第章气动执行元件.ppt

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1、第10章 气动执行元件,10.1 气缸 10.2 气动马达 10.3 气缸的选择和使用要求 思考题与习题 ,10.1 气缸,10.1.1气缸的分类 在气动自动化系统中，气缸由于其具有相对较低的成本，容易安装，结构简单，耐用，各种缸径尺寸及行程可选等优点，因而是应用最广泛的一种执行元件。根据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。 要完全确切地对气缸进行分类是比较困难的。气缸主要的分类方式如下。 1. 按结构分类 按结构可将气缸分为如图10-1所示的几类。 ,图10-1 按结构分类,2. 按尺寸分类 通常称缸径为2.56 mm的为微型气缸， 825 mm的为小型气缸， 32320 mm的为

2、中型气缸， 大于320 mm的为大型气缸。 3. 按安装方式分类 按安装方式可将气缸分为如下两类： (1) 固定式气缸： 气缸安装在机体上固定不动， 如图10-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。 (2) 摆动式气缸： 缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动， 如图10-2（e）、（f）、（g）所示。,图10-2 按气缸安装方式分类,4. 按缓冲方式分类 活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞在行程终端撞击端盖造成气缸损伤和降低撞击噪音，在气缸行程终端，一般都设有缓冲装置。缓冲可分为单侧缓冲和双侧缓冲、 固定缓冲和可调缓冲。 将设有缓冲装置的气缸称缓冲气缸；否则， 就是无缓冲气缸。 无缓冲气

3、缸适用于微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸。气缸的缓冲可分为弹性垫缓冲(一般为固定的)和气垫缓冲(一般为可调的)。弹性垫缓冲是在活塞两侧设置橡胶垫，或者在两端缸盖上设置橡胶垫，以吸收动能， 常用于缸径小于25 mm的气缸。 气垫缓冲是利用活塞在行程终端前封闭的缓冲腔室所形成的气垫作用来吸收动能的， 适用于大多数气缸的缓冲。,5. 按润滑方式分类 按润滑方式可将气缸分为给油气缸和不给油气缸两种。 给油气缸使用的工作介质是含油雾的压缩空气， 它对气缸内活塞、 缸筒等相对运动部件进行润滑。 不给油气缸所使用的压缩空气中不含油雾， 是靠装配前预先添加在密封圈内的润滑脂使气缸运动部件润滑的。 使用时应

4、注意，不给油气缸也可以给油，但一旦给油，以后必须一直当给油气缸使用，否则将引起密封件过快磨损。 这是因为压缩空气中的油雾已将润滑脂洗去，而使气缸内部处于无油润滑状态。 6. 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，有单作用气缸和双作用气缸两种。,10.1.2普通气缸 普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸。有单作用和双作用气缸两种。 1. 双作用气缸动作原理 如图10-3所示为普通型单活塞杆双作用气缸的结构原理。双作用气缸一般由缸筒1、前缸盖3、后缸盖2、活塞8、活塞杆4、密封件和紧固件等零件组成，缸筒1与前后缸盖之间由四根螺杆将其紧固锁定。 缸内有与活塞杆相连

5、的活塞，活塞上装有活塞密封圈。 为防止漏气和外部灰尘的侵入，前缸盖上装有活塞杆、密封圈和防尘密封圈。这种双作用气缸被活塞分成两个腔室：有杆腔(简称头腔或前腔)和无杆腔(简称尾腔或后腔)。 有活塞杆的腔室称为有杆腔，无活塞杆的腔室称为无杆腔。,从无杆腔端的气口输入压缩空气时，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， 则当活塞前进时， 有杆腔内的空气经该端气口排出， 使活塞杆伸出。同样， 当有杆腔端气口输入压缩空气时，活塞杆缩回至初始位置。通过无杆腔和有杆腔交替进气和排气，活塞杆伸出和缩回， 气缸实现往复直线运动。 气缸缸盖上未设置缓冲装置的气缸称为无缓冲气缸，缸盖上设置

6、缓冲装置的气缸称为缓冲气缸。如图10-3所示的气缸为缓冲气缸，缓冲装置由缓冲节流阀10、缓冲柱塞9和缓冲密封圈等组成。当气缸行程接近终端时，由于缓冲装置的作用，可以防止高速运动的活塞撞击缸盖的现象发生。,图10-3普通型单活塞杆双作用缸 (a) 外观； (b) 结构； (c) 职能符号,2. 单作用气缸动作原理 单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回）， 而另一端靠弹簧力、 自重或其他外力等使活塞杆恢复到初始位置。 单作用气缸只在动作方向需要压缩空气， 故可节约一半压缩空气。 主要用在夹紧、 退料、 阻挡、 压入、 举起和进给等操作上。 根据复位弹簧位置将作用气缸分为预缩型气

7、缸和预伸型气缸。 当弹簧装在有杆腔内时，由于弹簧的作用力而使气缸活塞杆初始位置处于缩回位置，我们将这种气缸称为预缩型单作用气缸； 当弹簧装在无杆腔内时，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的称为预伸型气缸。,如图10-4所示为预缩型单作用气缸结构原理， 这种气缸在活塞杆侧装有复位弹簧， 在前缸盖上开有呼吸用的气口。 除此之外， 其结构基本上和双作用气缸相同。 图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间采用滚压铆接方式固定。 单作用缸行程受内装回程弹簧自由长度的影响，其行程长度一般在100 mm以内。,图10-4单作用气缸 (a) 几种型号单作用气缸外观； (b) 结构； (c) 职能符号,3. 气缸的基本结构

8、 活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前缸与后缸盖以及密封等元件组成。 1） 缸筒 缸筒一般采用圆筒形结构，但随着气缸品种的发展及加工工艺技术的提高， 已广泛采用方形、矩形的异形管材和用于防转气缸的矩形或椭圆孔的异形管材。 缸筒材料一般采用冷拔钢管、铝合金管、不锈钢管、铜管和工程塑料管。中、 小型气缸大多用铝合金管和不锈钢管，对于广泛使用的开关气缸的缸筒要求用非导磁材料，用于冶金、汽车等行业的重型气缸一般采用冷拔精拉钢管， 也有用铸铁管的。 ,缸筒材料表面要求有一定的硬度，以抗活塞运动时的磨损。钢管内表面需镀铬珩磨，镀层厚度为0.02 mm，铝合金管需硬质阳极氧化处理，硬氧膜层厚度为3

9、050 m。 缸筒与活塞间隙配合精度为H9级，圆柱度误差在0.0020.003范围内，表面粗糙度在Ra0.20.4范围内，缸筒两端面对内孔轴线的垂直度允差在0.050.1范围内，气缸筒应能承受1.5倍最高工作压力条件下的耐压试验，不得有泄漏。,缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式 进行计算。式中，b表示缸筒壁厚， 单位为cm；D表示缸筒内径，单位为cm；p表示缸筒承受的最大气压力， 单位为MPa；表示缸筒材料的许用应力， 单位为MPa。 实际缸筒壁较厚，对于一般用途的气缸约取计算值的7倍， 重型气缸约取计算值的20倍，再圆整到标准管材尺寸。 ,(10-1),2） 活塞杆 活塞杆是用来传递力的重要零件

10、,要求能承受拉伸、 压缩、 振动等负载,表面耐磨,不生锈。 活塞杆材质一般选用35、45碳钢，特殊场合用精轧不锈钢等材料，钢材表面需镀铬及调质热处理。 气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏； 多数场合活塞杆承受的是推力负载,因此必须考虑细长杆的压杆稳定性。 气缸水平安装时,应考虑活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。 活塞杆头部连接处,在大惯性负载运动停止时， 往往伴随着冲击,由于冲击作用而容易引起活塞杆头部遭受破坏。 因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲吸收装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。,3） 活塞 气缸活塞受气

11、压作用产生推力， 并在缸筒内做摩擦滑动， 且必须承受冲击。 在高速运动场合， 活塞有可能撞击缸盖。 因此， 要求活塞具有足够的强度和良好的滑动特性。 对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能， 特别是耐磨性和不发生“咬缸”现象。活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。 一般活塞宽度越小，气缸的总长就越短。活塞的滑动面小容易引起早期磨损或卡死，如“咬缸”现象。一般对标准气缸而言， 活塞宽度约为缸径的20%25% 该值需综合考虑使用条件，由活塞与缸筒、 活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。 活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有的是用黄铜制造的。,5） 密封 在气动元件中的密封大致

12、分为两类：动密封和静密封。缸筒和缸盖等固定部分的密封称为静密封； 活塞在缸筒里作回转或往复运动处的部件密封称为动密封。 (1）气缸的密封可分为如下几种： 缸盖和缸筒连接的密封：一般将“O”形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时也将橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。,图10-5气缸常用的密封结构 “O”型密封圈； (b) 异型密封圈； (c) 方型密封圈； (d) 唇型密封圈， 两侧安装； (e) 滑动环支撑沟槽密封圈； (f) “L”型密封圈； (g) “W”型密封圈, 活塞的密封： 活塞有两处地方需密封。 一处是活塞与缸筒间的动密封， 除了用“”形圈和唇形圈外， 还

13、可用“W”形密封， 它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封结构， “W”形密封是双向密封， 轴向尺寸小； 另一处是活塞与活塞杆连接处的静密封， 一般用“O”形密封圈。 如图10-5所示为常用的活塞式密封结构。 活塞杆的密封： 一般在缸盖的沟槽里放置唇形圈和防尘圈， 或防尘组合圈， 以保证活塞杆往复运动的密封和防尘。 缓冲密封： 有两种方法。 一种是将孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上； 另一种是使用气缸缓冲专用密封圈， 它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体而构成的， 压配在缸盖上作缓冲密封， 这种缓冲专用密封圈的性能比前者好。,(2）密封原理：气缸密封性能的好坏，是影响气缸性能的重要因素。按密封原理，可将

14、密封圈分成压缩密封圈和气压密封圈两大类， 如图10-6所示。压缩密封是依靠安装时的预压缩力使密封圈产生弹性变形而达到密封作用的， 如“”型和方型密封圈等，如图10-6（a）所示；气压密封是靠工作气压使密封圈的唇部变形来达到密封作用的， 如唇型密封圈， 如图10-6（b）所示。,图10-6两种密封原理 (a) 压缩密封； (b) 气压密封,(3） 密封材料：常用的有丁腈橡胶（工作温度在-20 +80 范围内）、氟橡胶（工作温度在-20 +190 范围内）、聚四氟乙烯（工作温度在-20 +200 范围内）。为了提高可靠性， 应根据工作条件及温度范围选择合适的密封材料。 10.1.3标准气缸 标准气

15、缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的， 结构是容易制造的， 是普通厂商通常作为通用产品供应给市场的气缸。 如符合国际标准ISO6430、 ISO6431或ISO6432的普通气缸， 符合我国标准GB810387（即ISO6431）、 德国标准DIN ISO6431等气缸都是标准气缸。,在国际上， 几乎所有的气动专业厂商目前都已生产符合ISO6431、 ISO6432标准的气缸。对于ISO6431标准而言， 其主要内容是对气缸的缸径系列、 活塞杆伸出部分的螺纹尺寸做了规定， 对同一缸径的气缸的外形尺寸（其长度、 宽度、 高度）做了限制， 并对气缸的连接尺寸做了统一的规定。这一规定仅针对连接件对外部

16、的连接尺寸做了统一， 而对连接件与气缸的连接尺寸未做规定。 因此，对于两家都符合ISO6431标准的气缸不能直接互换， 而必须连同连接件一起更换。 这一点在气缸选用时要特别注意。,10.1.4气缸的规格 气缸的缸筒内径D（简称缸径）和活塞行程L是选择气缸的重要参数。 1. 缸筒内径D 2. 活塞行程L 气缸活塞行程系列按照优先顺序分成三个等级选用。 ,2. 活塞行程L 气缸活塞行程系列按照优先顺序分成三个等级选用,见表10-2至表10-4。 3. 常用中、 小型气缸尺寸 常用中、 小型气缸尺寸见表10-5。 其中,标准行程是指符合行程系列尺寸的,生产厂商能正常供货的规格。 2. 活塞行程L 气

17、缸活塞行程系列按照优先顺序分成三个等级选用,见表10-2至表10-4。 3. 常用中、 小型气缸尺寸 常用中、 小型气缸尺寸见表10-5。 其中,标准行程是指符合行程系列尺寸的， 生产厂商能正常供货的规格。 ,10.1.5普通气缸的设计计算 1. 气缸的理论输出力 普通双作用气缸的理论推力F0为 式中，D表示缸径，单位为m；p表示气缸的工作压力， 单位为Pa。 理论拉力F1为 式中，d表示活塞杆直径时，估算时可令d=0.3D，单位为m。,(10-2),(10-3),如图10-7所示为普通双作用气缸的理论推力。 ,图10-7气缸的理论推力,普通单作用气缸(预缩型)理论推力为 理论拉力为 普通单作

18、用气缸(预伸型)理论推力为 得理论拉力为,（10-4）,（10-5）,(10-6),(10-7),式中，D表示缸径，单位为m；d表示活塞杆直径， 单位为m；p表示工作压力，单位为Pa；Ft1表示复位弹簧预压量及行程所产生的弹簧力，单位为N；Ft2表示复位弹簧预紧力，单位为N。 2. 气缸的负载率 气缸的负载率（）是指气缸的实际负载力F与理论输出力F0之比。 负载力是选择气缸的重要因素。负载情况不同， 作用在活塞轴上的实际负载力也不同。表10-6所示为几个负载实例。 ,(10-8),表10-6 负载状态与负载力,负载率的选取与负载的运动状态有关， 可参考表10-7。,表10-7负载率与负载的运动

19、状态,【例10-1】用气缸水平推动台车，负载质量m=150kg，台车与床面间摩擦系数=0.3，气缸行程L=300 mm，要求气缸的动作时间t=0.8s，工作压力p=0.5MPa, 试选定缸径。 解 轴向负载力为 F=mg=0.31509.8=450 (N) 气缸的平均速度为 ,按表10-7选取负载率为 =0.5 理论输出力为 由式(10-2)得双作用气缸缸径为 故选取双作用缸的缸径为50 mm。 ,3. 气缸的耗气量 气缸的耗气量是指气缸往复运动时所消耗的压缩空气量，它的大小与气缸的性能无关，但它是选择空压机排量的重要参数。 气缸的耗气量与气缸的活塞直径D、活塞杆直径d、 活塞的行程L以及单位

20、时间往返次数N有关。 以单活塞杆双作用气缸为例，活塞杆伸出和退回行程的耗气量分别为,(10-9),因此， 活塞往复一次所耗的压缩空气量为 若活塞每分钟往返N次，则每分钟活塞运动的耗气量为 V=VN (10-12),(10-11),(10-10),式（10-12）计算的是理论耗气量，但由于泄漏等因素的影响，实际耗气量要更大些。因此，实际耗气量为 Vs=(1.21.5)V (10-13) 式（10-12）和式（10-13）计算的是压缩空气的耗气量，这是选择气源供气量的重要依据。未经压缩的自由空气的耗气量要比该值大，当实际消耗的压缩空气量为Vs时， 其自由空气的耗气量Vsz为 式中，p为工作压力 单

21、位为MPa。 图10-8所示为耗气量的计算曲线，即耗气量与工作压力、 缸径之间的关系。,图10-8耗气量的计算曲线图,10.1.6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地实现往复运动。行程为L的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间约为2.2L。没有活塞杆，则占有安装空间仅为1.2L，且行程缸径比可达50100。没有活塞杆，还能避免由于活塞杆及杆密封圈的损伤而带来的故障。而且，由于没有活塞杆， 活塞两侧受压面积相等，双向行程具有同样的推力， 有利于提高定位精度。 ,这种气缸的最大优点是节省了安装空间， 特别适用于小缸径、 长行程的场合。 无杆气缸现已广泛用于数控机

22、床、 注塑机等的开门装置上及多功能坐标机器手的位移和自动输送线上工件的传送等。 无杆气缸主要分机械接触式和磁性耦合式两种， 而将磁性耦合无杆气缸称为磁性气缸。 如图10-9所示为无杆气缸。 在拉制而成的不等壁厚的铝制缸筒上开有管状沟槽缝， 为保证开槽处的密封， 设有内外侧密封带。 内侧密封带3靠气压力将其压在缸筒内壁上， 起密封作用。 外侧密封带4起防尘作用。 活塞轭7穿过长开槽， 把活塞5和滑块6连成一体。,活塞轭7又将内、外侧密封带分开，内侧密封带穿过活塞轭，外侧密封带穿过活塞轭与滑块之间，但内、 外侧密封带未被活塞轭分开处，相互夹持在缸筒开槽上，以保持槽被密封。内、外侧密封带两端都固定在

23、气缸缸盖上。与普通气缸一样，两端缸盖上带有气缓冲装置。,图10-9无杆气缸 (a) 外观； (b) 结构； (c) 职能符号,在压缩空气作用下，活塞-滑块机械组合装置可以做往复运动。这种无杆气缸通过活塞-滑块机械组合装置传递气缸输出力，缸体上管状沟槽可以防止其扭转。图10-9（a）为德国气动元件制造商FESTO的DGP型无杆缸的外观。 10.1.7磁感应气缸 图10-10为一种磁性耦合的无杆气缸。它是在活塞上安装了一组高磁性的永久磁环4， 磁力线通过薄壁缸筒(不锈钢或铝合金非导磁材料)与套在外面的另一组磁环2作用。 由于两组磁环极性相反，因此它们之间有很强的吸力。 若活塞在一侧输入气压作用下移

24、动，则在磁耦合力作用下带动套筒与负载一起移动。 在气缸行程两端设有空气缓冲装置。,它的特点是体积小，重量轻，无外部空气泄漏， 维修保养方便等。当速度快、负载大时，内外磁环易脱开，即负载大小受速度影响，且磁性耦合的无杆气缸中间不可能增加支撑点，最大行程受到限制。 ,图10-10磁性无活塞杆气缸 (a) 外观； (b) 结构； (c) 职能符号,10.1.8带磁性开关的气缸 磁性开关气缸是指在气缸的活塞上装有一个永久性磁环，而将磁性开关装在气缸的缸筒外侧。 其余和一般气缸并无两样。气缸可以是各种型号的气缸，但缸筒必须是导磁性弱、 隔磁性强的材料，如铝合金、不锈钢、 黄铜等。 当随气缸移动的磁环靠近

25、磁性开关时， 舌簧开关的两根簧片被磁化而触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后，簧片失磁，触点断开。这样可以检测到气缸的活塞位置而控制相应的电磁阀动作。图10-11为带磁性开关气缸的工作原理图。 ,图10-11 带磁性开关气缸的工作原理图。 ,以前，气缸行程位置的检测是靠在活塞杆上设置行程挡块触动机械行程阀来发送信号的。 从而给设计、安装、制造带来不便，而用磁性开关气缸则使用方便，结构紧凑，开关反应时间快，故得到了广泛应用。 10.1.9摆动气缸 摆动气缸是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称为旋转气缸。摆动气缸目前在工业上应用广泛， 多用于安装位置受到限制或转动角度小于36

26、0的回转工作部件，其动作原理也是将压缩空气的压力能转变为机械能。 常用的摆动气缸的最大摆动角度分为90、180、270三种规格。 如图10-12所示为其应用实例。,图10-12摆动气缸的应用实例 输送线的翻转装置； (b) 机械手的驱动； (c) 分度盘的驱动； (d) 阀门的开闭,按照摆动气缸的结构特点可分为齿轮齿条式和叶片式两类。 1. 齿轮齿条式摆动气缸 齿轮齿条式摆动气缸有单齿条和双齿条两种。图10-13为单齿条式摆动气缸，其结构原理为压缩空气推动活塞6从而带动齿条组件3作直线运动，齿条组件3则推动齿轮4做旋转运动，由输出轴5（齿轮轴）输出力矩。输出轴与外部机构的转轴相连，让外部机构作

27、摆动。,图10-13齿轮齿条式摆动气缸结构原理 (a) 外观； (b) 结构； (c) 职能符号,摆动气缸的行程终点位置可调，且在终端可调缓冲装置，缓冲大小与气缸摆动的角度无关，在活塞上装有一个永久磁环， 行程开关可固定在缸体的安装沟槽中。 2. 叶片式摆动气缸 叶片式摆动气缸可分为单叶片式、 双叶片式和多叶片式三种。 叶片越多， 摆动角度越小，但扭矩却要增大。 单叶片型输出摆动角度小于360，双叶片型输出摆动角度小于180，三叶片型则在120以内。 如图10-14（b）、（c）所示分别为单、 双叶片式摆动气缸的结构原理。 在定子上有两条气路， 当左腔进气时， 右腔排气， 叶片在压缩空气作用下

28、逆时针转动， 反之， 作顺时针转动。,旋转叶片将压力传递到驱动轴上作摆动。 可调止动装置与旋转叶片相互独立， 从而使得挡块可以调节摆动角度大小。 在终端位置， 弹性缓冲垫可对冲击进行缓冲。 如图10-14（a）所示为叶片式摆动缸的外观。,图10-14叶片式摆动气缸 (a) 外观； (b)、 (c) 结构原理,10.1.10气爪（手指气缸） 气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。 如图10-15所示的气爪具有如下特点： (1) 所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中， 重复精度高； (2) 抓取力矩恒定； (3) 在气缸两侧可安装非接触式检测开关； (4) 有多种安装、

29、连接方式。 ,如图10-15（a）所示为FESTO平行气爪，平行气爪通过两个活塞工作，两个气爪对心移动。这种气爪可以输出很大的抓取力， 既可用于内抓取，也可用于外抓取。 如图10-15（b）所示为FESTO摆动气爪，内、外抓取40摆角，抓取力大，并确保抓取力矩始终恒定。 如图10-15（c）所示为FESTO旋转气爪，其动作和齿轮齿条的啮合原理相似。两个气爪可同时移动并自动对中， 其齿轮齿条原理确保了抓取力矩始终恒定。 图10-15（d）所示为FESTO三点气爪，三个气爪同时开闭， 适合夹持圆柱体工件及工件的压入工作。 ,图10-15气爪 平行气爪； (b) 摆动气爪； (c) 旋转气爪； (d

30、) 三点气爪,10.1.11气、 液阻尼缸 气、液阻尼缸是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。 它由气缸产生驱动力， 用液压缸的阻尼调节作用获得平稳运动。 这种气缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置， 用于克服普通气缸在负载变化较大时容易产生的“爬行”或“自移”现象，可以满足驱动刀具进行切削加工的要求。 ,如图10-16所示为串联式气、液阻尼缸原理。它的液压缸和气缸共用同一缸体，两活塞固联在同一活塞杆上。当气缸右腔供气左腔排气时，活塞杆伸出的同时带动液压缸活塞左移， 此时，液压缸左腔排油经节流阀流向右腔，对活塞杆的运动起阻尼作用。调节节流阀便可控制排油速度， 由于两活塞固联在同一活塞杆上，因此，也

31、控制了气缸活塞的左行速度。 反向运动时，因单向阀开启，所以活塞杆可快速缩回，液压缸无阻尼。油箱是为了克服液压缸两腔面积差和补充泄漏用的， 如将气缸、液压缸位置改为图10-17所示的并联型气、液阻尼缸， 则油箱可省去，改为油杯补油即可。 ,图10-16串联式气、 液阻尼缸,图10-17并联式气、 液阻尼缸,10.2 气动马达,气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件， 是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置， 其作用相当于电动机或液压马达， 它输出转矩， 驱动执行机构作旋转运动。 在气压传动中使用广泛的是叶片式、 活塞式和齿轮式气动马达。,1. 叶片式气动马达的工作原理 如图1

32、0-18所示是双向叶片式气动马达的工作原理。 压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部(图中未表示)，将叶片推出，使叶片贴紧在定子内壁上，大部分压缩空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上。由于两叶片伸出长度不等，因此，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功后的气体由定子上的孔C和B排出。 若改变压缩空气的输入方向（即压缩空气由B孔进入， 从孔和C孔排出） 则可改变转子的转向。,图10-18双向旋转的叶片式马达 (a) 结构； (b) 职能符号,2. 气动马达的特点及应用 1） 气动马达的特点 气动马达一般具有如下特点： (1）工作安全，具有防爆性能，适用于恶劣

33、的环境， 在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。 (2）有过载保护作用。过载时，马达只是降低或停止转速； 当过载解除， 继续运转， 并不产生故障。 (3） 可以无级调速。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转速。 (4） 比同功率的电动机轻1/101/3，输出功率惯性比较小。 ,(5） 可长期满载工作， 而温升较小。 (6) 功率范围及转速范围均较宽， 功率小至几百瓦， 大至几万瓦， 转速可从每几转每分到上万转每分。 (7）具有较高的启动转矩， 可以直接带负载启动， 启动、 停止迅速。 (8）结构简单，操纵方便，可正、反转，维修容易， 成本低。 (9） 速度稳定性差，输出

34、功率小，效率低，耗气量大， 噪声大， 容易产生振动。,2） 气动马达的应用 气动马达的工作适应性较强，可用于无级调速、 启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便人工操纵及有过载可能的场合。目前，气动马达主要应用于矿山机械、专业性的机械制造业、油田、化工、造纸、 炼钢、 船舶、 航空、工程机械等行业，许多气动工具如风钻、 风扳手、风砂轮等均装有气动马达。随着气压传动的发展，气动马达的应用将更趋广泛。如图10-19所示为气动马达的几个应用实例。,图10-19气动马达应用实例 (a) 阀； (b) 升降机； (c) 搅拌机,10.3 气缸的选择和使用要求,气缸的合理选用，是保证气动系统

35、正常稳定工作的前提。所谓合理选用气缸，就是指要根据各生产厂家要求的选用原则，使气缸符合正常的工作条件，这些条件主要包括工作压力范围，负载要求，工作行程， 工作介质温度，环境条件(温度等)，润滑条件及安装要求等。 ,1. 气缸的选择要点 一般对气缸有如下几个选择要点： (1） 根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力F和负载率，再根据使用压力应小于气源压力85%的原则，按气源压力确定使用压力p。对单作用缸按杆径与缸径比为0.5，双作用缸杆径与缸径比为0.30.4预选，并根据式（10-2）至式（10-4）便可求得缸径D， 将所求出的D值标准化即可。如D尺寸过大， 可采用机械扩力机构。,(2） 根

36、据气缸及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程， 为便于安装调试， 对计算出的距离以加大1020 mm为宜， 但不能太长， 以免增大耗气量。 (3） 根据使用目的和安装位置确定气缸的品种和安装形式。 可参考相关手册或产品样本。 (4） 活塞(或缸筒)的运动速度主要取决于气缸进、 排气口及导管内径， 选取时以气缸进、 排气口连接螺纹尺寸为基准。 为获得缓慢而平稳的运动可采用气、 液阻尼缸。 普通气缸的运动速度为0.51 m/s左右， 对高速运动的气缸应选用缓冲缸或在回路中加缓冲。,2. 气缸的使用要求 气缸一般有如下几个使用要求： (1）气缸的一般工作条件是周围环境及介质温度在5 60 范围内，

37、工作压力在0.40.6 MPa范围内（表压）。超出此范围时， 应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。 (2）安装前应在1.5倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。 (3）在整个工作行程中， 负载变化较大时应使用有足够出力余量的气缸。 (4）不使用满行程工作(特别在活塞伸出时), 以避免撞击损坏零件。 ,(5）注意合理润滑，除无油润滑气缸外，应正确设置和调整油雾器，否则将严重影响气缸的运动性能， 甚至不能工作。 (6）气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏， 大多数场合活塞杆承受的是推力负载， 因此必须考虑细长杆的压杆稳定性和气缸水平安装时， 活塞杆伸出因自重而引起

38、活塞杆头部下垂的问题。 安装时还要注意受力方向， 活塞杆不允许承受径向载荷。 (7） 活塞杆头部连接处，在大惯性负载运动停止时，往往伴随着冲击。由于冲击作用而容易引起活塞杆头部遭受破坏，因此， 在使用时应检查负载的惯性力， 设置负载停止的阻挡装置和缓冲装置， 以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。,思考题与习题,10-1 简述气缸需要缓冲装置的原因。 10-2 在行程较长的场合， 如上升台等， 应采用哪一种形式的气缸? 10-3 气缸的安装形式有哪几种? 10-4 简述叶片式气动马达的工作原理。 10-5 单作用气缸内径D=63 mm，复位弹簧最大反力F=150 N， 工作压力p=0.5 MPa，负载率为0.4，该气缸的推力为多少？,10-6 单杆双作用气缸内径D=125 mm，活塞杆直径d=36 mm，工作压力p=0.5 MPa，气缸负载率为0.5， 求该气缸的拉力和推力各为多少。 10-7 单杆双作用气缸内径D=100 mm，活塞杆直径d=40 mm，行程L=450 mm，进退压力均为p=0.5MPa， 在运动周期下V=0.9（容积效率）连续运转， 求一个往返行程所消耗的自由空气量为多少。,