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氣動執(zhí)行元件和控制元件
氣動執(zhí)行元件是一種能量轉換裝置，它是將壓縮空氣的壓力能轉化為機械能，驅動機構實現(xiàn)直線往復運動、擺動、旋轉運動或沖擊動作。氣動執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達兩大類。氣缸用于提供直線往復運動或擺動，輸出力和直線速度或擺動角位移。氣馬達用于提供連續(xù)回轉運動，輸出轉矩和轉速。
氣動控制元件用來調節(jié)壓縮空氣的壓力流量和方向等，以保證執(zhí)行機構按規(guī)定的程序正常進行工作。氣動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.氣缸的典型結構和工作原理
以氣動系統(tǒng)中常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結構。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。
當從無桿腔輸入壓縮空氣時，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載推動活塞運動，使活塞桿伸出；當有桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣，活塞實現(xiàn)往復直線運動。
2.氣缸的分類
氣缸的種類很多，一般按氣缸的結構特征、功能、驅動方式和安裝方法等進行分類。分類的方法也不同，按照結構特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按照運動形式為直線運動氣缸和擺動氣缸兩類。
3.氣缸的安裝形式，氣缸的安裝形式可分為
1、固定式氣缸：氣缸安裝在機體上固定不動，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，有U形鉤式和耳軸式。
3、回轉式氣缸：氣缸固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉運動。這種氣缸常用于機床上氣動卡盤中，以實現(xiàn)工件的自動裝卡。
4、嵌入式氣缸：氣缸缸筒直接制作在夾具體內。

氣壓傳動與控制技術簡稱氣動，是以壓縮空氣為工作介質來進行能量與信號的傳遞，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)過程、自動控制的一門技術。它是流體傳動與控制學科的一個重要組成部分。
氣動在實際運用中擁有諸多優(yōu)點
1.使用方便
空氣作為工作介質，空氣到處都有，來源方便，用過以后直接排入大氣，不會污染環(huán)境，可少設置或不必設置回氣管道。
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
動作迅速反應快，可在較短的時間內達到所需的壓力和速度。在一定的超載運行下也能保證系統(tǒng)安全工作，并且不易發(fā)生過熱現(xiàn)象。
4.安全可靠
壓縮空氣不會爆炸或著火，在易燃、易爆場所使用不需要昂貴的防爆設施。可安全可靠地應用于易燃、易爆、多塵埃、輻射、強磁、振動、沖擊等惡劣的環(huán)境中。
5.儲存方便
氣壓具有較高的自保持能力，壓縮空氣可儲存在貯氣罐內，隨時取用。即使壓縮機停止運行，氣閥關閉，氣動系統(tǒng)仍可維持一個穩(wěn)定的壓力。故不需壓縮機的連續(xù)運轉。
6.可遠距離傳輸
由于空氣的粘度小，流動阻力小，管道中空氣流動的沿程壓力損失小，有利于介質集中供應和遠距離輸送。空氣不論距離遠近，極易由管道輸送。
7.能過載保護
氣動機構與工作部件，可以超載而停止不動，因此無過載的危險。
8.清潔
基本無污染，對于要求高凈化、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，氣動具有獨特的適應能力，優(yōu)于液壓、電子、電氣控制。
氣動元件-氣缸的分類
氣缸作為氣動元件之一，分類方法有許多種。按壓縮空氣對活塞的施力方式可分為：單作用氣缸和雙作用氣缸；按氣缸的結構特征可分為：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、擺動氣缸、耐熱氣缸、耐腐蝕氣缸、低摩擦氣缸、高速氣缸、直線驅動單元氣缸、模塊化驅動裝氣缸和氣動機械手氣缸等數(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，若氣壓作用在活塞左端面上的力克服了運動摩擦力、負載等各種反作用力，則當活塞前進時，有桿腔內的空氣經(jīng)該端氣囗排出，使活塞桿伸出。同樣，當有桿腔端氣囗輸入壓縮空氣時，活塞桿縮回至初始位置。通過無桿腔和有桿腔交替進氣和排氣，活塞桿伸出和縮回，氣缸實現(xiàn)往復直線運動。
氣缸缸蓋上未設置緩沖裝置的氣缸稱為無緩沖氣缸，缸蓋上設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。當氣缸行程接近終端時，由于緩沖裝置的作用，可以防止高速運動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到初始位置。單作用氣缸只在動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、舉起和進給等操作上。
根據(jù)復位彈簧位置將作用氣缸分為預縮型氣缸和預伸型氣缸。當彈簧裝在有桿腔內時，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縮型單作
用氣缸；當彈簧裝在無桿腔內時，氣缸活塞桿初始位置為伸出位置的稱為預伸型氣缸。
這種氣缸在活塞桿側裝有復位彈簧，在前缸蓋上開有呼吸用的氣囗。除此之外，其結構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。單作用缸行程受內裝回程彈簧目由長度的影響，其行程長度一般在100mm以內。
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氣動執(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現(xiàn)往復運動。行程為L的有活塞桿氣缸，沿行程方向的實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50至100。 這種氣缸的優(yōu)點是節(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.機械接觸式無桿氣桿 氣爪能實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機械手的關鍵部件。 圖9-15所示的氣爪的特點是： 所有的結構都是雙作用的，能實現(xiàn)雙向抓取，可自動對中，重復精度高； 抓取力矩恒定； 在氣缸兩側可安裝非接觸式檢測開關； 有多種安裝、連接方式。
平行氣爪通過兩個活塞工作，兩個氣爪對心移動。這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用內抓取，也可用于外抓取。
擺動氣爪，內外抓取400擺角 ，抓取力大，并確保抓取力矩始終恒定。 
氣動控制元件與基本回路 氣動控制元件：控制和調節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動方向和發(fā)送信號的重要元件 方向控制閥，壓力控制閥和流量控制閥 氣動基本回路：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 氣動邏輯元件簡介 其它氣動基本回路 §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 換向型控制閥按驅動方式可分為氣壓控制閥、電磁控制閥、機械控制閥、手動控制閥和時間控制閥 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：限壓安全保護作用；順序閥、平衡閥：根據(jù)氣路壓力不同進行某種控制。節(jié)流閥：通過改變閥的通流面積來調節(jié)流量。
氣動執(zhí)行元件
氣動執(zhí)行器是將壓縮空氣的壓力能轉變成機械能，實現(xiàn)往復直線運動或旋轉、擺動運動的裝置。它包括氣缸、氣馬達和擺動式氣馬達。
氣缸
氣缸是將氣體壓力能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)直線運動的執(zhí)行器，廣泛應用于氣動機械中的夾緊、送料等場合。氣缸具有結構簡單、維修方便、運動速度快等特點， 與其他能源的執(zhí)行器柑比，更多地被用在自動化機械中。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，同時又由于空氣介質有壓 縮性，受外界負載變化的影響較大，所以在需要精確的速度控制、減少負載變化 對運動的影響時，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，可制成內徑3-400mm 的各種結構氣 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 面上，產(chǎn)生伸出和縮回力。由于活塞桿的影響，兩側面的有效面積不等，所以內 縮行程的拉力比外伸出程的推力小，這在以相同氣壓推、拉相同負載時才要考慮。 氣缸缸筒通常山金屬無縫管制成。缸筒內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，對保證氣缸的可靠工作是十分重要的。
緩沖機構
當活塞運動接近行程末端時，由于具有較高的速度，如不采取措施，活塞就會以很大的力量撞擊端蓋，引起振動或損壞機件，為此，在氣缸內常加入緩沖裝置。 對小氣缸常用橡膠減震墊來吸收沖擊，對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。 當活塞運動到接近行程末端，緩沖柱塞1進入端蓋上的柱塞孔3 時，在排氣腔 內的剩余氣體只能從節(jié)流閥 排出衫成背壓.成為氣墊.使活塞的運動速度減慢、因此.它實際[是利用腔內空氣被壓縮以吸收運句部件的動能來達到緩沖的。調整 節(jié)流閥的開度可控制活塞的緩沖程度。當活塞反向運動時，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，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，隨負載的動作要求而擺動。表1 表示了氣缸的安裝方式。
常用氣缸的計算 這里以常用的雙作用單活塞桿氣缸為例，介紹一些常用的計算公式。氣缸理論輸出力的計算公式為 式中F1—活塞桿伸出時的理論推力，N;F2—活塞桿縮回時的理論拉力，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—標準大氣壓，pa=0.1013MPan 氣缸每分鐘動作次數(shù)根據(jù)氣缸自由空氣消耗量即可選用壓縮機容量。
德國愛爾泰克AIRTEC氣缸訂貨號和型號：
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氣壓傳動系統(tǒng)按氣動元件和裝置功能不同，氣壓傳動系統(tǒng)可分成4個組成部門。
1，氣源裝置。
起源裝置是產(chǎn)生壓縮空氣的裝置，通常指空氣壓縮機和起源凈化設備。空氣壓縮機是原動機把機械能轉換成空氣的壓力能。氣源凈化設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。一般氣動設備較多的廠里會將起源裝置集中在空壓站內，由氣壓站統(tǒng)一向各分車間或用氣設備分配供應壓縮空氣。
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換成生產(chǎn)需要的機械能。氣動執(zhí)行元件有可以實現(xiàn)直線運動氣缸，實現(xiàn)連續(xù)回轉運動的氣馬達和不連續(xù)回轉運動的擺動馬達等。
3，控制元件
在生產(chǎn)中可以實現(xiàn)對執(zhí)行元件的操縱，運算和檢測等，可以控制壓縮空氣的壓力，流量和流動方向，以便使執(zhí)行機構完成預定的運動來滿足生產(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，對執(zhí)行元件進行潤滑和消聲，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