y第十一章气动执行元件

1、第十二章 气动执行元件,气缸用于实现直线运动或摆动,气动马达用子实现连续的回转运动,气动执行元件是气动系统中将压缩空气的压力能转化为机械能的转换装置，包括气缸和气动马达两大类。,第十二章 气动执行元件,气缸是气动系统中最常用的一种执行元件，与液压缸相比，它具有结构简单、污染少、动作灵敏、反应快、易制造、易维修、成本低等优点，但由于推力小，广泛用于轻负载系统。,第一节 气缸,一、气缸的分类,二、常用气缸的结构及工作原理,1单作用气缸 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向的运动。其活塞杆只能借助弹簧力、膜片张力、重力等外力将其推回。,（a）实物图 （b）结构原理图 （c）图形符号,单作用气缸的特点,（1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。 （2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。 （3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。 （4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。,单作用气缸的应用场合,单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运

2、动速度均要求不高的场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。,2. 双作用气缸,实物图,图形符号,双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。下图是普通双作用单出杆气缸的实物图和图形符号。,双作用单活塞杆气缸的结构,1-后缸盖；2-活塞；3-缸筒；4-活塞杆；5-缓冲密封；6-前缸盖；7-缓冲腔；8-活塞杆密封,photo,其结构形式与液压缸基本相同，主要由活塞杆、活塞、前缸盖、后缸盖、密封圈及缸筒等组成。气缸的结构和参数都已系列化、标准化和通用化。,普通双作用单出杆气缸的工作原理,普通双作用气缸的工作原理如图所示。若缸筒固定，当压缩空气进入气缸的左腔时，如图(a)所示，压缩空气的压力作用于活塞上，当能克服活塞杆上的所有负载时，活塞推动活塞杆伸出，活塞杆对外做功；同理，如图 (b)所示，当压缩空气进入气缸的右腔时，活塞杆收回。这样，就完成了一个往复运动。,3. 薄膜式气缸,实物图,薄膜式气缸是一种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆作往复直线运动的气缸

3、。,薄膜式气缸的结构及图形符号,单作用式结构及图形符号 1-缸体；2-膜片；3-膜盘；4-活塞杆,双作用式及图形符号 1-缸体；2-膜片；3-膜盘；4-活塞杆,photo,它由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件组成，其功能类似于活塞式气缸。它分为单作用式和双作用式两种。,薄膜式气缸的膜片可以做成盘形膜片和平膜片两种形式。膜片材料为夹织物橡胶、钢片或磷青铜片。常用的是夹织物橡胶，橡胶的厚度为56 mm，有时也可以为13 mm。金属式膜片只用于行程较小的薄膜式气缸中。 薄膜式气缸的膜片变形量有限，其行程一般不易超过4050 mm，而且气缸活塞杆上的输出力随着行程的加大而减小。,4. 气一液阻尼缸,(a) 实物图,1-油箱；2、3-单向阀；4-节流阀；5-油缸；6-气缸,photo,气液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成。,(b)工作原理图,图11-5 气液阻尼缸,气一液阻尼缸的工作原理,气-液阻尼缸实际是气缸与液压缸串联而成，两活塞固定在同一活塞杆上。液压缸不用泵供油，只要充满油即可，其进出口间装有液压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时，气缸克服载荷带动液压缸活塞向左运动（气缸左端排气）

4、，此时液压缸左端排油，单向阀关闭，油只能通过节流阀流入液压缸右腔，这时若将节流阀阀口开大，则液压缸左腔排油通畅，两活塞运动速度就快，反之，若将节流阀阀口关小，液压缸左腔排油受阻，两活塞运动速度会减慢。这样，调节节流阀开口大小，就能控制活塞的运动速度。,气一液阻尼缸的特点,与气缸相比，它传动平稳，停位精确，噪声小； 与液压缸相比，它不需要液压源，经济性好，同时具有气动和液压传动的优点。,5冲击气缸,冲击气缸能在瞬间产生很大的冲击能量而作功，因而能应用于打印、铆接、锻造、冲孔、下料、锤击等加工中。常用冲击气缸有： 普通型冲击气缸、 快排型冲击气缸、 压紧活塞式冲击气缸。,实物图,普通型冲击气缸的结构,普通型冲击气缸的结构 1、6-进排气口；2-活塞杆腔；3-活塞；4-泄气口；5-蓄能腔；7-后盖；8-中盖；9-密封垫片；10-活塞杆；11-前盖,普通型冲击气缸由缸体、前盖11、活塞3、活塞杆10及后盖7等组成。与普通气缸相比，它增加了蓄能腔5以及中心带有喷嘴和具有泄气口4的中盖8等结构。,普通型冲击气缸的工作原理准备阶段,准备阶段,第一阶段是准备阶段，如图所示。气动回路（图中未画出）中的压

5、缩空气由A孔进入冲击气缸有杆腔，蓄能腔与无杆腔通大气。活塞处于上限位置，其上安有密封垫片，封住中盖上的喷嘴口，中盖与活塞间的环形空间（即此时的无杆腔）经泄气口与大气相通。,普通型冲击气缸的工作原理蓄能阶段,蓄能阶段,第二阶段是蓄能阶段，如图所示。控制阀接受信号被切换后，蓄能腔进气。作用在与中盖喷嘴口接触的活塞的一小部分面积上（通常设计为约占整个活塞面积的1/9）的压力p1逐渐增大，进行充气。与此同时，有杆腔排气，压力P2逐渐降低，使作用在有杆腔活塞面上的作用力逐渐减小。,普通型冲击气缸的工作原理做功阶段,做功阶段,第三阶段是冲击做功阶段，如图所示。当活塞上下两边的作用力不能保持平衡时，活塞即离开喷嘴向下运动。在活塞离开喷嘴的瞬间，蓄能腔内的气体压力突然加到无杆腔的整个活塞面上，于是活塞在较大的气体压力差的作用下加速向下运动，瞬间以很高的速度（约为同样条件下普通气缸速度的510倍），即以很高的动能冲击工件做功。,6缓冲气缸,三、气缸的选择,选择气缸的主要步骤是： (1) 确定气动执行元件类型； (2) 计算气缸内径及活塞杆直径； (3) 对计算出的直径进行圆整； (4) 根据圆整值确定气

6、缸型号。,2. 气缸内径的确定,可以根据气缸所使用的压力 p、轴向负载力 F和气缸的负载率 来计算气缸内径。其中气缸使用的压力根据气源供气条件来确定，一般 p 应小于减压阀进口压力的 85%。,1. 气缸类型的选择 根据实际需要选择合适的气缸类型。,（1）负载力的计算,photo,负载力是选择气缸的重要因素，负载状况不同，作用在活塞杆轴向的负载力也不同。不同负载状态下负载力的计算见下表:,（2）气缸负载率的计算与选择,气缸的负载率是气缸活塞杆受到的轴向负载力 F 与气缸的理论输出力F0之比：,负载率有两种选取方法，一是根据负载的运动状态选取负载率。二是根据气缸的工作压力选取负载率。,根据负载的运动状态选取负载率,根据气缸的工作压力选取负载率,（3）气缸内径的计算方法,确定了F、和p后，可以根据气缸理论输出力的计算方法来反推气缸的内径。常见气缸的理论推力公式见下表。,（3）气缸内径的计算方法,在计算过程中，对单作用气缸，预设活塞杆直径与气缸内径之比 d / D = 0.5；对双作用气缸，预设活塞杆直径与气缸内径之比 d / D = 0.30.4，这样就可计算出缸径D。则双作用单出杆气缸的

7、计算公式为：,气缸内径的圆整,计算出D 后，再用标准的气缸内径进行圆整，见下表。,3活塞杆直径的确定,在确定气缸活塞杆直径时，一般按 d / D = 0.20.3进行计算，必要时也可按 d / D = 0. 160.4进行计算，计算后再按标准进行圆整。活塞杆直径的圆整值见下表。,例题讲解：,例11-1 设计一气缸夹紧机构，气缸活塞杆伸出时夹紧工件，活塞杆收回时松开工件。如果所需的夹紧力为 4 500 N，供气压力为0.7 MPa，气缸行程为 600 mm，试确定该气缸的类型、缸径和活塞杆直径。,解：,（1）气缸类型的选择 因为该任务夹紧机构需要实现往复直线运动，所以选择双作用气缸作为夹紧装置的气动执行元件。 （2）确定气缸内径 D 对于机床上的夹紧结构，由已知 F = 4 500N，供气压力p = 0.7MPa，查表可知负载力 F = K = 4 500N。气缸负载率 取50%。 由公式可知 缸径 根据查表进行圆整，取 D = 160mm 。,（3）确定活塞杆直径d 因为 d / D = 0.20.3 所以 d =（0.20.3）D =（0.20.3）160 =（3248）mm 根据表

8、11-6进行圆整，取 d = 40 mm。 最后，根据缸径D和活塞杆直径 d 选择某一厂家的气缸的具体型号，其中，有效行程为600mm。,（1）气缸正常工作条件：环境及介质温度为-3580，工作压力为 0.20.8MPa。 （2）安装前，应在1.5倍工作压力下试压，不应有漏气现象。 （3）除无油润滑气缸外，装配时所有相对运动工作表面应涂以润滑脂，气源进口必须设置油雾器。 （4）在行程中载荷有变动时，应使用输出力充裕的气缸，并要附加缓冲装置。此时，在开始工作前，应将缓冲节流阀调至缓冲阻尼最小位置；而在气缸正常工作后，再逐渐调节缓冲节流阀，增大缓冲阻尼，直至满意为止。 （5）不使用满行程，特别是当活塞杆伸出时，不要使活塞与缸盖相碰。 （6）活塞杆不允许承受偏载负荷，特殊情况也应使偏心力小于最大载荷的1/20为宜。 （7）气缸必须按产品说明书要求正确安装。,四、气缸使用时的注意事项,知识拓展 标准化气缸简介,1. 标准化气缸的标记,2. 标准化气缸的系列代号,3标准化气缸的主要参数,标准化气缸的主要参数是缸筒内径D和行程L。在一定气源压力下，缸筒内径标志气缸活塞杆的理论输出力，行程标志气缸的

9、作用范围。 标准化气缸系列有11种规格： 缸径D（mm）：40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400 行程L（mm）：无缓冲缸L=（0.52）D；有缓冲缸 L=（110）D 例如：QGA100125表示内径为100mm，行程为125mm的无缓冲普通气缸。,第二节 气动马达,气动马达简称气马达，是把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，其作用相当于电动机或液压马达。它输出转矩，驱动执行机构作旋转运动。 一、气动马达的分类 气马达按工作原理不同，可分为容积式和动力式两大类。 容积式又分为齿轮式、叶片式、柱塞式、薄膜式等，其中最为常见的是叶片式气动马达和活塞式气动马达。,1. 叶片式气动马达的特点及应用,叶片式气动马达的特点：制造简单、结构紧凑，但低速运动转矩小、性能不好， 叶片式气动马达的应用：适用于中、低功率的机械，目前在矿山及风动工具中应用普遍。,2. 活塞式气动马达的特点及应用 活塞式气动马达的特点：在低速情况下有较大的输出功率，它的低速性能好。 活塞式气动马达的应用：适用于载荷较大和要求低速转矩的机械，如起重机、绞车、绞盘和拉管机等。,二、气动马达的工作原理,1. 叶片式气动马达工作原理,气动马达的结构主要包括一个径向装有310个叶片的转子，偏心安装在定子内，叶片在转子的槽内可径向滑动，叶片底部通有压缩空气，转子转动时靠离心力和叶片底部的气压将叶片压紧在定子内表面上。定子内有半圆形的切沟，提供压缩空气及排出废气。,（b）原理图 （c） 图形符号,图11-10 叶片式气动马达工作原理,压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部（图中未表示），将叶片推出，使叶片贴紧在定子内壁上；大部分压缩空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转；作功后的气体由定子上的孔B排出。若改变压缩空气的输入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔排出），则可改变转子的转向，输出相反力矩。,1. 叶片式气动马达工作原理,叶片式气动马达的特点 该马达结构简单、体积小、重量轻、泄漏小、易启动、转矩均匀，但是叶片易磨损、噪音大。

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