# 氣缸應用外部緩衝器選型計算指南

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/a-guide-to-sizing-external-shock-absorbers-for-cylinder-applications/
> Language: zh-Hant

## Summary

以單次衝擊能量、持續推力功、每小時容量、等效質量、撞擊速度及有效行程六項檢查，完成氣缸外部緩衝器選型。

## Page Content

# 氣缸應用外部緩衝器選型計算指南

外部緩衝器選型 不能在元件可承受一次移動負載動能時就宣告完成。有效選型還必須納入減速期間的氣缸推力、適用時的重力、每小時衝擊次數、撞擊速度、等效質量、緩衝器行程、回位時間、溫度及製造商安裝限制。

實務方法是先計算每次事件與每小時能量，再以特定型錄型號逐一篩查其餘極限。最後必須在實際安裝機器的最不利可信負載與速度下驗證。緩衝器只是停止系統的一部分；它不能取代安全控制、防護裝置，或所選產品規定的剛性止擋。

> 重點摘要 同時計算動能，以及緩衝器行程內持續推動負載的作用力所做的功。 至少核對六項型錄極限：單次事件能量、每小時能量、撞擊速度、等效質量、行程及回位時間。 放行前確認溫度、對準、側向負載、安裝強度、調整設定及任何必要的剛性止擋。

## 外部緩衝器選型前需要哪些輸入資料？

ACE 把每循環動能、推進能量、每循環總能量、每小時總能量、等效質量及緩衝器行程列為工業緩衝器的核心選型量。因此，只有氣缸缸徑與壓力不足以決定緩衝器（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

![用於氣缸行程末端減速的螺紋式工業緩衝器](https://assets.rodlesspneumatic.com/images/blog/a-guide-to-sizing-external-shock-absorbers-for-cylinder-applications/wp-rj-shock-absorbers-for-cylinder.jpg)

開啟型錄前，先建立輸入資料表：

| 輸入量 | 選型用途 | 核對內容 |
| --- | --- | --- |
| 移動質量， m m | 動能 | 納入負載、滑台、治具、支架及其他平移質量 |
| 撞擊速度， v v | 動能與速度極限 | 在接觸點附近量測；不要以完整行程平均速度代替 |
| 推進力， F p F_p | 減速期間增加的功 | 納入持續作用的氣缸推力、彈簧、驅動及製程力 |
| 緩衝器行程， s s | 推進功與平均力估算 | 使用所選型號的有效行程，不是機器可用空間 |
| 安裝方向， θ \theta | 重力功 | 說明重力協助或阻礙運動 |
| 每小時事件數， c c | 熱容量檢查 | 使用最高持續產能，包含重複行程 |
| 環境及局部溫度 | 密封與熱極限 | 納入附近烘箱、沖洗、機箱熱及受限氣流 |
| 負載路徑與安裝空間 | 機械整合 | 確認同軸接觸、支架剛性、側向負載、維修空間及止擋位置 |

對加速機構而言，撞擊速度可能高於距離除以時間的結果。ACE 指出，在部分加速運動計算中，最終撞擊速度可能是平均速度的 1.5 至 2 倍；只有無法實測速度時才可把它當成製造商指引，不可視為通用倍數（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

最重要的輸入往往不是質量，而是 接觸後仍持續作用的力 。若氣缸在整個緩衝器行程內持續推動，僅以 1 2 m v 2 \frac{1}{2}mv^2 計算能量，可能選出雖通過動能檢查、實際卻過熱或觸底的型號。

若撞擊速度仍不確定，可先利用[高速氣缸規格檢查表](/zh-hant/blog/the-engineers-checklist-for-specifying-high-speed-pneumatic-cylinders/)與[氣缸速度計算指南](/zh-hant/blog/how-do-you-calculate-pneumatic-cylinder-piston-velocity-for-optimal-performance/)確認氣缸中段速度及緩衝行為。

## 如何計算單次衝擊與每小時能量？

計算四個相互關聯的值：每循環動能、每循環推進能量、單次事件總能量，以及每小時總能量。ACE 在核對等效質量與行程前依此順序計算，因此單次衝擊容量必須與持續熱容量分開（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

先計算致動器接觸緩衝器瞬間的平移動能：

E k = 1 2 m v 2 E_k = \frac{1}{2}mv^2

E k E_k 是焦耳為單位的動能， m m 是公斤為單位的總平移質量， v v 是公尺每秒為單位的撞擊速度。

再計算緩衝器行程中淨推進力增加的功：

E p = F p s E_p = F_p s

E p E_p 是焦耳為單位的推進功， F p F_p 是持續把負載推入緩衝器的淨力，單位為牛頓， s s 是公尺為單位的緩衝器行程。氣缸不要直接套用理論缸徑面積推力：運動期間主動氣口壓力可能下降、排氣背壓可能反向作用，機器摩擦也可能朝任一方向。應採用可辯護的應用最不利作用力並說明假設。

對傾斜或垂直直線運動，停止距離內的重力功可表示為：

E g = ± m g s sin ⁡ θ E_g = \pm mgs\sin\theta

重力把負載推得更深入緩衝器時， E g E_g 為正；重力阻礙該運動時為負。 g g 是重力加速度， θ \theta 是由水平線量起的行程角度。

一次緩衝事件必須耗散的能量為：

E e v e n t = E k + E p + E g E_{\mathrm{event}} = E_k + E_p + E_g

持續循環時還要計算每小時能量：

E h o u r = E e v e n t c E_{\mathrm{hour}} = E_{\mathrm{event}}c

E h o u r E_{\mathrm{hour}} 是焦耳每小時為單位的能量， c c 是每小時緩衝事件數。這項熱檢查與單次衝擊檢查分開：元件可能承受一次衝擊，卻在生產循環中超過每小時散熱額定值。

> Figure: 單次事件能量結合運動動能與停止行程內新增的功；循環頻率再把結果轉換成每小時熱負載檢查。

緩衝器型錄使用的等效質量為：

m e = 2 E e v e n t v 2 m_e = \frac{2E_{\mathrm{event}}}{v^2}

m e m_e 是公斤為單位的等效質量。由於緩衝器還要處理氣缸推力或其他推進力增加的能量，它可能大於實體質量。Parker 把等效重量描述為納入推進力影響的量，並與能量一同作為選型邊界（[Parker](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/cat/english/AU08-1022-1.pdf)，查閱於 2026 年）。

初步檢查負載路徑時，平均停止力為：

F a v g = E e v e n t s F_{\mathrm{avg}} = \frac{E_{\mathrm{event}}}{s}

F a v g F_{\mathrm{avg}} 只是緩衝器行程內的平均值，不是峰值，不能單獨用來設計安裝支架、螺栓、機架、活塞桿或導引滑台。應使用製造商反作用力資料及適合機器的結構分析。

[工具 Cylinder sizing Cylinder Cushion Energy Calculator 估算動能、持續驅動功、單次事件能量、每小時能量及型錄容量使用率，再篩選確切緩衝器型號。 Cushion Energy = (0.5 x Mass x Velocity^2 + Drive Work + Gravity Work) x Safety Moving mass Impact velocity Drive force Cushion stroke 開啟計算工具 ->](/zh-hant/online-tools/pneumatic-cylinder-cushion-energy-calculator/)

## 計算範例：SMC 的 9.9 J 氣缸止擋

SMC 緩衝器選型範例採用 20 kg 負載、0.7 m/s 速度，由缸徑 40 mm、壓力 0.5 MPa 的氣缸驅動。動能為 4.9 J，氣缸推力功為 5.0 J，合計 9.9 J，等效質量為 40 kg（[SMC](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-3-en/3-p1847-1869-rb_en/spdfdata/3-p1847-1869-rb_en_19sp.htm)，查閱於 2026 年）。

動能可直接核算：

E k = 1 2 ( 20 ) ( 0.7 ) 2 = 4.9   J E_k = \frac{1}{2}(20)(0.7)^2 = 4.9\ \mathrm{J}

加上 SMC 列出的 5.0 J 推進功：

E e v e n t = 4.9 + 5.0 = 9.9   J E_{\mathrm{event}} = 4.9 + 5.0 = 9.9\ \mathrm{J}

等效質量檢查為：

m e = 2 ( 9.9 ) ( 0.7 ) 2 ≈ 40.4   k g m_e = \frac{2(9.9)}{(0.7)^2} \approx 40.4\ \mathrm{kg}

與型錄四捨五入後 40 kg 的小差異，來自中間值只顯示到小數一位。這個例子說明，只按 20 kg 實體負載選型會漏掉持續氣缸推力的影響。

計算仍不能直接指出有效產品。SMC 程序接著要依所選系列與型號核對碰撞速度、工作頻率、環境溫度及氣氛。現行網頁型錄顯示 RB、RBL 與短型 RBQ 系列的能量及行程範圍差異很大，因此系列名稱不能取代型號資料表（[SMC RB 系列](https://www.smcworld.com/webcatalog/en-jp/series/RB-E)，查閱於 2026 年）。

## 為什麼等效質量會淘汰能量相符的緩衝器？

因為 Parker 把等效質量當成獨立型錄範圍，所以即使能量相符，型號仍可能被淘汰。Parker 指出兩種不匹配症狀：等效重量太小會造成起始力過高，太大則可能在行程末端產生過高落座力（[Parker](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/cat/english/AU08-1022-1.pdf)，查閱於 2026 年）。

兩套機構可能具有相同單次能量，卻有截然不同的作用力歷程。輕而快的負載在高速度下集中能量；較重、較慢的負載則可能在整個緩衝行程內持續受到較大氣缸推力。內部節流曲線必須同時適合能量與等效質量範圍。

把等效質量視為 曲線形狀檢查 ，而不是另一個容量值。能量回答「必須耗散多少」；等效質量協助製造商判定「應以何種減速曲線完成」。因此，實體更大、能量額定值更高的元件不一定是更安全的替代品。

對可調式緩衝器，調整症狀是有用證據。Parker 工業緩衝器指引區分行程起始處的硬衝擊與行程末端的硬落座，並要求朝相反方向調整。應依確切型號程序操作，試車後鎖定設定；不可從另一系列推測調整方向（[Parker](https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/Literature-Files/pneumatic/Literature/Actuator-Cylinder/0900/0900P_Shocks_Absorber.pdf)，查閱於 2026 年）。

## 如何選擇確切的緩衝器型號？

確切型號必須通過十項應用檢查，涵蓋能量、速度、等效質量、行程、回位、溫度、負載路徑、止擋配置及環境。ACE 型號頁面分別公布這些極限，證明產品系列額定值不能驗證實際安裝元件（[ACE Controls A3X12](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/heavy-industrial-shock-absorbers/a1-1-2-to-a3/a3/a3x12.html)，查閱於 2026 年）。

為每個候選型號建立符合性表。只有在相同安裝與環境假設下，應用值落在所有公布極限內，型號才算通過。

| 型錄檢查 | 應用值 | 必要判定 |
| --- | --- | --- |
| 單次事件能量 | E e v e n t E_{\mathrm{event}} | 不得超過型號的每循環容量 |
| 每小時能量 | E h o u r E_{\mathrm{hour}} | 不得超過型號持續散熱容量 |
| 撞擊速度 | 實測或可辯護計算的 v v | 必須位於規定最小與最大範圍內 |
| 等效質量 | 計算的 m e m_e | 必須位於型號等效質量範圍內 |
| 行程 | 所選型號有效 s s | 必須符合停止距離與機器空間需求 |
| 回位時間 | 下次衝擊前的時間 | 柱塞再次受撞前必須完全回位 |
| 溫度 | 最不利局部工作範圍 | 必須位於型號公布極限內 |
| 側向負載與撞擊角度 | 安裝幾何 | 必須符合型號的軸向負載或轉接器要求 |
| 剛性止擋 | 型號特定要求 | 依公布尺寸設定止擋位置 |
| 環境 | 流體、切屑、粉塵、沖洗 | 視需要選擇密封、材料、防護或其他系列 |

例如 ACE A3X12 頁面會公布每循環及每小時能量極限、等效重量範圍、回位時間、撞擊速度範圍、溫度範圍、側向負載允許值及外部剛性止擋說明。這些數值只適用該型號；它們示範工程師應核對哪些欄位，不能轉用到其他元件（[ACE Controls A3X12](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/heavy-industrial-shock-absorbers/a1-1-2-to-a3/a3/a3x12.html)，查閱於 2026 年）。

除非製造商或已驗證設計標準要求，否則不要任意使用「只用 70% 容量」規則。通用倍數無法修正漏算推進力、錯誤撞擊速度、每小時循環過多或等效質量不匹配。若負載與速度會變化，應計算每個可信組合，並針對每項型錄極限選用最不利結果；同一工作點未必主導每一列。

外部緩衝器選型比完整的行程末端風險評估更窄。比較整台機器的內部緩衝、外部緩衝器、橡膠擋塊與機械止擋時，請使用[行程末端作用力與能量指南](/zh-hant/blog/how-can-you-accurately-calculate-and-control-dangerous-end-of-stroke-forces-in-your-pneumatic-cylinders/)。

## 安裝與試車有哪些要求？

安裝與試車需要八項控制，從剛性反作用結構到檢查空間。ACE 表示並聯使用的元件必須完全平行安裝；Parker 則公布型號特定止擋與調整說明。因此，對準與最終設定仍屬產品層級檢查（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年；[Parker](https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/Literature-Files/pneumatic/Literature/Actuator-Cylinder/0900/0900P_Shocks_Absorber.pdf)，查閱於 2026 年）。

緩衝器應在能量計算採用的位置，沿剛性負載路徑正面接觸移動件。偏心會在柱塞上產生側向負載，柔性支架則增加不受控位移並改變實際減速曲線。應核對所選製造商允許的撞擊角度，必要時使用認可的側向負載轉接器。

安裝與放行應包含：

- 剛性反作用結構： 依公布反作用資料與可信峰值負載設計支架、螺栓及機架，不可只看 F a v g F_{\mathrm{avg}} 。

- 軸向接觸： 在行程最後一段讓撞擊面與緩衝器軸線對準。應修正滑台或氣缸側向負載，不要要求緩衝器導引機構；另見[線性氣缸側向負載指南](/zh-hant/blog/how-to-mitigate-side-load-issues-in-linear-cylinder-applications/)。

- 明確接觸點： 確保撞塊在所有公差、磨耗與負載條件下都能接觸緩衝器，且不撞到本體或支架。

- 規定時設置剛性止擋： 依精確產品圖面設定位置，不要假設緩衝器本身就是機器結構端擋。

- 回位驗證： 在最高循環頻率下確認柱塞於下次衝擊前完全回位。

- 熱驗證： 以最不利條件持續循環後，確認應用仍在製造商溫度及每小時能量極限內。

- 調整控制： 依型號試車順序，審慎接近最終生產設定，鎖定並記錄。

- 檢查空間： 預留檢查洩漏、損壞、鬆動零件、柱塞回位、對準及止擋位置的空間。

ACE 說明，工業液壓緩衝器把油液壓過節流孔，將動能轉換成熱；並警告多支元件並聯時必須完全平行安裝（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

不要假設兩支緩衝器會平均分載。公差、支架撓曲、撞塊角度與時序可能讓其中一支先接觸。ACE 的計算方法只在其並聯安裝方式下，才把能量與等效質量除以並聯數量；應使用製造商認可配置並驗證同時、對準接觸（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

依我們審查氣缸止擋應用的經驗，最快速有效的試車紀錄是一頁表格，包含實測撞擊速度、實際移動質量、壓力或推進力假設、型號、止擋尺寸、調整位置、循環頻率及最終溫度觀察。缺少這份紀錄時，後續維護人員往往只能猜測調整方式。

內部空氣緩衝仍可用於日常氣缸減速，但其可用吸能能力取決於氣缸、緩衝設計、壓力、速度與調整。[氣動緩衝指南](/zh-hant/blog/how-does-pneumatic-cylinder-cushioning-work-to-prevent-damage-and-noise/)與[高速空氣緩衝指南](/zh-hant/blog/the-role-of-air-cushions-in-high-speed-cylinder-applications/)說明另一條選型路徑。

## 外部緩衝器選型流程

從衝擊定義到文件化放行，依序通過七道關卡。SMC 在計算能量後檢查碰撞速度、循環頻率、環境溫度與氣氛，ACE 另加入等效質量與行程。因此，候選型號必須同時通過型錄極限與實機行為檢查才算完整（[SMC](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-3-en/3-p1847-1869-rb_en/spdfdata/3-p1847-1869-rb_en_19sp.htm)，查閱於 2026 年；[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

任何型錄或安裝檢查得到「否」，都表示候選型號尚未驗證：應重新計算應用、改選型號、增加受控停止距離、降低速度或推力、修改安裝，或取得製造商書面指引。

> Figure: 只有在已定義的最不利可信工況下，同時通過型錄篩查與實機檢查，選型才算完成。

移動負載、氣缸壓力、速度設定、行程位置、循環頻率、安裝幾何或緩衝器型號改變時，都要重新計算。僅用於緊急狀況的安全緩衝器，與適合持續生產循環的元件屬不同產品類別，不可混用工作循環假設（[ACE Controls](https://www.acecontrols.com/us/products/safety-products/safety-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年）。

## 外部緩衝器選型常見問題

SMC 計算範例檢查的不只有焦耳數，Parker 型錄也以等效重量控制減速曲線。因此，以下回答會區分初步能量計算、型號選型與實機驗證（[SMC](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-3-en/3-p1847-1869-rb_en/spdfdata/3-p1847-1869-rb_en_19sp.htm)，查閱於 2026 年；[Parker](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/cat/english/AU08-1022-1.pdf)，查閱於 2026 年）。

### 外部緩衝器選型要檢查哪些能量值？

必須檢查單次事件能量與每小時能量。單次事件能量包含移動質量的動能，以及減速期間氣缸推力、重力、彈簧或其他作用力所做的功。每小時能量則以持續事件數乘上該結果，篩查緩衝器連續散熱能力。

### 為什麼撞擊速度比氣缸平均速度更重要？

動能與撞擊速度平方成正比，而且氣缸可能在行程中加速。總距離除以完整行程時間也包含加速與緩衝，因此未必代表接觸速度。應盡量在緩衝器附近量測，並讓工作點保持在所選型號撞擊速度範圍內。

### 較大的緩衝器一定能取代較小的型號嗎？

不一定。候選型號需要足夠能量容量，還必須符合撞擊速度、等效質量、行程、回位時間、溫度、安裝及環境要求。Parker 指出，等效重量不匹配會造成過高起始力或落座力，所以實體更大、焦耳額定值更高的元件仍可能無法良好減速。

### 每個外部緩衝器都需要獨立機械止擋嗎？

並非每種設計都採相同止擋配置。部分型號要求在指定尺寸設置外部剛性止擋，其他型號有不同安裝說明。應遵循確切產品圖面與手冊，不可假設緩衝器內部終點能承受機器結構端擋負載。

### 兩支緩衝器可以並聯安裝嗎？

製造商允許且結構可確保同時、軸向、均等接觸時可以。ACE 計算方法會在並聯元件間分配應用量，但要求精確平行安裝。若支架撓曲、撞塊角度、公差或時序使其中一支先接觸，就不能假設平均分載。

### 資料來源與技術參考

- [ACE Controls，工業緩衝器設計計算基礎](https://www.acecontrols.com/us/cad-downloads/knowledge/calculation-bases-for-the-design-of-industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [ACE Controls，工業緩衝器](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/industrial-shock-absorbers.html)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [ACE Controls，A3X12 型號資料](https://www.acecontrols.com/us/products/automation-control/heavy-industrial-shock-absorbers/a1-1-2-to-a3/a3/a3x12.html)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [Parker，緩衝器工程型錄 AU08-1022-1](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/cat/english/AU08-1022-1.pdf)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [Parker，工業緩衝器型錄 0900P](https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/Literature-Files/pneumatic/Literature/Actuator-Cylinder/0900/0900P_Shocks_Absorber.pdf)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [SMC，緩衝器型號選型範例](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-3-en/3-p1847-1869-rb_en/spdfdata/3-p1847-1869-rb_en_19sp.htm)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [SMC，RB 系列網頁型錄](https://www.smcworld.com/webcatalog/en-jp/series/RB-E)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。

- [SMC，緩衝器選型軟體](https://www.smcworld.com/select/samss/en-jp/index.html)，查閱於 2026 年 7 月 19 日。