气动执行元件

端盖上设有排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆 侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏 气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以 提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向载荷，减 小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通 常使用烧结含油合金、铅青铜铸件。端盖过去常用可锻铸 铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸 有使用黄铜材料的。 活塞是气缸中受压力的零件。为防止活塞左右两腔相 互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的 导向性。耐磨环常使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树 脂等材质。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长 度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞 材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有用黄铜制成的。
下面分别介绍各部分 缸筒内径的大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在 缸筒内作平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达 Ra0.8m 。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻 力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外， 还使用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。 带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应 使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。
第二章 气动执行元件
将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线 往复运动、摆动和旋转运动的元件称为气动执行元件。 作直线运动的气缸可输出力，作摆动的气缸和作旋转 运动的气马达可输出力矩。 §2-1 气缸的分类及工作原理 在气动执行元件中，使用最多的是直线运动的气缸。 按照将空气压力转化成力的受压部分的结构不同，有活塞 式和非活塞式。如图所示。左图是活塞式，右图为膜片式


活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢， 表明经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密 封圈的耐磨性。 缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型 它采用锻造工艺部缸筒与一侧端盖做成一 体，另一侧端盖与缸筒使用铆接或用卡圈固定。用于微型 缸和中小型缸。 铆接型 在端盖上开有沟槽，将缸筒两端压铆入端 盖沟槽内，形成一体，用于中小型缸。 螺纹连接型 缸筒与端盖上有连接螺纹，将它们连 接在一起，用于中小型缸。 法兰型 缸筒和端盖上都带法兰，用螺栓将它们连 接在一起，用于省空间的中小型气缸。 拉杆型 用四拉杆将两端盖与缸筒夹紧在一起，端 盖与缸筒之间有密封圈，用于行程不太长也不太短的大中 型气缸。
6.耐压性能

规定，耐压力为气缸的最高使用压力的1.5倍。在耐压力作用下，保压 1min ，应保证气缸各连接部位没有松动、零件没有永久变形或其它异常 现象。 7.环境温度和介质温度

流入气缸内的气体温度称为介质温度。气缸所处工作场所的温度称 为环境温度。 一般情况下，对非磁性开关气缸，其环境温度和介质温度为（5～70）℃； 对磁性开关气缸，环境温度和介质温度为（5～60）℃。缸内密封材料在 高温下会软化，低温下会硬化脆裂，都会影响密封性能。所以必须对温 度有所限制。
6.按位置检测方式分类 主要有限位开关式和磁性开关式两种。限位开关式是 在活塞杆上安装撞块，在活塞杆运动行程两端安装限位开 关，以检测出活塞的运动行程。 磁性开关是将两个磁性开关直接安装在气缸缸身的不 同位置，便可检测出气缸的运动行程。
7.按驱动方式分类 按驱动气缸时压缩空气作用在活塞端面上的方向分， 有单向作用气缸和双向作用气缸。 二、常见气缸的工作原理及用途 1.气缸的基本构造 由于气缸的使用目的不同，气缸的构造是多种多样的， 但使用最多的是单杆双（向）作用气缸。下面就以单杆双 作用气缸为例，说明气缸的基本构造。 下图是CM2系列双作用气缸的结构原理图，它由缸筒、 端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成。 双作用气缸的工作原理 双作用气缸的结构原理图
Q Q Q
压
自
10 A s n(l min)
3
压
( p 0.1013 / 0.1013 10 A s n( p 0.1013 / 0.1013 l / min) ) ) (
3
式中，Q —耗压缩空气量 Q —耗自由空气量 A —活塞面积 s —活塞行程 p —气体工作压力 n —每分钟往复运动次数 气缸的耗气量可分成最大耗气量和平均耗气量。 最大耗气量是气缸以最大速度运动时所需要的空气流量。用于选 定空气处理元件、控制阀及配管尺寸等。平均耗气量是气缸在气动系 统的一个工作循环周期内所消耗的空气流量。用于选用空压机、计算 运转成本。两者之差用于选定气罐的容积。 5.使用压力范围
由于上述原因，单作用气缸通常用于短行程及活塞杆推力、 运动速度要求不高的场合，例如气吊、气动夹紧等。 3.双作用气缸 所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动， 其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞等，还有 带缓冲装置的气缸，此类气缸使用最为广泛。现分述如下： （a）双活塞杆双作用气缸 双活塞杆双作用气缸工作原理如同所示。
（d）气液阻尼缸 由于气动缸采用的工作介质是可压缩空气，其特点是 动作快，但速度不易受控制。当负载变化较大时，容易产 生爬行或自走现象。而液压缸采用通常认为是不可压缩的 液压油作为工作介质，易于实现速度和位置控制，不易产 生爬行、自走现象。气液阻尼缸就是利用它们二者的特点 组合而成的。工作原理图如图2-6所示。

膜片式气缸密封性好，无摩擦阻力，无须润滑，但气 缸行程短，大多用于生产过程控制中的夹紧和阀门开闭等 工作。使用最多的是活塞式气缸。 一、气缸的分类 1.按功能分类 分为标准型，省空间型，高精度型，止动 型，无杆型，带导杆型，带阀型，中停型，落下防止型， 计测型等。 2.按尺寸分类 按缸径分类，通常将 10m m 以下称为微型 缸， 10m m ～ 25m m 为小型缸， 32m m～ 100m m为中型缸， 大于 100m m 为大型缸。在缸径相同的条件下，活塞杆直径、 杆端螺纹尺寸和配管接口尺寸还与气缸的品种有关。气缸 的行程有标准行程、长行程和最大行程。标准行程是指不 需向厂家特殊订货的行程。标准行程的范围与气缸的形式 和缸径大小有关。非标准行程称为特殊行程，要根据特殊 订货组织生产。比标准行程长，限制横向载荷后尚不需要 在运动方向加导向装置的行程称为长行程。行程大于
长行程，沿气缸运动方向要设置导向装置。气缸最大允许 的行程称为最大行程。 3.按安装方式分类 气缸安装方式
4.按缓冲方式分类 活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞撞击端 盖造成气缸损伤和降低撞击噪声，在气缸行程终端，一般 都设有缓冲器。 缓冲可分为单侧（杆侧或无杆侧）缓冲和双侧缓冲， 固定缓冲（如垫缓冲、固定节流孔）和可调缓冲（如缓冲 节流阀）。 5.按润滑方式分类 可分成给油气缸和不给油气缸两类。 给油气缸是由压缩空气带入油雾，对气缸内相对运动 件进行润滑。不给油气缸是指压缩空气中不含油雾，相对 运动件之间的润滑是靠预先在密封圈内添加的润滑脂来保 证。另外，气缸内的零件要使用不易生锈的材料。 目前，绝大多数系列的气缸都是不给油式的，需注意的是， 它也可给油使用，但一旦给油，就必须保持给油，如中途 停止给油，因润滑脂已被油冲洗掉，使它处于无油润滑状 态，使密封件过快磨损。
（e）气动夹 它主要是针对机械手的用途而设计的。可以用来抓取物体 实现机械手各种动作。 （f）锁定气缸 它实际上是起一个气压锁作用。 （g）无杆气缸 这就不作介绍了。
§2-2 气缸的特性及计算 一、气缸的推力和效率
1.气缸的理论推力 由图分析，活塞承受的气压推力如下：
由于这种气缸两侧都有活塞杆，当两端活塞杆直径相同， 活塞两侧受力面积也相同时，气缸在往复行程中，气缸的 输出力及输出速度完全相等。常用于加工机械及包装机械
（b）双活塞双作用气缸 下图2-4是结构原理图，它实际上是两个双作用气缸 的串联。由于两个活塞装载同一根杆上，因而它的输出力 为单活塞缸的两倍。常用于要求增加气缸输出力，而由于 空间布局等限制不能增大缸径的场合。 （c）缓冲气缸 一个普通气缸，当活塞运动接近行程末端时，由于具 有较高的速度，如若不采取适当措施，将会产生很大的冲 击力撞击端盖，引起振动或损坏机件，特别是行程较长的 气缸。为了使活塞能够平稳地靠近端盖而不发生冲击，可 以在气缸内部加上缓冲装置，称这种气缸为缓冲气缸。其 结构原理图如下2-5所示。
2.单作用气缸 所谓单作用气缸是指压缩空气仅在气缸的一端进气， 推动活塞运动。而活塞的返回是借助于弹簧力、膜片张力、 重力等，其原理见图。
单作用气缸的特点是：①仅一端进气，结构简单，耗气量 少。②用弹簧或膜片复位，因需克服弹性力等，所以活塞 杆的输出力小。③缸内安装弹簧、膜片等，缩短了活塞的 有效行程。④复位弹簧，膜片的弹力是随其变形大小而变 化的，因此活塞杆的推力和运动速度在行程中是有变化的。 单作用气缸的两种型式：1弹簧压回式 2弹簧压出式
压
自

使用压力范围是指气缸的最低使用压力至最高使用压力的范围。
最低使用压力是指保证气缸正常工作的最低供给压力。所谓正常工作是 指气缸能平稳运动且泄露量在允许指标范围内。双作用气缸的最低工作 MPa 压力一般在（0.05～0.1） ，单作用气缸一般在（0.15～0.25） 。 MPa

最高使用压力是指气缸长时间在此压力作用下能正常工作而不损坏 的压力。
f
f
1
2
1


A p 10 ( N )
6 1 1
2
A p 10 ( N )
6 2 2
2
f 式中 f ， —进气侧和排气侧作用于活塞上的压缩气体推力（ N）
பைடு நூலகம்

A
p
1
—进气侧和排气侧气体压力（MPa ） 这时 F m —活塞的理论推力 2.气缸的实际推力 由于活塞等运动部件的惯性力以及密封等部分的摩擦力产生，实 际的推力要比理论推力小，这个力成为实际推力。
6 1 2

所以，
F
理
（ F实 10 A1 p A2 p ） ( N )
6 1 2

气缸的效率有很多影响因素，密封的种类、气缸内表面和活塞杆 加工的状态及润滑状态，还有气缸的运动速度，排气侧压力，外载荷 状况及管道状态。 4.气缸的耗气量 气缸的耗气量是活塞每分钟移动的容积，称这个容积为耗压缩空 气量，换算成在大气压状态下自由空气量来表示。注意，是指耗自由 空气量。用公式表达为
1 2
， A p ，
2
—活塞右左面积（ m ）
10 F实 （ A1 p A2 p ） (R ma)(N )
6 1 2


R —摩擦阻力 m —活塞等运动部件质量 a —活塞运动的加速度 3.气缸效率 气缸的效率是气缸的实际推力与理论推力的比值，即
F实
（ A1 p A2 p ） ( R mn) 1 2 10 6 ( A1 p A2 p )10 （℅）
8.泄露量



气缸处于静止状态，从无杆侧和有杆侧交替输入最低使用压力和 最高使用压力，从活塞处（称为内泄漏）及活塞杆和管接头等处（称 为外泄露）的泄漏流量称为泄露量。 合格气缸的泄漏量应小于规定指标，外泄漏不得大于3+0.15 d mL / min ( ANR) ，内泄漏量不得大于3+0.15 D mL / min ( ANR)。式中，缸径 D 和 杆径 d 都以 mm 计。 9.气缸的负载率 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 F 之比。负载力是选择气缸时的重要因素。 10.耐久性 指的是在活塞杆的轴向施加负载率为50％的负载，向气缸的两腔 交替通入最高使用压力，调节速度控制阀，使活塞运动速度达到 200 mm / s ，活塞沿全行程作往复运动，气缸仍保证合格的累计行程称 为耐久性。一般情况下，气缸的耐久性指标不低于3000 km 。