液压与气压传动技术 第四版 课件 任务二 气动执行元件结构分析

任务二气动执行元件结构分析气压传动气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构做往复运动、摆动或旋转运动的元件。气动执行元件分为气缸和气马达两大类。气缸可实现直线往复运动或摆动，输出为力或转矩，气马达可实现连续回转运动，输出为转矩。任务二气动执行元件结构分析气压传动气缸是气动系统中使用最多的一种执行元件，其结构、形状有多种形式，分类方法也有多种形式，常用的主要有以下几种：（1）按压缩空气对活塞端面作用力的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。单作用气缸只有一个方向的运动是气压传动，活塞的复位靠外力（弹簧力、重力等）实现。双作用气缸活塞的往复运动都是靠压缩空气来完成的。（2）按结构特点，可分为活塞式、柱塞式、膜片式、叶片摆动式及气液阻尼缸等。（3）按功能可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸用于一般无特殊要求的场合。特殊气缸常用于有某种特殊要求的场合。如缓冲气缸、步进气缸、冲击式气缸、增压气缸、数字气缸、回转气缸、气液阻尼气缸、开关气缸、制动气缸、坐标气缸等。（4）按安装方式，可分为固定式气缸、轴销式气缸、回转式气缸、嵌入式气缸等。固定式气缸的缸体安装在机架上不动，其连接方式又有耳座式、凸缘式和法兰式。轴销式气缸的缸体绕一固定轴，缸体可作一定角度的摆动。回转式气缸的缸体可随机床主轴做高速旋转运动，常见的有数控机床上的气动卡盘。一、气缸任务二气动执行元件结构分析气压传动普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸，也称为活塞式气缸，主要有缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前缸盖与后缸盖以及密封元件组成。有单作用和双作用气缸两。一、气缸1.单作用气缸单杆双作用气缸是应用最为广泛的一种普通气缸，图示为其结构原理图。缸筒前后用端盖及密封垫圈等固定连接。有活塞杆侧的缸盖为前缸盖，无活塞杆侧的缸盖为后缸盖，一般在缸盖上开设有进排气通口，如活塞运动速度较高时，可在行程的末端装有缓冲装置。前缸盖上设有密封圈、防尘圈和导向套，以此提高气缸的导向精度。活塞杆和活塞紧固相接，活塞上有防止左右两腔互通窜气的密封圈，以及耐磨环；带磁性开关的气缸，活塞上装有永久性磁环，它可触发安装在气缸上的磁性开关来检测气缸活塞的运动位置。活塞两侧一般装有缓冲垫，如为气缓冲，则活塞两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞，前后两缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套，当气缸运动到端头时，缓冲柱进入到缓冲套内，气缸排气需经缓冲节流阀，排气阻力增加，产生排气背压，形成缓冲气垫，起到缓冲作用。任务二气动执行元件结构分析气压传动普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸，也称为活塞式气缸，主要有缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前缸盖与后缸盖以及密封元件组成。有单作用和双作用气缸两种。一、气缸1.单作用气缸一侧气口供气，驱动活塞运动，依靠弹簧力、外力或重力返回。1-防尘组合密封圈2-导向套3-前缸盖4-缓冲密封圈5-缸筒6-活塞杆7-缓冲柱塞8-活塞9-磁性环10-导向环11-密封圈12-缓冲节流阀13-后缸盖任务二气动执行元件结构分析气压传动

1.单作用气缸缸筒前后用端盖及密封垫圈等固定连接。有活塞杆侧的缸盖为前缸盖，无活塞杆侧的缸盖为后缸盖，一般在缸盖上开设有进排气通口，如活塞运动速度较高时（一般为左右），可在行程的末端装有缓冲装置。前缸盖上设有密封圈、防尘圈和导向套，以此提高气缸的导向精度。活塞杆和活塞紧固相接，活塞上有防止左右两腔互通窜气的密封圈，以及耐磨环；带磁性开关的气缸，活塞上装有永久性磁环，它可触发安装在气缸上的磁性开关来检测气缸活塞的运动位置。活塞两侧一般装有缓冲垫，如为气缓冲，则活塞两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞，前后两缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套，当气缸运动到端头时，缓冲柱进入到缓冲套内，气缸排气需经缓冲节流阀，排气阻力增加，产生排气背压，形成缓冲气垫，起到缓冲作用。任务二气动执行元件结构分析气压传动

1.单作用气缸单作用气缸压缩空气仅在气缸的一端气口输入，推动活塞伸出（或缩回），而另一端则借助于外力，如弹簧力、重力等使活塞返回到初始位置。单作用气缸只在动作方向上需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。观察原理任务二气动执行元件结构分析气压传动

2.双作用气缸双作用气缸压缩空气从无杆腔端的气口输入时，若气压作用在活塞左端面上的力克服了运动摩擦力、负载等各种反作用力，则活塞前进，有杆腔内的空气经该端的气口排出，使活塞杆伸出。同样，当压缩空气从有杆腔的气口输入时，活塞杆返回到初始位置。通过无杆腔和有杆腔交替进气和排气，活塞杆伸出和缩回，气缸实现两个方向上的往复直线运动，但两方向上输出的力和速度不同。观察原理观察结构任务二气动执行元件结构分析气压传动3.薄膜式气缸薄膜式气缸是以薄膜取代活塞带动活塞杆运动的一种气缸，它利用压缩空气通过膜片推动活塞杆作往复运动，具有结构简单、紧凑、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏少、效率高等优点，但因膜片的变形量有限，气缸的行程较小，且输出的推力随行程的增大而减小。适用于气动夹具、自动调节阀及短行程场合。按其结构可分单作用式和双作用式两种。图示为单作用薄膜式气缸，此气缸只有一个气口。当气口输入压缩空气时，推动膜片2、膜盘3、活塞杆4向下运动，活塞杆的上行需依靠弹簧力的作用。观察原理观察结构任务二气动执行元件结构分析气压传动4.气液阻尼气缸

因气体具有很大的可压缩性，一般普通气缸在工作负载变化较大时，会产生“爬行”或“自走”现象，气缸的平稳性较差，且不易使活塞获得准确的停止位置。为使活塞运动平稳，可利用液压油的性质采用气液阻尼缸。气液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成的，以压缩空气为能源，以油液作为控制和调节气缸运动速度的介质，利用液体的可压缩性小和控制液体排量来获得气缸的平稳运动和调节活塞的运动速度。将气缸和液压缸串接成一个主体，两个活塞固定在一个活塞杆上，在液压缸进出口之间装有单向节流阀。当气缸6右腔进气，气缸6活塞克服外加负载并带动液压缸活塞5向左运动。此时液压缸左腔排油，由于单向阀3关闭，油液只能经节流阀4缓慢流回右腔，对整个活塞的运动起到阻尼作用。调节节流阀4即可达到调节活塞运动速度的目的。当压缩空气进入气缸6左腔时，液压缸5右腔排油，此时单向阀3开启，活塞能快速返回。将气缸与液压缸用一块刚性连接板并联使用。液压缸活塞杆可在连接板内浮动一段行程。与串联式气液阻尼缸相比，并联式气液阻尼缸具有缸体长度短、占机床空间位置小、结构紧凑的优点。任务二气动执行元件结构分析气压传动

5.无杆气缸无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现往复运动。这种气缸最大优点是节省了安装空间，特别适合于小缸径长行程的场合。无杆气缸主要有机械接触式气缸、磁性耦合气缸等结构形式。下面以磁性无活塞杆气缸为例介绍。图示为一种磁性耦合气缸。在活塞3上安装了若干组高磁性的稀土永久磁环（磁钢5)，磁力线穿过金属非导磁缸筒2与缸筒外部装在负载连接套4中对应的磁环相互作用，当活塞在缸筒内被推动的时候，在磁力藕合作用下，负载连接套带动负载运动。1-气缸盖2-缸筒3-活塞4-负载连接套5-磁钢6-隔磁套7-缓冲垫任务二气动执行元件结构分析气压传动

6.气动手指气动手指又名气动夹爪或气动夹指，是利用压缩空气作为动力，用来夹取或抓取工件的执行装置。根据气指的数目分为2指、3指、4指。根据气指的运动形式可以分为摆动气指和平行移动气指。任务二气动执行元件结构分析气压传动6.气动手指

1）摆动气指：如图所示的摆动手指气缸的活塞杆上有一环槽1，由于手指耳轴2与环槽相连，因而手指可同时移动且自动对中，并确保抓取力矩始终恒定。观察结构任务二气动执行元件结构分析气压传动6.气动手指

2）平行手指气缸：图示平行手指气缸的手指是由单活塞驱动，轴心带动曲柄，两片爪片上各有一个相对应的曲柄槽。为减少摩擦阻力，爪片与本体连接为钢珠滑轨结构。观察结构任务二气动执行元件结构分析气压传动6.气动手指3）3点手指气缸如图所示3点手指气缸的活塞上有一个环形槽，每个曲柄与一个气动手指相连，活塞运动能驱动三个曲柄动作，因而可控制三个手指同时打开和合拢。1-环形槽2-曲柄。任务二气动执行元件结构分析气压传动6.气动手指气指图形符号：任务二气动执行元件结构分析气压传动7.磁环与气缓冲装置

1）磁环：为了准确知道气缸是否到达终端位置，有些气缸在活塞上安装一个永久磁性橡胶环，随活塞一起运动。在缸身上外装磁性开关以检测活塞的位置。磁性开关又名舌簧开关或磁性发信器。开关内部装有舌簧片式的开关、保护电路和动作指示灯等，当装有永久磁铁的活塞运动到舌簧开关附近时，两个簧片被吸引使开关接通。当永久磁铁随活塞离开时，磁力减弱，两簧片弹开，使开关断开。任务二气动执行元件结构分析气压传动7.磁环与气缓冲装置

2）气缓冲装置：气缸在行程末端的运动速度较大时，仅靠缓冲垫不足以吸收活塞对缸盖的冲击力，通常可以在气缸内设置气缓冲装置。气缓冲装置由缓冲套、缓冲密封圈和缓冲阀等组成，如图所示，当活塞向右运动时，右缓冲套接触右缓冲密封圈，活塞右侧便形成一个封闭缓冲腔。缓冲腔内的气体只能通过缓冲调节阀排出，如图a所示。当缓冲调节阀开度很小时，缓冲腔向外排气很少，活塞继续右行，则缓冲腔内气体处于绝热压缩，使腔内压力较快上升。此压力对活塞产生反向作用力，从而使活塞减速，直至停止，避免或减轻了活塞对缸盖的撞击，达到了缓冲的目的。调节缓冲阀的开度，可改变缓冲能力，故带缓冲调节阀的气缸，称为可调缓冲气缸。活塞左行时，有压气体中的一路将右缓冲密封圈推开，另一路经过缓冲阀作用于活塞上，如图b所示。图c为其图形符号。1-左缓冲套2-活塞3-右缓冲套4-右缓冲密封圈5-缓冲调节阀6-缸盖观察原理任务二气动执行元件结构分析气压传动摆动马达是一种在小于360°范围内作往复摆动的气动执行元件。它将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。常用的摆动马达的最大摆动角度分别为90°、180°、270°。摆动马达输出轴承受扭矩，对冲击的耐力小，因此若受到驱动物体停止时的冲击作用将容易损坏，需采用缓冲或安装制动器予以保护。根据摆动马达的结构形式，摆动马达可以分为叶片式摆动马达和齿轮齿条式摆动马达。二、摆动气马达任务二气动执行元件结构分析气压传动叶片式摆动马达的定子上有两条气路，在左路进气时，右路排气。压缩空气作用在叶片上带动转子逆时针转动。反之，作顺时针转动。用方向控制阀控制马达的进排气方向，实现马达的正反转。二、摆动气马达1.

叶片式摆动气马达任务二气动执行元件结构分析气压传动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气马达通过一个可补偿磨损的齿轮齿条将活塞的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。这种摆动气马达的回转角度不受限制，可超过360°(实际使用一般不超过360°)

，但不宜太大，否则齿条太长也不合适。

当马达左腔进气、右腔排气时，活塞7、推动齿条6过向左运动，齿轮5和轴作顺时针方向的回转运动，输出转矩；反之，齿轮作逆时针方向的回转运动。其回转角度取决于活塞的行程和齿轮的节圆半径。二、摆动气马达2.齿轮齿条式摆动气马达观察结构任务二气动执行元件结构分析气压传动1-叶片2-定子3-转子1.工作原理：气马达的工作原理与同类液压马达的工作原理很相似。图为双向旋转叶片式气马达的结构及工作原理图。三、气动马达