认知与使用气动执行元件的技巧

1.认识常用气动执行元件

气动控制系统中，气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，实现直线运动、摆动运动或回转运动的传动装置。在气动控制系统中，常用的气动执行元件是气缸和气动马达，气缸用于实现直线往复运动，气动马达则是实现连续回转运动。图2-11为生产机械中常用的气动执行元件。

图2-11　生产机械中常用的气动执行元件

（a）笔形气缸（b）薄型气缸（c）气动马达（d）无杆气缸（e）气动手爪（f）摆动气缸

气动执行元件作为气动控制系统中的重要组成部分，广泛应用在各种自动化生产装备中，在实际生产设备中为了满足各种应用场合的需要，气动执行元件种类繁多而且各元件的结构特点和应用场合也都不相同。表2-1给出了工程实际中常用的气动执行元件的应用特点。

表2-1　工程实际中常用的气动执行元件的应用特点

（续表）

2.YL-335B自动化生产线中的气动执行元件

（1）单作用气缸和双作用气缸

根据气缸活塞杆运动两个方向上受气压控制的方向个数，可将气缸分为单作用气缸和双作用气缸。

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，活塞的返回需要借助弹簧力或外力。因为压缩空气只能在一个方向上控制气缸活塞运动，所以称作单作用气缸。

双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。图2-12所示是双作用直线气缸的半剖面图。图中，气缸的两个端盖上都设有进气与排气通口，从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从有杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。

双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。在YL-335B自动化生产线中供料单元的推料机构；加工单元的伸缩气缸；装配单元的落料机构、分拣单元的推料气缸等，都选用了双作用直线气缸。

图2-12　双作用直线气缸的半剖面图

（2）薄型气缸

薄型气缸是一种行程短的气缸，缸筒与无杆侧端盖铆接成一体，杆盖用弹簧挡圈固定，缸体为方形，有多种安装方式，用于固定夹具和搬运中固定工件。薄型气缸的轴向尺寸比标准气缸有较大减小，具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。图2-13是薄型气缸及其构造示意图。

图2-13　薄型气缸及其构造

在YL-335B自动化生产线中加工单元的冲压气缸、输送单元抓取机械手的提升气缸，都选用了薄型气缸，就是因为考虑到要求形成短和气缸轴向尺寸小的特点。但是，薄型气缸径向尺寸较大，要求进气气流有较大的压力，所以使用的气管直径较大为6mm，一般气缸使用的气管直径为4mm。(www.xing528.com)

（3）气动气爪

气动气爪也称作气动手指，是用于抓取、夹紧工件。气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。如图2-14所示。

图2-14　气动手爪实例

以滑动导轨型为例，气动手爪的工作原理可以从图2-15看出，当压缩空气从上气孔进气、下气孔排气时，活塞向下运动，通过铰链传动使手爪加紧；相反，当压缩空气从下气孔进气、上气孔排气时，活塞向上运动，使手爪松开。YL-335B自动化生产线中加工单元所使用的是滑动导轨型气动手爪，输送单元所使用的是支点开闭型气动手爪。

图2-15　气动手爪工作原理示意图

（4）摆动气缸

摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴，在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件，用于物体的转位、分类、加紧阀门的开闭等。摆动气缸有齿轮齿条式和叶片式两种类型。

齿轮齿条式摆动气缸的实物如图2-16（a）所示，工作原理示意如图2-16（b）所示，从图中可以看出，当气压力推动活塞带动齿条作直线运动时，齿条推动齿轮作回转运动，齿轮轴输出力矩带动外负载摆动。摆台是在转轴上安装一个平台，平台可在一定角度范围内摆动。

YL-335B自动化生产线中的装配单元和输送单元，使用的都是齿轮齿条式摆动气缸，回转角度可以在0～180度范围内调节。

图2-16　齿轮齿条式摆动气缸

当需要调节回转角度或调整摆动位置精度时，可以首先松开调节螺杆上的反扣螺母，通过旋入和旋出调节螺杆，改变摆台的回转角度，调节螺杆1和调节螺杆2分别用于左旋和右旋角度的调整。当调整好摆动角度后，应将反扣螺母与基体反扣锁紧，防止调节螺杆松动。降低回转精度。摆台摆动到位的信号，是通过调整气缸滑轨内的2个磁性开关的位置实现的，磁性开关安装在气缸体的滑轨内，松开磁性开关的紧固定位螺丝，磁性开关就可以沿着滑轨左右移动。确定位置后，旋紧固定螺钉，完成位置的调整。如图2-17所示。

图2-17　气动摆台剖面图

（5）导向气缸

导向气缸是指具有导向功能的气缸，主要应用于要求抗扭转力矩、承载能力强、工作平稳等场合。根据导向结构分为两种类型，一种是一体化结构，它是将与活塞杆平行的两根导杆与气缸组成一体，也称为带导杆的气缸，如图2-18（a）图所示。它具有结构紧凑、导向精度高的特点，在YL-335B自动化生产线中输送单元的抓取机械手装置的手臂伸缩气缸，采用的是这种一体化的带导杆气缸。

图2-18　导向气缸

另一种导向结构是标准气缸和导向装置的集合体。这种导向气缸中的安装支架，用于导杆导向件的安装和导向气缸整体的固定，连接件安装板用于固定两导杆和标准气缸活塞杆，安装支座用于固定标准气缸整体，并支撑导杆的导向。当标准气缸的一端接通压缩空气后，活塞被驱动作直线运动，被连接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回，从而实现导向气缸的整体运动。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆气缸的伸出行程。

当需要调整时，先松开行程调整板上的紧固螺钉，让行程调整板在导杆上移动，当达到预期的伸出距离后，再锁紧紧固螺钉，完成行程的调节。YL-335B自动化生产线中装配单元机械手水平方向移动的伸缩气缸，和垂直方向移动的升降气缸，采用的是这种标准气缸和导向装置集合体的气缸。