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气动实行元件和遏制元件
气动实行元件是一种能量变换安装，它是将收缩空气的压力能变化为呆板能，启动机构完成直线来去行动、摆动、回旋行动或打击行为。气动实行元件分为气缸和蔼马达两大类。气缸用于供给直线来去行动或摆动，输效力和直线速率或摆动角位移。气马达用于供给持续反转行动，输出转矩和转速。
气动遏制元件用来调理收缩空气的压力流量和方位等，以保证实行机构按规矩的程序正常实行处事。气动遏制元件按功效可分为压力遏制阀、流量遏制阀和方位遏制阀。
一、气缸的处事旨趣、分类及安装情势
1.气缸的典范结讲和处事旨趣
图1－1平凡双效用气缸
1－缓冲柱塞2－活塞4－缸筒5－导向套6－防尘圈7－前端盖8－气口9－传感器10－活塞杆11－耐磨环12－密封圈13－后端盖14－缓冲撙节阀
以气动系统中最常行使的单活塞杆双效用气缸为例来表明，气缸典范机关如图1－1所示。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等构成。双效用气缸内部被活塞分红两个腔。有活塞杆腔称为有杆腔，无活塞杆腔称为无杆腔。
当从无杆腔输入收缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差效用在活塞上所孕育的力克复阻力负载鞭策活塞行动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。倘有杆腔和无杆腔瓜代进气和排气，活塞完成来去直线行动。
2.气缸的分类
气缸的品种不少，正常按气缸的机关特色、功效、启动方法或安装法子等实行分类。分类的法子也不同。按机关特色，气缸紧要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种。按行动情势分为直线行动气缸和摆动气缸两类。
3.气缸的安装情势
气缸的安装情势可分为
1）静止式气缸气缸安装在机体上静止不动，有足座式和法兰式。
2）轴销式气缸缸体缠绕静止轴可做确定角度的摆动，有U形钩式和耳轴式。
3）反转式气缸缸体静止在机床主轴上，可随机床主轴做高速回旋行动。这类气缸罕用于机床上气动卡盘中，以完成工件的主动装卡。
4）嵌入式气缸气缸缸筒直接制做在夹详细内。
二、罕用气缸的机关旨趣
1.平凡气缸
囊括单效用式和双效用式气缸。罕用于无非凡请求的场地。
图1－2为最罕用的单杆双效用平凡气缸的根底机关，气缸正常由缸筒、先后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件构成。
缸筒7与先后缸盖静止贯通。有活塞杆侧的缸盖5为前缸盖，缸底侧的缸盖14为后缸盖。在缸关上开有进排气通口，有的还设有气缓冲机构。前缸关上，设有密封圈、防尘圈3，同时还设有导向套4，以抬高气缸的导向精度。活塞杆6与活塞9紧固邻接。活塞上除有密封圈10，11防备活塞左右两腔互相漏气外，尚有耐磨环12以抬高气缸的导向性；带磁性开关的气缸，活塞上装有磁环。活塞双侧常装有橡胶垫做为缓冲垫8。若是是气缓冲，则活塞双侧沿轴线方位设有缓冲柱塞，同时缸关上有缓冲撙节阀弛缓冲套，当气缸行动到端头时，缓冲柱塞投入缓冲套，气缸排气需经缓冲撙节阀，排气阻力添加，孕育排气背压，孕育缓冲气垫，起到缓冲效用。
图1－2平凡双效用气缸
1－弹簧挡圈2－防尘圈压板3－防尘圈4－导向套5－杆侧端盖6－活塞杆7－缸筒8－缓冲垫9－活塞10－活塞密封圈11－密封圈12－耐磨环14－无杆侧端盖
2.非凡气缸
图1－3薄膜气缸
1－缸体2－膜片3－膜盘4－活塞杆
为了餍足不同的处事须要，在平凡气缸的根底上，经过变动或添加气缸的部份机关，计划开采出多种非凡气缸。
（1）薄膜式气缸图1－3为膜片气缸的处事旨趣图。膜片有平膜片和盘形膜片两种正常用夹织物橡胶、钢片或磷青铜片制成，厚度为5～6mm（实用1～2mm厚膜片的）。
图1－3所示的膜片气缸的功效近似于弹簧复位的活塞式单效用气缸，处事时，膜片在收缩空气效用下鞭策活塞杆行动。它的益处是：机关容易、紧凑、体积小、分量轻、密封性好、不易漏气、加工容易、成本低、无磨损件、培修便利等，合用于路程短的场地。瑕玷是路程短，正常不趁过50mm。平膜片的路程更短，约为其直径的1/10。
（2）磁性开关气缸磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环，在缸筒上直接安装磁性开关，磁性开关用来探测气缸路程的场所，遏制气缸来去行动。因而，就不须要在缸筒上安装路程阀或路程开关来探测气缸活塞场所，也不须要在活塞杆上配置挡块。
其处事旨趣如图1－4所示。它是在气缸活塞上安装永远磁环，在缸筒外壳上装有舌簧开关。开关内装有舌簧片、维护电路和行为差遣灯等，均用树脂塑封在一个盒子内。当装有永远磁铁的活塞行动到舌簧片左近，磁力线经过舌簧片使其磁化，两个簧片被吸引来往，则开关接通。当永远磁铁返回离开时，磁场削弱，两簧片弹开，则开关断开。由于开关的接通或断开，使电磁阀换向，进而完成气缸的来去行动。
图1－4磁性开关气缸
1－行为差遣灯2－维护电路3－开关外壳4－导线5－活塞6－磁环7－缸筒8－舌簧开关
气缸磁性开关与别的开关的较量见表1-1。
开关情势
遏制旨趣
成本
调度安装繁杂性
磁性开关
磁场变动
低
便利，不占场所
路程开关
呆板触点
低
费事，占场所
热诚开关
阻抗变动
高
费事，占场所
光电开关
光的变动
高
费事，占场所
带阀气缸是由气缸、换向阀和速率遏制阀等构成的一种组合式气动实行元件。它省去了贯通管道和管讨论，增加了能量花费，具备机关紧凑，安装便利等益处。带阀气缸的阀有电控、气控、机控和手控等各类遏制方法。阀的安装情势有安装在气缸尾部、上部等几种。如图1－5所示，电磁换向阀安装在气缸的上部，当有电记号时，则电磁阀被切换，输出气压可直接遏制气缸行为。
图1－5带阀组合气缸
1－管讨论2－气缸3－气管4－电磁换向阀5－换向阀底板6－单向撙节阀组合件7－密封圈。
带导杆气缸图1－6为带导杆气缸，在缸筒双侧配导向用的滑动轴承（轴瓦式或滚珠式），因而导向精度高，承担横向载荷能耐强。
图1－6典范带导杆气缸的机关
无杆气缸无杆气缸是指操纵活塞直接或直接方法贯通外界实行机构，并使其跟从活塞完成来去行动的气缸。这类气缸的最大益处是节减安装空间。
磁性无杆气缸活塞经过磁力启发缸体外部的挪动体做同步挪动，其机关如图1－7所示。它的处事旨趣是：在活塞上安装一组高强磁性的永远磁环，磁力线经过薄壁缸筒与套在表面的另一组磁环效用，由于两组磁环磁性相悖，具备很强的吸力。当活塞在缸筒内被气压鞭策时，则在磁力效用下，启发缸筒外的磁环套一同挪动。气缸活塞的推力确定与磁环的吸力相适应。
图1－7磁性无杆气缸
1－套筒2－外磁环3－外磁导板4－内磁环5－内磁导板6－压盖7－卡环8－活塞9－活塞轴10－缓冲柱塞11－气缸筒12－端盖13－进、排气口
呆板来往式无杆气缸称呆板来往式无杆气缸，其机关如1－8所示。在气缸缸管轴向开有一条槽，活塞与滑块在槽上部挪动。
为了防备泄露及防尘须要，在启齿部采纳聚氨脂密封带和防尘不锈钢带静止在两头缸关上，活塞架穿过槽，把活塞与滑块连成一体。活塞与滑块贯通在一同，启发静止在滑块上的实行机构完成来去行动。这类气缸的特点是：
1)与平凡气缸比拟，在一样路程下可收缩1/2安装场所；
2)不需配置防起色构；
3)合用于缸径10～80mm，最大路程在缸径≥40mm时可达7m；4)速率高，准则型可达0.1～0.5m/s；高速型可到达0.3～3.0m/s。
4)其瑕玷是：1)密封本能差，轻易孕育外泄露。在行使三位阀时确定采用中压式；2)受负载力小，为了添加负载能耐，确定添加导向机构。
图1－8呆板来往式无杆气缸
l－撙节阀2－缓冲柱塞3－密封带4－防尘不锈钢带5－活塞6－滑块7－活塞架
锁紧气缸带有锁紧安装的气缸称为锁紧气缸按锁紧场所分为路程末尾锁紧型和搪塞场所锁紧型。
路程末尾锁紧型气缸如图1－9所示，当活塞行动到路程末尾，气压释放后，锁定活塞1在弹簧力的效用下插入活塞杆的卡槽中，活塞杆被锁定。供气加压时，锁定活塞1缩回退出卡槽而开锁，活塞杆就可行动。
图1－9带端锁气缸的机关旨趣
a）手动废除非锁式b）手动废除锁式。
1－锁定活塞2－橡胶帽3－帽4－缓冲垫圈5－锁用弹簧6－密封件7－导向套8－螺钉9－旋钮10－弹簧11－限位环
搪塞场所锁紧型气缸按锁紧方法可分为卡套锥面式、弹簧式和偏爱式等多种情势。卡套锥面式锁紧安装由锥形制动活塞6、制动瓦1、制动臂4和制转动簧7等孕育，其机关旨趣如图1－10所示。效用在锥状锁紧活塞上的弹簧力由于楔的效用而被强调，再由杠杆旨趣获得强调。这个强调的做使劲效用在制动瓦1上，把活塞杆锁紧。要释放对活塞的锁紧，向供气口A′供给收缩空气，把锁紧弹簧力撤掉。
图1－10制动气缸制动安装处事旨趣
a）自如状况b）锁紧状况l－制动瓦2－制动瓦座3－转轴4－制动臂5－压轮6－锥形制动活塞7－制转动簧
气着手爪气着手爪这类实行元件是一种变型气缸。它能够用来抓取物体，完成呆板手各类行为。在主动化系统中，气着手爪常运用在搬运、传递工件机构中抓取、拾放物体。
图1－11平行开合手指
气着手爪有平行开合手指（如图1－11所示）、肘节摆动开合手爪、有两爪、三爪和四爪等表率，此中两爪中有平开式和支点开闭式启动方法有直线式和回旋式。
气着手爪的开闭正常是经过由气缸活塞孕育的来去直线行动启发与手爪邻接的曲柄连杆、滚轮或齿轮等机构，启动各个手爪同步做开、闭行动。
气液阻尼缸气缸以可收缩空气为处事介质，行为快，但速率稳固性差，当负载变动较大时，轻易孕育“匍匐”或“自走”形势。别的，收缩空气的压力较低，因而气缸的输效力较小。为此，时常采纳气缸和油缸相连系的方法，构成各类气液组合式实行元件，以到达遏制速率或增大输效力的宗旨。
气液阻尼缸是操纵气缸启动油缸，油缸除起阻尼效用外，还能添加气缸的刚性（由于油是不成收缩的），表现了液压传动稳固、传动速率较平均的益处。罕用于机床和切削安装的进给启动安装。
串连式气液阻尼缸的机关如图1－12所示。
它采纳一根活塞杆将两活塞串在一同，油缸和蔼缸之间用隔板间隔，防备气体串入油缸中。当气缸左端进气时，气缸将克复负载阻力，启发油缸向右行动，调理撙节阀开度就可以变动阻尼缸活塞的行动速率。
图1－12气液阻尼缸（10）摆动气缸摆动气缸是一种在小于°角度界限内做来去摆动的气缸，它是将收缩空气的压力能变换成呆板能，输效力矩使
机构完成来去摆动。摆动气缸按机关特点可分为叶片式和活塞式两种。
叶片式摆动气缸单叶片式摆动气缸的机关旨趣如图1－13所示。它是由叶片轴转子（即输出轴）、定子、缸体和先后端盖等部份构成。定子和缸体静止在一同，叶片和转子联在一同。在定子上有两条气路，当左路进气时，右路排气，收缩空气鞭策叶片启发转子顺时针摆动。反之，做逆时针摆动。
叶片式摆动气缸体积小，分量最轻，但创造精度请求高，密封艰苦，泄露是较大，况且动密封来往面积大，密封件的争持阻力损失较大，输出效率较低，小于80%。因而，在运用上遭到束缚，正常只用在安装场所遭到束缚的场地，如夹具的反转，阀门开闭及处事台转位等。
图1－13单叶片式摆动气缸处事旨趣图
1－叶片2－转子3－定子4－缸体
活塞式摆动气缸活塞式摆动气缸是将活塞的来去行动经过机构变动成输出轴的摆动行动。按机关不同可分为齿轮齿条式、
螺杆式和曲柄式等几种。
图1－14齿轮齿条式摆动气缸机关旨趣
1－齿条组件2－弹簧柱销3－滑块4－端盖5－缸体6－轴承7－轴8－活塞9－齿轮
齿轮齿条式摆动气缸是经过贯通在活塞上的齿条使齿轮反转的一种摆动气缸，其机关旨趣如图1－14所示。活塞仅做来去直线行动，
争持损失少，齿轮传动的效率较高，此摆动气缸效率可到达95%左右。
三、气缸的手艺参数
1）气缸的输效力量缸理论输效力的计划祈望与液压缸近似，可拜见液压缸的计划祈望。如双效用单活塞杆气缸推力祈望以下：
理论推力（活塞杆伸出）
Ft1＝A1p（1-1）
理论拉力（活塞杆缩回）
Ft2＝A2p（1-2）
式中Ft1、Ft2——气缸理论输效力（N）；
A1、A2——无杆腔、有杆腔活塞面积（m2）；
p—气缸处事压力（Pa）。
实践中，由于活塞等行动部件的惯性力以及密封等部份的争持力，活塞杆的实践输效力小于理论推力，称这个推力为气缸的实践输效力。
气缸的效率h是气缸的实践推力和理论推力的比值，即
（1-3）
以是
（1-4）
气缸的效率取决于密封的品种，气缸内表面和活塞杆加工的状况及光滑状况。别的，气缸的行动速率、排气腔压力、外载荷情景及管道状况等都市对效率孕育确定的影响。
2）负载率β从对气缸运转特点的钻研可知，要详细肯定气缸的实践输效力是艰苦的。因而在钻研气缸本能和肯定气缸的效力时，罕用到负载率的观念。气缸的负载率β界说为
（l－5）
气缸的实践负载是由实践工况所决意的，若肯定了气缸负载率q，则由界说就可以肯定气缸的理论输效力，进而能够祈望气缸的缸径。
关于阻性负载，如气缸用做气动夹具，负载不孕育惯性力，正常拔取负载率β为0.8；关于惯性负载，如气缸用来推送工件，负载将孕育惯性力，负载率β的取值以下
β＜0.65当气缸低速行动，v＜mm/s时；
β＜0.5当气缸中速行动，v＝～mm/s时；
β＜0.35当气缸高速行动，v＞mm/s时。
3）气缸耗襟怀气缸的耗襟怀是活塞每分钟挪动的容积，称这个容积为收缩空气耗襟怀，正常情状下，气缸的耗襟怀是指自如空气耗襟怀。
4）气缸的特点气缸的特点分为静态特点和动态特点。气缸的静态特点是指与缸的输效力及耗襟怀亲密关系的最低处事压力、最高处事压力、争持阻力等参数。气缸的动态特点是指在气缸行动进程中气缸两腔内空气压力，温度，活塞速率、位移等参数随时光的变动情状。它能可靠地响应气缸的处事本能。
四、气缸的选型及祈望
1.气缸的选型环节
气缸的选型应凭借处事要乞降前提，准确抉择气缸的表率。上面以单活塞杆双效用缸为例引见气缸的选型环节。
（1）气缸缸径。凭借气缸负载力的巨细来肯定气缸的输效力，由此祈望出气缸的缸径。
（2）气缸的路程。气缸的路程与行使的场地和机构的路程关系，但正常不采用满路程。
（3）气缸的强度和稳固性祈望
（4）气缸的安装情势。气缸的安装情势凭借安装场所和行使宗旨等要素决意。正常情状下，采纳静止式气缸。在须要随处事机构持续反转时（如车床、磨床等），应采用反转气缸。在活塞杆除直线行动外，还需做圆弧摆动时，则采用轴销式气缸。有非凡请求时，应采用响应的特种气缸。
（5）气缸的缓冲安装。凭借活塞的速率决意能否应采纳缓冲安装。
（6）磁性开关。当气动系统采纳电气遏制方法时，可采用带磁性开关的气缸。
（7）别的请求。如气缸处事在有尘埃等顽劣处境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。请求无混浊时需采用无给油或无油光滑气缸。
2.气缸直径祈望
气缸直径的计划祈望需凭借其负载巨细、运转速率和系统处事压力来决意。首先，凭借气缸安装及启动负载的实践工况，剖析祈望出气缸轴向实践负载F，再由气缸平均运转速率来选定气缸的负载率q，开始选定气缸处事压力（正常为0.4MPa～0.6MPa），再由F／q，祈望出气缸理论效力Ft，末了祈望出缸径及杆径，并按准则圆整获得实践所需的缸径和杆径。
例题气缸推开工件在程度导轨上行动。已知工件等行动件品质为m＝kg，工件与导轨间的争持系数m＝0.25，气缸路程s为mm，经1.5s时光工件行动到位，系统处事压力p=0.4MPa，试选定气缸直径。
解：气缸实践轴向负载
F＝mg＝0.25′′9.81＝.13N
气缸平均速率
选定负载率
q＝0.5
则气缸理论输效力
双效用气缸理论推力
气缸直径
按准则选定气缸缸径为63mm。
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