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气动培训：气动执行元件

(2009-05-11 11:05:10)

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气动元件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复、摆动或回转运动，其输出为力或转矩。气动执行元件可分为气缸和气动马达。

一、气缸的分类

1. 按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为：

单作用气缸：压缩空气只能使活塞向一个方向运动，返回则需要借助外力、重力；

双作用气缸：压缩空气可使活塞向两个方向运动。

2. 按结构特点可分为：活塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸、气—液阻尼缸等。

3. 按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式。

4. 按气缸的功能分为：普通气缸、气—液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击气缸、伸缩气缸、回转气缸、摆动式气缸（摆动气马达）等。

二、气缸结构及工作原理

1. 普通气缸

主要指活塞式单作用气缸和双作用气缸。用于无特殊使用要求的场合，如一般的驱动，定位、夹紧装置的驱动等。

2．气—液阻尼缸

1）作用：普通气缸工作时，由于气体的可压缩性，当外部载荷变化较大时，会产生“爬行”或“自走”现象，使气缸的工作不稳定。为了使活塞运动平稳，普遍采用了气—液阻尼

缸。

2）特点：气—液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成，它以压缩空气为能源，利用油液的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。与普通气缸相比，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，油的污染小、经济性好。由于气—液阻尼缸同时具有气动和液压的优点，因而它得到了越来越广泛的应用。

3）组成：液压缸和气缸串联成一个整体，两个活塞固定在一根活塞杆上。

4）原理：

若压缩空气自A口进入气缸左侧，气缸克服外载荷并推动活塞向右运动，此时液压缸右腔排油，单向阀关闭，油液只能经节流阀缓慢流人液压缸左腔，对整个活塞的运动起阻尼作用，调节节流阀的通道面积，就能达到调节活塞运动速度的目的；反之，当压缩空气经换向阀从气缸B口进入时，液压缸左腔排油，此时单向阀开启，无阻尼作用，活塞快速向左运动。

这种气—液阻尼缸的结构，一般是将双活塞杆腔作为液压缸，因为这样可使液压缸两腔的排油量相等。此时，一般只需用油杯就可补充因液压缸泄漏而减少的油量。

3．薄膜式气缸

1）原理：利用压缩空气通过膜片的变形来推动活塞杆作直线运动的气缸。

2）组成：缸体、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件。

3）类型：单作用式和双作用式。薄膜式气缸的膜片可以作成盘形膜片和平膜片两种形式。

膜片材料：夹织物橡胶，常用，厚度为5mm～6mm钢片

磷青铜片金属膜片：只用于行程较小的薄膜式气缸中。

4）特点：

薄膜式气缸具有结构紧凑、重量轻、维修方便、密封性能好、制造成本低等优点，但是因膜片的变形量有限，故其行程短（一般不超过40mm～50mm），且气缸活塞上的输出力随着行程加大而减小。它广泛应用于化工生产过程的调节器上。

4．冲击气缸

1）作用：把压缩空气的能量转化为活塞高速运动能量。活塞的最大速度每秒可达十几

米，利用此动能去作功，可完成型材下料、打印、铆接、弯曲、冲孔、镦粗、破碎、模锻等多种作业。

2）组成：冲击气缸由缸体、中盖、活塞和活塞杆等主要零件。

中盖与缸体固结在一起，它和活塞把气缸容积分隔成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔，中盖中心开有一喷嘴口。

3）原理：

喷嘴处于关闭状态：当压缩空气刚进入蓄能腔时，其压力只能通过喷嘴口的小面积作用在活塞上，还不能克眼活塞杆腔的排气压力所产生的向上推力以及活塞和缸体间的磨擦阻力。

喷嘴开启：蓄能腔中充气压力逐渐升高，当压力升高到作用在喷嘴口面积上的总推力能克服活塞杆腔的排气压力与磨擦力的总和时，活塞向下移动，喷嘴口开启，积聚在蓄能腔中的压缩空气通过喷嘴口突然作用在活塞的全部面积上，喷嘴口处的气流速度可达声速。喷人活塞腔的高速气流进一步膨胀，给予活塞很大的向下推力，而此时活塞杆腔内压力很低，于是活塞在很大的压差作用下迅速加速，加速度可达1 000m／s2以上。在很短的时间（约为0.25s～1.25s）内，以极高的速度（平均冲击速度可高达8m／s）向下冲击，从而获得很大的动能。

4）泄气口的作用:

活塞开始冲击之前:使活塞腔的压力能接近于大气压；

活塞开始冲击后又最好能关闭:以免造成泄漏；

泄气口的另一个作用是在必要时可作为控制信号孔使用。

5.伸缩气缸

1）特点:行程长，径向尺寸较大而轴向尺寸较小，推力和速度随工作行程的变化而变化。

2）原理：

第一段行程的推力和速度：

F1=πD2/4p 推力大

v1=4q/πD2 速度慢

第二段行程的推力和速度：

F2=πD2/4p 推力小

v2=4q/πD2 速度快

若有第三、四、五…段行程，则其推力、速度依此类推。从公式中可看出：因为D>0，所以F1>F2，v1 6．回转气缸

1）组成：导气头(固定)、缸体（转动）、活塞杆（移动）、活塞

2）应用：回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置上。

6．摆动气缸(摆动气马达)

1）作用：将压缩空气的压力能转变成气缸输出轴的有限回转机械能；转动角度小于360°。

2）工作原理：定子5与缸体4固定在一起，叶片5和转子2(输出轴)联结在一起。当左腔进气时，转子顺时针转动；反之，转子则逆时针转动。这种气缸的耗气量一般都较大，其输出转矩和角速度与摆动液压缸相同，故不再重复。

3）应用：夹具的回转、阀门的开启、转塔车床转塔刀架的转位、以及自动线上物料的转位等场合。

7．带阀气缸和磁性开关气缸

为了用户的使用方便，目前已广泛应用带有换向阀和流量调节阀等阀类的带阀气缸，其工作原理与用气缸和相应阀类组成的气动回路一样，故这里不再详述。

下面简单介绍一种新型的磁性开关气缸。它是采用磁性活塞与磁感应信号组合应用的新技术，即在磁性活塞气缸上装有无触点接近开关。无触点开关是由一片专用集成块和感应头(由磁罐和线圈组成)所构成。当磁性活塞没有靠近感应头时，产生高频电磁振荡，输出端为“关”态。当磁性活塞靠近感应头时，破坏了振荡条件，使输出端由“关”一“通”态，这样就能自动发出信号进行控制。