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1、氣動執(zhí)行元件 -氣缸 和氣馬達(dá) 氣缸的分類； 典型氣缸的結(jié)構(gòu)特點及工作原理； 氣缸的設(shè)計計算； 氣動馬達(dá)； 氣缸的選擇和使用。 在氣動系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的元件被稱為氣動 執(zhí)行元件。 可以實現(xiàn)往復(fù)直線運動和往復(fù)擺動運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣缸； 可以實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣馬達(dá)。 0.緒論 1.氣缸的分類 (Cylinder types) 1、按結(jié)構(gòu)分類，其分類如圖。 2、按尺寸分類 通常將缸徑為 2.5 6mm的稱為微型氣缸 8 25mm為小型氣缸 32 320mm為中型氣缸 大于 320mm為大型氣缸。 1.氣缸的分類 (Cylinder types) 6、按驅(qū)
2、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。 1.氣缸的分類 (Cylinder types) 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。 2.典型 氣缸的介紹 普通氣缸 雙作用氣缸動作原理（ Double-acting cylinders） 2.典型 氣缸的介紹 普通氣缸 單作用氣缸動作原理（ Single-acting cylinders） 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、自重或其它外力等使活塞桿恢復(fù)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
3、縮空氣。主要用在夾緊、 退料、阻擋、壓入、舉起和進(jìn)給等操作上。 2.典型 氣缸的介紹 普通氣缸 單作用氣缸動作原理（ Single-acting cylinders） 跟據(jù)復(fù)位彈簧位置，單作用氣缸分為預(yù)縮型氣缸和預(yù)伸型氣缸。 當(dāng)彈簧裝在有桿腔內(nèi)，由于彈簧的作用力使氣缸活塞桿初始位置處于縮回的位置，這種 氣缸稱為預(yù)縮型單作用氣缸； 當(dāng)彈簧裝在無桿腔內(nèi)，氣缸活塞桿初始位置為伸出位置的，稱為預(yù)伸型氣缸。 如圖 9-4（ b）所示為預(yù)縮型單作用氣缸結(jié)構(gòu)原理圖，這種氣缸在活塞桿側(cè)裝有復(fù)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
4、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 100mm以內(nèi)。圖 9-4（ a）所示是幾種型號單作 用缸的外形圖。 2.典型 氣缸的介紹 普通氣缸 單作用氣缸動作原理（ Single-acting cylinders） 2.典型 氣缸的介紹 普通氣缸 活塞式氣缸主要由缸筒、活塞桿、活塞、導(dǎo)向套、前后缸蓋及密封等元件組成。 （ 1） 缸筒 一般采用圓筒形結(jié)構(gòu) ,但隨著氣缸品種發(fā)展、加工工藝技術(shù)的提高，已廣泛采用方 形、矩形的異形管材及用于防轉(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
5、和不銹鋼管 ,對于廣泛使用的開關(guān)氣缸的缸筒要求用非導(dǎo)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。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 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(fù)載 ,表 面耐磨 ,不生銹?；钊麠U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沖擊而遭 受破壞；多數(shù)場合活塞桿承受的是推力負(fù)載，必須考慮細(xì)長桿的壓桿穩(wěn)定性。 氣缸水平安裝時，應(yīng)考慮活塞桿伸出因自重而引起活塞桿頭部下
6、垂的問題。 活塞桿頭部連接處，在大慣性負(fù)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(yīng)檢查負(fù)載的慣性力 , 設(shè)置負(fù)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。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 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(yīng)充分重視其滑動性能 ,特別是耐磨性和不發(fā)生 “咬缸”現(xiàn)象。 活塞的寬度與采用密封圈的數(shù)量、導(dǎo)向環(huán)的形式等因素有關(guān)
7、。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和卡死，如“咬 缸”現(xiàn)象。 一般對標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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，小型氣缸的活塞有用黃銅制造的。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 4）導(dǎo)向套 導(dǎo)向套用作活塞桿往復(fù)運動時的導(dǎo)向。因此，同對活塞的要求一樣 ,要求 導(dǎo)向套具有良好的滑動性能，能承受由于活塞桿受重載時引起的彎曲、 振動及沖擊。在粉塵等雜物進(jìn)入活塞桿和導(dǎo)向套之間的間隙時，要求 活塞桿表面不被劃傷。導(dǎo)向套
8、一般采用聚四氟乙烯和其它的合成樹脂 材料 ,也可用銅顆粒燒結(jié)的含油軸承材料。 導(dǎo)向套內(nèi)徑尺寸容許公差一般取 H8，表面粗糙度 Ra0.4。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）密封 ： 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(fù)運動處的部件密封稱為動密封。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）氣缸的密封 缸蓋和缸筒連接的密封 一般采用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。有時也采用 橡膠等平墊圈安裝在連接止口上，構(gòu)成平面密封。 活塞的密封 活塞有兩處地方需密封 :
9、一處是活塞與缸筒間的動密封，除了用形圈和唇形圈外 , 也有用 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 ,軸向尺寸小。另一處是活塞與活塞桿連接處的靜密封，一般用形密 封圈。圖 9-5為常用活塞式密封結(jié)構(gòu)。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）氣缸的密封 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 ,保證活塞桿往復(fù)運動的 密封和防塵。 緩沖密封 有兩種方法 :一種是 采用孔用唇形圈安裝在緩沖柱塞上 ；另一種是 采用氣缸緩沖專 用密封圈 ,它是用橡膠和一個圓形鋼圈硫化成一體構(gòu)成 ,壓配在缸蓋上作緩沖密
10、 封，這種緩沖專用密封圈的性能比前者好。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）密封原理 氣缸密封性能好壞 ， 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 9-6所示 。 壓縮密封是依靠安裝時的預(yù)壓縮力使密封圈產(chǎn)生彈性變形達(dá) 到密封作用的 ， 如型和方型密封圈等 ， 如圖 9-6（ a） 所示 。 氣壓密封是靠工作氣壓使密封圈的唇部變形來達(dá)到密 封作用的 ， 如唇型密封圈 ， 如圖 9-6（ b） 所示 。 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）密封原理 3.氣
11、缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) 3.氣缸的基本結(jié)構(gòu) (Cylinder construction) （ 5）密封原理 標(biāo)準(zhǔn)氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、普通廠商通常 作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場的氣缸。如符合國際標(biāo)準(zhǔn) ISO6430、 ISO6431或 ISO6432 的普通氣缸。符合我國標(biāo)準(zhǔn) GB8103-87（即 ISO6431）、德國標(biāo)準(zhǔn) DIN ISO6431 等氣缸都是標(biāo)準(zhǔn)氣缸。 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(biāo)準(zhǔn)的 氣缸。對于 ISO6431標(biāo)準(zhǔn)而言，標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容是對氣缸的缸徑系列、活
12、塞桿伸 出部分的螺紋尺寸作了規(guī)定，對同一缸徑的氣缸的外形尺寸（其長度、寬度、 高度）作了限制，并對氣缸的連接尺寸作了統(tǒng)一的規(guī)定。這一規(guī)定僅針對連接 對外部連接尺寸的統(tǒng)一，而連接件與氣缸的連接尺寸未作規(guī)定。 因此，對于兩家都符合 ISO6431標(biāo)準(zhǔn)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。 4.標(biāo)準(zhǔn)氣缸 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 缸徑 D： 氣缸的缸筒內(nèi)徑尺寸見表 9-1(GB2348) 5.氣缸的規(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 9-2至表 9-4。 5.氣缸的規(guī)
13、格 3. 常用中小型氣 缸尺寸 見表 9-5。其中標(biāo) 準(zhǔn)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。 5. 氣缸的規(guī)格 無桿氣桿沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現(xiàn)往復(fù)運動。 行程為 L的有活塞桿氣缸，沿行程方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(dá) 50至 100。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。 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
14、泛用于數(shù)控機床 、 注塑機等的開門裝置上及多功能坐標(biāo)機器手 的位移和自動輸送線上工件的傳送等 。 7.無桿氣缸 ( Rodless cylinder) 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 氣動馬達(dá) 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(dāng)于 電動機或 液壓馬達(dá) ，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 氣馬達(dá)。 1 葉片式氣動馬達(dá)的工作原理 圖 9-18所示是雙向葉片式氣動馬達(dá)的工作原理圖。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(jìn)入葉片底部 (圖中未表 示 )
15、，將葉片推出，使葉片貼緊在定于內(nèi)壁上，大部分壓縮空氣進(jìn) 入相應(yīng)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， 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(jìn)入， A孔和 C孔排出），則可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） （ 1）氣動馬達(dá)的特點 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(hù)作用。過載時馬達(dá)只是降低轉(zhuǎn)速或停止，當(dāng)過載解除后運轉(zhuǎn)，并不 產(chǎn)生故障
16、。 3）可以無級調(diào)速。只要控制進(jìn)氣流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率和轉(zhuǎn)速。 4）比同功率的電動機輕 1 3 1 10，輸出功率慣性比較小。 5）可長期滿載工作，而溫升較小。 6)功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍均較寬，功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦，轉(zhuǎn)速可從每分鐘 幾轉(zhuǎn)到上萬轉(zhuǎn)。 7）具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，可以直接帶負(fù)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。 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 齒輪式氣馬達(dá) 齒輪式氣馬達(dá)有雙齒輪式和多齒輪式 ， 而以雙齒輪式應(yīng)用得最多 。 齒輪可采用直齒 、 斜齒 和人字齒
17、 。 圖 5.43為齒輪式氣馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理 。 這種氣馬達(dá)的工作室由一對齒輪構(gòu)成 ， 壓縮空氣由對稱中心處輸入 ， 齒輪在壓力的作用下回轉(zhuǎn) 。 采用直齒輪的氣馬達(dá)可以正 反轉(zhuǎn)動 ， 采用人字齒輪或斜齒輪的氣馬達(dá)則不能反轉(zhuǎn) 。 如果采用直齒輪的氣馬達(dá) ， 則供給的壓縮空氣通過齒輪時不膨脹 ， 因此效率低 。 當(dāng)采 用人字齒輪或斜齒輪時 ， 壓縮空氣膨脹 60 一 70 ， 提高了效率 。 齒輪式氣馬達(dá)與其它類型的氣馬達(dá)相比 ， 具有體積小 、 重量輕 、 結(jié)構(gòu)簡單 、 對氣源質(zhì) 量要求低 、 耐沖擊及慣性小等優(yōu)點 。 但轉(zhuǎn)矩脈動較大 ， 效率較低 。 小型氣馬達(dá)轉(zhuǎn)速能 高達(dá) 10000r min,
18、大型的能達(dá)到 1000r min， 功率可達(dá) 50kW。 主要應(yīng)用于礦山工具 。 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 圖 5.43 齒輪式氣馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理 （ 2）氣動馬達(dá)的應(yīng)用 氣動馬達(dá)的工作適應(yīng)性較強，可適用于無級調(diào)速、啟動頻繁、經(jīng) 常換向、高溫潮濕、易燃易爆、負(fù)載啟動、不便人工操縱及有過載可 能的場合。目前，氣動馬達(dá)主要應(yīng)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 氣動工具如風(fēng)鉆、風(fēng)扳手、風(fēng)砂輪等均裝有氣動馬達(dá)。隨著氣壓傳動 的發(fā)展，氣動馬達(dá)的應(yīng)用將更趨廣泛。圖 9-19為氣馬達(dá)的幾個應(yīng)用實 例。 12.氣動馬達(dá)（ Air motors） 12.氣動馬達(dá)（ Air motors）
氣動執(zhí)行元件和控制元件7周
