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1、气动执行元件-气缸和气马达,气缸的分类；典型气缸的结构特点及工作原理；气缸的设计计算；气动马达；气缸的选择和使用。,在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件被称为气动执行元件。可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称为气缸；可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为气马达。,0.绪论,1.气缸的分类(Cylinder types),1、按结构分类，其分类如图。,2、按尺寸分类通常将缸径为2.56mm的称为微型气缸825mm为小型气缸32320mm为中型气缸大于320mm为大型气缸。,1.气缸的分类(Cylinder types),6、按驱动方式分类按驱动气缸时压缩空气作用在活塞
2、端面上的方向分有单作用气缸和双作用气缸两种。,1.气缸的分类(Cylinder types),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。,2.典型气缸的介绍普通气缸,双作用气缸动作原理（Double-acting cylinders）,2.典型气缸的介绍普通气缸,单作用气缸动作原理（Single-acting cylinders）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、自重或其它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。,2.典
3、型气缸的介绍普通气缸,单作用气缸动作原理（Single-acting cylinders）跟据复位弹簧位置，单作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸。当弹簧装在有杆腔内，由于弹簧的作用力使气缸活塞杆初始位置处于缩回的位置，这种气缸称为预缩型单作用气缸；当弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为预伸型气缸。如图9-4（b）所示为预缩型单作用气缸结构原理图，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100mm以内。图9
4、-4（a）所示是几种型号单作用缸的外形图。,2.典型气缸的介绍普通气缸,单作用气缸动作原理（Single-acting cylinders）,2.典型气缸的介绍普通气缸,活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元件组成。（1）缸筒一般采用圆筒形结构,但随着气缸品种发展、加工工艺技术的提高，已广泛采用方形、矩形的异形管材及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。,3.
5、气缸的基本结构(Cylinder construction),（2）活塞杆 活塞杆是用来传递力的重要零件,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，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
6、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.气缸的基本结构(Cylinder construction),（3）活塞气缸活塞受气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和卡死，如“咬缸”现象。一般对标准气缸而言,活塞宽度约为缸径的2025%，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
7、隙尺寸等因素来决定。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有用黄铜制造的。,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（4）导向套导向套用作活塞杆往复运动时的导向。因此，同对活塞的要求一样,要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受重载时引起的弯曲、振动及冲击。在粉尘等杂物进入活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤。导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料,也可用铜颗粒烧结的含油轴承材料。导向套内径尺寸容许公差一般取H8，表面粗糙度Ra0.4。,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（5）密封：动密封和静密封。缸筒和
8、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。,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（5）气缸的密封缸盖和缸筒连接的密封一般采用形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时也采用橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。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,也有用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，一般用形密封圈。图9-5为常用活塞式密封结构。,3.气缸的基本结构(Cylinder con
9、struction),（5）气缸的密封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,保证活塞杆往复运动的密封和防尘。缓冲密封有两种方法:一种是采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上；另一种是采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构成,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。,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（5）密封原理气缸密封性能好坏，是影响气缸性能的重要因素。按密封原理，可将密封圈分成压缩密封圈和气压密封圈两大类。如图9-6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达到密封作用的，如型和方型密封
10、圈等，如图9-6（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9-6（b）所示。,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（5）密封原理,3.气缸的基本结构(Cylinder construction),3.气缸的基本结构(Cylinder construction),（5）密封原理,标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、普通厂商通常作为通用产品供应市场的气缸。如符合国际标准ISO6430、ISO6431或ISO6432的普通气缸。符合我国标准GB8103-87（即ISO6431）、德国标准DIN ISO64
11、31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，标准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作了规定，对同一缸径的气缸的外形尺寸（其长度、宽度、高度）作了限制，并对气缸的连接尺寸作了统一的规定。这一规定仅针对连接对外部连接尺寸的统一，而连接件与气缸的连接尺寸未作规定。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。,4.标准气缸,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 缸径 D：气缸的缸筒内径尺寸见
12、表9-1(GB2348),5.气缸的规格,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9-2至表9-4。,5.气缸的规格,3.常用中小型气缸尺寸见表9-5。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。,5.气缸的规格,无杆气杆没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现往复运动。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50至100。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
13、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。,7.无杆气缸(Rodless cylinder),12.气动马达（Air motors）,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、活塞式和齿轮式气马达。,1 叶片式气动马达的工作原理 图9-18所示是双向叶片式气动马达的工作原理图。压缩空气由A孔输入，小部分经定子
14、两端的密封盖的槽进入叶片底部(图中未表示)，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，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，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，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。,12.气动马达（Air motors）,12.气动马达（Air motors）,（1）气动马达的特点1）工作安全，具有防爆性能，适用于恶劣的环境，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转速或停止，当过载解除后运转，并
15、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13110，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，转速可从每分钟几转到上万转。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。输出功率小，效率低，耗气量大。噪声大，容易产生振动。,12.气动马达（Air motors）,齿轮式气马达齿轮式气马达有双齿轮式和多齿轮式，而以双齿轮式应用得最多。齿轮可采用直齿、斜齿和人字齿。图5.43为齿轮式气马达结构原
16、理。这种气马达的工作室由一对齿轮构成，压缩空气由对称中心处输入，齿轮在压力的作用下回转。采用直齿轮的气马达可以正反转动，采用人字齿轮或斜齿轮的气马达则不能反转。如果采用直齿轮的气马达，则供给的压缩空气通过齿轮时不膨胀，因此效率低。当采用人字齿轮或斜齿轮时，压缩空气膨胀60一70，提高了效率。齿轮式气马达与其它类型的气马达相比，具有体积小、重量轻、结构简单、对气源质量要求低、耐冲击及惯性小等优点。但转矩脉动较大，效率较低。小型气马达转速能高达10000rmin,大型的能达到1000rmin，功率可达50kW。主要应用于矿山工具。,12.气动马达（Air motors）,12.气动马达（Air motors）,图5.43 齿轮式气马达结构原理,（2）气动马达的应用 气动马达的工作适应性较强，可适用于无级调速、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。图9-19为气马达的几个应用实例。,12.气动马达（Air motors）,12.气动马达（Air motors）,
