FESTO氣缸原理，FESTO氣缸結構原理，FESTO氣缸，FESTO

FESTO氣缸原理，FESTO氣缸結構原理，FESTO氣缸，FESTO、39529829、39529839
FESTO氣缸的工作原理 1.2.1 單作用氣缸 單作用氣缸只有腔可輸入壓縮空氣,實現個方向運動.其活塞桿只能借助外力將其推回;通常借助 于彈簧力,膜片張力,重力等. 其原理及結構見圖 42.2-2. 圖 42.2-2 單作用氣缸 1—缸體;2—活塞;3—彈簧;4—活塞桿; 單作用氣缸的特點是: 1）僅端進（排）氣,結構簡單,耗氣量小. 2）用彈簧力或膜片力等復位,壓縮空氣能量的部分用于克服彈簧力或膜片張力,因而減小了活塞桿的 輸出力. 3）缸內安裝彈簧,膜片等,般行程較短;與相同體積的雙作用氣缸相比,行程小些. 4）氣缸復位彈簧,膜片的張力均隨變形大小變化,因而活塞桿的輸出力在行進過程中是變化的. 由于以上特點,單作用活塞氣缸多用于短行程.其推力及運動速度均要求不高場合,如氣吊,定位和夾 緊等裝置上.單作用柱塞缸則不然,可用在長行程,高載荷的場合. FESTO氣缸原理，FESTO氣缸結構原理，FESTO氣缸，FESTO、39529829、39529839
1.2.2 雙作用氣缸 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣,實現雙向運動的氣缸.其結構可分為雙活塞桿式,單活塞桿 式,雙活塞式,緩沖式和非緩沖式等.此類氣缸使用. 1）雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種.其工作原理見圖 42.2-3. 缸體固定時,其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成體,壓縮空氣依次進入氣缸兩腔（腔進 氣另腔排氣）,活塞桿帶動工作臺左右運動,工作臺運動范圍等于其行程 s 的 3 倍.安裝所占空間 大,般用于小型設備上. 活塞桿固定時,為管路連接方便,活塞桿制成空心,缸體與載荷（工作臺）連成體,壓縮空氣從空心 活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔,使缸體帶動工作臺向左或向左運動,工作臺的運動范圍為其行程 s 的 2 倍.適用于中,大型設備. 圖 42.2-3 雙活塞桿雙作用氣缸 a）缸體固定;b）活塞桿固定 1—缸體;2—工作臺;3—活塞;4—活塞桿;5—機架 雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等,故活塞兩側受力面積相等.當輸入壓力,流量相同時,其往返運 動輸出力及速度均相等. 2）緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸,不采取必要措施,活塞就會以很大的力（能量）撞擊 端蓋,引起振動和損壞機件.為了使活塞在行程末端運動平穩,不產生沖擊現象.在氣缸兩端加設緩沖裝 FESTO氣缸原理，FESTO氣缸結構原理，FESTO氣缸，FESTO、39529829、39529839
置,般稱為緩沖氣缸.緩沖氣缸見圖 42.2-4,主要由活塞桿 1,活塞 2,緩沖柱塞 3,單向閥 5,節流閥 6,端蓋 7 等組成.其工作原理是:當活塞在壓縮空氣推動下向右運動時,缸右腔的氣體經柱塞孔 4 及缸蓋 上的氣孔 8 排出.在活塞運動接近行程末端時,活塞右側的緩沖柱塞 3 將柱塞孔 4 堵死,活塞繼續向右運 動時,封在氣缸右腔內的剩余氣體被壓縮,緩慢地通過節流閥 6 及氣孔 8 排出,被壓縮的氣體所產生的壓 力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡,即會取得緩沖效果,使活塞在行程末端運動平穩,不產生 沖擊.調節節流閥 6 閥口開度的大小,即可控制排氣量的多少,從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內壓 力的大小,以調節緩沖效果.若令活塞反向運動時,從氣孔 8 輸入壓縮空氣,可直接頂開單向閥 5,推動活 塞向左運動.如節流閥 6 閥口開度固定,不可調節,即稱為不可調緩沖氣缸. 圖 42.2-4 緩沖氣缸 1—活塞桿;2—活塞;3—緩沖柱塞;4—柱塞孔;5—單向閥 6—節流閥;7—端蓋;8—氣孔 氣缸所設緩沖裝置種類很多,上述只是其中之,當然也可以在氣動回路上采取措施,達到緩沖目的. 1.2.3 組合氣缸 組合氣缸般指氣缸與液壓缸相組合形成的氣-液阻尼缸,氣-液增壓缸等.*,通常氣缸采用的工 作介質是壓縮空氣,其特點是動作快,但速度不易控制,當載荷變化較大時,容易產生"爬行"或"自 走"現象;而液壓缸采用的工作介質是通常認為不可壓縮的液壓油,其特點是動作不如氣缸快,但速度易 于控制,當載荷變化較大時,采用措施得當、39529829、39529839
,般不會產生"爬行"和"自走"現象.把氣缸與液壓缸巧 妙組合起來,取長補短,即成為氣動系統中普遍采用的氣-液阻尼缸. 氣-液阻尼缸工作原理見圖 42.2-5.實際是氣缸與液壓缸串聯而成,兩活塞固定在同活塞桿上.液壓缸 不用泵供油,只要充滿油即可,其進出口間裝有液壓單向閥,節流閥及補油杯.當氣缸右端供氣時,氣缸 克服載荷帶動液壓缸活塞向左運動（氣缸左端排氣）,此時液壓缸左端排油,單向閥關閉,油只能通過節 流閥流入液壓缸右腔及油杯內,這時若將節流閥閥口開大,則液壓缸左腔排油通暢,兩活塞運動速度就 快,反之,若將節流閥閥口關小,液壓缸左腔排油受阻,兩活塞運動速度會減慢.這樣,調節節流閥開口 大小,就能控制活塞的運動速度.可以看出,氣液阻尼缸的輸出力應是氣缸中壓縮空氣產生的力（推力或 拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差. 圖 42.2-5 氣-液阻尼缸 1—節流閥;2—油杯;3—單向閥;4—液壓缸;5—氣缸;6—外載荷 氣-液阻尼缸的類型有多種. 按氣缸與液壓缸的連接形式,可分為串聯型與并聯型兩種.前面所述為串聯型,圖 42.2-6 為并聯型氣-液 阻尼缸.串聯型缸體較長;加工與安裝時對同軸度要求較高;有時兩缸間會產生竄氣竄油現象.并聯型缸 體較短,結構緊湊;氣,液缸分置,不會產生竄氣竄油現象;因液壓缸工作壓力可以相當高,液壓缸可制 成相當小的直徑（不必與氣缸等直徑）;但因氣,液兩缸安裝在不同軸線上,會產生附加力矩,會增加導 軌裝置磨損,也可能產生"爬行"現象.串聯型氣-液阻尼缸還有液壓缸在前或在后之分,液壓缸在后參見 圖 42.2-5,液壓缸活塞兩端作用面積不等,工作過程中需要儲油或補油,油杯較大.如將液壓缸放在前面 、39529829、39529839
（氣缸在后面）,則液壓缸兩端都有活塞桿,兩端作用面積相等,除補充泄漏之外就不存在儲油,補油問 題,油杯可以很小. 圖 42.2-6 并聯型氣-液阻尼缸 1—液壓缸;2—氣缸 按調速特性可分為: 1）慢進慢退式; 2）慢進快退式; 3）快進慢進快退式. 其調速特性及應用見表 42.2-3. 就氣-液阻尼缸的結構而言,尚可分為多種形式:節流閥,單向閥單獨設置或裝于缸蓋上;單向閥裝在活 塞上（如擋板式單向閥）;缸壁上開孔,開溝槽,缸內滑柱式,機械浮動聯結式,行程閥控制快速趨近式 等.活塞上有擋板式單向閥的氣-液阻尼缸見圖 42.2-7.活塞上帶有擋板式單向閥,活塞向右運動時,擋板 離開活塞,單向閥打開,液壓缸右腔的油通過活塞上的孔（即擋板單向閥孔）流左腔,實現快退,用活 塞上孔的多少和大小來控制快退時的速度.活塞向左運動時,擋板擋住活塞上的孔,單向閥關閉,液壓缸 左腔的油經節流閥流右腔（經缸外管路）.調節節流閥的開度即可調節活塞慢進的速度.其結構較為簡 單,制造加工較方便. 圖 42.2-8 為采用機械浮動聯接的快速趨近式氣-液阻尼缸原理圖.靠液壓缸活塞桿端部的 T 形頂塊與氣缸 活塞桿端部的拉鉤間有空行程 s1,實現空程快速趨近,然后再帶動液壓缸活塞,通過節流阻尼,實現慢 進.返程時也是走空行程 s1,再與液壓活塞起運動,通過單向閥,實現快退. 表 42.2-3 氣-液阻尼缸調速特性及應用調速方式 結構示意圖 特性曲線 作用原理 應用 在氣-液阻尼缸的回油管路裝 適用于空行程及工 雙向節流調速 設可調式節流閥,使活塞往復 作行程都較短的場合 運動的速度可調并相同 （s<20mm） 將單向閥和節流閥并聯 在調速油路中.活塞向右運動 適用于空行程較短 單向節流調速 時,單向閥關閉,節流慢進; 而工作行程較長的場 活塞向左運動時,單向閥打 開,不經節流快退. 將液壓缸的點與α點用管路 相通,活塞開始向右運動時, 右腔油經由 fgea 回路直接流入 快速趨近單 向節流調速 α 端實現快速趨近,當活塞移 過點,油只能經節流閥流入 α端,實現慢進,活塞向左運 動時,單向閥打開,實現快 退. 由于快速趨近,節 省了空程時間,提高 了勞動率.是各 種機床,設備zui常用 的方式 合 圖 42.2-7 活塞上有擋板式單向閥的氣-液阻尼缸 圖 42.2-8 浮動聯接氣-液阻尼缸原理圖 1—氣缸;2—頂絲;3—T 形頂塊;4—拉鉤;5—液壓缸 圖 42.2-9 是又種浮動聯接氣-液阻尼缸.與前者的區別在于:T 形頂塊和拉鉤裝設位置不同,前者設置 在缸外部.后者設置在氣缸活塞桿內,結構緊湊但不易調整空行程 s1（前者調節頂絲即可方便調節 s1 的大 小）. 1.2.4 特殊氣缸 （1）沖擊氣缸 圖 42.2-9 浮動聯接氣-液阻尼缸 沖擊氣缸是把壓縮空氣的能量轉化為活塞,活塞桿高速運動的能量,利用此動能去做功. 沖擊氣缸分普通型和快排型兩種. 1）普通型沖擊氣缸普通型沖擊氣缸的結構見圖 42.2-10.與普通氣缸相比,此種沖擊氣缸增設了蓄氣缸 1 和帶流線型噴氣口 4 及具有排氣孔 、39529829、39529839
3 的中蓋 2.其工作原理及工作過程可簡述為如下五個階段（見圖 42.211）: *階段:復位段.見圖 42.2-10 和圖 42.2-11a,接通氣源,換向閥處復位狀態,孔 A 進氣,孔 B 排氣, 活塞 5 在壓差的作用下,克服密封阻力及運動部件重量而上移,借助活塞上的密封膠墊封住中蓋上的噴氣 口 4.中蓋和活塞之間的環形空間 C 經過排氣小孔 3 與大氣相通.zui后,活塞有桿腔壓力升高氣源壓 力,蓄氣缸內壓力降大氣壓力. 二階段:儲能段.見圖 42.2-10 和圖 42.2-11b,換向閥換向,B 孔進氣充入蓄氣缸腔內,A 孔排氣.由 于蓄氣缸腔內壓力作用在活塞上的面積只是噴氣口 4 的面積,它比有桿腔壓力作用在活塞上的面積要小得 多,故只有待蓄氣缸內壓力上升,有桿腔壓力下降,直到下列力平衡方程成立時,活塞才開始移動. 式中 d——中蓋噴氣口直徑（m）; p30——活塞開始移動瞬時蓄氣缸腔內壓力（壓力）（Pa）; p20——活塞開始移動瞬時有桿腔內壓力（壓力）（Pa）; G——運動部件（活塞,活塞桿及錘*模具等）所受的重力（N）; D——活塞直徑（m）; d1——活塞桿直徑（m）; F0——活塞開始移動瞬時的密封摩擦力（N）. 若不計式（42.2-1）中 G 和 F0 項,且令 d=d1, ,則當 時,活塞才開始移動.這里的 p20,p30 均為壓力.可見活塞開始移動瞬時,蓄氣缸腔與有桿腔的壓力差 很大.這點很明顯地與普通氣缸不同. 圖 42.2-10 普通型沖擊氣缸 三階段:沖擊段.活塞開始移動瞬時,蓄氣缸腔內壓力 p30 可認為已達氣源壓力 ps,同時,容積很小的 無桿腔（包括環形空間 C）通過排氣孔 3 與大氣相通,故無桿腔壓力 p10 等于大氣壓力 pa.由于 pa/ps 大于臨 界壓力比 0.528,所以活塞開始移動后,在zui小流通截面處（噴氣口與活塞之間的環形面）為聲速流動,使 無桿腔壓力急劇增加,直與蓄氣缸腔內壓力平衡.該平衡壓力略低于氣源壓力.以上可以稱為沖擊段的 I 區段. I 區段的作用時間極短（只有幾毫秒）.在 I 區段,有桿腔壓力變化很小,故 I 區段末, 、39529829、39529839
無桿腔壓力 p1（作用在活塞全面積上）比有桿腔壓力 p2（作用在活塞桿側的環狀面積上）大得多,活塞在 這樣大的壓差力作用下,獲得很高的運動加速度,使活塞高速運動,即進行沖擊.在此過程 B 口仍在進 氣,蓄氣缸腔無桿腔已連通且壓力相等,可認為蓄氣-無桿腔內為略帶充氣的熱膨脹過程.同時有桿腔 排氣孔 A 通流面積有限,活塞高速沖擊勢必造成有桿腔內氣體迅速壓縮（排氣不暢）,有桿腔壓力會迅速 升高（可能高于氣源壓力）這必將引起活塞減速,直下降到速度為 0.以上可稱為沖擊段的Ⅱ區段.可 認為Ⅱ區段的有桿腔內為邊排氣的熱壓縮過程.整個沖擊段時間很短,約幾十毫秒.見圖 42.2-11c. 圖 42.2-11 普通型沖擊氣缸的工作原理 1— 蓄氣缸;2—中蓋;3—排氣孔;4—噴氣口;5—活塞 四階段:彈跳段.在沖擊段之后,從能量觀點來說,蓄氣缸腔內壓力能轉化成活塞動能,而活塞的部 分動能又轉化成有桿腔的壓力能,結果造成有桿腔壓力比蓄氣-無桿腔壓力還高,即形成"氣墊",使活塞 產生反向運動,結果又會使蓄氣-無桿腔壓力增加,且又大于有桿腔壓力.如此便出現活塞在缸體內來回往 復運動—即彈跳.直活塞兩側壓力差克服不了活塞阻力不能再發生彈跳為止.待有桿腔氣體由 A 排空 后,活塞便下行終點. 五階段:耗能段.活塞下行終點后,如換向閥不及時復位,則蓄氣-無桿腔內會繼續充氣直達到氣 源壓力.再復位時,充入的這部分氣體又需全部排掉.可見這種充氣不能作用有功,故稱之為耗能段.實 際使用時應避免此段（令換向閥及時換向返回復位段）. 對內徑 D=90mm 的氣缸,在氣源壓力 0.65MPa 下進行實驗,所得沖擊氣缸特性曲線見圖、39529829、39529839
 42.2-12.上述分 析基本與特性曲線相符. 對沖擊段的分析可以看出,很大的運動加速使活塞產生很大的運動速度,但由于必須克服有桿腔不斷增 加的背壓力及摩擦力,則活塞速度又要減慢,因此,在某個沖程處,運動速度必達zui大值,此時的沖擊能 也達zui大值.各種沖擊作業應在這個沖程附近進行（參見圖 42.2-11c）. 沖擊氣缸在實際工作時,錘頭模具撞擊工件作完功,般就借助行程開關發出信號使換向閥復位換向, 缸即從沖擊段直接轉為復位段.這種狀態可認為不存在彈跳段和耗能段. 2）快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見,其部分能量（有時是較大部分能量）被消耗于克 服背壓（即 p2）做功,因而沖擊能沒有充分利用.假如沖擊開始,就讓有桿腔氣體全排空,即使有桿腔 壓力降大氣壓力,則沖擊過程中,可節省大量的能量,而使沖擊氣缸發揮更大的作用,輸出更大的沖擊 能.這種在沖擊過程中,有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸,稱為快排型沖擊氣缸.其結構見圖 42.213a. 快排型沖擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了"快排機構"構成.快排機構是由快排導向蓋 1,快排 缸體 4,快排活塞 3,密封膠墊 2 等零件組成. 快排型沖擊氣缸的氣控回路見圖 42.2-13b.接通氣源,通過閥 F1 同時向 K1,K3 充氣,K2 通大氣.閥 F1 輸出口 A 用直管與 K1 孔連通,而用彎管與 K3 孔連通,彎管氣阻大于直管氣阻.這樣,壓縮空氣經 K1 使 快排活塞 3 推到上邊,由快排活塞 3 與密封膠墊 2 起切斷有桿腔與排氣口 T 的通道.然后經 K3 孔向有桿 腔進氣,蓄氣無桿腔氣體經 K4 孔通過閥 F2 排氣,則活塞上移.當活塞封住中蓋噴氣口時,裝在錘頭上的 壓塊觸動推桿 6,切換閥 F3,發出信號控制閥 F2 使之切換,這樣氣源便經閥 F2 和 K4 孔向蓄氣腔內充氣, 直充氣源壓力. 圖 42.2-12 沖擊氣缸特性曲線 圖 42.2-13 快排型沖擊、39529829、39529839
氣缸結構及控制回路 a）結構圖;b）控制回路 1—快排導向蓋;2—密封膠墊;3—快排活塞;4—快排缸體;5—中蓋 T— 方孔;C—環形空間; 6—推桿;7—氣阻;8—氣容 沖擊工作開始時,使閥 F1 切換,則 K2 進氣,K1 和 K3 排氣,快排活塞下移,有桿腔的壓縮空氣便通過快 排導向蓋 1 上的多個圓孔（8 個）,再經過快排缸體 4 上的多個方孔 T（10 余個）及 K3 直接排大氣中. 因為上述多個圓孔和方孔的通流面積遠遠大于 K3 的通流面積,所以有桿腔的壓力可以在極短的時間內降低 到接近于大氣壓力.當降到定壓力時,活塞便開始下移.錘頭上壓塊便離開行程閥 F3 的推桿 6,閥 3 在 彈簧的作用下復位.由于接有氣阻 7 和氣容 8,閥 3 雖然復位,但 F2 卻延時復位,這就保證了蓄氣缸腔內 的壓縮空氣用來完成使活塞迅速向下沖擊的工作.否則,若 F3 復位,F2 同時復位的話,蓄氣缸腔內壓縮空 氣就會在錘頭沒有運動到行程終點之前已經通過 K4 孔和閥 F2 排氣了,所以當錘頭開始沖擊后,F2 的復位動 作需延時幾十毫秒.因所需延時時間不長,沖擊缸沖擊時間又很短,往往不用氣阻,氣容也可以,只要閥 F2 的換向時間比沖擊時間長就可以了. 在活塞向下沖擊的過程中,由于有桿腔氣體能充分地被排空,故不存在普通型沖擊氣缸有桿腔出現的較 大背壓,因而快排型沖擊氣缸的沖擊能是同尺寸的普通型沖擊氣缸沖擊能的 3～4 倍. （2）數字氣缸 如圖 42.2-14 所示,它由活塞 1,缸體 2,活塞桿 3 等件組成.活塞的右端有 T 字頭,活塞的左端有凹形 孔,后面活塞的 T 字頭裝入前面活塞的凹形孔內,由于缸體的限制,T 字頭只能在凹形孔內沿缸軸向運 動,而兩者不能脫開,若干活塞如此順序串聯置于缸體內,T 字頭在凹形孔中左右可移動的范圍就是此活 塞的行程量.不同的進氣孔、39529829、39529839
 A1～Ai（可能是 A1,或是 A1 和 A2,或 A1,A2 和 A3,還可能是 A1 和 A3,或 A2 和 A3 等等）輸入壓縮空氣（0.4～0.8MPa）時,相應的活塞就會向右移動,每個活塞的向右移動都可推 動活塞桿 3 向右移動,因此,活塞桿 3 每次向右移動的總距離等于各個活塞行程量的總和.這里 B 孔始終 與低壓氣源相通（0.05～0.1MPa）,當 A1～Ai 孔排氣時,在低壓氣的作用下,活塞會自動退回原位.各活 塞的行程大小,可根據需要的總行程 s 按幾何數由小到大排列選取.設 s=35mm,采用 3 個活塞,則各活 塞的行程分別取α1=5mm;α2=10mm;α3=20mm.如 s=31.5mm,可用 6 個活塞,則α1,α2,α3……α6 分別 設計為 0.5,1,2,4,8,16mm,由這些數值組合起來,就可在 0.5～31.5mm 范圍內得到 0.5mm 整數倍的 任意輸出位移量.而這里的α1,α2,α3……αi 可以根據需要設計成各種不同數列,就可以得到各種所需數 值的行程量. （3）回轉氣缸 如圖 42.2-1 所示,主要由導氣頭,缸體,活塞,活塞桿組成.這種氣缸的缸體 3 連同缸蓋 6 及導氣頭 芯 10 被其他動力（如車床主軸）攜帶回轉,活塞 4 及活塞桿 1 只能作往復直線運動,導氣頭體 9 外接管 路,固定不動. 固轉氣缸的結構如圖 42.2-15b 所示.為增大其輸出力采用兩個活塞串聯在根活塞桿上,這樣其輸出力 比單活塞也增大約倍,且可減小氣缸尺寸,導氣頭體與導氣頭芯因需相對轉動,裝有滾動軸承,并以研 配間隙密封,應設油杯潤滑以減少摩擦,避免燒損或卡死. 回轉氣缸主要用于機床夾具和線材卷曲等裝置上. （4）撓性氣缸 撓性氣缸是以撓性軟管作為缸筒的氣缸.常用撓性氣缸有兩、39529829、39529839
種.種是普通撓性氣缸見圖 42.2-16,由活 塞,活塞桿及撓性軟管缸筒組成.般都是單作用活塞氣缸,活塞的回程靠其他外力.其特點是安裝空間 小,行程可較長. 圖 42.2-14 數字氣缸 1—活塞;2—缸體;3—活塞桿 圖 42.2-15 回轉氣缸 a）原理圖;b）結構圖 1—活塞桿;2,5—密封圈;3—缸體;4—活塞;6—缸蓋;7,8—軸承 9—導氣頭體;10—導氣頭芯;11—中蓋;12—螺栓 圖 42.2-16 普通撓性氣缸 二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸見圖 42.2-17.由夾持滾子代替活塞及活塞桿,夾持滾子設在撓性缸筒外 表面,A 端進氣時,左端撓性筒膨脹,B 端排氣,缸左端收縮,夾持在缸筒外部的滾子在膨脹端的作用 下,向右移動,滾子夾帶動載荷運動.可稱為撓性筒滾子氣缸.這種氣缸的特點是所占空間小,輸出力較 小,載荷率較低,可實現雙作用. 圖 42.2-17 滾子撓性氣缸 （5）鋼索式氣缸 鋼索式氣缸見圖 42.2-18,是以柔軟的,彎曲性大的鋼絲繩代替剛性活塞桿的種氣缸.活塞與鋼絲繩連 在起,活塞在壓縮空氣推動下往復運動,鋼絲繩帶動載荷運動,安裝兩個滑輪,可使活塞與載荷的運動 方向相反. 這種氣缸的特點是可制成行程很長的氣缸,如制成直徑為 25mm ,行程為 6m 左右的氣缸也不困難.鋼索 與導向套間易產生泄漏.
氣動執行元件和控制元件氣動執行元件是種能量轉換裝置, 它是將壓縮空氣的壓力能轉化為機械能, 驅動機構 實現直線往復運動,擺動,旋轉運動或沖擊動作.氣動執行元件分為氣缸和氣馬達兩大類. 氣缸用于提供直線往復運動或擺動, 輸出力和直線速度或擺動角位移. 氣馬達用于提供連續 回轉運動,輸出轉矩、39529829、39529839
和轉速. 氣動控制元件用來調節壓縮空氣的壓力流量和方向等, 以保證執行機構按規定的程序正 常進行工作.氣動控制元件按功能可分為壓力控制閥,流量控制閥和方向控制閥. *節 氣缸,氣缸的工作原理,分類及安裝形式 氣缸的工作原理, 1 2 14 3 4 5 6 13 12 11 10 9 8 7 1.氣缸的典型結構和工作原理 圖 13-1 普通雙作用氣缸 1,3-緩沖柱塞 2-活塞 4-缸筒 5-導向套 6-防塵圈 7-前端蓋 8-氣口 9- 傳感器 10-活塞桿 11-耐磨環 12-密封圈 13-后端蓋 14-緩沖節流閥 以氣動系統中zui常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明,氣缸典型結構如圖 13-1 所示.它由缸筒,活塞,活塞桿,前端蓋,后端蓋及密封件等組成.雙作用氣缸內部被活塞 分成兩個腔.有活塞桿腔稱為有桿腔,無活塞桿腔稱為無桿腔. 當從無桿腔輸入壓縮空氣時, 有桿腔排氣, 氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力 克服阻力負載推動活塞運動, 使活塞桿伸出; 當有桿腔進氣, 無桿腔排氣時, 使活塞桿縮回. 若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣,活塞實現往復直線運動. 2.氣缸的分類 、39529829、39529839
氣缸的種類很多,般按氣缸的結構特征,功能,驅動方式或安裝方法等進行分類.分 類的方法也不同.按結構特征,氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種.按運動形式分 為直線運動氣缸和擺動氣缸兩類. 3.氣缸的安裝形式 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸 氣缸安裝在機體上固定不動,有腳座式和法蘭式. 2）軸銷式氣缸 缸體圍繞固定軸可作定角度的擺動,有 U 形鉤式和耳軸式. 3）回轉式氣缸 缸體固定在機床主軸上,可隨機床主軸作高速旋轉運動.這種氣缸常 用于機床上氣動卡盤中,以實現工件的自動裝卡. 4）嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內. 二,常用氣缸的結構原理 1.普通氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸.常用于無特殊要求的場合. 圖 13-2 為zui常用的單桿雙作用普通氣缸的基本結構,氣缸般由缸筒,前后缸蓋,活 塞,活塞桿,密封件和緊固件等零件組成. 缸筒 7 與前后缸蓋固定連接.有活塞桿側的缸蓋 5 為前缸蓋,缸底側的缸蓋 14 為后缸 蓋.在缸蓋上開有進排氣通口,有的還設有氣緩沖機構.前缸蓋上,設有密封圈,防塵圈 3, 同時還設有導向套 4,以提高氣缸的導向精度.活塞桿 6 與活塞 9 緊固相連.活塞上除有密 封圈 10,11 防止活塞左右兩腔相互漏氣外,還有耐磨環 12 以提高氣缸的導向性;帶磁性開 關的氣缸,活塞上裝有磁環.活塞兩側常裝有橡膠墊作為緩沖墊 8.如果是氣緩沖,則活塞 兩側沿軸線方向、39529829、39529839
設有緩沖柱塞,同時缸蓋上有緩沖節流閥和緩沖套,當氣缸運動到端頭時, 圖 13-2 普通雙作用氣缸 1,13-彈簧擋圈 2-防塵圈壓板 3-防塵圈 4-導向套 5-桿側端蓋 6-活塞桿 7-缸筒 8-緩沖墊 9-活塞 10-活塞密封圈 11-密封圈 12-耐磨環 14-無桿 側端蓋 緩沖柱塞進入緩沖套,氣缸排氣需經緩沖節流閥,排氣阻力增加,產生排氣背壓,形成緩沖 氣墊,起到緩沖作用. 2.特殊氣缸 圖 13-3 1-缸體 薄膜氣缸 4-活塞桿 2-膜片 3-膜盤 為了滿足不同的工作需要,在普通氣缸的基礎上,通過改變或增加氣缸的部分結構,設 計開發出多種特殊氣缸. （1） 薄膜式氣缸 圖 13-3 為膜片氣缸的工作原理圖. 膜片有平膜片和盤形膜片兩種 般用夾織物橡膠,鋼片或磷青銅片制成,厚度為 5～6mm （有用 1～2mm 厚膜片的） . 圖 13-3 所示的膜片氣缸的功能類似于彈簧復位的活塞式單作用氣缸, 工作時, 膜片在 壓縮空氣作用下推動活塞桿運動.它的優點是:結構簡單,緊湊,體積小,重量輕,密封性 好,不易漏氣,加工簡單,成本低,無磨損件,維修方便等,適用于行程短的場合.缺點是 行程短,般不趁過 50mm.平膜片的行程更短,約為其直徑的 1/10. （2） 磁性開關氣缸 磁性開關氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環, 在缸筒上直接安裝 磁性開關,磁性開關用來檢測氣缸行程的位置,控制氣缸往復運動.因此,就不需要在缸筒 上安裝行程閥或行程開關來檢測氣缸活塞位置,也不需要在活塞桿上設置擋塊. 、39529829、39529839
其工作原理如圖 13-4 所示. 它是在氣缸活塞上安裝*磁環, 在缸筒外殼上裝有舌簧 開關.開關內裝有舌簧片,保護電路和動作指示燈等,均用樹脂塑封在個盒子內.當裝有 *磁鐵的活塞運動到舌簧片附近,磁力線通過舌簧片使其磁化,兩個簧片被吸引接觸,則 開關接通.當*磁鐵返回離開時,磁場減弱,兩簧片彈開,則開關斷開.由于開關的接通 或斷開,使電磁閥換向,從而實現氣缸的往復運動. 圖 13-4 磁性開關氣缸 1-動作指示燈 2-保護電路 3-開關外殼 4-導線 5-活塞 6-磁環 7-缸筒 8-舌簧開關 氣缸磁性開關與其它開關的比較見表 3-1. 表 3-錯誤!未定義書簽. 氣缸磁性開關與其它開關的比較 <![endif]> 開關形式 控制原理 成本 調整安裝復雜性 （3）帶閥氣缸 帶閥氣缸是由氣缸, 磁性開關 磁場變化 低 方便,不占位置 換向閥和速度控制 閥等組成的種組 低 麻煩,占位置 合式氣動執行元件. 行程開關 機械觸點 它省去了連接管道 接近開關 阻抗變化 高 麻煩,占位置 和管接頭, 減少了能 量損耗, 具有結構緊 湊,安裝方便等優 點. 帶閥氣缸的閥有 光電開關 光的變化 高 麻煩,占位置 電控,氣控,機控和 手控等各種控制方 式.閥的安裝形式有安裝在氣缸尾部,上部等幾種.如圖 13-5 所示,電磁換向閥安裝在氣 缸的上部,當有電信號時,則電磁閥被切換,輸出氣壓可直接控制氣缸動作. 圖 13-5 帶閥組合氣缸 1-管接頭 2-氣缸 3-氣管 4-電磁換向閥 5-換向閥底板 6-單向節流閥組合 件 7-密封圈. （4） 帶導桿氣缸 圖 13-6 為帶導桿氣缸, 在缸筒兩側配導向用的滑動軸承 （軸 瓦式或滾珠式）,因此導向精度高,承受橫向載荷能力強. <![endif]> <![endif]> <![endif]> 13-6 典型帶導桿氣缸的結構 13-6 典型帶導桿氣缸的結構 （5）無桿氣缸 無桿氣缸是指利用活塞直接或間 、39529829、39529839
接方式連接外界執行機構,并使其跟隨活塞實現往復運動的氣缸.這種氣缸的zui 大優點是節省安裝空間. 1）磁性無桿氣缸 活塞通過磁力帶動缸體外部的移動體做同步移動,其結構如 圖 13-7 所示.它的工作原理是:在活塞上安裝組高強磁性的*磁環,磁力 線通過薄壁缸筒與套在外面的另組磁環作用,由于兩組磁環磁性相反,具有很 強的吸力.當活塞在缸筒內被氣壓推動時,則在磁力作用下,帶動缸筒外的磁環 套起移動.氣缸活塞的推力必須與磁環的吸力相適應. 圖 13-7 磁性無桿氣缸 1-套筒 2-外磁環 3-外磁導板 4-內磁環 5-內磁導板 6-壓蓋 7-卡環 8 -活塞 9-活塞軸 10-緩沖柱塞 11-氣缸筒 12-端蓋 13-進,排氣口 2）機械接觸式無桿氣缸 稱機械接觸式無桿氣缸,其結構如 13-8 所示.在氣 缸缸管軸向開有、39529829、39529839
條槽,活塞與滑塊在槽上部移動. 為了防止泄漏及防塵需要, 在開口部采用聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶固定在兩 端缸蓋上,活塞架穿過槽,把活塞與滑塊連成體.活塞與滑塊連接在起,帶 動固定在滑塊上的執行機構實現往復運動.這種氣缸的特點是:1） 與普通氣缸 相比,在同樣行程下可縮小 1/2 安裝位置;2） 不需設置防轉機構;3） 適用于缸 徑 10～80mm,zui大行程在缸徑≥40mm 時可達 7m;4） 速度高,標準型可達 0.1～ 0.5m/s;高速型可達到 0.3～3.0m/s.其缺點 圖 13-8 機械接觸式無桿氣缸 是:1） 密封差,容易產生外 泄漏.在使 l-節流閥 2-緩沖柱塞 3-密封帶 4-防塵不銹鋼帶 5-活塞 6-滑塊 7-活塞架 用三位閥時必須選用中壓式;2） 受負載力小,為了增加負載能力,必須增加導 向機構. 圖 13-8 機械接觸式無桿氣缸 l-節流閥 2-緩沖柱塞 3-密封帶 4-防塵不銹鋼帶 5-活塞 6-滑塊 7-活塞 架 （6）鎖緊氣缸 帶有鎖緊裝置的氣缸稱為鎖緊氣缸按鎖緊位置分為行程末端鎖 緊型和任意位置鎖緊型. 1）行程末端鎖緊型氣缸 如圖 13-9 所示,當活塞運動到行程末端,氣壓釋放后,鎖 定活塞 1 在彈簧力的作用下插入活塞桿的卡槽中,活塞桿被鎖定.供氣加壓時,鎖定活塞 1 縮回退出卡槽而開鎖,活塞桿便可運動. 圖 13-9 帶端鎖氣缸的結構原理 a）手動解除非鎖式 b）手動解除鎖式. 1-鎖定活塞 2-橡膠帽 3,12-帽 4-緩沖墊圈 5-鎖用彈簧 6-密封件 7-導向套 8-螺釘 9-旋鈕 10-彈簧 11-限位環 2） 任意位置鎖緊型氣缸 按鎖緊方、39529829、39529839
式可分為卡套錐面式, 彈簧式和偏心式等多種形式. 卡套錐面式鎖緊裝置由錐形制動活塞 6,制動瓦 1,制動臂 4 和制動彈簧 7 等構成,其結構 原理如圖 13-10 所示.作用在錐狀鎖緊活塞上的彈簧力由于楔的作用而被放大,再由杠桿 原理得到放大. 這個放大的作用力作用在制動瓦 1 上, 把活塞桿鎖緊. 要釋放對活塞的鎖緊, 向供氣口 A′供應壓縮空氣,把鎖緊彈簧力撤掉. 圖 13-10 制動氣缸制動裝置工作原理 a）自由狀態 b）鎖緊狀態 l-制動瓦 2-制動瓦座 3-轉軸 4-制動臂 5-壓輪 6-錐形制動活 塞 7-制動彈簧 （7）氣動手爪 氣動手爪這種執行元件是種變型氣缸.它可以用來抓取物體, 實現機械手各種動作.在自動化系統中,氣動手 爪常應用在搬運,傳送工件機構中抓取,拾放物體. 圖 13-10 制動氣缸制動裝置工作原理 圖 13-11 平行開合手指 a）自由狀態 b）鎖緊狀態 l-制動瓦 2-制動瓦座 3-轉軸 4-制動臂 5-壓輪 6-錐形制動活塞 7-制動彈簧 圖 13-11 、39529829、39529839
平行開合手指 氣動手爪有平行開合手指（如圖 13-11 所示）,肘節擺動開合手爪,有兩爪, 三爪和四爪等類型, 其中兩爪中有平開式和支點開閉式驅動方式有直線式和旋轉 式. 氣動手爪的開閉般是通過由氣缸活塞產生的往復直線運動帶動與手爪相連的 曲柄連桿,滾輪或齒輪等機構,驅動各個手爪同步做開,閉運動. （8）氣液阻尼缸 氣缸以可壓縮空氣為工作介質,動作快,但速度穩定性差,當負載變 化較大時,容易產生"爬行"或"自走"現象.另外,壓縮空氣的壓力較低,因而氣缸的輸 出力較小.為此,經常采用氣缸和油缸相結合的方式,組成各種氣液組合式執行元件,以達 到控制速度或增大輸出力的目的. 氣液阻尼缸是利用氣缸驅動油缸,油缸除起阻尼作用 圖 13-12 氣液阻尼缸 外,還能增加氣缸的剛性（因為油是不可壓縮的） ,發揮了 液壓傳動穩定,傳動速度較均勻的優點.常用于機床和切削 裝置的進給驅動裝置. 串聯式氣液阻尼缸的結構如圖 13-12 所示.它采用根活塞桿將兩活塞串在起,油 缸和氣缸之間用隔板隔開, 防止氣體串入油缸中. 當氣缸左端進氣時, 氣缸將克服負載阻力, 帶動油缸向右運動,調節節流閥開度就能改變阻尼缸活塞的運動速度、39529829、39529839
 . 圖 13-13 單葉片式擺動氣缸 工作原理圖 1-葉片 2-轉子 3-定子 4-缸體 圖 13-12 氣液阻尼缸 （10）擺動氣缸 擺動氣缸 是種在小于 360°角度范圍內做往復擺動的氣 缸,它是將壓縮空氣的壓力能轉換成機械能,輸出 力矩使 機構實現往復擺動.擺動氣缸按結構特點可分為葉片式和活塞式兩種. 1） 葉片式擺動氣缸 單葉片式擺動氣缸的結構原理如圖 13-13 所示. 它是由葉片軸轉 子（即輸出軸） ,定子,缸體和前后端蓋等部分組成.定子和缸體固定在起,葉片和轉子 聯在起.在定子上有兩條氣路,當左路進氣時,右路排氣,壓縮空氣推動葉片帶動轉子順 時針擺動.反之,作逆時針擺動. 葉片式擺動氣缸體積小,重量zui輕,但制造精度要求高,密封困難,泄漏是較大,而且 動密封接觸面積大,密封件的摩擦阻力損失較大,輸出效率較低,小于 80%.因此,在應用 上受到限制,般只用在安裝位置受到限制的場合,如夾具的回轉,閥門開閉及工作臺轉位 等. 圖 13-13 單葉片式擺動氣缸工作原理圖 1-葉片 2-轉子 3-定子 4-缸體 2）活塞式擺動氣缸圖 、39529829、39529839
13-14 活塞式擺動氣缸是將活塞的往復運動通過機構轉變為輸出 軸的擺動運動.按結構不同可分為齒輪齒條 式, 齒輪齒條式擺動氣缸結構原理 螺桿式和曲柄式等幾種. 1-齒條組件 2-彈簧柱銷 3-滑塊 4-端蓋 5-缸體 6-軸承 7-軸 8-活塞 9-齒輪 圖 13-14 齒輪齒條式擺動氣缸結構原理 1-齒條組件 2-彈簧柱銷 3-滑塊 4-端蓋 5-缸體 6-軸承 7-軸 8-活塞 9- 齒輪 齒輪齒條式擺動氣缸是通過連接在活塞上的齒條使齒輪回轉的種擺動氣缸, 其 結構原理如圖 13-14 所示.活塞僅作往復直線運動, 摩擦損失少,齒輪傳動的效率較高,此擺動氣缸效率可達到 95%左右. 三,氣缸的技術參數 1）氣缸的輸出力 氣缸理論輸出力的設計計算與液壓缸類似,可參見液壓缸的設計計 算.如雙作用單活塞桿氣缸推力計算如下: 理論推力（活塞桿伸出） Ft1=A1p （13-1） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2=A2p 式中 （13-2） Ft1,Ft2——氣缸理論輸出力（N） ; A1,A2——無桿腔,有桿腔活塞面積（m2） ; p — 氣缸工作壓力（Pa） . 實際中, 由于活塞等運動部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力, 活塞桿的實際輸出力 小于理論推力,稱這個推力為氣缸的實際輸出力. 氣缸的效率 η 是氣缸的實際推力和理論推力的比值,即 F η= Ft （13-3） 所以 F = η （ A1 p ） （13-4） 氣缸的效率取決于密封的種類,氣缸內表面和活塞桿加工的狀態及潤滑狀態.此外,氣 缸的運動速度,排氣腔壓力,外載荷狀況及管道狀態等都會對效率產生定的影響. 2） 負載率β 從對氣缸運行特性的研究可知, 要確定氣缸的實際輸出力是困難的. 于是在研究氣缸和確定氣缸的出力時,常用到負載率的概念.氣缸的負載率β定義為 β= 氣缸的實際負載 F × 100 % 氣缸的理論輸出力 Ft （l3-5） 氣缸的實際負載是由實際工況所決定的,若確定了氣缸負載率 θ,則由定義就能確定氣 缸的理論輸出力,從而可以計算氣缸的缸徑. 對于阻性負載,如氣缸用作氣動夾具,負載不產生慣性力,般選取負載率β為 0.8; 對于慣性負載,如氣缸用來推送工件,負載將產生慣性力,負載率β的取值如下 β<0.65 當氣缸低速運動,v <100 mm/s 時; 、39529829、39529839
β<0.5 當氣缸中速運動,v=100～500 mm/s 時; β<0.35 當氣缸高速運動,v >500 mm/s 時. 3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積,稱這個容積為壓縮空氣耗氣 量,般情況下,氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量. 4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態特性和動態特性.氣缸的靜態特性是指與缸的輸 出力及耗氣量密切相關的zui低工作壓力,zui高工作壓力,摩擦阻力等參數.氣缸的動態特性 是指在氣缸運動過程中氣缸兩腔內空氣壓力,溫度,活塞速度,位移等參數隨時間的變化情 況.它能真實地反映氣缸的工作. 四,氣缸的選型及計算 1.氣缸的選型步驟 氣缸的選型應根據工作要求和條件, 正確選擇氣缸的類型. 下面以單活塞桿雙作用缸為 例介紹氣缸的選型步驟. （1）氣缸缸徑.根據氣缸負載力的大小來確定氣缸的輸出力,由此計算出氣缸的缸徑. （2）氣缸的行程.氣缸的行程與使用的場合和機構的行程有關,但般不選用滿行程. （3）氣缸的強度和穩定性計算 （4）氣缸的安裝形式.氣缸的安裝形式根據安裝位置和使用目的等因素決定.般情況 下,采用固定式氣缸.在需要隨工作機構連續回轉時（如車床,磨床等） ,應選用回轉氣缸. 在活塞桿除直線運動外,還需作圓弧擺動時,則選用軸銷式氣缸.有特殊要求時,應選用相 應的特種氣缸. （5）氣缸的緩沖裝置.根據活塞的速度決定是否應采用緩沖裝置. （6）磁性開關.當氣動系統采用電氣控制方式時,可選用帶磁性開關的氣缸. 、39529829、39529839
（7）其它要求.如氣缸工作在有灰塵等惡劣環境下,需在活塞桿伸出端安裝防塵罩. 要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸. 2.氣缸直徑計算 氣缸直徑的設計計算需根據其負載大小,運行速度和系統工作壓力來決定.,根據 氣缸安裝及驅動負載的實際工況,分析計算出氣缸軸向實際負載 F,再由氣缸平均運行速度 來選定氣缸的負載率 θ,初步選定氣缸工作壓力（般為 0.4 MPa～0.6 MPa） ,再由 F/θ, 計算出氣缸理論出力 Ft, zui后計算出缸徑及桿徑, 并按標準圓整得到實際所需的缸徑和桿徑. 例題 氣缸推動工件在水平導軌上運動.已知工件等運動件為 m=250 kg,工件與 導軌間的摩擦系數 =0.25,氣缸行程 s 為 400 mm,經 1.5 s 時間工件運動到位,系統 工作壓力 p = 0.4 MPa,試選定氣缸直徑. 解:氣缸實際軸向負載 F = mg =0.25 × 250 × 9.81=613.13 N 氣缸平均速度 s 400 v= = ≈ 267 mm/s t 1.5 選定負載率 θ =0.5 則氣缸理論輸出力 F1 = F 雙作用氣缸理論推力 θ = 613.13 = 1226.6 N 0.5 1 F1 = πD 2 p 4 氣缸直徑 按標準選定氣缸缸徑為 63 mm. D= 4 Ft 4 ×1226.3 = ≈ 62.48 mm πp 3.14 × 0.4 、39529829、39529839