1、气压传动及控制气压传动及控制 第四章第四章 气动系统执行元件气动系统执行元件李军哈工大气动技术中心2006年3月17日4.1 4.1 什么是气动系统执行元件？什么是气动系统执行元件？4.2 4.2 直线气缸直线气缸4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念4.2.3 气缸的动态特性气缸的动态特性4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.3 4.3 摆动气缸摆动气缸4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类4.3.2 摆动气缸的选型摆动气缸的选型主主 要要 内内 容容气动系统的执行元件气动系统的执行
2、元件: 将压缩空气的压力将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构实现直线往复能转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作的元件。运动、摆动、旋转运动或冲击动作的元件。气动执行元件分为气动执行元件分为气缸气缸和气动和气动马达马达两大类。两大类。q气缸用于实现直线往复运动（直线气缸）或摆气缸用于实现直线往复运动（直线气缸）或摆动（摆动气缸），输出力或力矩，以及输出直动（摆动气缸），输出力或力矩，以及输出直线或摆动位移。线或摆动位移。q气动马达用于实现连续回转运动，输出力矩和气动马达用于实现连续回转运动，输出力矩和角位移。角位移。4.1 4.1 什么是气动系统执行元件？什么是气
3、动系统执行元件？气缸的典型结构和工作原理气缸的典型结构和工作原理 气动系统中最常使用的是单活塞杆双作用气缸，其气动系统中最常使用的是单活塞杆双作用气缸，其典型结构如上图所示。它由缸筒、活塞、活塞杆、前典型结构如上图所示。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖、密封件、防尘圈、导向套、耐磨环及端盖、后端盖、密封件、防尘圈、导向套、耐磨环及缓冲部件等组成。这种双作用气缸被活塞分成有杆腔缓冲部件等组成。这种双作用气缸被活塞分成有杆腔和无杆腔。有活塞杆的腔室称为有杆腔，无活塞杆的和无杆腔。有活塞杆的腔室称为有杆腔，无活塞杆的腔室称为无杆腔。腔室称为无杆腔。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的
4、原理及分类当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力克服各种阻力负载推动活塞前进，使活力克服各种阻力负载推动活塞前进，使活塞杆伸出；当无杆腔排气，有杆腔进气时，塞杆伸出；当无杆腔排气，有杆腔进气时，活塞杆缩至初始位置。有杆腔和无杆腔交活塞杆缩至初始位置。有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。替进气和排气，活塞实现往复直线运动。单出杆双作用气缸是最常见的气缸，对应单出杆双作用气缸是最常见的气缸，对应不同的使用条件和要求有各种形式的气缸。不同的使用条件和要求有各种形式的气缸。4
5、.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类气缸的分类气缸的分类 气缸的种类很多，分类的方法也不同。气缸的种类很多，分类的方法也不同。通常可以按压缩空气作用在活塞端面上通常可以按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征及使用功能等来分类。的方向、结构特征及使用功能等来分类。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类按压缩空气作用在活塞端面上的方向分类：按压缩空气作用在活塞端面上的方向分类： 单作用气缸：单作用气缸：是指压缩空气仅在气缸的一端进气，是指压缩空气仅在气缸的一端进气，推动活塞向一个方向运动，活塞的返回则借助于推动活塞向一个方向运动，活塞的返回则借助于弹簧力、膜
6、片张力、活塞杆的自重或外力来实现。弹簧力、膜片张力、活塞杆的自重或外力来实现。借助弹簧力时可分弹簧压出和弹簧压回两种方式。借助弹簧力时可分弹簧压出和弹簧压回两种方式。 双作用气缸：双作用气缸：是指压缩空气交替从气缸两端进入，是指压缩空气交替从气缸两端进入，推动活塞作往复运动。双作用气缸又可分为单出推动活塞作往复运动。双作用气缸又可分为单出杆和双出杆两种。双出杆气缸活塞两侧受压面积杆和双出杆两种。双出杆气缸活塞两侧受压面积相同，两个方向各参数对称，容易调整两个方向相同，两个方向各参数对称，容易调整两个方向速度相同，便于控制。但需要空间将近时是单出速度相同，便于控制。但需要空间将近时是单出杆气缸的
7、两倍。杆气缸的两倍。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类单作用气缸单作用气缸双作用气缸双作用气缸弹簧压出弹簧压出弹簧压入弹簧压入单出杆单出杆双出杆双出杆按气缸的结构特征分类：按气缸的结构特征分类：4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类活塞式气缸活塞式气缸膜片式气缸膜片式气缸按气缸的功能分类：按气缸的功能分类：普通气缸普通气缸：包括单作用式和双作用式气缸。常用于无特殊要包括单作用式和双作用式气缸。常用于无特殊要求的场合。求的场合。缓冲气缸：缓冲气缸：气缸的一端或两端带有缓冲装置，以防止和减轻气缸的一端或
8、两端带有缓冲装置，以防止和减轻活塞运动到端点时对气缸缸盖的撞击。活塞运动到端点时对气缸缸盖的撞击。高速气缸：高速气缸：活塞运动速度超过活塞运动速度超过500mm/s，一般在一般在1-3m/s之间。之间。低摩擦气缸：低摩擦气缸：气缸内系统摩擦力的大小会直接影响气缸运动气缸内系统摩擦力的大小会直接影响气缸运动的稳定性。减小摩擦力的措施有：降低缸筒内表面和活塞杆外表的稳定性。减小摩擦力的措施有：降低缸筒内表面和活塞杆外表面等滑动表面的粗糙度值；减小密封圈的接触面积；采用低摩擦面等滑动表面的粗糙度值；减小密封圈的接触面积；采用低摩擦系数的材料等。系数的材料等。耐热气缸：耐热气缸：用于环境温度为用于环境
9、温度为120150，其气缸密封圈、活，其气缸密封圈、活塞上导向环和缓冲垫等均需用耐热材料，如密封圈和缓冲垫用氟塞上导向环和缓冲垫等均需用耐热材料，如密封圈和缓冲垫用氟橡胶，导向环用聚四氟乙烯。橡胶，导向环用聚四氟乙烯。耐腐蚀气缸：耐腐蚀气缸：用于有腐蚀性环境下工作。其气缸外漏表面的用于有腐蚀性环境下工作。其气缸外漏表面的零件均需用防腐性材料，如缸筒、活塞杆、端盖和拉杆等选用不零件均需用防腐性材料，如缸筒、活塞杆、端盖和拉杆等选用不锈钢等制作，根据腐蚀状况可选用不同的耐腐蚀材料。锈钢等制作，根据腐蚀状况可选用不同的耐腐蚀材料。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类按气缸的安装形
10、式可分为：按气缸的安装形式可分为：固定式气缸：固定式气缸：气缸安装在机体上固定不动，有基本型、脚座型和法兰型。摆动式气缸：摆动式气缸：耳环型和耳轴型，缸体围绕固定轴可作一定角度的摆动。回转式气缸：回转式气缸：缸体固定在机床主轴上，可随机床主轴作高速旋转运动。这种气缸常用于机床上气动卡盘中，以实现工件的自动装卡。 嵌入式气缸：嵌入式气缸：气缸缸筒直接制作在夹具体内。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类固定式气缸固定式气缸4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类摆动式气缸摆动式气缸气缸的两种密封原理：气缸的
11、两种密封原理：q压缩密封压缩密封是将密封圈放入密封沟槽内时，便有一是将密封圈放入密封沟槽内时，便有一定的预压缩量，靠密封面上的接触面压力阻塞泄定的预压缩量，靠密封面上的接触面压力阻塞泄漏通路。漏通路。q气压密封气压密封是靠气压将密封圈的唇部压紧在密封面是靠气压将密封圈的唇部压紧在密封面上以保证密封。上以保证密封。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类压缩密封压缩密封气压密封气压密封压缩密封圈特点压缩密封圈特点q预压缩量越大，密封性越好，但摩擦阻力也越预压缩量越大，密封性越好，但摩擦阻力也越大。大。q能双向密封。能双向密封。气压密封圈特点气压密封圈特点q气压越高，密封性越好。气
12、压越高，密封性越好。q只能单向密封，双作用气缸活塞上必须装两个。只能单向密封，双作用气缸活塞上必须装两个。q唇部对磨损有自补偿作用。唇部对磨损有自补偿作用。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类气缸的缓冲气缸的缓冲v 气缸为什么有缓冲？气缸为什么有缓冲？当活塞运动到行程终端的速度较大，且有一定的当活塞运动到行程终端的速度较大，且有一定的质量负载，这时如果没有缓冲，活塞会撞击端盖质量负载，这时如果没有缓冲，活塞会撞击端盖造成气缸损坏。造成气缸损坏。v 缓冲方式：缓冲方式：无缓冲、垫缓冲、气缓冲和液压缓冲器。这几种无缓冲、垫缓冲、气缓冲和液压缓冲器。这几种缓冲方式的缓冲能力由弱到
13、强。缓冲方式的缓冲能力由弱到强。4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类缓冲方式缓冲方式缓冲原理缓冲原理适合场合适合场合无缓冲无缓冲适合微型缸、小型单作用气缸适合微型缸、小型单作用气缸和中小型薄型缸和中小型薄型缸垫缓冲垫缓冲在活塞两侧设置聚氨在活塞两侧设置聚氨酯橡胶垫，吸收动能酯橡胶垫，吸收动能适合缸速不大于适合缸速不大于750mm/s的中的中小型气缸和缸速不大于小型气缸和缸速不大于1000mm/s的单作用气缸的单作用气缸气缓冲气缓冲将活塞运动的动能转将活塞运动的动能转化成密封气室的压力化成密封气室的压力能能适合缸速不大于适合缸速不大于500mm/s的大的大中型气缸和缸速不大于
14、中型气缸和缸速不大于1000mm/s的中小型气缸的中小型气缸液压缓冲器液压缓冲器将活塞运动的动能传将活塞运动的动能传递给液压缓冲器，转递给液压缓冲器，转化成热能和油液的弹化成热能和油液的弹性能性能适合缸速大于适合缸速大于1000mm/s的气的气缸和缸速不大的高精度气缸缸和缸速不大的高精度气缸4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类气气 缓缓 冲冲 的的 原原 理理4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类液压缓冲器的原理液压缓冲器的原理4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类4.2.1 4.2.1 气缸的原理及分类气缸的原理及分类2204fpDF4
15、.2.2 4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念气缸的理论输出力气缸的理论输出力 指气缸的使用压力作用在活塞有效面积上产生的指气缸的使用压力作用在活塞有效面积上产生的推力或拉力。推力或拉力。 单出杆单作用气缸单出杆单作用气缸弹簧压回型气缸的理论输出推力弹簧压回型气缸的理论输出推力弹簧压回型气缸的理论返回拉力弹簧压回型气缸的理论返回拉力10fF 弹簧压出型气缸的理论输出拉力弹簧压出型气缸的理论输出拉力2220)(4fpdDF弹簧压出型气缸的理论返回推力弹簧压出型气缸的理论返回推力10fF pDF2044.2.2 4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念 单出杆双
16、作用气缸单出杆双作用气缸理论输出推力理论输出推力( (活塞杆伸出活塞杆伸出) )pdDF)(4220理论输出力理论输出力理论输出拉力理论输出拉力( (活塞杆返回活塞杆返回) ) 双出杆双作用气缸双出杆双作用气缸pdDF)(42204.2.2 4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念气缸的实际输出力气缸的实际输出力由于在气缸运动过程中排气腔内的压力高于大由于在气缸运动过程中排气腔内的压力高于大气压气压, ,活塞等运动部件的惯性力以及密封等部分活塞等运动部件的惯性力以及密封等部分的摩擦力，的摩擦力，活塞杆的实际输出力小于理论推力活塞杆的实际输出力小于理论推力，称这个推力为气缸的实际
17、输出力称这个推力为气缸的实际输出力。4.2.2 4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念气缸负载率气缸负载率气缸的负载率是气缸活塞杆受到的轴向负载力气缸的负载率是气缸活塞杆受到的轴向负载力F F与与气缸的理论出力气缸的理论出力F F0 0之比。之比。4.2.2 4.2.2 有关气缸的几个基本概念有关气缸的几个基本概念负载的运动状态静载荷(如夹紧)动 载 荷气缸速度50-500mm/s气缸速度500mm/s负载率70%50%500mm/s负载率70%50%30%4.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算负载率与负载的运动状态负载率与负载的运动状态(3).计算气缸的理
18、论出力：计算气缸的理论出力： 其中：其中：F-气缸的轴向负载力气缸的轴向负载力 F0-气缸的理论出力气缸的理论出力(4).计算缸径：计算缸径： 根据气源供气条件，确定气缸的使用压力根据气源供气条件，确定气缸的使用压力P，P应小于减压阀入口压力的应小于减压阀入口压力的85%。对单作用气。对单作用气缸，预设杆径与缸径之比缸，预设杆径与缸径之比d/D=0.5，双作用缸双作用缸预选预选d/D=0.3-0.4。根据气缸的理论输出力公根据气缸的理论输出力公式可以得到式可以得到D。%1000FF4.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算三、选行程三、选行程 根据气缸的操作距离及传动机构的行程比
19、来根据气缸的操作距离及传动机构的行程比来预选气缸的行程。尽量选为标准行程。预选气缸的行程。尽量选为标准行程。四、选择气缸品种四、选择气缸品种（轻型、薄型、带导杆等）（轻型、薄型、带导杆等）和安装方式和安装方式（基本型、脚座型、法兰型、耳（基本型、脚座型、法兰型、耳环型和耳轴型等）环型和耳轴型等）4.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算五、选缓冲方式：五、选缓冲方式： 根据最大速度和负载质量选择，可分为：无缓冲、根据最大速度和负载质量选择，可分为：无缓冲、垫缓冲、气缓冲和油压减震器。垫缓冲、气缓冲和油压减震器。六、选择其他技术指标：六、选择其他技术指标： 最高使用压力，最低使用压
20、力、环境温度和介质温最高使用压力，最低使用压力、环境温度和介质温度等。度等。七、选磁性开关七、选磁性开关八、选择活塞杆端部接头八、选择活塞杆端部接头4.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算活塞杆长度的验算活塞杆长度的验算 在气缸工作过程中，活塞杆最好受拉力，但在很多场合，在气缸工作过程中，活塞杆最好受拉力，但在很多场合，活塞杆是承受推力负载，对细长杆件受压往往会产生弯曲活塞杆是承受推力负载，对细长杆件受压往往会产生弯曲变形，因此除需进行强度校验外，有时还要进行稳定性校变形，因此除需进行强度校验外，有时还要进行稳定性校验。验。 强度检验强度检验 使活塞杆所承受的应力小于材料的许用
21、应力，即使活塞杆所承受的应力小于材料的许用应力，即 式中式中 F1活塞杆上总推力（活塞杆上总推力（N）；）； d活塞杆直径（活塞杆直径（m）；）； 活塞杆材料的许用应力（活塞杆材料的许用应力（N/ m2）。）。 则则 214dF 14Fd 4.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算稳定性校验稳定性校验 当活塞杆计算长度当活塞杆计算长度L10d时，需把气缸整体当作细长杆件来时，需把气缸整体当作细长杆件来处理，按纵向弯曲极限力计算。此时若轴向推力负载达到了处理，按纵向弯曲极限力计算。此时若轴向推力负载达到了极限值极限值Fk后，极微小的干扰都会使活塞杆发生弯曲变形，出后，极微小的干扰都
22、会使活塞杆发生弯曲变形，出现不稳定现象，这样会影响甚至破坏气缸的正常工作。因此现不稳定现象，这样会影响甚至破坏气缸的正常工作。因此必须对气缸的稳定性进行校验。必须对气缸的稳定性进行校验。L活塞杆的计算长度（活塞杆的计算长度（m）；）；E材料的弹性模量，对钢取材料的弹性模量，对钢取E2.11011 N/m2；n活塞杆的安装系数（活塞杆的安装系数（0.254），与安装形式有关），与安装形式有关 F气缸承受的轴向压力（气缸承受的轴向压力（N），），即气缸理论推力；即气缸理论推力；m 安全系数（一般取安全系数（一般取26）。）。mFnEdL824.2.4 4.2.4 气缸的选型及计算气缸的选型及计算高
23、位置精度气缸高位置精度气缸 用于位置精度（平面度、直角度等）要求高的组装用于位置精度（平面度、直角度等）要求高的组装机器人和工件搬运设备上。机器人和工件搬运设备上。q双出杆气缸双出杆气缸 将两个单杆薄型气缸并联成一体，用于要求高精将两个单杆薄型气缸并联成一体，用于要求高精度导向的场合。能承受一定的横向负载。度导向的场合。能承受一定的横向负载。q带导杆气缸带导杆气缸 将与活塞杆平行的两根导杆与气缸组成一体。结将与活塞杆平行的两根导杆与气缸组成一体。结构紧凑，导向精度高，能承受较大的横向负载和构紧凑，导向精度高，能承受较大的横向负载和力矩。可用于输送线上工件的推出、提位和限位力矩。可用于输送线上工
24、件的推出、提位和限位等。等。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸无杆气缸无杆气缸 分为分为机械接触式机械接触式和和磁性耦合式磁性耦合式 特点：特点：沿行程方向节省安装空间。沿行程方向节省安装空间。可以有较大的行程缸径比，达可以有较大的行程缸径比，达50-20050-200可以有较大的行程，系列最长可达可以有较大的行程，系列最长可达5 5m-10mm-10m。活塞两侧受压面积相等。活塞两侧受压面积相等。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸
25、特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸制动气缸制动气缸v用换向阀控制的气缸一般只能在起始和末端位用换向阀控制的气缸一般只能在起始和末端位置停止，很难在中间位置准确地、刚度很大的置停止，很难在中间位置准确地、刚度很大的停住。停住。v制动气缸用于高精度的中途停止、异常事故的制动气缸用于高精度的中途停止、异常事故的紧急停止和防止落下等，以确保安全。紧急停止和防止落下等，以确保安全。v制动气缸可分成制动块式和斜板式。制动气缸可分成制动块式和斜板式。v按制动方式可分成：弹簧制动，气压制动和弹按制动方式可分成：弹簧制动，气压制动和弹簧加气压制动三种。簧加气
26、压制动三种。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸端锁气缸端锁气缸q一般的气缸在两端停止后，如果负载变化一般的气缸在两端停止后，如果负载变化较大，有一个较大的力推动气缸，就可以较大，有一个较大的力推动气缸，就可以拖动气缸运动。这往往是我们不希望看到拖动气缸运动。这往往是我们不希望看到的。的。q端锁气缸在气缸停止时，将气缸锁定在行端锁气缸在气缸停止时，将气缸锁定在行程末端，以确保安全。当阀换向驱动气缸程末端，以确保安全。当阀换向驱动气缸动作时，自动打开端锁，保证气缸正常动动作
27、时，自动打开端锁，保证气缸正常动作。作。q端锁气缸按锁定位置分为：有杆侧锁、无端锁气缸按锁定位置分为：有杆侧锁、无杆侧锁和两侧锁。杆侧锁和两侧锁。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸带阀气缸带阀气缸 带阀气缸是由气缸、换向阀和速度控制阀等组带阀气缸是由气缸、换向阀和速度控制阀等组成的一种组合式气动执行元件。成的一种组合式气动执行元件。带阀气缸将气阀藏在缸体内或与气缸连成一体。带阀气缸将气阀藏在缸体内或与气缸连成一体。它省去了连接管道和管接头，减少了能量损耗，它省去了连接管道和管接头，减少了能量损耗，具有结构紧凑，安装方便等优点。具有结构紧凑，安装方便
28、等优点。缺点是不能将电磁阀集中装在一起，不利于管缺点是不能将电磁阀集中装在一起，不利于管理。理。带阀气缸的阀有电控、气控、机控和手控等各带阀气缸的阀有电控、气控、机控和手控等各种控制方式。种控制方式。阀的安装形式有安装在气缸尾部、上部等几种。阀的安装形式有安装在气缸尾部、上部等几种。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气动手爪气动手爪q气动手爪这种执行元件主要是针对机气动手爪这种执行元件主要是针对机械手的用途而设计的。它可以用来抓械手的用途而设计的。它可以用来抓取物体，实现机械手各种动作。取物体，实现机械手各种动作。q气动手爪有两爪、三爪和四爪等类型
29、，气动手爪有两爪、三爪和四爪等类型，q两爪中有平开式和支点开闭式两爪中有平开式和支点开闭式q驱动方式有直线式和旋转式。驱动方式有直线式和旋转式。4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸q气缸通常是以可压缩空气为工作介质，动作气缸通常是以可压缩空气为工作介质，动作快，但速度较难控制，当负载变化较大时，快，但速度较难控制，当负载变化较大时，容易产生容易产生“爬行爬行”或或“自走自走”现象。另外，现象。另外，压缩空气的压力较低，因而气缸的输出力较压缩空气的压力较低，因而气缸的输出力
30、较小。小。q为此，经常采用气缸和油缸相结合的方式，为此，经常采用气缸和油缸相结合的方式，组成各种气液组合式执行元件，以达到控制组成各种气液组合式执行元件，以达到控制速度或增大输出力的目的。速度或增大输出力的目的。 4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气液组合式执行元件气液组合式执行元件气液阻尼缸气液阻尼缸 气液阻尼缸是利用气缸驱动油缸，油缸除起气液阻尼缸是利用气缸驱动油缸，油缸除起阻尼作用外，还能增加气缸的刚性（因为油阻尼作用外，还能增加气缸的刚性（因为油是不可压缩的），发挥了液压传动稳定、传是不可压缩的），发挥了液压传动稳定、传动速度较均匀的优点。常用于机床和切削装动速度较均匀的优点。常
31、用于机床和切削装置的进给驱动装置。置的进给驱动装置。 气液阻尼缸的结构可分为串联式并联式两种。气液阻尼缸的结构可分为串联式并联式两种。 4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气液组合式执行元件气液组合式执行元件串联式串联式并联式并联式4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气液组合式执行元件气液组合式执行元件气液转换器气液转换器 气液转换器是将气压直接转换为油压（增压比为气液转换器是将气压直接转换为油压（增压比为1:11:1）的气液转换元件，可作为辅助元件应用于气液回路中。的气液转换元件，可作为辅助元件应用于气液回路中。特点：特点：与液压相比，不需要复杂庞大的油泵站，成本低；与液压相比，不需
32、要复杂庞大的油泵站，成本低；与气液阻尼缸相比，气液转换器与油缸分离，可放与气液阻尼缸相比，气液转换器与油缸分离，可放在任意位置，操作简便；在任意位置，操作简便；由于工作液压油油温稳定，空气不会混入油中，因由于工作液压油油温稳定，空气不会混入油中，因此能获得稳定的移动。可用于精密切割、精密稳定此能获得稳定的移动。可用于精密切割、精密稳定的进给运动。的进给运动。 4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气液组合式执行元件气液组合式执行元件 空气 油 利用气液转换器的回路利用气液转换器的回路4.2.5 4.2.5 特殊气缸特殊气缸气液组合式执行元件气液组合式执行元件摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在
33、一摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件。元件。摆动气缸是一种在小于摆动气缸是一种在小于360角度范围内角度范围内做往复摆动的气缸。常用的摆动气缸的最做往复摆动的气缸。常用的摆动气缸的最大摆动角度分别为大摆动角度分别为90、180、270三三种规格。种规格。摆动气缸主要用于物体的转位、翻转、分摆动气缸主要用于物体的转位、翻转、分类、夹紧，阀门的开闭以及机器人的手臂类、夹紧，阀门的开闭以及机器人的手臂动作。动作。4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类实例：分路阀实例：分路阀驱动部分采用摆动气缸驱动，驱
34、动部分采用摆动气缸驱动，结构紧凑，有利于现场进行维结构紧凑，有利于现场进行维修和保养。修和保养。用途：适宜为粉粒状物料，在用途：适宜为粉粒状物料，在输送系统中起管路切换的作用输送系统中起管路切换的作用。广泛应用在化工、食品、粮。广泛应用在化工、食品、粮食加工、能源电力、机械、建食加工、能源电力、机械、建材、港口码头等行业。材、港口码头等行业。4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类类类 型型 功功 能能 叶叶片片 单单叶叶片片 直直接接利利用用压压缩缩空空气气的的能能量量，使使输输出出轴轴产产生生摆摆动动运运动动。摆摆动动角角度度小小于于 360。 式式 双双叶叶片片 直直
35、接接利利用用压压缩缩空空气气的的能能量量，使使输输出出轴轴产产生生摆摆动动运运动动。摆摆动动角角度度小小于于 180。 活活 齿齿轮轮齿齿条条式式 利利用用齿齿轮轮、齿齿条条传传动动，将将活活塞塞杆杆的的往往复复运运动动变变为为输输出出轴轴的的摆摆动动运运动动。 塞塞 螺螺杆杆式式 利利用用大大螺螺距距活活塞塞的的移移动动使使输输出出轴轴产产生生摆摆动动运运动动。 式式 曲曲柄柄式式 将将活活塞塞的的往往复复直直线线输输出出通通过过曲曲柄柄，使使输输出出轴轴产产生生摆摆动动运运动动。 摆动气缸的分类摆动气缸的分类 摆动气缸按结构特点可分为摆动气缸按结构特点可分为叶片式叶片式和和活塞式活塞式两种
36、两种4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类q活塞式摆动气缸是将活塞的往复运动通活塞式摆动气缸是将活塞的往复运动通过各种机构转变为输出轴的摆动运动。过各种机构转变为输出轴的摆动运动。按结构不同可分为齿轮齿条式、螺杆式按结构不同可分为齿轮齿条式、螺杆式和曲柄式等几种。和曲柄式等几种。q齿轮齿条式摆动气缸是通过连接在活塞齿轮齿条式摆动气缸是通过连接在活塞上的齿条使齿轮回转的一种摆动气缸，上的齿条使齿轮回转的一种摆动气缸，其结构原理如图所示。活塞仅作往复直其结构原理如图所示。活塞仅作往复直线运动，摩擦损失少，齿轮的效率较高，线运动，摩擦损失少，齿轮的效率较高，但由于齿轮对齿条的压
37、力角不同，使其但由于齿轮对齿条的压力角不同，使其受到侧压力，效率受到影响。若制造好，受到侧压力，效率受到影响。若制造好，效率效率可达到可达到95%左右左右。4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类齿轮齿条式摆动气缸齿轮齿条式摆动气缸4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类齿轮齿条式摆动气缸输出轴的扭矩为齿轮齿条式摆动气缸输出轴的扭矩为 式中式中M输出扭矩（输出扭矩（Nm）；）；p1进气腔的工作压力（进气腔的工作压力（MPa）；）；p2排气腔的背压力（排气腔的背压力（MPa）；）；b叶片轴向长度（叶片轴向长度（m）；）；D缸筒内直径（缸筒内直径（m）；）；
38、df齿轮的节圆直径（齿轮的节圆直径（m）。）。 MDppdf410221264.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类q叶片式摆动气缸的结构原理如图所示。它是由叶片叶片式摆动气缸的结构原理如图所示。它是由叶片轴转子（即输出轴）、定子、缸体和前后端盖等部轴转子（即输出轴）、定子、缸体和前后端盖等部分组成。定子和缸体固定在一起，叶片和转子联在分组成。定子和缸体固定在一起，叶片和转子联在一起。一起。q在定子上有两条气路，当左路进气时，右路排气；在定子上有两条气路，当左路进气时，右路排气；压缩空气推动叶片带动转子摆动。反之，作相反方压缩空气推动叶片带动转子摆动。反之，作相反方向摆动。
39、向摆动。q在输出扭矩相同的摆动气缸中，叶片式摆动气缸体在输出扭矩相同的摆动气缸中，叶片式摆动气缸体积最小，重量最轻，但制造精度要求高。积最小，重量最轻，但制造精度要求高。q密封比较困难，而且动密封接触面积大，密封件的密封比较困难，而且动密封接触面积大，密封件的阻力损失较大，故输出效率较低，小于阻力损失较大，故输出效率较低，小于80%。4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类4.3.1 4.3.1 摆动气缸原理及分类摆动气缸原理及分类单叶片式摆动气缸，气压力是均匀分布在叶片上，其单叶片式摆动气缸，气压力是均匀分布在叶片上，其产生的扭矩即理论输出扭矩产生的扭矩即理论输出扭矩M式
40、中式中M输出扭矩（输出扭矩（Nm）；）；p供气压力（供气压力（MPa）；）；b叶片轴向长度（叶片轴向长度（m）；）；d输出轴直径（输出轴直径（m）；）；D缸体直径（缸体直径（m）。）。Mpbr rpbDddD10108622622d4.3.2 4.3.2 摆动气缸的选型摆动气缸的选型摆动摆动气缸的选型气缸的选型 根据摆动气缸所受负载以及负载性质，确定根据摆动气缸所受负载以及负载性质，确定实际力矩和负载率，计算理论输出力矩。实际力矩和负载率，计算理论输出力矩。 确定使用压力确定使用压力P P 根据计算得到的理论输出力矩和压力根据计算得到的理论输出力矩和压力P P，通通过查表或查曲线选择摆动气缸。过查表或查曲线选择摆动气缸。 验算摆动气缸的缓冲能力。验算摆动气缸的缓冲能力。 检查摆动气缸的轴向负载和横向负载应在允检查摆动气缸的轴向负载和横向负载应在允许范围内。注意尽量避免让气缸本体承受负许范围内。注意尽量避免让气缸本体承受负载力。载力。4.3.2 4.3.2 摆动气缸的选型摆动气缸的选型
