2.4 气缸与气压马达_气压与液压控制技术基础-QQ阅读男生玄幻网

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2.4 气缸与气压马达

气缸与气压马达是气压传动中的执行元件，是将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。气缸用于实现直线往复运动或摆动，气压马达则用于实现连续回转运动。

2.4.1 气缸

气缸是气压传动中最常用的一种执行元件。它具有结构简单、制造成本低、无污染、便于维修、动作迅速等优点。它的结构形状根据使用条件不同，具有多种类型。表2-3列出了气缸的主要分类方法和类型。

表2-3 气缸的主要分类方法和类型

气缸按进气方式可分为单作用气缸和双作用气缸。关于气缸的介绍如下所述。

1.单作用气缸

单作用气缸是指压缩空气在气缸的一端进气推动活塞运动，而活塞的返回则借助其他外力，如重力、弹簧力。

（1）活塞式气缸

活塞式气缸有弹簧压回型和弹簧压出型，分别如图2-25（a）和（b）所示。压回型是A口进气，气压力驱动活塞克服弹簧力和摩擦力使活塞杆伸出；A口排气，弹簧力使活塞杆收回。压出型是A口进气，活塞杆收回；A口排气，弹簧使活塞伸出。

活塞式气缸的特点如下：

① 由于单边进气，故结构简单，耗气量小；

② 缸内安装了弹簧，缩短了活塞的有效行程；

③ 弹簧的弹力随其变形大小而发生变化，故活塞杆推力和运动速度在行程中有变化；

④ 弹簧具有吸收动能的能力，因而减小了活塞杆的输出推力。

图2-25 活塞式气缸的结构与外观图

单作用气缸一般用于行程短且对输出力和运动速度要求不高的场合，如定位和夹紧装置等。

当气缸工作时，活塞杆上输出的推力必须克服弹簧的弹力及各种阻力，推力公式为

式中 F——活塞杆的推力（工作负载）（N）；

D——活塞直径（m）；

p——气缸工作压力（Pa）；

F1——弹簧弹力（N）；

η——考虑总阻力损失时的效率，一般η为0.7～0.8。当活塞运动速度v＜0.2m/s时取大值；当v＞0.2m/s时取小值。

【例2-1】单作用气缸内径为63mm，复位弹簧最大弹力为150N，工作压力为0.5MPa，负载效率为0.8。试求气缸的推力为多少？

解：气缸推力

（2）膜片式气缸

膜片式气缸如图2-26所示。它由膜片取代了活塞，活塞杆连接在膜片的正中央。气缸利用膜片的变形使活塞杆前进，活塞杆的位移较小。

图2-26 膜片式气缸

这种气缸的特点是结构紧凑，质量轻，维修方便，密封性能好，制造成本低。广泛应用于生产过程的调节器上。

2.双作用气缸

（1）单活塞杆双作用气缸

单活塞杆双作用气缸是使用最广泛的一种最普通的气缸，其结构与外形图如图2-27所示。这种气缸工作时，活塞杆上的输出力用下式计算。

图2-27 单活塞杆双作用气缸的结构与外形图

式中 F1——当无杆腔进气时，活塞杆的输出力（N）；

F2——当有杆腔进气时，活塞杆的输出力（N）；

D、d——活塞和活塞杆直径（m）；

p——气缸作用压力（Pa）；

η——考虑总阻力损失时的效率，一般η为0.7～0.8。当活塞运动速度v ＜0.2m/s时，取大值；当v＞0.2m/s时，取小值。

【例2-2】单杆双作用气缸内径为125mm，活塞杆直径为36mm，工作压力为0.5MPa，气缸负载效率为0.7，试求该气缸两方向的推力各为多少?

解：气缸推力

（2）双活塞杆双作用气缸

双活塞杆双作用气缸的结构与单活塞杆双作用气缸基本相同，只是活塞两侧都装有活塞杆，其结构和图形符号如图2-28所示。因两端活塞杆直径相同，所以活塞往复运动的速度和输出力相等，这种气缸使用得较少，常用于气动加工机械及包装机械设备上。

图2-28 双活塞杆双作用气缸的结构与图形符号

（3）缓冲气缸

气缸在行程末端的运动速度较大时，为了防止活塞与气缸端盖发生碰撞，必须设置缓冲装置。其结构如图2-29所示。气缸两侧都设置了缓冲装置，在活塞到达行程终点前，缓冲柱塞将柱塞孔堵死。当活塞再向前运动时，被封闭在缸内的空气因被压缩而吸收运动部件的惯性力所产生的动能，从而使运动速度减慢。在实际应用中，常使用节流阀将封闭在气缸内的空气缓慢地排出。当活塞反向运动时，压缩空气经单向阀进入气缸，因而能正常启动。

图2-29 缓冲气缸的结构图

调节节流阀打开的程度，可调节缓冲效果，控制气缸行程终端的运动速度，因而称为可调缓冲气缸，若为固定节流口，其开口度不可调，即为不可调缓冲气缸。

3.其他常用气缸

（1）气液阻尼缸

气液阻尼缸由气缸和液压缸组合而成，以压缩空气为动力，利用油液的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动并调节活塞的运动速度。与普通气缸相比，它传动平稳、定位精确、噪声小；与液压缸相比，它不需要液压源且经济性好。由于它同时具有气缸和液压缸的优点，因此得到了越来越广泛的应用。串联型气液阻尼缸的工作原理图如图2-30所示。它将液压缸和气缸串联成一个整体，两个活塞固定在一根活塞杆上。当气缸右腔供气时，活塞克服外载并带动液压缸活塞向左运动。此时液压缸左腔排油，油液只能经节流阀1缓慢流回右腔，对整个活塞的运动起到阻尼作用。因此，调节节流阀就能达到调节活塞运动速度的目的。当压缩空气进入气缸左腔时，液压缸右腔排油，此时单向阀3开启，活塞能快速返回。油箱2的作用只是用来补充液压缸因泄漏而减少的油量，因此改用油杯也可以。

图2-30 串联型气液阻尼缸的工作原理图

（2）摆动气缸

摆动气缸是将压缩空气的压力能转变为气缸输出轴的有限回转机械能的一种气缸。它多用于安装位置受到限制或转动角度小于360°的回转工作部件，如夹具的回转、阀门的开启、转塔车床转塔刀架的转位和自动线上物料的转位等场合。单叶片摆动气缸的工作原理图如图2-31所示。定子3与缸体4固定在一起，叶片1和转子2（输出轴）连接在一起。当左腔进气时，转子顺时针转动；反之，转子则逆时针转动。

（3）冲击气缸

冲击气缸是一种较新型的气动执行元件，能把压缩空气的压力能转换为活塞、活塞杆的高速运动，输出动能，产生较大的冲击力。冲击气缸结构示意图如图2-32所示。冲击气缸与普通气缸相比增加了一个具有一定容积的蓄能腔和具有排气小孔的中盖2，中盖2与缸体1固连在一起，它与活塞6把气缸分隔成蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔三部分，中盖2中心开有一个喷气口。冲击气缸广泛用于锻造、冲压、下料、压坯等设备中。

图2-31 摆动气缸的工作原理图

图2-32 冲击气缸结构示意图

4.标准化气缸简介

（1）标准化气缸的主要参数

标准化气缸的主要参数是缸径D和行程L。因为在一定的气源压力下，缸径D标记气缸活塞杆的理论输出力，行程L标记气缸的作用范围。

（2）标准化气缸的标记和系列

标准化气缸使用的标记是用符号“QG”表示气缸，用符号“A、B、C、D、H”表示五种系列。具体的标记方法是

五种标准化气缸系列为：

QGA——无缓冲普通气缸；

QGB——细杆（标准杆）缓冲气缸；

QGC——粗杆缓冲气缸；

QGD——气液阻尼缸；

QGH——回转气缸。

例如，气缸标记为QGA100×125，表示直径为100mm、行程为125mm的无缓冲普通气缸。

标准化气缸系列有11种规格：

缸径D/mm：40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400；

行程L/mm：无缓冲气缸L=（0.5～2）D；有缓冲气缸L=（1～10）D。

5.气缸的缓冲方式和缓冲原理

气缸的缓冲方式和缓冲原理见表2-4。活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞撞击端盖造成气缸损伤并降低撞击噪声，在气缸行程终端一般都设有缓冲器。

表2-4 气缸的缓冲方式和缓冲原理

按不同的分类方式，缓冲还可分为单侧（杆侧或无杆侧）缓冲和双侧缓冲；固定缓冲（例如，垫缓冲、固定节流孔缓冲）和可调缓冲。

6.气缸的维护

① 要使用清洁干燥的压缩空气，空气中不得含有机溶剂的合成油、盐分、腐蚀性气体等，以防止缸、阀动作不良。

② 给油润滑气缸应配置流量合适的油雾器；不给油润滑气缸因缸内预加了润滑脂，则可以长期使用。

③ 缸筒和活塞杆的滑动部位不得受损伤，以防止气缸动作不良、损坏活塞杆密封圈等造成漏气。

④ 缓冲阀处应留出适当的维护调整空间，而磁性开关等应留出适当的安装调整空间。

⑤ 气缸若长期放置不用，应一个月动作一次，并涂油保护以防锈。

⑥ 若气缸用于工作频繁、振动大的场合，安装螺钉和各个连接部位要采用防松措施。

2.4.2 气压马达

气压马达属于气动执行元件，它把压缩空气的压力能转换为机械能，实现回转运动并输出力矩，驱动构件进行旋转运动。

早期，气压马达一般被用在矿坑、化学工厂、船舶等易发生爆炸的场所以取代电动马达。近年来由于低速高扭矩型气压马达的问世，气压马达在其他领域的需求也在不断增加。各种类型气压马达的实物外观图和图形符号如图2-33所示。

图2-33 各种类型气压马达的实物外观图和图形符号

1.气压马达的分类

气压马达因结构不同，可分为容积型和速度型，如图2-34所示。容积型气压马达是利用压力空气的压力能量；速度型气压马达是利用压力和速度的能量。容积型气压马达使用在一般机械上；速度型气压马达用在超高速回转装置上。

（1）叶片式气压马达

叶片式气压马达的旋转转子的中心和外毂中心有一个偏心量，转子上有槽孔，叶片（3～10片）插入转子圆周的槽孔内。叶片在径向方向滑动并与内毂表面密封，利用流入叶片和叶片之间的空气使转子旋转。槽孔底部装有弹簧或加以预紧力以使叶片在马达启动之前得以与内毂表面密接，适当的离心力更可得到较好的气密性。叶片式气压马达的结构示意图如图2-35所示。