加。
第 2 步：所需扭矩
| 负载类型 | 所需扭矩 | 说明 |
|---|---|---|
| 静态负载 | T = Ts | 例如压紧，只需要静态力 |
| 阻力负载 | T = Tf ×（3～5） | 有摩擦、重力等阻力 |
| 惯性负载 | T = Ta × 10 | Ta = I·ω̇，角加速度 ω̇ = 2θ/t² |
| 阻力 + 惯性 | T = Tf ×（3～5）+ Ta × 10 | 两者同时存在 |
算出的所需扭矩，要小于该尺寸在使用压力下的有效扭矩。例如 MSQ 的有效扭矩（N·m，0.3 MPa / 0.5 MPa）：尺寸 10 为 0.53 / 0.89，20 为 1.10 / 1.84，30 为 1.64 / 2.73，50 为 2.78 / 4.64。
第 3 步：摆动时间，统一换算成 s/90°
样本里的摆动时间调节范围都是按“每 90° 用多少秒”给的，所以要先换算：例如 180° 用 1.0 s，就是 0.5 s/90°。摆动时间长于调节范围（转得比允许的更慢），可能出现爬行，甚至卡住、停止；时间越短（转得越快），角速度越大，动能按平方关系增大，这一点在第 4 步核对。
| 系列 / 尺寸 | 摆动时间调节范围（s/90°） |
|---|---|
| CRB2 单叶片 10、15、20 | 0.03～0.3 |
| CRB2 单叶片 30 | 0.04～0.3 |
| CRB2 单叶片 40 | 0.07～0.5 |
| MSQ 10～50（调整螺栓型） | 0.2～1.0 |
| MSQ 70 / 100 / 200（调整螺栓型） | 0.2～1.5 / 0.2～2.0 / 0.2～2.5 |
第 4 步：动能，最容易被忽略的一步
动能 E = ½Iω²，其中角速度 ω = 2θ/t（θ 为摆动角 rad，t 为摆动时间 s）。算出的 E 必须小于允许动能：
| 尺寸 | MSQ 调整螺栓型（J） | MSQ 内置缓冲器型（J） | CRB2 单叶片 带橡胶缓冲 / 不带（J） |
|---|---|---|---|
| 10 | 0.007 | 0.039 | — / 0.00015 |
| 20 | 0.025 | 0.116 | 0.003 / 0.0004 |
| 30 | 0.048 | 0.116 | 0.02 / 0.015 |
| 40 | — | — | 0.04 / 0.03 |
| 50 | 0.081 | 0.294 | — |
可以看到，叶片式不带橡胶缓冲时允许动能非常小。MSQ 内置缓冲器型的样本还注明：摆动时间比规定范围更长时，能量吸收能力会大幅下降。动能超出时，SMC 建议加外置缓冲器；轴负载超出时，加外置轴承。
第 5 步：轴上的允许负载
CRB2 的允许径向负载 / 轴向负载（N）：尺寸 10 为 15 / 10，15 为 15 / 10，20 为 25 / 20，30 为 30 / 25，40 为 60 / 40。负载直接装在轴上时，务必核对这一项。
SMC 官方例题与自算例题
官方例题：MSQB30A
0.3 MPa，惯性矩 I = 0.003896 kg·m²，180°（θ = π）用时 1.5 s。所需扭矩 0.109 N·m；摆动时间换算为 0.75 s/90°，在 0.2～1.0 范围内；动能 E = 0.03414 J，小于 0.048 J；负载产生的力矩 0.392 N·m 也在允许范围内，判定可用。
自算例题：小圆盘转 90°
圆盘质量 0.5 kg，直径 0.1 m，绕中心旋转：I = 0.5 × 0.1² / 8 = 0.000625 kg·m²，摆动 90°（θ = π/2）。
- 要求 0.3 s 完成：ω = 2θ/t ≈ 10.47 rad/s，E ≈ 0.034 J。超过 MSQ20 的 0.025 J，但在 MSQ30 的 0.048 J 以内。
- 放宽到 0.5 s：ω ≈ 6.283 rad/s，E ≈ 0.0123 J，小于 MSQ20 的 0.025 J；ω̇ = 2θ/t² ≈ 12.57 rad/s²，Ta × 10 ≈ 0.079 N·m，远小于 MSQ20 在 0.3 MPa 下的 1.10 N·m；0.5 s/90° 也在 0.2～1.0 范围内。
同一个负载，只是把时间从 0.3 s 放宽到 0.5 s，就能从 MSQ30 降到 MSQ20。扭矩其实一直很富余，真正决定尺寸的是动能。
常见问题
扭矩够了为什么还会坏？
大多是动能超标，到端冲击损坏止挡或叶片。按第 4 步核对，必要时放慢摆动时间或加外置缓冲器。
摆动时间能不能调得很慢？
不能低于调节范围，否则可能爬行、卡住或停止。
叶片式和齿轮齿条式怎么选？
从允许动能看，同尺寸下 MSQ 的数值明显大于不带缓冲的 CRB2；具体仍按本文五步逐项核对。
相关阅读：CRB2BW30-90SZ 叶片式摆动气缸、MSQB20A 齿轮齿条式摆台、CDRA1BS100-180Z 摆动气缸，外置缓冲器可参考 RBC0806 液压缓冲器。
需要核对摆动气缸的惯性矩和动能，可以联系我们，提供负载尺寸、质量、摆角和时间即可。
资料来源：SMC 摆动气缸选型资料 https://ca01.smcworld.com/catalog/SMC-HP-PDF/ro_actuator_select-en.pdf；SMC CRB2 系列样本 https://content2.smcetech.com/pdf/CRB2.pdf；SMC MSQ 系列样本 https://content2.smcetech.com/pdf/MSQ.pdf。
