氣動執(zhí)行元件

1、第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1 氣缸氣缸10.2 氣動馬達氣動馬達10.3 氣缸的選擇和使用要求氣缸的選擇和使用要求思考題與習題思考題與習題 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1 氣缸氣缸 10.1.1氣缸的分類在氣動自動化系統(tǒng)中，氣缸由于其具有相對較低的成本，容易安裝，結(jié)構(gòu)簡單，耐用，各種缸徑尺寸及行程可選等優(yōu)點，因而是應用最廣泛的一種執(zhí)行元件。根據(jù)使用條件不同，氣缸的結(jié)構(gòu)、形狀和功能也不一樣。 要完全確切地對氣缸進行分類是比較困難的。氣缸主要的分類方式如下。 1. 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)可將氣缸分為如圖10-1所示的幾類。 第

2、第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-1 按結(jié)構(gòu)分類單作用雙作用單活塞桿單作用雙作用雙活塞桿有活塞桿機械耦合機 械 耦 合繩索、鋼纜無活塞桿單活塞雙活塞平膜片滾動膜片皮囊活塞式膜片式氣缸第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2. 按尺寸分類通常稱缸徑為2.56 mm的為微型氣缸， 825 mm的為小型氣缸， 32320 mm的為中型氣缸， 大于320 mm的為大型氣缸。 3. 按安裝方式分類按安裝方式可將氣缸分為如下兩類：(1) 固定式氣缸： 氣缸安裝在機體上固定不動， 如圖10-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。 (2) 擺動式氣缸： 缸體圍繞一個固定軸可作一定角度的擺動， 如

3、圖10-2（e）、（f）、（g）所示。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-2 按氣缸安裝方式分類第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 4. 按緩沖方式分類活塞運動到行程終端的速度較大，為防止活塞在行程終端撞擊端蓋造成氣缸損傷和降低撞擊噪音，在氣缸行程終端，一般都設(shè)有緩沖裝置。緩沖可分為單側(cè)緩沖和雙側(cè)緩沖、 固定緩沖和可調(diào)緩沖。 將設(shè)有緩沖裝置的氣缸稱緩沖氣缸；否則， 就是無緩沖氣缸。 無緩沖氣缸適用于微型氣缸、小型單作用氣缸和短行程氣缸。氣缸的緩沖可分為彈性墊緩沖(一般為固定的)和氣墊緩沖(一般為可調(diào)的)。彈性墊緩沖是在活塞兩側(cè)設(shè)置橡膠墊，或者在兩端缸蓋上設(shè)置橡膠墊，以吸收動能

4、， 常用于缸徑小于25 mm的氣缸。 氣墊緩沖是利用活塞在行程終端前封閉的緩沖腔室所形成的氣墊作用來吸收動能的， 適用于大多數(shù)氣缸的緩沖。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 5. 按潤滑方式分類按潤滑方式可將氣缸分為給油氣缸和不給油氣缸兩種。 給油氣缸使用的工作介質(zhì)是含油霧的壓縮空氣， 它對氣缸內(nèi)活塞、 缸筒等相對運動部件進行潤滑。 不給油氣缸所使用的壓縮空氣中不含油霧， 是靠裝配前預先添加在密封圈內(nèi)的潤滑脂使氣缸運動部件潤滑的。 使用時應注意，不給油氣缸也可以給油，但一旦給油，以后必須一直當給油氣缸使用，否則將引起密封件過快磨損。 這是因為壓縮空氣中的油霧已將潤滑脂洗去，而使氣缸內(nèi)部處

5、于無油潤滑狀態(tài)。6. 按驅(qū)動方式分類按驅(qū)動氣缸時壓縮空氣作用在活塞端面上的方向分，有單作用氣缸和雙作用氣缸兩種。第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.2普通氣缸普通氣缸是指缸筒內(nèi)只有一個活塞和一個活塞桿的氣缸。有單作用和雙作用氣缸兩種。 1. 雙作用氣缸動作原理如圖10-3所示為普通型單活塞桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)原理。雙作用氣缸一般由缸筒1、前缸蓋3、后缸蓋2、活塞8、活塞桿4、密封件和緊固件等零件組成，缸筒1與前后缸蓋之間由四根螺桿將其緊固鎖定。 缸內(nèi)有與活塞桿相連的活塞，活塞上裝有活塞密封圈。 為防止漏氣和外部灰塵的侵入，前缸蓋上裝有活塞桿、密封圈和防塵密封圈。這種雙作用氣缸被活塞

6、分成兩個腔室：有桿腔(簡稱頭腔或前腔)和無桿腔(簡稱尾腔或后腔)。 有活塞桿的腔室稱為有桿腔，無活塞桿的腔室稱為無桿腔。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 從無桿腔端的氣口輸入壓縮空氣時，若氣壓作用在活塞左端面上的力克服了運動摩擦力、負載等各種反作用力， 則當活塞前進時， 有桿腔內(nèi)的空氣經(jīng)該端氣口排出， 使活塞桿伸出。同樣， 當有桿腔端氣口輸入壓縮空氣時，活塞桿縮回至初始位置。通過無桿腔和有桿腔交替進氣和排氣，活塞桿伸出和縮回， 氣缸實現(xiàn)往復直線運動。 氣缸缸蓋上未設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為無緩沖氣缸，缸蓋上設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。如圖10-3所示的氣缸為緩沖氣缸，緩沖裝置由緩沖節(jié)流

7、閥10、緩沖柱塞9和緩沖密封圈等組成。當氣缸行程接近終端時，由于緩沖裝置的作用，可以防止高速運動的活塞撞擊缸蓋的現(xiàn)象發(fā)生。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-3普通型單活塞桿雙作用缸(a) 外觀； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 職能符號 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2. 單作用氣缸動作原理單作用氣缸在缸蓋一端氣口輸入壓縮空氣使活塞桿伸出（或縮回）， 而另一端靠彈簧力、 自重或其他外力等使活塞桿恢復到初始位置。 單作用氣缸只在動作方向需要壓縮空氣， 故可節(jié)約一半壓縮空氣。 主要用在夾緊、 退料、 阻擋、 壓入、 舉起和進給等操作上。 根據(jù)復位彈簧位置將作用氣缸分為預縮型氣缸和

8、預伸型氣缸。 當彈簧裝在有桿腔內(nèi)時，由于彈簧的作用力而使氣缸活塞桿初始位置處于縮回位置，我們將這種氣缸稱為預縮型單作用氣缸； 當彈簧裝在無桿腔內(nèi)時，氣缸活塞桿初始位置為伸出位置的稱為預伸型氣缸。第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 如圖10-4所示為預縮型單作用氣缸結(jié)構(gòu)原理， 這種氣缸在活塞桿側(cè)裝有復位彈簧， 在前缸蓋上開有呼吸用的氣口。 除此之外， 其結(jié)構(gòu)基本上和雙作用氣缸相同。 圖示單作用氣缸的缸筒和前后缸蓋之間采用滾壓鉚接方式固定。 單作用缸行程受內(nèi)裝回程彈簧自由長度的影響，其行程長度一般在100 mm以內(nèi)。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-4單作用氣缸(a) 幾種型號

9、單作用氣缸外觀； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 職能符號(a)呼吸孔12 345 689710111后缸蓋；2橡膠緩沖墊；3活塞密封圈；4導向環(huán)；5活塞；6彈簧；7缸筒；8活塞桿；9前缸蓋；10螺母；11導向套(b)(c)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 3. 氣缸的基本結(jié)構(gòu)活塞式氣缸主要由缸筒、活塞桿、活塞、導向套、前缸與后缸蓋以及密封等元件組成。 1） 缸筒缸筒一般采用圓筒形結(jié)構(gòu)，但隨著氣缸品種的發(fā)展及加工工藝技術(shù)的提高， 已廣泛采用方形、矩形的異形管材和用于防轉(zhuǎn)氣缸的矩形或橢圓孔的異形管材。 缸筒材料一般采用冷拔鋼管、鋁合金管、不銹鋼管、銅管和工程塑料管。中、 小型氣缸大多用鋁合金管和不

10、銹鋼管，對于廣泛使用的開關(guān)氣缸的缸筒要求用非導磁材料，用于冶金、汽車等行業(yè)的重型氣缸一般采用冷拔精拉鋼管， 也有用鑄鐵管的。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 缸筒材料表面要求有一定的硬度，以抗活塞運動時的磨損。鋼管內(nèi)表面需鍍鉻珩磨，鍍層厚度為0.02 mm，鋁合金管需硬質(zhì)陽極氧化處理，硬氧膜層厚度為3050 m。 缸筒與活塞間隙配合精度為H9級，圓柱度誤差在0.0020.003范圍內(nèi)，表面粗糙度在Ra0.20.4范圍內(nèi)，缸筒兩端面對內(nèi)孔軸線的垂直度允差在0.050.1范圍內(nèi)，氣缸筒應能承受1.5倍最高工作壓力條件下的耐壓試驗，不得有泄漏。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 缸筒壁

11、厚可根據(jù)薄壁筒的計算公式進行計算。式中，b表示缸筒壁厚， 單位為cm；D表示缸筒內(nèi)徑，單位為cm；p表示缸筒承受的最大氣壓力， 單位為MPa；表示缸筒材料的許用應力， 單位為MPa。 實際缸筒壁較厚，對于一般用途的氣缸約取計算值的7倍， 重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺寸。 2pDb (10-1)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2） 活塞桿活塞桿是用來傳遞力的重要零件,要求能承受拉伸、 壓縮、 振動等負載,表面耐磨,不生銹。 活塞桿材質(zhì)一般選用35、45碳鋼，特殊場合用精軋不銹鋼等材料，鋼材表面需鍍鉻及調(diào)質(zhì)熱處理。 氣缸使用時必須注意活塞桿強度問題。由于活塞桿頭部的螺紋受

12、沖擊而遭受破壞； 多數(shù)場合活塞桿承受的是推力負載,因此必須考慮細長桿的壓桿穩(wěn)定性。 氣缸水平安裝時,應考慮活塞桿伸出因自重而引起活塞桿頭部下垂的問題。 活塞桿頭部連接處,在大慣性負載運動停止時， 往往伴隨著沖擊,由于沖擊作用而容易引起活塞桿頭部遭受破壞。 因此,在使用時應檢查負載的慣性力,設(shè)置負載停止的阻擋裝置和緩沖吸收裝置,以及消除活塞桿上承受的不合理的作用力。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 3） 活塞氣缸活塞受氣壓作用產(chǎn)生推力， 并在缸筒內(nèi)做摩擦滑動， 且必須承受沖擊。 在高速運動場合， 活塞有可能撞擊缸蓋。 因此， 要求活塞具有足夠的強度和良好的滑動特性。 對氣缸用的活塞應充分

13、重視其滑動性能， 特別是耐磨性和不發(fā)生“咬缸”現(xiàn)象?；钊膶挾扰c采用密封圈的數(shù)量、導向環(huán)的形式等因素有關(guān)。 一般活塞寬度越小，氣缸的總長就越短?；钊幕瑒用嫘∪菀滓鹪缙谀p或卡死，如“咬缸”現(xiàn)象。一般對標準氣缸而言， 活塞寬度約為缸徑的20%25% 該值需綜合考慮使用條件，由活塞與缸筒、 活塞桿與導向套的間隙尺寸等因素來決定。 活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型氣缸的活塞有的是用黃銅制造的。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 5） 密封在氣動元件中的密封大致分為兩類：動密封和靜密封。缸筒和缸蓋等固定部分的密封稱為靜密封； 活塞在缸筒里作回轉(zhuǎn)或往復運動處的部件密封稱為動密封。 (1）氣缸的

14、密封可分為如下幾種： 缸蓋和缸筒連接的密封：一般將“O”形密封圈安裝在缸蓋與缸筒配合的溝槽內(nèi)，構(gòu)成靜密封。有時也將橡膠等平墊圈安裝在連接止口上，構(gòu)成平面密封。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-5氣缸常用的密封結(jié)構(gòu)(a) “O”型密封圈； (b) 異型密封圈；(b) (c) 方型密封圈；(c) (d) 唇型密封圈， 兩側(cè)安裝； (e) 滑動環(huán)支撐溝槽密封圈； (f) “L”型密封圈； (g) “W”型密封圈(a)(b)(c)(d)(g)(f)(e)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 活塞的密封： 活塞有兩處地方需密封。 一處是活塞與缸筒間的動密封， 除了用“”形圈和唇形圈外，

15、 還可用“W”形密封， 它是把活塞與橡膠硫化成一體的一種密封結(jié)構(gòu)， “W”形密封是雙向密封， 軸向尺寸??； 另一處是活塞與活塞桿連接處的靜密封， 一般用“O”形密封圈。 如圖10-5所示為常用的活塞式密封結(jié)構(gòu)。 活塞桿的密封： 一般在缸蓋的溝槽里放置唇形圈和防塵圈， 或防塵組合圈， 以保證活塞桿往復運動的密封和防塵。 緩沖密封： 有兩種方法。 一種是將孔用唇形圈安裝在緩沖柱塞上； 另一種是使用氣缸緩沖專用密封圈， 它是用橡膠和一個圓形鋼圈硫化成一體而構(gòu)成的， 壓配在缸蓋上作緩沖密封， 這種緩沖專用密封圈的性能比前者好。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 (2）密封原理：氣缸密封性能的好壞

16、，是影響氣缸性能的重要因素。按密封原理，可將密封圈分成壓縮密封圈和氣壓密封圈兩大類， 如圖10-6所示。壓縮密封是依靠安裝時的預壓縮力使密封圈產(chǎn)生彈性變形而達到密封作用的， 如“”型和方型密封圈等，如圖10-6（a）所示；氣壓密封是靠工作氣壓使密封圈的唇部變形來達到密封作用的， 如唇型密封圈， 如圖10-6（b）所示。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-6兩種密封原理(a) 壓縮密封； (b) 氣壓密封 無氣壓力時有氣壓力時壓縮空氣活塞密封圈唇部 缸筒密封圈(a)(b)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 (3） 密封材料：常用的有丁腈橡膠（工作溫度在-20 +80 范圍內(nèi)）、

17、氟橡膠（工作溫度在-20 +190 范圍內(nèi)）、聚四氟乙烯（工作溫度在-20 +200 范圍內(nèi)）。為了提高可靠性， 應根據(jù)工作條件及溫度范圍選擇合適的密封材料。 10.1.3標準氣缸標準氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的， 結(jié)構(gòu)是容易制造的， 是普通廠商通常作為通用產(chǎn)品供應給市場的氣缸。 如符合國際標準ISO6430、 ISO6431或ISO6432的普通氣缸， 符合我國標準GB810387（即ISO6431）、 德國標準DIN ISO6431等氣缸都是標準氣缸。第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 在國際上， 幾乎所有的氣動專業(yè)廠商目前都已生產(chǎn)符合ISO6431、 ISO6432標準的氣缸

18、。對于ISO6431標準而言， 其主要內(nèi)容是對氣缸的缸徑系列、 活塞桿伸出部分的螺紋尺寸做了規(guī)定， 對同一缸徑的氣缸的外形尺寸（其長度、 寬度、 高度）做了限制， 并對氣缸的連接尺寸做了統(tǒng)一的規(guī)定。這一規(guī)定僅針對連接件對外部的連接尺寸做了統(tǒng)一， 而對連接件與氣缸的連接尺寸未做規(guī)定。 因此，對于兩家都符合ISO6431標準的氣缸不能直接互換， 而必須連同連接件一起更換。 這一點在氣缸選用時要特別注意。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.4氣缸的規(guī)格氣缸的缸筒內(nèi)徑D（簡稱缸徑）和活塞行程L是選擇氣缸的重要參數(shù)。 1. 缸筒內(nèi)徑D2. 活塞行程L氣缸活塞行程系列按照優(yōu)先順序分成三個等

19、級選用。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2. 活塞行程L氣缸活塞行程系列按照優(yōu)先順序分成三個等級選用,見表10-2至表10-4。 3. 常用中、 小型氣缸尺寸常用中、 小型氣缸尺寸見表10-5。 其中,標準行程是指符合行程系列尺寸的,生產(chǎn)廠商能正常供貨的規(guī)格。 2. 活塞行程L氣缸活塞行程系列按照優(yōu)先順序分成三個等級選用,見表10-2至表10-4。 3. 常用中、 小型氣缸尺寸常用中、 小型氣缸尺寸見表10-5。 其中,標準行程是指符合行程系列尺寸的， 生產(chǎn)廠商能正常供貨的規(guī)格。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.5普通氣缸的設(shè)計計算1. 氣缸的理論輸出力普通雙作用氣

20、缸的理論推力F0為式中，D表示缸徑，單位為m；p表示氣缸的工作壓力， 單位為Pa。 理論拉力F1為 式中，d表示活塞桿直徑時，估算時可令d=0.3D，單位為m。 pDF204(10-2)pdDF2214(10-3)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 如圖10-7所示為普通雙作用氣缸的理論推力。 圖10-7氣缸的理論推力21085433458100234211023 4 5810023 4 58100023 4 581000023 4 5810000023 4 56 8 1012缸徑/mm推力/N工作壓力 / bar第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 普通單作用氣缸(預縮型)理論推力為理

21、論拉力為普通單作用氣缸(預伸型)理論推力為得理論拉力為1204tFpDF（10-4） 21tFF （10-5） 20tFF (10-6)12214tFpdDF(10-7)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 式中，D表示缸徑，單位為m；d表示活塞桿直徑， 單位為m；p表示工作壓力，單位為Pa；Ft1表示復位彈簧預壓量及行程所產(chǎn)生的彈簧力，單位為N；Ft2表示復位彈簧預緊力，單位為N。2. 氣缸的負載率氣缸的負載率（）是指氣缸的實際負載力F與理論輸出力F0之比。負載力是選擇氣缸的重要因素。負載情況不同， 作用在活塞軸上的實際負載力也不同。表10-6所示為幾個負載實例。 %1000FF(10-8

22、)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 表10-6 負載狀態(tài)與負載力 負載率的選取與負載的運動狀態(tài)有關(guān)， 可參考表10-7。WWW提升夾緊負載狀態(tài)負載力F WF K(夾緊力)水平滾動FW取摩擦系數(shù)0.10.4FW取摩擦系數(shù)0.20.8水平滑動第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 表10-7負載率與負載的運動狀態(tài)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 【例10-1】用氣缸水平推動臺車，負載質(zhì)量m=150kg，臺車與床面間摩擦系數(shù)=0.3，氣缸行程L=300 mm，要求氣缸的動作時間t=0.8s，工作壓力p=0.5MPa, 試選定缸徑。 解 軸向負載力為F=mg=0.31509.8=450 (

23、N)氣缸的平均速度為)/(3758 . 0300smmtsv第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 按表10-7選取負載率為 =0.5理論輸出力為由式(10-2)得雙作用氣缸缸徑為故選取雙作用缸的缸徑為50 mm。 )(9005 . 04500NFF)(9 .475 . 0900440mmpFD第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 3. 氣缸的耗氣量氣缸的耗氣量是指氣缸往復運動時所消耗的壓縮空氣量，它的大小與氣缸的性能無關(guān)，但它是選擇空壓機排量的重要參數(shù)。 氣缸的耗氣量與氣缸的活塞直徑D、活塞桿直徑d、 活塞的行程L以及單位時間往返次數(shù)N有關(guān)。 以單活塞桿雙作用氣缸為例，活塞桿伸出和退回行程

24、的耗氣量分別為 LDV214(10-9)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 因此， 活塞往復一次所耗的壓縮空氣量為若活塞每分鐘往返N次，則每分鐘活塞運動的耗氣量為V=VN (10-12)2(42221dDLVVV(10-11) LdDV4)(222(10-10) 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 式（10-12）計算的是理論耗氣量，但由于泄漏等因素的影響，實際耗氣量要更大些。因此，實際耗氣量為 Vs=(1.21.5)V (10-13)式（10-12）和式（10-13）計算的是壓縮空氣的耗氣量，這是選擇氣源供氣量的重要依據(jù)。未經(jīng)壓縮的自由空氣的耗氣量要比該值大，當實際消耗的壓縮空氣量為

25、Vs時， 其自由空氣的耗氣量Vsz為 式中，p為工作壓力 單位為MPa。 圖10-8所示為耗氣量的計算曲線，即耗氣量與工作壓力、 缸徑之間的關(guān)系。 1013. 01013. 0pVVssz第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-8耗氣量的計算曲線圖43210085432100.01234 580.1234 58 123 4 58 10234 58 1002缸徑/mm耗氣量/(L/cm)工作壓力/(0.1MPa)46810 12第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.6無桿氣缸無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接地實現(xiàn)往復運動。行程為L的有活塞桿氣缸，沿行程方

26、向的實際占有安裝空間約為2.2L。沒有活塞桿，則占有安裝空間僅為1.2L，且行程缸徑比可達50100。沒有活塞桿，還能避免由于活塞桿及桿密封圈的損傷而帶來的故障。而且，由于沒有活塞桿， 活塞兩側(cè)受壓面積相等，雙向行程具有同樣的推力， 有利于提高定位精度。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 這種氣缸的最大優(yōu)點是節(jié)省了安裝空間， 特別適用于小缸徑、 長行程的場合。 無桿氣缸現(xiàn)已廣泛用于數(shù)控機床、 注塑機等的開門裝置上及多功能坐標機器手的位移和自動輸送線上工件的傳送等。 無桿氣缸主要分機械接觸式和磁性耦合式兩種， 而將磁性耦合無桿氣缸稱為磁性氣缸。 如圖10-9所示為無桿氣缸。 在拉制而成的不

27、等壁厚的鋁制缸筒上開有管狀溝槽縫， 為保證開槽處的密封， 設(shè)有內(nèi)外側(cè)密封帶。 內(nèi)側(cè)密封帶3靠氣壓力將其壓在缸筒內(nèi)壁上， 起密封作用。 外側(cè)密封帶4起防塵作用。 活塞軛7穿過長開槽， 把活塞5和滑塊6連成一體。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 活塞軛7又將內(nèi)、外側(cè)密封帶分開，內(nèi)側(cè)密封帶穿過活塞軛，外側(cè)密封帶穿過活塞軛與滑塊之間，但內(nèi)、 外側(cè)密封帶未被活塞軛分開處，相互夾持在缸筒開槽上，以保持槽被密封。內(nèi)、外側(cè)密封帶兩端都固定在氣缸缸蓋上。與普通氣缸一樣，兩端缸蓋上帶有氣緩沖裝置。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-9無桿氣缸(a) 外觀； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 職能符號6

28、1234578(b)1節(jié)流閥；2緩沖柱塞；3內(nèi)側(cè)密封帶；4外側(cè)密封帶；5活塞；6滑塊；7活塞軛；8缸筒(a)(c)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 在壓縮空氣作用下，活塞-滑塊機械組合裝置可以做往復運動。這種無桿氣缸通過活塞-滑塊機械組合裝置傳遞氣缸輸出力，缸體上管狀溝槽可以防止其扭轉(zhuǎn)。圖10-9（a）為德國氣動元件制造商FESTO的DGP型無桿缸的外觀。 10.1.7磁感應氣缸圖10-10為一種磁性耦合的無桿氣缸。它是在活塞上安裝了一組高磁性的永久磁環(huán)4， 磁力線通過薄壁缸筒(不銹鋼或鋁合金非導磁材料)與套在外面的另一組磁環(huán)2作用。 由于兩組磁環(huán)極性相反，因此它們之間有很強的吸力。 若

29、活塞在一側(cè)輸入氣壓作用下移動，則在磁耦合力作用下帶動套筒與負載一起移動。 在氣缸行程兩端設(shè)有空氣緩沖裝置。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 它的特點是體積小，重量輕，無外部空氣泄漏， 維修保養(yǎng)方便等。當速度快、負載大時，內(nèi)外磁環(huán)易脫開，即負載大小受速度影響，且磁性耦合的無桿氣缸中間不可能增加支撐點，最大行程受到限制。 圖10-10磁性無活塞桿氣缸(a) 外觀； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 職能符號1套筒(移動支架)；2外磁環(huán)(永久磁鐵)；3外磁導板；4內(nèi)磁環(huán)(永久磁鐵)；5內(nèi)導磁板；6壓蓋；7卡環(huán)；8活塞；9活塞軸；10緩沖柱塞；11氣缸筒；12端蓋；13進排氣口111(c)(b)2 34

30、 5689 1012713(a)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.8帶磁性開關(guān)的氣缸 磁性開關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上裝有一個永久性磁環(huán)，而將磁性開關(guān)裝在氣缸的缸筒外側(cè)。 其余和一般氣缸并無兩樣。氣缸可以是各種型號的氣缸，但缸筒必須是導磁性弱、 隔磁性強的材料，如鋁合金、不銹鋼、 黃銅等。 當隨氣缸移動的磁環(huán)靠近磁性開關(guān)時， 舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而觸點閉合，產(chǎn)生電信號；當磁環(huán)離開磁性開關(guān)后，簧片失磁，觸點斷開。這樣可以檢測到氣缸的活塞位置而控制相應的電磁閥動作。圖10-11為帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理圖。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-11 帶磁性開關(guān)氣缸的工

31、作原理圖。 舌簧開關(guān)動作指示燈保護電路開關(guān)外殼導線活塞磁環(huán)(永久磁環(huán))缸筒第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 以前，氣缸行程位置的檢測是靠在活塞桿上設(shè)置行程擋塊觸動機械行程閥來發(fā)送信號的。 從而給設(shè)計、安裝、制造帶來不便，而用磁性開關(guān)氣缸則使用方便，結(jié)構(gòu)緊湊，開關(guān)反應時間快，故得到了廣泛應用。10.1.9擺動氣缸擺動氣缸是出力軸被限制在某個角度內(nèi)做往復擺動的一種氣缸，又稱為旋轉(zhuǎn)氣缸。擺動氣缸目前在工業(yè)上應用廣泛， 多用于安裝位置受到限制或轉(zhuǎn)動角度小于360的回轉(zhuǎn)工作部件，其動作原理也是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 常用的擺動氣缸的最大擺動角度分為90、180、270三種規(guī)格。 如圖10

32、-12所示為其應用實例。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-12擺動氣缸的應用實例(a) 輸送線的翻轉(zhuǎn)裝置； (b) 機械手的驅(qū)動； (c) 分度盤的驅(qū)動； (d) 閥門的開閉(a)(b)(c)(d)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 按照擺動氣缸的結(jié)構(gòu)特點可分為齒輪齒條式和葉片式兩類。 1. 齒輪齒條式擺動氣缸齒輪齒條式擺動氣缸有單齒條和雙齒條兩種。圖10-13為單齒條式擺動氣缸，其結(jié)構(gòu)原理為壓縮空氣推動活塞6從而帶動齒條組件3作直線運動，齒條組件3則推動齒輪4做旋轉(zhuǎn)運動，由輸出軸5（齒輪軸）輸出力矩。輸出軸與外部機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸相連，讓外部機構(gòu)作擺動。 第第10章章 氣動執(zhí)行元

33、件氣動執(zhí)行元件 圖10-13齒輪齒條式擺動氣缸結(jié)構(gòu)原理 (a) 外觀； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 職能符號 (a)12345687(b)(c)1緩沖節(jié)流閥；2緩沖柱塞；3齒條組件；4齒輪；5輸出軸；6活塞；7缸體；8端蓋；第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 擺動氣缸的行程終點位置可調(diào)，且在終端可調(diào)緩沖裝置，緩沖大小與氣缸擺動的角度無關(guān)，在活塞上裝有一個永久磁環(huán)， 行程開關(guān)可固定在缸體的安裝溝槽中。 2. 葉片式擺動氣缸葉片式擺動氣缸可分為單葉片式、 雙葉片式和多葉片式三種。 葉片越多， 擺動角度越小，但扭矩卻要增大。 單葉片型輸出擺動角度小于360，雙葉片型輸出擺動角度小于180，三葉片型則

34、在120以內(nèi)。 如圖10-14（b）、（c）所示分別為單、 雙葉片式擺動氣缸的結(jié)構(gòu)原理。 在定子上有兩條氣路， 當左腔進氣時， 右腔排氣， 葉片在壓縮空氣作用下逆時針轉(zhuǎn)動， 反之， 作順時針轉(zhuǎn)動。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 旋轉(zhuǎn)葉片將壓力傳遞到驅(qū)動軸上作擺動。 可調(diào)止動裝置與旋轉(zhuǎn)葉片相互獨立， 從而使得擋塊可以調(diào)節(jié)擺動角度大小。 在終端位置， 彈性緩沖墊可對沖擊進行緩沖。如圖10-14（a）所示為葉片式擺動缸的外觀。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-14葉片式擺動氣缸(a) 外觀； (b)、 (c) 結(jié)構(gòu)原理321(b)(c)123(a)1葉片；2定子；3擋塊；第

35、第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.10氣爪（手指氣缸）氣爪能實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機械手的關(guān)鍵部件。 如圖10-15所示的氣爪具有如下特點：(1) 所有的結(jié)構(gòu)都是雙作用的，能實現(xiàn)雙向抓取，可自動對中， 重復精度高； (2) 抓取力矩恒定； (3) 在氣缸兩側(cè)可安裝非接觸式檢測開關(guān)； (4) 有多種安裝、連接方式。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 如圖10-15（a）所示為FESTO平行氣爪，平行氣爪通過兩個活塞工作，兩個氣爪對心移動。這種氣爪可以輸出很大的抓取力， 既可用于內(nèi)抓取，也可用于外抓取。 如圖10-15（b）所示為FESTO擺動氣爪，內(nèi)、外抓取40擺角，抓

36、取力大，并確保抓取力矩始終恒定。如圖10-15（c）所示為FESTO旋轉(zhuǎn)氣爪，其動作和齒輪齒條的嚙合原理相似。兩個氣爪可同時移動并自動對中， 其齒輪齒條原理確保了抓取力矩始終恒定。 圖10-15（d）所示為FESTO三點氣爪，三個氣爪同時開閉， 適合夾持圓柱體工件及工件的壓入工作。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-15氣爪(a) 平行氣爪； (b) 擺動氣爪；(b) (c) 旋轉(zhuǎn)氣爪； (d) 三點氣爪第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.1.11氣、 液阻尼缸氣、液阻尼缸是一種由氣缸和液壓缸構(gòu)成的組合缸。 它由氣缸產(chǎn)生驅(qū)動力， 用液壓缸的阻尼調(diào)節(jié)作用獲得平穩(wěn)運動。 這

37、種氣缸常用于機床和切削加工的進給驅(qū)動裝置， 用于克服普通氣缸在負載變化較大時容易產(chǎn)生的“爬行”或“自移”現(xiàn)象，可以滿足驅(qū)動刀具進行切削加工的要求。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 如圖10-16所示為串聯(lián)式氣、液阻尼缸原理。它的液壓缸和氣缸共用同一缸體，兩活塞固聯(lián)在同一活塞桿上。當氣缸右腔供氣左腔排氣時，活塞桿伸出的同時帶動液壓缸活塞左移， 此時，液壓缸左腔排油經(jīng)節(jié)流閥流向右腔，對活塞桿的運動起阻尼作用。調(diào)節(jié)節(jié)流閥便可控制排油速度， 由于兩活塞固聯(lián)在同一活塞桿上，因此，也控制了氣缸活塞的左行速度。 反向運動時，因單向閥開啟，所以活塞桿可快速縮回，液壓缸無阻尼。油箱是為了克服液壓缸兩腔面

38、積差和補充泄漏用的， 如將氣缸、液壓缸位置改為圖10-17所示的并聯(lián)型氣、液阻尼缸， 則油箱可省去，改為油杯補油即可。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-16串聯(lián)式氣、 液阻尼缸氣缸液壓缸單向閥油箱節(jié)流閥第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-17并聯(lián)式氣、 液阻尼缸液壓缸液壓缸氣缸第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.2 氣動馬達氣動馬達 氣動馬達是一種作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件， 是一種把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置， 其作用相當于電動機或液壓馬達， 它輸出轉(zhuǎn)矩， 驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。 在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、 活塞式和齒輪式氣

39、動馬達。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 1. 葉片式氣動馬達的工作原理如圖10-18所示是雙向葉片式氣動馬達的工作原理。 壓縮空氣由A孔輸入，小部分經(jīng)定子兩端的密封蓋的槽進入葉片底部(圖中未表示)，將葉片推出，使葉片貼緊在定子內(nèi)壁上，大部分壓縮空氣進入相應的密封空間而作用在兩個葉片上。由于兩葉片伸出長度不等，因此，就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩差，使葉片與轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，作功后的氣體由定子上的孔C和B排出。 若改變壓縮空氣的輸入方向（即壓縮空氣由B孔進入， 從孔和C孔排出） 則可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-18雙向旋轉(zhuǎn)的葉片式馬達(a) 結(jié)構(gòu)； (b) 職能

40、符號AB(a)(b)C1321葉片；2轉(zhuǎn)子；3定子；第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2. 氣動馬達的特點及應用1） 氣動馬達的特點氣動馬達一般具有如下特點：(1）工作安全，具有防爆性能，適用于惡劣的環(huán)境， 在易燃、易爆、高溫、振動、潮濕、粉塵等條件下均能正常工作。 (2）有過載保護作用。過載時，馬達只是降低或停止轉(zhuǎn)速； 當過載解除， 繼續(xù)運轉(zhuǎn)， 并不產(chǎn)生故障。 (3） 可以無級調(diào)速。只要控制進氣流量，就能調(diào)節(jié)馬達的功率和轉(zhuǎn)速。 (4） 比同功率的電動機輕1/101/3，輸出功率慣性比較小。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 (5） 可長期滿載工作， 而溫升較小。 (6) 功率范圍

41、及轉(zhuǎn)速范圍均較寬， 功率小至幾百瓦， 大至幾萬瓦， 轉(zhuǎn)速可從每幾轉(zhuǎn)每分到上萬轉(zhuǎn)每分。 (7）具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩， 可以直接帶負載啟動， 啟動、 停止迅速。 (8）結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便，可正、反轉(zhuǎn)，維修容易， 成本低。 (9） 速度穩(wěn)定性差，輸出功率小，效率低，耗氣量大， 噪聲大， 容易產(chǎn)生振動。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 2） 氣動馬達的應用 氣動馬達的工作適應性較強，可用于無級調(diào)速、 啟動頻繁、經(jīng)常換向、高溫潮濕、易燃易爆、負載啟動、不便人工操縱及有過載可能的場合。目前，氣動馬達主要應用于礦山機械、專業(yè)性的機械制造業(yè)、油田、化工、造紙、 煉鋼、 船舶、 航空、工程機械等行業(yè)，許多

42、氣動工具如風鉆、 風扳手、風砂輪等均裝有氣動馬達。隨著氣壓傳動的發(fā)展，氣動馬達的應用將更趨廣泛。如圖10-19所示為氣動馬達的幾個應用實例。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 圖10-19氣動馬達應用實例 (a) 閥； (b) 升降機； (c) 攪拌機(a)(b)(c)第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件 10.3 氣缸的選擇和使用要求氣缸的選擇和使用要求氣缸的合理選用，是保證氣動系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作的前提。所謂合理選用氣缸，就是指要根據(jù)各生產(chǎn)廠家要求的選用原則，使氣缸符合正常的工作條件，這些條件主要包括工作壓力范圍，負載要求，工作行程， 工作介質(zhì)溫度，環(huán)境條件(溫度等)，潤滑條件及安裝要求等。 第第10章章 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行