氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件

第十三章氣動(dòng)執(zhí)行元件和掌握元件實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、搖擺、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或沖擊動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達(dá)兩大類(lèi)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。氣動(dòng)掌握元件用來(lái)調(diào)整壓縮空氣的壓力流量和方向等常進(jìn)展工作。氣動(dòng)掌握元件按功能可分為壓力掌握閥、流量掌握閥和方向掌握閥。第一節(jié)氣缸1121434561312111098一、氣缸的工作原理、分類(lèi)及安裝形式7氣缸的典型構(gòu)造和工作原理713－1一般雙作用氣缸1、3－緩沖柱塞 2－活塞 4－缸筒 5－導(dǎo)向套 6－防塵圈7－前端蓋 8－氣口 9－傳感器 10－活塞桿11－耐磨環(huán) 12－密封圈 13－后端蓋 14－緩沖節(jié)流閥以氣動(dòng)系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來(lái)說(shuō)明，氣缸典型構(gòu)造如圖13－1所示。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個(gè)腔。有活塞桿腔稱(chēng)為有桿腔，無(wú)活塞桿腔稱(chēng)為無(wú)桿腔。假設(shè)有桿腔和無(wú)桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。氣缸的分類(lèi)為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)氣缸和搖擺氣缸兩類(lèi)。氣缸的安裝形式氣缸的安裝形式可分為固定式氣缸 氣缸安裝在機(jī)體上固定不動(dòng)，有腳座式和法蘭式。軸銷(xiāo)式氣缸 缸體圍繞固定軸可作肯定角度的搖擺，有U形鉤式和耳軸式?；剞D(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸常用于機(jī)床上氣動(dòng)卡盤(pán)中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡。嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。二、常用氣缸的構(gòu)造原理一般氣缸包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無(wú)特別要求的場(chǎng)合。圖13－2為最常用的單桿雙作用一般氣缸的根本構(gòu)造，氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成。缸筒7514為后缸3，46與活塞9封圈10，11防止活塞左右兩腔相互漏氣外，還有耐磨環(huán)12以提高氣缸的導(dǎo)向性；帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸，活塞上裝有磁環(huán)。活塞兩側(cè)常裝有橡膠墊作為緩沖墊8。假設(shè)是氣緩沖，則活塞兩側(cè)沿軸線(xiàn)方向設(shè)有緩沖柱塞，同時(shí)缸蓋上有緩沖節(jié)流閥和緩沖套，當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到端頭時(shí)，13－2一般雙作用氣缸1，13－彈簧擋圈 2－防塵圈壓板 3－防塵圈 4－導(dǎo)向套 5－桿側(cè)端蓋 6－活塞桿7－缸筒 8－緩沖墊 9－活塞 10－活塞密封圈 11－密封圈 12－耐磨環(huán) 14－無(wú)桿側(cè)端蓋氣墊，起到緩沖作用。特別氣缸圖13－3 薄膜氣缸1－缸體 2－膜片 3－膜盤(pán) 4－活塞桿計(jì)開(kāi)發(fā)出多種特別氣缸。薄膜式氣缸圖13－3般用夾織物橡膠、鋼片或磷青銅片制成，厚度為5～6mm〔有用1～2mm厚膜片的。圖13－3所示的膜片氣缸的功能類(lèi)似于彈簧復(fù)位的活塞式單作用氣缸，工作時(shí)，膜片在壓縮空氣作用下推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)潔、緊湊、體積小、重量輕、密封性好、不易漏氣、加工簡(jiǎn)潔、本錢(qián)低、無(wú)磨損件、修理便利等，適用于行程短的場(chǎng)合。缺點(diǎn)50mm。平膜片的行程更短，約為其直徑的1/10。磁性開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝上安裝行程閥或行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設(shè)置擋塊。其工作原理如圖13－4所示。它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán)，在缸筒外殼上裝有舌有永久磁鐵的活塞運(yùn)動(dòng)到舌簧片四周，磁力線(xiàn)通過(guò)舌簧片使其磁化，兩個(gè)簧片被吸引接觸，則開(kāi)關(guān)接通。當(dāng)永久磁鐵返回離開(kāi)時(shí)，磁場(chǎng)減弱，兩簧片彈開(kāi)，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。由于開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)，使電磁閥換向，從而實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。13－41－動(dòng)作指示燈2－保護(hù)電路3－開(kāi)關(guān)外殼4－導(dǎo)線(xiàn)5－活塞6－磁環(huán)7－缸筒8－舌簧開(kāi)關(guān)氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比較見(jiàn)表3-1。3-錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。氣缸磁性開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)的比較開(kāi)關(guān)形式掌握原理開(kāi)關(guān)形式掌握原理本錢(qián)調(diào)整安裝簡(jiǎn)單性磁性開(kāi)關(guān)磁場(chǎng)變化低便利，不占位置行程開(kāi)關(guān)機(jī)械觸點(diǎn)低麻煩，占位置接近開(kāi)關(guān)阻抗變化高麻煩，占位置光電開(kāi)關(guān)光的變化高麻煩，占位置帶閥氣缸換向閥和速度掌握合式氣動(dòng)執(zhí)行元件。

帶閥氣缸是由氣缸、閥等組成的一種組它省去了連接收道湊，安裝便利等優(yōu)點(diǎn)。帶閥氣缸的閥有電控、氣控、機(jī)控和手控等各種掌握方式。閥的安裝形式有安裝在氣缸尾部、上部等幾種。如圖13－5所示，電磁換向閥安裝在氣缸的上部，當(dāng)有電信號(hào)時(shí)，則電磁閥被切換，輸出氣壓可直接掌握氣缸動(dòng)作。13－5帶閥組合氣缸456－單向節(jié)流閥組合7－密封圈。帶導(dǎo)桿氣缸 圖13－6為帶導(dǎo)桿氣缸在缸筒兩側(cè)配導(dǎo)向用的滑動(dòng)軸〔軸瓦式或滾珠式〕，因此導(dǎo)向精度高，承受橫向載荷力量強(qiáng)。136 典型帶導(dǎo)桿136 典型帶導(dǎo)桿氣缸的構(gòu)造指利用活塞直接或間接方式連接外界執(zhí)行機(jī)構(gòu)并使其跟隨活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸這種氣缸的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約安裝空間。磁性無(wú)桿氣缸活塞通過(guò)磁力帶動(dòng)缸體外部的移動(dòng)體做同步移動(dòng)，其構(gòu)造如13－7環(huán)套一起移動(dòng)。氣缸活塞的推力必需與磁環(huán)的吸力相適應(yīng)。13－71－套筒2－外磁環(huán)3－外磁導(dǎo)板4－內(nèi)磁環(huán)5－內(nèi)磁導(dǎo)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(jìn)、排氣口機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸 稱(chēng)機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸，其構(gòu)造如13－8所示。在氣缸缸管軸向開(kāi)有一條槽，活塞與滑塊在槽上部移動(dòng)。動(dòng)固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸的特點(diǎn)是：1)與一般氣缸相比，在同樣行程下可縮小1/22)不需設(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；3)適用于缸10～80mm，最大行程在缸徑≥40mm7m；4)速度高，標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá)0.1～0.5m/s；高速型可到達(dá)0.3～3.0m/s。其缺點(diǎn)是：1)密封性能差，簡(jiǎn)潔產(chǎn)生外泄漏。在使用三位閥時(shí)必需選用中壓式；2)受負(fù)載力小，為了增加負(fù)載力量，必需增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。13－8機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸l234－防塵不銹鋼帶5－活塞6－滑塊7－活塞架鎖緊氣缸 緊裝置的氣缸稱(chēng)為鎖緊氣缸按鎖緊位置分為行程末端鎖緊型和任意位置鎖緊型。行程末端鎖緊型氣缸如圖13－9所示，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程末端，氣壓釋放后，鎖定活塞11縮回退出卡槽而開(kāi)鎖，活塞桿便可運(yùn)動(dòng)。圖13－9帶端鎖氣缸的構(gòu)造原理a〕手動(dòng)解除非鎖式 除鎖式。1－鎖定活塞2－橡膠帽3，12－帽4－緩沖墊圈5－6－密封件7－導(dǎo)向套8－螺釘9－旋鈕10－彈簧11－限位環(huán)任意位置鎖緊型氣缸 按鎖緊方式可分為卡套錐面式彈簧式和偏心式等多種形式。卡套錐面式鎖緊裝置由錐形制動(dòng)活塞6、制動(dòng)瓦1、制動(dòng)臂4和制動(dòng)彈簧7等構(gòu)成，其構(gòu)造原理如圖13－10原理得到放大。這個(gè)放大的作用力作用在制動(dòng)瓦1上，把活塞桿鎖緊。要釋放對(duì)活塞的鎖緊，向供氣口A′供給壓縮空氣，把鎖緊彈簧力撤掉。13－10制動(dòng)氣缸制動(dòng)裝置工作原理a〕b〕l－制動(dòng)瓦23－轉(zhuǎn)軸4－制動(dòng)臂5－壓輪6－錐形制動(dòng)7－制動(dòng)彈簧，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種動(dòng)作。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，氣動(dòng)手爪常應(yīng)用在搬運(yùn)、傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取、拾放物體。13－11平行開(kāi)合手指氣動(dòng)手爪有平行開(kāi)合手指〔如圖13－11〕、肘節(jié)搖擺開(kāi)合手其中兩爪中有平開(kāi)式和支點(diǎn)開(kāi)閉式驅(qū)動(dòng)方式有直線(xiàn)式和旋轉(zhuǎn)式。曲柄連桿、滾輪或齒輪等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開(kāi)、閉運(yùn)動(dòng)。氣液阻尼缸氣缸以可壓縮空氣為工作介質(zhì)，動(dòng)作快，但速度穩(wěn)定性差，當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，簡(jiǎn)潔產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象。另外，壓縮空氣的壓力較低，因而氣缸的輸出力制速度或增大輸出力的目的。氣液阻尼缸是利用氣缸驅(qū)動(dòng)油缸，油缸除起阻尼作用外，還能增加氣缸的剛性〔由于油是不行壓縮的的優(yōu)點(diǎn)。常用于機(jī)床和切削裝置的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置。串聯(lián)式氣液阻尼缸的構(gòu)造如圖13－12動(dòng)油缸向右運(yùn)動(dòng)，調(diào)整節(jié)流閥開(kāi)度就能轉(zhuǎn)變阻尼缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度。圖13－12氣液阻尼缸〔10〕搖擺氣缸 缸是一種在小于360°角度范圍內(nèi)做往復(fù)搖擺的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出力矩使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)搖擺。搖擺氣缸按構(gòu)造特點(diǎn)可分為葉片式和活塞式兩種。1〕葉片式搖擺氣缸單葉片式搖擺氣缸的構(gòu)造原理如圖13－13所示。它是由葉片軸轉(zhuǎn)子〔即輸出軸、定子、缸體和前后端蓋等局部組成。定子和缸體固定在一起，葉片和轉(zhuǎn)順時(shí)針搖擺。反之，作逆時(shí)針搖擺。葉片式搖擺氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動(dòng)密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于80%。因此，在應(yīng)用位等。13－13單葉片式搖擺氣缸工作原理圖1234－缸體活塞式搖擺氣缸 活塞式搖擺氣缸是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鍪?、螺桿式和曲柄式等幾種。13－14齒輪齒條式搖擺氣缸構(gòu)造原理123456789－齒輪13－1495%左右。三、氣缸的技術(shù)參數(shù)1〕如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)算如下：理論推力〔活塞桿伸出〕理論拉力〔活塞桿縮回〕式中；、2；。

Ft1＝A1p〔13-1〕Ft2＝A2p〔13-2〕小于理論推力，稱(chēng)這個(gè)推力為氣缸的實(shí)際輸出力。氣缸的效率h是氣缸的實(shí)際推力和理論推力的比值，即FFt所以

〔13-3〕FA1p〔13-4〕缸的運(yùn)動(dòng)速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生肯定的影響。2〕負(fù)載率β從對(duì)氣缸運(yùn)行特性的爭(zhēng)論可知，要準(zhǔn)確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的。β定義為＝氣缸的實(shí)際負(fù)載F 100%Ft

〔l3－5〕氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所打算的，假設(shè)確定了氣缸負(fù)載率q，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。β為；對(duì)于慣性負(fù)載，如氣缸用來(lái)推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力，負(fù)載率β的取值如下β＜0.65當(dāng)氣缸低速運(yùn)動(dòng)，v＜100mm/sβ＜0.5當(dāng)氣缸中速運(yùn)動(dòng)，v＝100～500mm/s時(shí)；β＜0.35當(dāng)氣缸高速運(yùn)動(dòng)，v＞500mm/s，一般狀況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。氣缸的特性氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出它能真實(shí)地反映氣缸的工作性能。四、氣缸的選型及計(jì)算1.氣缸的選型步驟例介紹氣缸的選型步驟。氣缸缸徑。依據(jù)氣缸負(fù)載力的大小來(lái)確定氣缸的輸出力，由此計(jì)算出氣缸的缸徑。氣缸的行程。氣缸的行程與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選用滿(mǎn)行程。氣缸的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算氣缸的安裝形式。氣缸的安裝形式依據(jù)安裝位置和使用目的等因素打算。一般情況下，承受固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)〔如車(chē)床、磨床等，應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧搖擺時(shí)，則選用軸銷(xiāo)式氣缸。有特別要求時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)的特種氣缸。氣缸的緩沖裝置。依據(jù)活塞的速度打算是否應(yīng)承受緩沖裝置。磁性開(kāi)關(guān)。當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)承受電氣掌握方式時(shí)，可選用帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸。其它要求。如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無(wú)污染時(shí)需選用無(wú)給油或無(wú)油潤(rùn)滑氣缸。缸直徑計(jì)算氣缸安裝及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的實(shí)際工況，分析計(jì)算出氣缸軸向?qū)嶋H負(fù)載F，再由氣缸平均運(yùn)行速度來(lái)選定氣缸的