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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。
氣缸
一、氣缸的工作原理、分類及安裝形式
1.氣缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理
以氣動(dòng)系統(tǒng)中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)。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)方式和安裝方法等進(jìn)行分類。分類的方法也不同，按照結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按照運(yùn)動(dòng)形式為直線運(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：氣缸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：氣缸固定在機(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)。

氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)簡稱氣動(dòng)，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)過程、自動(dòng)控制的一門技術(shù)。它是流體傳動(dòng)與控制學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。
氣動(dòng)在實(shí)際運(yùn)用中擁有諸多優(yōu)點(diǎn)
1.使用方便
空氣作為工作介質(zhì)，空氣到處都有，來源方便，用過以后直接排入大氣，不會(huì)污染環(huán)境，可少設(shè)置或不必設(shè)置回氣管道。
2.系統(tǒng)組裝方便
使用快速接頭可以非常簡單地進(jìn)行配管，因此系統(tǒng)的組裝、維修以及元件的更換比較簡單。
3.快速性好
動(dòng)作迅速反應(yīng)快，可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的壓力和速度。在一定的超載運(yùn)行下也能保證系統(tǒng)安全工作，并且不易發(fā)生過熱現(xiàn)象。
4.安全可靠
壓縮空氣不會(huì)爆炸或著火，在易燃、易爆場所使用不需要昂貴的防爆設(shè)施。可安全可靠地應(yīng)用于易燃、易爆、多塵埃、輻射、強(qiáng)磁、振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境中。
5.儲(chǔ)存方便
氣壓具有較高的自保持能力，壓縮空氣可儲(chǔ)存在貯氣罐內(nèi)，隨時(shí)取用。即使壓縮機(jī)停止運(yùn)行，氣閥關(guān)閉，氣動(dòng)系統(tǒng)仍可維持一個(gè)穩(wěn)定的壓力。故不需壓縮機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
6.可遠(yuǎn)距離傳輸
由于空氣的粘度小，流動(dòng)阻力小，管道中空氣流動(dòng)的沿程壓力損失小，有利于介質(zhì)集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。空氣不論距離遠(yuǎn)近，極易由管道輸送。
7.能過載保護(hù)
氣動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作部件，可以超載而停止不動(dòng)，因此無過載的危險(xiǎn)。
8.清潔
基本無污染，對(duì)于要求高凈化、無污染的場合，如食品、印刷、木材和紡織工業(yè)等是極為重要的，氣動(dòng)具有獨(dú)特的適應(yīng)能力，優(yōu)于液壓、電子、電氣控制。
氣動(dòng)元件-氣缸的分類
氣缸作為氣動(dòng)元件之一，分類方法有許多種。按壓縮空氣對(duì)活塞的施力方式可分為：單作用氣缸和雙作用氣缸；按氣缸的結(jié)構(gòu)特征可分為：活塞式、柱塞和薄膜式等。按氣缸的功能可分為：普通氣缸、薄膜氣缸、沖擊氣缸、氣液阻尼氣缸、氣液增壓缸、數(shù)字氣缸、伺服氣缸、緩沖氣缸、擺動(dòng)氣缸、耐熱氣缸、耐腐蝕氣缸、低摩擦氣缸、高速氣缸、直線驅(qū)動(dòng)單元?dú)飧住⒛�塊化驅(qū)動(dòng)裝氣缸和氣動(dòng)機(jī)械手氣缸等數(shù)十種。
在這介紹單作用氣缸和雙作用氣缸。
雙作用氣缸
雙作用氣缸一般由缸筒、前缸蓋、后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成，缸筒與前后缸蓋之間由四根螺桿將其緊固鎖定。缸內(nèi)有與活塞桿相連的活塞，活塞上裝有活塞密封圈。為防止漏氣和外部灰塵的侵入，前缸蓋上裝有活塞桿密封圈和防塵密封圈。這種雙作用氣缸被活塞分成兩個(gè)腔室：有桿腔（簡稱頭腔或前腔）和無桿腔（簡稱尾腔或后腔）。有活塞桿的腔室稱為有桿腔，無活塞桿的腔室稱為無桿腔。
從無桿腔端的氣囗輸入壓縮空氣時(shí)，若氣壓作用在活塞左端面上的力克服了運(yùn)動(dòng)摩擦力、負(fù)載等各種反作用力，則當(dāng)活塞前進(jìn)時(shí)，有桿腔內(nèi)的空氣經(jīng)該端氣囗排出，使活塞桿伸出。同樣，當(dāng)有桿腔端氣囗輸入壓縮空氣時(shí)，活塞桿縮回至初始位置。通過無桿腔和有桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞桿伸出和縮回，氣缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
氣缸缸蓋上未設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為無緩沖氣缸，缸蓋上設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。緩沖裝置由緩沖節(jié)流閥、緩沖柱塞和緩沖密封圈等組成。當(dāng)氣缸行程接近終端時(shí)，由于緩沖裝置的作用，可以防止高速運(yùn)動(dòng)的活塞撞擊缸蓋的現(xiàn)象發(fā)生。
單作用氣缸
單作用氣缸在缸蓋一端氣囗輸入壓縮空氣使活塞桿伸出〔或縮回），而另一端靠彈簧力、自重或其他外力等使活塞桿恢復(fù)到初始位置。單作用氣缸只在動(dòng)作方向需要壓縮空氣，故可節(jié)約一半壓縮空氣。主要用在夾緊、退料、阻擋、壓入、舉起和進(jìn)給等操作上。
根據(jù)復(fù)位彈簧位置將作用氣缸分為預(yù)縮型氣缸和預(yù)伸型氣缸。當(dāng)彈簧裝在有桿腔內(nèi)時(shí)，由于彈簧的作用力而使氣缸活塞桿初始位置處于縮回位置，我們將這種氣缸稱為預(yù)縮型單作
用氣缸；當(dāng)彈簧裝在無桿腔內(nèi)時(shí)，氣缸活塞桿初始位置為伸出位置的稱為預(yù)伸型氣缸。
這種氣缸在活塞桿側(cè)裝有復(fù)位彈簧，在前缸蓋上開有呼吸用的氣囗。除此之外，其結(jié)構(gòu)基本上和雙作用氣缸相同。缸的缸筒和前后缸蓋之間采用滾壓鉚接方式固定。單作用缸行程受內(nèi)裝回程彈簧目由長度的影響，其行程長度一般在100mm以內(nèi)。
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氣動(dòng)執(zhí)行元件
氣缸的分類
無桿氣桿沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。行程為L的有活塞桿氣缸，沿行程方向的實(shí)際占有安裝空間約為2.2L。沒有活塞桿，則占有安裝空間僅為1.2L，且行程缸徑比可達(dá)50至100。 這種氣缸的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑、長行程的場合。 無桿氣缸主要分為機(jī)械接觸式和磁性耦合式兩種。通常將磁性耦合無桿氣缸稱為磁性氣缸。 a.機(jī)械接觸式無桿氣桿 氣爪能實(shí)現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動(dòng)機(jī)械手的關(guān)鍵部件。 圖9-15所示的氣爪的特點(diǎn)是： 所有的結(jié)構(gòu)都是雙作用的，能實(shí)現(xiàn)雙向抓取，可自動(dòng)對(duì)中，重復(fù)精度高； 抓取力矩恒定； 在氣缸兩側(cè)可安裝非接觸式檢測開關(guān)； 有多種安裝、連接方式。
平行氣爪通過兩個(gè)活塞工作，兩個(gè)氣爪對(duì)心移動(dòng)。這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用內(nèi)抓取，也可用于外抓取。
擺動(dòng)氣爪，內(nèi)外抓取400擺角 ，抓取力大，并確保抓取力矩始終恒定。 
氣動(dòng)控制元件與基本回路 氣動(dòng)控制元件：控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向和發(fā)送信號(hào)的重要元件 方向控制閥，壓力控制閥和流量控制閥 氣動(dòng)基本回路：方向控制回路，壓力控制回路和速度（流量）控制回路 方向控制閥與方向控制回路 壓力控制閥與壓力控制回路 流量控制閥與流量控制回路 氣動(dòng)邏輯元件簡介 其它氣動(dòng)基本回路 §14.1方向控制閥與方向控制回路 方向控制閥 單向型控制閥 換向型控制閥：通過改變氣體通路使氣流方向發(fā)生改變 換向型控制閥按驅(qū)動(dòng)方式可分為氣壓控制閥、電磁控制閥、機(jī)械控制閥、手動(dòng)控制閥和時(shí)間控制閥 方向控制回路 單作用氣缸換向回路 雙作用氣缸換向回路 壓力控制閥與壓力控制回路 壓力控制閥的功能：控制系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力,以滿足系統(tǒng)對(duì)不同壓力的需要。
壓力控制閥的工作原理：均是利用空氣壓力和彈簧力相平衡的原理來工作的。壓力控制閥的分類: 減壓閥、定值器：降壓穩(wěn)壓作用，安全閥、限壓切斷閥：限壓安全保護(hù)作用；順序閥、平衡閥：根據(jù)氣路壓力不同進(jìn)行某種控制。節(jié)流閥：通過改變閥的通流面積來調(diào)節(jié)流量。
氣動(dòng)執(zhí)行元件
氣動(dòng)執(zhí)行器是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置。它包括氣缸、氣馬達(dá)和擺動(dòng)式氣馬達(dá)。
氣缸
氣缸是將氣體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器，廣泛應(yīng)用于氣動(dòng)機(jī)械中的夾緊、送料等場合。氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、運(yùn)動(dòng)速度快等特點(diǎn)， 與其他能源的執(zhí)行器柑比，更多地被用在自動(dòng)化機(jī)械中。通常氣缸采用壓力為 0.4MPa 至0.6MPa 的氣源，因而其輸出力不可能很大，同時(shí)又由于空氣介質(zhì)有壓 縮性，受外界負(fù)載變化的影響較大，所以在需要精確的速度控制、減少負(fù)載變化 對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，常與液壓缸配合組成氣-液阻尼缸使用。
氣缸的種類很多，根據(jù)使用的要求不同，可制成內(nèi)徑3-400mm 的各種結(jié)構(gòu)氣 缸。其中常用的是雙作用單活塞桿氣缸，它利用空氣壓力輪流作用在活塞兩側(cè) 面上，產(chǎn)生伸出和縮回力。由于活塞桿的影響，兩側(cè)面的有效面積不等，所以內(nèi) 縮行程的拉力比外伸出程的推力小，這在以相同氣壓推、拉相同負(fù)載時(shí)才要考慮。 氣缸缸筒通常山金屬無縫管制成。缸筒內(nèi)表面加工成很高光潔度或鍍有硬鉻，使 摩擦和磨損減至小一般端蓋由鋁合金壓鑄而成并借助拉桿螺栓夾緊缸筒，小型 氣缸用螺紋或碾邊固定缸筒氣缸密封件的好壞直接影響氣缸的性能和使用壽命， 因此，正確地選擇和使用各種用途的密封件，對(duì)保證氣缸的可靠工作是十分重要的。
緩沖機(jī)構(gòu)
當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，由于具有較高的速度，如不采取措施，活塞就會(huì)以很大的力量撞擊端蓋，引起振動(dòng)或損壞機(jī)件，為此，在氣缸內(nèi)常加入緩沖裝置。 對(duì)小氣缸常用橡膠減震墊來吸收沖擊，對(duì)于大氣缸可用氣墊緩沖來減振，即在活 塞端部增加緩沖柱塞，端蓋上開有柱塞孔并加裝節(jié)流閥和單向閥。 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到接近行程末端，緩沖柱塞1進(jìn)入端蓋上的柱塞孔3 時(shí)，在排氣腔 內(nèi)的剩余氣體只能從節(jié)流閥 排出衫成背壓.成為氣墊.使活塞的運(yùn)動(dòng)速度減慢、因此.它實(shí)際[是利用腔內(nèi)空氣被壓縮以吸收運(yùn)句部件的動(dòng)能來達(dá)到緩沖的。調(diào)整 節(jié)流閥的開度可控制活塞的緩沖程度。當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣流經(jīng)過單向閥 
氣缸的安裝方式 根據(jù)工作要求，氣缸的安裝分固定和軸銷兩種方式。固定式氣缸指氣缸本體固定，活塞桿只在本體的軸心上移動(dòng)，有底座式和法蘭式;軸銷式氣缸指氣缸本體 以軸銷為支持點(diǎn)，隨負(fù)載的動(dòng)作要求而擺動(dòng)。表1 表示了氣缸的安裝方式。
常用氣缸的計(jì)算 這里以常用的雙作用單活塞桿氣缸為例，介紹一些常用的計(jì)算公式。氣缸理論輸出力的計(jì)算公式為 式中F1—活塞桿伸出時(shí)的理論推力，N;F2—活塞桿縮回時(shí)的理論拉力，N;D—活塞直徑(氣缸 式中Q—自由空氣消耗量，m3/min;D—氣缸內(nèi)徑，m;d—活塞桿直徑，m L—行程，m;P—氣缸工作壓力(表壓)，MPa;pa—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，pa=0.1013MPan 氣缸每分鐘動(dòng)作次數(shù)根據(jù)氣缸自由空氣消耗量即可選用壓縮機(jī)容量。
德國愛爾泰克AIRTEC氣缸訂貨號(hào)和型號(hào)：
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氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)按氣動(dòng)元件和裝置功能不同，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)可分成4個(gè)組成部門。
1，氣源裝置。
起源裝置是產(chǎn)生壓縮空氣的裝置，通常指空氣壓縮機(jī)和起源凈化設(shè)備。空氣壓縮機(jī)是原動(dòng)機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成空氣的壓力能。氣源凈化設(shè)備是用來降低壓縮空氣的溫度，除去壓縮空氣中的水分，油分及污染物等。一般氣動(dòng)設(shè)備較多的廠里會(huì)將起源裝置集中在空壓站內(nèi)，由氣壓站統(tǒng)一向各分車間或用氣設(shè)備分配供應(yīng)壓縮空氣。
2，執(zhí)行元件
執(zhí)行元件以壓縮空氣的壓力能作為能量，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)需要的機(jī)械能。氣動(dòng)執(zhí)行元件有可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)氣缸，實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)等。
3，控制元件
在生產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的操縱，運(yùn)算和檢測等，可以控制壓縮空氣的壓力，流量和流動(dòng)方向，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)來滿足生產(chǎn)需求。通常包括各種壓力閥，流量閥，邏輯元件，射流元件，行程閥，轉(zhuǎn)換器和傳感器等。
4，輔助元件
輔助元件可以凈化壓縮空氣，對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行潤滑和消聲，以及連接元件的一些裝置。通常包括分水過濾器，油霧器，消聲器以及各種管路附件