气动执行元件

常用的气动执行元件有气缸和气马达。气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。

气缸是将压缩空气的压力能转换为直线运动并做功的执行元件，可分为单作用气缸、作用气缸和特殊气缸三大类。下面简单介绍几种典型气缸的结构与特点。

1．普通型单活塞杆双作用气缸

图11－24所示为普通型单活塞杆双作用气缸的结构图。气缸由缸筒11，前后缸盖13、1，活塞8，活塞杆10，密封件和紧固件等零件组成。缸筒11在前、后缸盖13、1之间由四根拉杆和螺母将其连接锁紧（图中未画出）。活塞8与活塞杆10相连，活塞8上装有活塞密封圈4、导向环5及磁性环6。为防止漏气和外部粉尘的侵入，前缸盖13上装有带防尘密封圈15的活塞杆10。磁性环6用来产生磁场，使活塞8接近磁性开关时发出电信号，即在普通气缸上安装磁性开关就成为可以检测气缸活塞位置的开关气缸。

图11－24 单活塞杆双作用气缸的结构图

1—后缸盖；2—缓冲节流阀；3、7—密封圈；4—活塞密封圈；5—导向环；6—磁性环；8—活塞；9—缓冲柱塞；10—活塞杆；11—缸筒；12—缓冲密封圈；13—前缸盖；14—导向套；15—防尘密封圈

2．膜片式气缸

如图11－25所示，膜片式气缸由膜片、缸体、膜盘和活塞杆等主要零件组成。膜片式气缸可分为单作用式气缸和双作用式气缸两种。膜片可分为盘形膜片和平膜片两种，多数采用夹织物橡胶材料。

与活塞式气缸相比，膜片式气缸具有结构紧凑、简单、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏少、效率高等优点，但膜片的变形量有限，其行程较短。这种气缸适用于气动夹具、自动调节阀及短行程工作场合。

3．冲击气缸

冲击气缸是把压缩空气的压力能转换为活塞组件的动能，利用此动能去做功的执行元件。如图11－26所示，冲击气缸由缸筒8、中盖5、活塞7和活塞杆9等主要零件组成。中盖5与缸筒8固定，和活塞7把气缸分割成三部分，即蓄能腔3、活塞腔2和活塞杆腔1。中盖5的中心开有喷嘴口4。

图11－25 膜片式气缸的原理图

1—缸体；2—膜片；3—膜盘；4—活塞杆

冲击气缸整个工作过程可简单地分为三个阶段。

图11－26（a）所示为复位段，活塞杆腔1进气时，蓄能腔3排气，活塞7上移，直至活塞7上的密封垫封住中盖5上的喷嘴口4为止。活塞腔2经泄气口6与大气相通。最后，活塞杆腔1压力升至气源压力，蓄能腔3压力减至大气压力。

图11－26（b）所示为储能段，压缩空气进入蓄能腔3，其压力只能通过喷嘴口4的小面积作用在活塞7上，不能克服活塞杆腔1的排气压力所产生的向上推力及活塞与缸体间的摩擦力，喷嘴口4仍处于关闭状态，蓄能腔3的压力将逐渐升高。

图11－26（c）所示为冲击段，当蓄能腔3的压力与活塞杆腔1压力的比值大于活塞杆腔1作用面积与喷嘴面积之比时，活塞下移，使喷嘴口开启，聚集在蓄能腔3中的压缩空气通过喷嘴口4突然作用于活塞7的全面积上。此时，活塞7一侧的压力比活塞杆9一侧的压力大几倍乃至几十倍，使活塞7上作用着较大的向下推力。活塞7在此推力作用下迅速加速，在很短的时间内以极高的速度向下冲击，从而获得较大的动能。

图11－26 冲击气缸的工作过程阶段图

1—活塞杆腔；2—活塞腔；3—蓄能腔；4—喷嘴口；5—中盖；6—泄气口；

7—活塞；8—缸筒；9—活塞杆

冲击气缸可用于锻造、冲压、铆接、下料、压配、破碎等多种作业。

4．气马达

1）气马达的分类及特点

气马达是利用压缩空气的能量来实现旋转运动的机械。按结构形式的不同，气马达可分为叶片式、活塞式、齿轮式等。

最为常用的是叶片式气马达和活塞式气马达。叶片式气马达制造简单、结构紧凑，但低速启动转矩小、低速性能不好，适用于性能要求低或中功率的机械，目前，在矿山机械及风动工具中应用普遍。活塞式气马达在低速情况下有较大的输出功率，它的低速性能好，适用于载荷较大和要求低速转矩大的机械，如起重机等。

2）叶片式气马达的工作原理

图11－27所示为叶片式气马达的原理图。它的主要结构和工作原理与液压叶片马达相似，主要包括一个径向装有3～10个叶片3，转子2偏心安装在定子1内，转子2两侧有前、后端盖（图中未画出），叶片3在转子2的径向槽内可自由滑动，叶片3底部通有压缩空气，转子2转动时靠离心力和叶片3底部气压将叶片3紧压在定子1内表面上，定子1内有半圆形的切沟，提供压缩空气及排出废气。

图11－27 叶片式气马达的原理图

1—定子；2—转子；3—叶片

当压缩空气从A口进入定子腔内，会使叶片3带动转子2逆时针旋转，产生旋转力矩，废气从排气口C排出，而定子腔内残余气体则经B口排出。如需改变气马达的旋转方向，则需改变进、排气口即可。

气马达的有效转矩与叶片伸出的面积及其供气压力有关。叶片数目多，输出转矩较均匀，且压缩空气的内泄漏减少，但减少了有效工作腔容积，所以，叶片数目应恰当选择。

为了增强密封性，在叶片式气马达启动时，叶片常靠弹簧或压缩空气顶出，使其紧贴在定子的内表面上。随着气马达转速的增加，离心力进一步把叶片紧压在定子内表面上。