气动系统常用的执行元件为气缸和气动马达。它们是将气体的压力能转化为机械能的元件。气缸用于实现直线往复运动，输出力和直线位移；气动马达用于实现连续回转运动，输出力矩和角位移。
（1）气缸的分类
气缸是气动系统的执行元件之一。它是将压缩空气的压力能转换为机械能并驱动工作机构作直线往复运动或摆动的装置。与液压缸相比较，它具有结构简单、制造容易、工作压力低及动作迅速等优点，在实际中应用较广泛。气缸的结构、形状有多种形式，分类方法也很多。常见的分类方法有以下5 种：
①按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。单作用气缸只有一个方向的运动是靠气压传动，活塞的复位靠弹簧弹力或重力等；双作用气缸活塞的往返运动全都靠气压传动来实现。
②按结构特点，可分为活塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸及气液阻尼缸等。
③按安装方式，可分为耳座式、法兰式、轴销式及凸缘式。
④按气缸的功能，可分为普通气缸（主要是指活塞式单作用气缸和双作用气缸）和特殊气缸（包括气液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击式气缸、增压气缸、步进气缸及回转气缸等）。
（2）几种常用气缸的工作原理和用途
1）单作用气缸
如图10.5 所示为单作用气缸的结构原理图。所谓单作用气缸，是指压缩空气仅在气缸的一端进气并推动活塞（或柱塞）运动，而活塞或柱塞的返回需要借助其他外力，如弹簧力、重力等。单作用气缸多用于短行程及对活塞杆推力、运动速度要求不高的场合。这种气缸的特点如下：
图10.5 单作用气缸
1—活塞杆；2—过滤片；3—止动套；4—弹簧；5—活塞
①结构简单，由于只需向一端供气，耗气量小。
②复位弹簧的反作用力随压缩行程的增大而增大，因此，活塞的输出力随活塞运动的行程增加而减小。
③缸体内安装弹簧，增加了缸筒长度，缩短了活塞的有效行程。
这种气缸一般多用于行程短并且对输出力和运动速度要求不高的场合。
2）回转式气缸
如图10.6 所示为回转式气缸的工作原理图。回转式气缸由导气头体、缸体、活塞及活塞杆等组成。这种气缸的缸体连同缸盖及导气头芯6 可被携带回转，活塞4 及活塞杆只能作往复直线运动，导气头体外接管路，固定不动。
图10.6 回转式气缸
1—活塞杆；2，5—密封装置；3—缸体；4—活塞；6—缸盖及导气头芯；7，8—轴承；9—导气头体(www.xing528.com)
3）冲击气缸
冲击气缸是一种较新型的气动执行元件。它能在瞬间产生很大的冲击能量而做功，因而能应用于打印、铆接、锻造、冲孔、下料及锤击等加工。常用的冲击气缸有普通型冲击气缸、快排型冲击气缸和压紧活塞式冲击气缸等。下面介绍普通型冲击气缸。
如图10.7 所示为冲击气缸结构示意图。冲击气缸与普通气缸相比较增加了蓄能腔和具有排气小孔的中盖2，中盖2 与缸体1 固定连接在一起，它与活塞6 把气缸分隔成蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔3 部分，中盖2 中心开有一个喷气口。
图10.7 普通型冲击气缸
1，3—缸体；2—中盖；4，7—端盖；5—排气塞；6—活塞
冲击气缸结构简单、成本低，耗气功率小，并且能产生相当大的冲击力，应用十分广泛。它可完成下料、冲孔、弯曲、打印、铆接、模锻及破碎等作业。为了有效地应用冲击气缸，应注意正确地选择工具，并正确地确定冲击气缸尺寸，选用适用的控制回路。其工作过程如图10.8 所示，可分为以下3 个阶段：
①准备阶段
如图10.8（a）所示，气动回路（图中未画出）中的气缸控制阀处于原始状态，压缩空气由A孔进入冲击气缸有杆腔，储能腔与无杆腔通大气，活塞处于上限位置，活塞上安有密封垫片，封住中盖上的喷嘴口，中盖与活塞间的环形空间（即此时的无杆腔）经小孔与大气相通。
②蓄能阶段
如图10.8（b）所示，控制阀接收信号被切换后，储能腔进气，作用在与中盖喷嘴口接触的活塞的一小部分面积上（通常设计为约占整个活塞面积的1/9）的压力p1逐渐增大，进行充气蓄能。与此同时，有杆腔排气，压力p2逐渐降低，使作用在有杆腔侧活塞面上的作用力逐渐减小。
③冲击做功阶段
如图10.8（c）所示，当活塞上下两边不能保持平衡时，活塞即离开喷嘴向下运动，在活塞离开喷嘴的瞬间，储能腔内的气体压力突然施加到无杆腔的整个活塞面上。于是，活塞在较大的气体压力的作用下加速向下运动，瞬间以很高的速度（为同等条件下普通气缸速度的5~10倍），即以很高的动能冲击工件做功。
经过上述3 个阶段后，控制阀复位，冲击气缸又开始另一个动作。
图10.8 冲击气缸的工作原理
（3）气缸的使用
选择和使用气缸时，应注意以下4 点：
①根据工作任务的要求，选择气缸的结构形式、安装方式，并确定活塞杆的推力和拉力。
②为避免活塞与缸盖之间产生频繁冲击，一般不使用满行程，应预留一定的行程余量（30~100 mm）。
③气缸工作时的推荐速度为0.5~1 m/s，工作压力为0.4~0.6 MPa，环境温度控制为5~60 ℃。低温时，需要采取必要的防冻措施，以防止系统中的水分出现冻结现象。
④装配时，要在所有密封件的相对运动工作表面涂上润滑脂。注意动作方向，活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载，并且气缸在1.5 倍的压力下进行试验时，不应出现漏气现象。
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