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氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件氣動(dòng)執(zhí)行元件是一種能量轉(zhuǎn)換裝置, 它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能, 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),擺動(dòng),旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或沖擊動(dòng)作.氣動(dòng)執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達(dá)兩大類. 氣缸用于提供直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng), 輸出力和直線速度或擺動(dòng)角位移. 氣馬達(dá)用于提供連續(xù) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速. 氣動(dòng)控制元件用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和方向等, 以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的程序正 常進(jìn)行工作.氣動(dòng)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. 第一節(jié) 氣缸 一,氣缸的工作原理,分類及安裝形式 氣缸的工作原理,   

   .氣缸的典型結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(huán) 12-密封圈 13-后端蓋 14-緩沖節(jié)流閥 以氣動(dòng)系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明,氣缸典型結(jié)構(gòu)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(nèi)部被活塞 分成兩個(gè)腔.有活塞桿腔稱為有桿腔,無活塞桿腔稱為無桿腔. 當(dāng)從無桿腔輸入壓縮空氣時(shí), 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(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng), 使活塞桿伸出; 當(dāng)有桿腔進(jìn)氣, 無桿腔排氣時(shí), 使活塞桿縮回. 若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣,活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng). 2.氣缸的分類 氣缸的種類很多,

一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征,功能,驅(qū)動(dòng)方式或安裝方法等進(jìn)行分類.分 類的方法也不同.按結(jié)構(gòu)特征,氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種.按運(yùn)動(dòng)形式分 為直線運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)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(jī)體上固定不動(dòng),有腳座式和法蘭式. 2)軸銷式氣缸 缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動(dòng),有 U 形鉤式和耳軸式. 3)回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上,可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).這種氣缸常 用于機(jī)床上氣動(dòng)卡盤中,以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡. 4)嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi). 二,常用氣缸的結(jié)構(gòu)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(chǎng)合. 圖 13-2 為最常用的單桿雙作用普通氣缸的基本結(jié)構(gòu),氣缸一般由缸筒,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(cè)的缸蓋 5 為前缸蓋,缸底側(cè)的缸蓋 14 為后缸 蓋.在缸蓋上開有進(jìn)排氣通口,有的還設(shè)有氣緩沖機(jī)構(gòu).前缸蓋上,設(shè)有密封圈,防塵圈 3, 同時(shí)還設(shè)有導(dǎo)向套 

4,以提高氣缸的導(dǎo)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(huán) 12 以提高氣缸的導(dǎo)向性;帶磁性開 關(guān)的氣缸,活塞上裝有磁環(huán).活塞兩側(cè)常裝有橡膠墊作為緩沖墊 8.如果是氣緩沖,則活塞 兩側(cè)沿軸線方向設(shè)有緩沖柱塞,同時(shí)缸蓋上有緩沖節(jié)流閥和緩沖套,當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到端頭時(shí), 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(dǎo)向套 5-桿側(cè)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(huán) 14-無桿 側(cè)端蓋 緩沖柱塞進(jìn)入緩沖套,氣缸排氣需經(jīng)緩沖節(jié)流閥,排氣阻力增加,產(chǎn)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(chǔ)上,通過改變或增加氣缸的部分結(jié)構(gòu),設(shè) 計(jì)開發(fā)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 一 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) .

13-3 所示的膜片氣缸的功能類似于彈簧復(fù)位的活塞式單作用氣缸, 工作時(shí), 膜片在 壓縮空氣作用下推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng).它的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊,體積小,重量輕,密封性 好,不易漏氣,加工簡(jiǎn)單,成本低,無磨損件,維修方便等,適用于行程短的場(chǎng)合.缺點(diǎn)是 行程短,一般不趁過 50mm.平膜片的行程更短,約為其直徑的 1/10. (2) 磁性開關(guān)氣缸 磁性開關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán), 在缸筒上直接安裝 磁性開關(guān),磁性開關(guān)用來檢測(cè)氣缸行程的位置,控制氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng).因此,就不需要在缸筒 上安裝行程閥或行程開關(guān)來檢測(cè)氣缸活塞位置,也不需要在活塞桿上設(shè)置擋塊. 其工作原理如圖 13-4 所示. 它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán), 在缸筒外殼上裝有舌簧 開關(guān).開關(guān)內(nèi)裝有舌簧片,保護(hù)電路和動(dòng)作指示燈等,均用樹脂塑封在一個(gè)盒子內(nèi).當(dāng)裝有 永久磁鐵的活塞運(yùn)動(dòng)到舌簧片附近,磁力線通過舌簧片使其磁化,兩個(gè)簧片被吸引接觸,則 開關(guān)接通.當(dāng)永久磁鐵返回離開時(shí),磁場(chǎng)減弱,兩簧片彈開,則開關(guān)斷開.由于開關(guān)的接通 或斷開,使電磁閥換向,從而實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng). 圖 13-4 磁性開關(guān)氣缸 1-動(dòng)作指示燈 2-保護(hù)電路 3-開關(guān)外殼 4-導(dǎo)線 5-活塞 6-磁環(huán) 7-缸筒 8-舌簧開關(guān) 氣缸磁性開關(guān)與其它開關(guān)的比較見表 3-1.

 表 3-錯(cuò)誤!未定義書簽. 氣缸磁性開關(guān)與其它開關(guān)的比較 <![endif]> 開關(guān)形式 控制原理 成本 調(diào)整安裝復(fù)雜性 (3)帶閥氣缸 帶閥氣缸是由氣缸, 磁性開關(guān) 磁場(chǎng)變化 低 方便,不占位置 換向閥和速度控制 閥等組成的一種組 低 麻煩,占位置 合式氣動(dòng)執(zhí)行元件. 行程開關(guān) 機(jī)械觸點(diǎn) 它省去了連接管道 接近開關(guān) 阻抗變化 高 麻煩,占位置 和管接頭, 減少了能 量損耗, 具有結(jié)構(gòu)緊 湊,安裝方便等優(yōu) 點(diǎn). 帶閥氣缸的閥有 光電開關(guān) 光的變化 高 麻煩,占位置 電控,氣控,機(jī)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(dāng)有電信號(hào)時(shí),則電磁閥被切換,輸出氣壓可直接控制氣缸動(dòng)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(jié)流閥組合 件 7-密封圈. (4) 帶導(dǎo)桿氣缸 圖 13-6 為帶導(dǎo)桿氣缸, 在缸筒兩側(cè)配導(dǎo)向用的滑動(dòng)軸承 (軸 瓦式或滾珠式),因此導(dǎo)向精度高,承受橫向載荷能力強(qiáng). <![endif]> <![endif]> <![endif]> 13-6 典型帶導(dǎo)桿氣缸的結(jié)構(gòu) 13-6 典型帶導(dǎo)桿氣缸的結(jié)構(gòu) (5)無桿氣缸 無桿氣缸是指利用活塞直接或間 接方式連接外界執(zhí)行機(jī)構(gòu),并使其跟隨活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸.這種氣缸的最 大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間.

 1)磁性無桿氣缸 活塞通過磁力帶動(dòng)缸體外部的移動(dòng)體做同步移動(dòng),其結(jié)構(gòu)如 圖 13-7 所示.它的工作原理是:在活塞上安裝一組高強(qiáng)磁性的永久磁環(huán),磁力 線通過薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環(huán)作用,由于兩組磁環(huán)磁性相反,具有很 強(qiáng)的吸力.當(dāng)活塞在缸筒內(nèi)被氣壓推動(dòng)時(shí),則在磁力作用下,帶動(dòng)缸筒外的磁環(huán) 套一起移動(dòng).氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相適應(yīng). 圖 13-7 磁性無桿氣缸 1-套筒 2-外磁環(huán) 3-外磁導(dǎo)板 4-內(nèi)磁環(huán) 5-內(nèi)磁導(dǎo)板 6-壓蓋 7-卡環(huán) 8 -活塞 9-活塞軸 10-緩沖柱塞 11-氣缸筒 12-端蓋 13-進(jìn),排氣口 2)機(jī)械接觸式無桿氣缸 稱機(jī)械接觸式無桿氣缸,其結(jié)構(gòu)如 13-8 所示.在氣 缸缸管軸向開有一條槽,活塞與滑塊在槽上部移動(dòng). 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,把活塞與滑塊連成一體.活塞與滑塊連接在一起,帶 動(dòng)固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng).這種氣缸的特點(diǎn)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(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);3) 適用于缸 徑 10~80mm,最大行程在缸徑≥40mm 時(shí)可達(dá) 7m;4) 速度高,標(biāo)準(zhǔn)型可達(dá) 0.1~ 0.5m/s;高速型可達(dá)到 0.3~3.0m/s.其缺點(diǎn) 圖 13-8 機(jī)械接觸式無桿氣缸 是:1)

 密封性能差,容易產(chǎn)生外 泄漏.在使 l-節(jié)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(shí)必須選用中壓式;2) 受負(fù)載力小,為了增加負(fù)載能力,必須增加導(dǎo) 向機(jī)構(gòu). 圖 13-8 機(jī)械接觸式無桿氣缸 l-節(jié)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(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)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(shí),鎖定活塞 1 縮回退出卡槽而開鎖,活塞桿便可運(yùn)動(dòng). 圖 13-9 帶端鎖氣缸的結(jié)構(gòu)原理 a)手動(dòng)解除非鎖式 b)手動(dòng)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(dǎo)向套 8-螺釘 9-旋鈕 10-彈簧 11-限位環(huán) 2) 任意位置鎖緊型氣缸 按鎖緊方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(dòng)活塞 6,制動(dòng)瓦 1,制動(dòng)臂 4 和制動(dòng)彈簧 7 等構(gòu)成,其結(jié)構(gòu) 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(gè)放大的作用力作用在制動(dòng)瓦 1 上, 把活塞桿鎖緊. 要釋放對(duì)活塞的鎖緊, 向供氣口 A′供應(yīng)壓縮空氣,把鎖緊彈簧力撤掉. 圖 13-10 制動(dòng)氣缸制動(dòng)裝置工作原理 a)

自由狀態(tài) b)鎖緊狀態(tài) l-制動(dòng)瓦 2-制動(dòng)瓦座 3-轉(zhuǎn)軸 4-制動(dòng)臂 5-壓輪 6-錐形制動(dòng)活 塞 7-制動(dòng)彈簧 (7)氣動(dòng)手爪 氣動(dòng)手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸.它可以用來抓取物體, 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種動(dòng)作.在自動(dòng)化系統(tǒng)中,氣動(dòng)手 爪常應(yīng)用在搬運(yùn),傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取,拾放物體. 圖 13-10 制動(dòng)氣缸制動(dòng)裝置工作原理 圖 13-11 平行開合手指 a)自由狀態(tài) b)鎖緊狀態(tài) l-制動(dòng)瓦 2-制動(dòng)瓦座 3-轉(zhuǎn)軸 4-制動(dòng)臂 5-壓輪 6-錐形制動(dòng)活塞 7-制動(dòng)彈簧 圖 13-11 平行開合手指 氣動(dòng)手爪有平行開合手指(如圖 13-11 所示),肘節(jié)擺動(dòng)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(diǎn)開閉式驅(qū)動(dòng)方式有直線式和旋轉(zhuǎn) 式. 氣動(dòng)手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手爪相連的 曲柄連桿,滾輪或齒輪等機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開,閉運(yùn)動(dòng). (8)氣液阻尼缸 氣缸以可壓縮空氣為工作介質(zhì),動(dòng)作快,但速度穩(wěn)定性差,當(dāng)負(fù)載變 化較大時(shí),容易產(chǎn)生"爬行"或"自走"現(xiàn)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(jīng)常采用氣缸和油缸相結(jié)合的方式,組成各種氣液組合式執(zhí)行元件,以達(dá) 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(qū)動(dòng)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?yàn)橛褪遣豢蓧嚎s的) ,發(fā)揮了 液壓傳動(dòng)穩(wěn)定,傳動(dòng)速度較均勻的優(yōu)點(diǎn).常用于機(jī)床和切削 裝置的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置. 串聯(lián)式氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)如圖 13-12 所示.它采用一根活塞桿將兩活塞串在一起,油 缸和氣缸之間用隔板隔開,

 防止氣體串入油缸中. 當(dāng)氣缸左端進(jìn)氣時(shí), 氣缸將克服負(fù)載阻力, 帶動(dòng)油缸向右運(yùn)動(dòng),調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度就能改變阻尼缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 . 圖 13-13 單葉片式擺動(dòng)氣缸 工作原理圖 1-葉片 2-轉(zhuǎn)子 3-定子 4-缸體 圖 13-12 氣液阻尼缸 (10)擺動(dòng)氣缸 擺動(dòng)氣缸 是一種在小于 360°角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的氣 缸,它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,輸出 力矩使 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng).擺動(dòng)氣缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為葉片式和活塞式兩種. 1) 葉片式擺動(dòng)氣缸 單葉片式擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)原理如圖 13-13 所示. 它是由葉片軸轉(zhuǎn) 子(即輸出軸) ,定子,缸體和前后端蓋等部分組成.定子和缸體固定在一起,葉片和轉(zhuǎn)子 聯(lián)在一起.在定子上有兩條氣路,當(dāng)左路進(jìn)氣時(shí),右路排氣,壓縮空氣推動(dòng)葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子順 時(shí)針擺動(dòng).反之,作逆時(shí)針擺動(dòng). 葉片式擺動(dòng)氣缸體積小,重量最輕,但制造精度要求高,密封困難,泄漏是較大,而且 動(dòng)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(yīng)用 上受到限制,一般只用在安裝位置受到限制的場(chǎng)合,如夾具的回轉(zhuǎn),閥門開閉及工作臺(tái)轉(zhuǎn)位 等. 圖 13-13 單葉片式擺動(dòng)氣缸工作原理圖 1-葉片 2-轉(zhuǎn)子 3-定子 4-缸體 2)活塞式擺動(dòng)氣缸 圖 13-14 活塞式擺動(dòng)氣缸是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵?軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng).按結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪齒條 式, 齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸結(jié)構(gòu)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(dòng)氣缸結(jié)構(gòu)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(dòng)氣缸是通過連接在活塞上的齒條使齒輪回轉(zhuǎn)的一種擺動(dòng)氣缸, 其 結(jié)構(gòu)原理如圖 13-14 所示.活塞僅作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng), 摩擦損失少,齒輪傳動(dòng)的效率較高,此擺動(dòng)氣缸效率可達(dá)到 95%左右.