第二章气动执行元件

气动执行元件执行元件气缸执行器部分1）产生直线往复运动的气缸2）在一定角度范围内摆动的摆动马达3）产生连续转动的气动马达气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，实现直线、摆动或回转运动的传动装置。气动执行元件的特点1）与液压执行元件相比较，气动执行元件运动速度快、工作压力低，适用于低输出力的场合2）相对机械传动来说，气动执行元件结构简单，成本低，维修方便；便于调节其输出力的大小和速度。3）在速度控制、抗负载影响等方面的性能劣于液压执行元件。执行元件基础原理按基本功能分类带端位缓冲带磁环带可调节缓冲带加紧定位摆动动作执行元件基础原理单作用双作用单作用双作用活塞式膜片式无活塞式——————仿生气动肌腱单活塞双活塞有活塞杆无活塞杆平膜片气囊串联并联单出杆双出杆多位气缸倍力气缸无杆气缸磁耦合气缸单出杆双出杆按基本结构分类执行元件基础原理按缸径分类

缸径2.5~6mm为微型气缸缸径8~25mm为小型气缸缸径32~320mm为中型气缸缸径大于320mm为大型气缸按安装形式分类按气缸的安装件是否可拆卸，可分为可拆式和整体式气缸两种。驱动方式是指压缩空气作用在活塞端面上的方向，有单向作用气缸和双向作用气缸两种。

按驱动方式分类气缸的缓冲可分为弹性垫缓冲（一般为固定的）和气垫缓冲（一般为可调的）。弹性垫缓冲是在活塞两侧设置橡胶垫，或者在两端盖上设置橡胶垫，吸收动能，常用于缸径小于25mm的气缸。气垫缓冲是利用活塞在行程终端前封闭的缓冲腔室所形成的气垫作用来吸收动能的，适用于大多数气缸的缓冲。

按缓冲形式分类为防止气缸活塞在行程终端撞击缸盖，一般都设有缓冲装置。气缸内设有缓冲装置的，称缓冲气缸；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲气缸适用于微型气缸、小型单作用气缸和短行程汽缸。可分为给油气缸和无给油气缸两类。给油气缸使用的工作介质是含油雾的压缩空气，对气缸内活塞、缸筒等相对运动部件进行润滑。无给油气缸所使用的压缩空气中不含油雾，是靠装配前预先添加在密封圈内的润滑脂使气缸运动部件润滑的。

使用时应注意，无给油气缸也可以给油使用。但一旦给油使用后，则必须一直给油使用，否则将引起密封件过快磨损。这是因为压缩空气中的油雾已将润滑脂洗去，而使气缸内部处于无油润滑状态了。

按润滑方式分类

气缸动作气缸动作12VaFPqm(Mp)V=V0+atF=MaPS-f=FMPRT=PV*QmMP

A/tP1S1P2S2mf=umgV气缸动作P2P1Pt(S)S方向控制阀切换点气缸开始动作点活塞运动至气缓冲位置paa=0气缸动作双作用气缸123456789101112普通型单活塞杆双作用气缸

1-后缸盖2-密封圈3-缓冲密封圈4-活塞密封圈5-活塞

6-缓冲柱塞7-活塞杆8-缸筒9-缓冲节流阀10-前缸盖

11-导向套12-防尘密封圈

双作用气缸被活塞分成两个腔室：有杆腔和无杆腔。当无杆腔端的气口输入压缩空气时，若气压作用在活塞左面上的力克服了运动摩擦力、负载等各种反作用力，推动活塞前进，有杆腔内的空气经该端气口排入大气，使活塞杆伸出。同样，当有杆腔端气口输入压缩空气，活塞杆退回至初始位置。通过无杆腔和有杆腔的交替进气和排气，活塞杆伸出和退回，气缸实现往复直线运动。DoubleactingmagneticAmagneticbandaroundthecircumferenceofthepistonoperatesreedswitches（舌簧开关）toindicatepositionsofstroke.单作用气缸

图所示为弹簧复位的单作用气缸，在活塞的一侧装有使活塞杆复位的弹簧，在另一端缸盖上开有呼吸用的气口。除此以外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的弹簧装在有杆腔内，气缸活塞杆初始位置处于退回的位置，这种气缸称为预缩型单作用气缸；弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为预伸型气缸。12345678单作用气缸结构原理

1-后缸盖2-橡胶缓冲垫3-活塞密封圈

4-活塞5-弹簧6-活塞杆7-导向套8-前缸盖SingleactingnospringGravityorotherexternalforcetoreturntherod双作用短行程气缸ADVC双作用紧凑型气缸ADVU双作用紧凑型气缸ADVUL双作用气缸DSNU双作用气缸DPZ单作用短行程气缸ADVU无杆气缸

1235467无杆气缸

1-节流阀2-缓冲柱塞3-密封带4-防尘不锈钢带

5-活塞6-滑块7-管状体

在气缸筒轴向开有一条槽，与普通气缸一样，在气缸两端设置空气缓冲装置。活塞带动与负载相连的滑块一起在槽内移动，且借助缸体上的一个管状沟槽防止其产生旋转。为了防泄漏及防尘需要，在开口部采用聚氨酯密封带和防尘不锈钢带，并固定在两端盖上。Integratedvalves这种气缸占据的空间小，不需要设置防转动机构。适用缸径8~80mm，最大行程在缸径≥40mm时可达6m。气缸运动速度高，可达2m/s。由于负载与活塞是由在气缸槽内运动的滑块连接的，因此在使用中必须考虑径向和轴向负载。为了增加负载能力，必须增加导向机构。TheinternallyguidedcarriageissuitableforlightdutyapplicationsWUWRollerInternalExternalExternallyguidedcarriageusesbearinggroovesontwoextrusionedgesForprecisionconditions,rollerguidescanbeusedSecondaryfreecarriageconnectedtopoweredcarriageforguidingonallfourextrusionedgesGuidingvariants123456789101112磁性气缸磁性无活塞杆气缸

1-卡环2-压盖3-外磁环（永久磁铁）4-外磁导板5-内磁环（永久磁铁）6-内磁导板

7-活塞8-活塞轴

9-套筒（移动支架）10-气缸筒11-端盖12-进排气口

磁性耦合的无活塞杆气缸，在活塞上安装了一组高磁性的稀土永久磁环，磁力线通过薄壁缸筒（不锈钢或铝合金非导磁材料）与套在外面的另一组磁环作用。由于两组磁环极性相反，具有很强的吸力。当活塞在两侧输入气压作用下移动时，则在磁力线作用下，带动缸筒外的磁环套与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。它的特点：小型，重量轻，无外部空气泄漏，维修保养方便。当速度快、负载大时，内外磁环易脱开，即负载大小受速度影响，且磁性耦合的无杆气缸中间不可能增加支撑点，最大行程受到限制。Cushioningprotectsacylinderandloadbyabsorbingtheenergyattheendofstroke.Thisresultsinprogressivedecelerationandgentlecontactbetweenthepistonandendcover.Fixedcushioningwithshockabsorbingpadsisappliedtosmalllightdutycylinderswhichhavelowmassinthepiston,rodandload.Largercylindershaveadjustablepneumaticcushions.气缸缓冲Shockabsorbentdiscssetintotheendcoverscushiontheimpactofthepiston固定缓冲Thepistonismovingtotheleftatspeed.Airisventingthroughthecentreoftheseal.可调缓冲Thecushionsealispushedtotheleftandsealsagainstit’slefthandedgeandinsidediameter.Aircanonlyescapepastthecushionscrew.Thepressurebuildsupandcushionsthepiston.Thescrewissettobringthepiston,rodandloadtoagentlehaltagainsttheendcover.Avalvehasbeenoperatedtopowerthepistonout.Thecushionsealispushedtotheright.Groovesintherighthandedgeandoutsidediameterbypassthescrew.Thepistonisstartedintheotherdirectionun-restrictedbythecushionscrewsetting.叶片式摆动马达

单叶片式摆动马达

1-叶片2-挡块3-定子

叶片式摆动马达可分为单叶片式和双叶片式两种。单叶片输出轴转角大，小于360ْ；双叶片输出轴转角小于180ْ。它是由叶片轴转子（即输出轴）、定子、缸体（前后端盖）等部分组成。定子和缸体固定在一起，叶片和转子连在一起。叶片滑动部分采用低阻尼的特殊密封圈。前后端盖装有滚动轴承。123因可调挡块装置和叶片之间是分不开的，所以作用在挡块上的冲击力可由固定挡块或自调试缓冲器吸收。为便于调整，在马达背面装有角度标尺。7654321齿轮齿条式摆动马达

单齿条式摆动马达

1-缓冲节流阀2-端盖3-缸体4-缓冲柱塞5-齿轮6-齿条7-活塞

齿轮齿条式摆动马达有单齿条和双齿条两种。图示为单齿条摆动马达结构原理。它由齿轮、齿条、活塞、缓冲装置、缸盖及缸体等组成。齿轮齿条式摆动马达通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动。活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，齿轮效率高。这种摆动马达的回转角度不受限制，可超过360ْ,但不宜太大，否则齿条太长也不合适。CURVERRadialactuationforspecialapplicationsincludingproducthandling,pickandplaceandtheoperationofcurveddoorsandshuttersBoresizes25mm,32mmand40mmRotationanglesupto180ORadii800,1000,1200,1400,1600mm用各种电动机（如伺服电动机、步进电动机、电动机）带动各种螺杆（如滑动螺杆、滚珠螺杆）旋转，通过螺母转化为直线运动，并推动滑台沿各种导轨（如滑动导轨、滚珠导轨、高刚性直线导轨）像气缸那样作往复直线运动。电动缸闭环伺服控制很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。闭环位置控制，控制精度达到0.01mm；精密控制推力，控制精度可达1%；噪音低、节能、干净、高刚性、抗冲击力、超长寿命、操作维护简单。电动缸可以在恶劣环境下无故障，防护等级可以达到IP66。长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳。所以可以广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。低成本维护电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。气缸的最佳替代品：电动缸可以完全替代气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点。配置灵活性可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件：安装前法兰，后法兰，侧面法兰，尾部铰接，耳轴安装，导向模块等；可以与伺服电机直线安装，或者平行安装；可以增加各式附件：限位开关，行星减速机，预紧螺母等；驱动可以选择交流制动电机，直流电机，步进电机，伺服电机。气动人工肌肉由外部提供的压缩空气驱动，作推拉动作，其过程就像人体的肌肉运动。它可以提供很大的力量，而重量却比较小，最小的气动人工肌肉重量只有10g。气动人工肌肉会在达到推拉极限时自动制动，不会突破预定的范围。多个气动人工肌肉可以按任意方向、位置组合，不需要整齐的排列。气动人工肌肉导向气缸DuplexThepistonrodsarenotjoinedandtherearmostcylinderisofashorterstroke.NearlydoublestartingthrustisachievedandmaintainedthroughoutthestrokeoftheshortercylinderIntermediatepositioncanbesetbytheshortcylinderonly.多位气缸Byfixingtwoormorecylinderstogetherandfullyinstrokingoroutstrokingtheminallthepossiblecombinations,theattachedloadcanbemovedtoanumberoffixedreliablepositions1234多位气缸Willdoublethepullandnearlydoublethethrustforagivenbore.Itissuitableasanalternativetoalargerborecylinderwhenthereisspaceavailableforlengthbutrestrictedwidthandheight.Ensurethehighermaxthrustiswithinthelimitsforrodbuckling（活塞杆弯曲）.串联气缸TandemCylinderMountingsAcylindershouldbeinstalledsothatsideloads（侧向负载）onthepistonrodbearingarereducedtoaminimumoreliminated.Asideloadisaforcecomponentactinglaterallyacrosstheaxisofthebearing.Fivetypicalinstallationsthatproduceasideloadfollowwiththeirpossiblesolutions.Sideloadscanrarelybeeliminatedcompletely,butbyemployinggoodengineeringpracticetheycanbereducedtoanacceptablelevel.InstallationAvoidattachinganunsupportedloadtothepistonrod.WhereverpossiblesupporttheloadonslideorrollerguidesSideloadoneTheweightofalongoutstrokedpistonrodalonecanproduceahighbendingmoment（弯矩）.Itmaybepossibletohangtherodendfromarollertrack.SideloadtwoMisalignmentofthecylinderandaguidedloadcaneasilyjambthecylindercompletely.Installationofafrontforkandslotwilleliminatethistypeofsideload.SideloadthreeAnoffsetloadisacommonsourceofbendingmomentactingontheendofapistonrod.Installexternalheavydutybearingstorelievethesideloadonthecylinderbearing.SideloadfourAhorizontallymountedrearhingedcylinderwillhavetheweightofthecylinderbodycreatingabendingmoment.FitacentraltrunnionatthepointofbalanceSideloadfiveSomeapplicationsrequireverylongstrokecylinders.Ifthereisacompressiveaxialloadappliedtothepistonrod,caremustbetakentoensurethatthesystemparametersofrodlength,diameterandloadarewithinthesafetylimitstopreventbuckling.Euler'sFormulaeforElasticInstabilityisexpressedby:Where Fk=EulerLoad(Forcetobuckle)E=ModulusofelasticityI=Secondmomentofarea(截面惯性矩)lk=EquivalentfreebucklinglengthFK=2EIl2KPistonrodbucklingTheequivalentfreebucklinglengthlkusedintheformulaisdeterminedbytheinstallation.Forapinjointedslendercolumn(Eulercase1)thefreebucklinglengthlkisthesameasthelengthlbetween