汽缸的工作原理Word格式文档下载.docx
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14
气动执行元件和控制元件
气动执行元件是一种能量转换装置,
它是将压缩空气的压力能转化为机械能,
驱动机构
实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作。
气动执行元件分为气缸和气马达两大类。
气缸用于提供直线往复运动或
摆动,
输出力
和直线速度或摆动角位移。
气马达用于提供连续
回转运动,输出转矩和转速。
气动控制元件用来调节压缩空气的压力流量和方向等,
以保证执行机构按规定的程序正
常进行工作。
气动控制元件按功能可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。
第一节
一、气缸的工作原理、分类及安装形式
1.气缸的典型结构和工作原理
图
13-1
普通双作用气缸
1、
3-缓冲柱塞
2-活塞
4-缸筒
5-导向套
6-防尘圈
7-前端盖
8-气口
9-
传感器
10-活塞杆
11-耐磨环
12-密封圈
13-后端盖
14-缓冲节流阀
以气动系统中最常使用的单活塞杆双作用气缸为例来说明,气缸典型结构如图
13-1
所示。
它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。
双作用气缸内部被活塞
分成两个腔。
有活塞杆腔称为有杆腔,无活塞杆腔称为无杆腔。
当从无杆腔输入压缩空气时,
有杆腔排气,
气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力
克服阻力负载推动活塞运动,
使活塞杆伸出;
当有杆腔进气,
无杆腔排气时,
使活塞杆缩回。
若有杆腔和无杆腔交替进气和排气,活塞实现往复直线运动。
2.气缸的分类
气缸的种类很多,一般按气缸的结构特征、功能、驱动方式或安装方法等进行分类。
分
类的方法也不同。
按结构特征,
气缸主要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种。
按运动形式分
为直线运动气缸和摆动气缸两类。
3.气缸的安装形式
气缸的安装形式可分为
1)固定式气缸
气缸安装在机体上固定不动,有脚座式和法兰式。
2)轴销式气缸
缸体围绕固定轴可作一定角度的摆动,有
U
形钩式和耳轴式。
3)回转式气缸
缸体固定在机床主轴上,可随机床主轴作高速旋转运动。
这种气缸常
用于机床上气动卡盘中,以实现工件的自动装卡。
4)嵌入式气缸
气缸缸筒直接制作在夹具体内。
二、常用气缸的结构原理
1.普通气缸
包括单作用式和双作用式气缸。
常用于无特殊要求的场合。
13-2
为最常用的单杆双作用普通气缸的基本结构,
气缸一般由缸筒、
前后缸盖、
活
塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件组成。
缸筒
7
与前后缸盖固定连接。
有活塞杆侧的缸盖
5
为前缸盖,缸底侧的缸盖
14
为后缸
盖。
在缸盖上开有进排气通口,
有的还设有气缓冲机构。
前缸盖上,
设有密封圈、
防尘圈
3,
同时还设有导向套
4,以提高气缸的导向精度。
活塞杆
6
与活塞
9
紧固相连。
活塞上除有密
封圈
10,
11
防止活塞左右两腔相互漏气外,
还有耐磨环
12
以提高气缸的导向性;
带磁性开
关的气缸,活塞上装有磁环。
活塞两侧常装有橡胶垫作为缓冲垫
8。
如果是气缓冲,则活塞
两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞,同时缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套,当气缸运动到端头时,
13-2
普通双作用气缸
1,13-弹簧挡圈
2-防尘圈压板
3-防尘圈
4-导向套
5-杆侧端盖
6-活塞杆
-缸筒
8
-缓冲垫
-活塞
10
-活塞密封圈
-密封圈
-耐磨环
-无杆
侧端盖
缓冲柱塞进入缓冲套,气缸排气需经缓冲节流阀,排气阻力增加,产生排气背压,形成缓冲
气垫,起到缓冲作用。
2.特殊气缸
13-3
薄膜气缸
1-缸体
2-膜片
3-膜盘
4-活塞杆
为了满足不同的工作需要,
在普通气缸的基础上,
通过改变或增加气缸的部分结构,
设
计开发出多种特殊气缸。
(1)
薄膜式气缸
13-3
为膜片气缸的工作原理图。
膜片有平膜片和盘形膜片两种
一
般用夹织物橡胶、钢片或磷青铜片制成,厚度为
5~6
mm
(有用
1~2
厚膜片的)
。
13
-
3
所示的膜片气缸的功能类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸,
工作时,
膜片在
压缩空气作用下推动活塞杆运动。
它的优点是:
结构简单、紧凑、体积小、重量轻、密封性
好、不易漏气、加工简单、成本低、无磨损件、维修方便等,适用于行程短的场合。
缺点是
行程短,一般不趁过
50
mm
平膜片的行程更短,约为其直径的
1/10。
(2)
磁性开关气缸
磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环,
在缸筒上直接安装
磁性开关,磁性开关用来检测气缸行程的位置,控制气缸往复运动。
因此,就不需要在缸筒
上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置,也不需要在活塞杆上设置挡块。
其工作原理如图
13-4
它是在气缸活塞上安装永久磁环,
在缸筒外壳上装有舌簧
开关。
开关内装有舌簧片、保护电路和动作指示灯等,均用树脂塑封在一个盒子内。
当装有
永久磁铁的活塞运动到舌簧片附近,
磁力线通过舌簧片使其磁化,
两个簧片被吸引接触,
则
开关接通。
当永久磁铁返回离开时,磁场减弱,两簧片弹开,则开关断开。
由于开关的接通
或断开,使电磁阀换向,从而实现气缸的往复运动。
磁性开关气缸
1-动作指示灯
2-保护电路
3-开关外壳
4-导线
5-活塞
6-磁环
7-缸筒
8-舌簧开关
气缸磁性开关与其它开关的比较见表
3-1。
表
3-
错误!
未定义书签。
气缸磁性开关与其它开关的比较
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(3)带阀气缸
带阀气缸是由气缸、
换向阀和速度控制
阀等组成的一种组
合式气动执行元件。
它省去了连接管道
和管接头,
减少了能
量损耗,
具有结构紧
凑,安装方便等优
点。
带阀气缸的阀有
电控、
气控、
机控和
手控等各种控制方
式。
阀的安装形式有安装在气缸尾部、上部等几种。
如图
13-5
所示,电磁换向阀安装在气
缸的上部,当有电信号时,则电磁阀被切换,输出气压可直接控制气缸动作。
13-5
带阀组合气缸
1-管接头
2-气缸
3-气管
4-电磁换向阀
5-换向阀底板
6-单向节流阀组合
件
7-密封圈。
(4)
带导杆气缸
13-6
为带导杆气缸,
在缸筒两侧配导向用的滑动轴承
(轴
瓦式或滚珠式),因此导向精度高,承受横向载荷能力强。
开关形式
控制原理
成本
调整安装复杂性
磁性开关
磁场变化
低
方便,不占位置
行程开关
机械触点
麻烦,占位置
接近开关
阻抗变化
高
光电开关
光的变化
典型带导杆气缸的结构
(5)无杆气缸
无杆气缸是指利用活塞直接或间
接方式连接外界执行机构,
并使其跟随活塞实现往复运动的气缸。
这种气缸的最
大优点是节省安装空间。
1)磁性无杆气缸
活塞通过磁力带动缸体外部的移动体做同步移动,其结构如
13-7
它的工作原理是:
在活塞上安装一组高强磁性的永久磁环,
磁力
线通过薄壁缸筒与套在外面的另一组磁环作用,
由于两组磁环磁性相反,
具有很
强的吸力。
当活塞在缸筒内被气压推动时,
则在磁力作用下,
带动缸筒外的磁环
套一起移动。
气缸活塞的推力必须与磁环的吸力相适应。
磁性无杆气缸
1-套筒
2-外磁环
3-外磁导板
4-内磁环
5-内磁导板
6-压盖
7-卡环
-活塞
9-活塞轴
10-缓冲柱塞
11-气缸筒
12-端盖
13-进、排气口
2
)
机械接触式无杆气缸
称机械接触式无杆气缸,其结构
如
13-8
在气
缸缸管轴向开有一条槽,活塞与滑块在槽上部移动。
为了防止泄漏及防尘需要,
在开口部采用聚氨脂密封带和防尘不锈钢带固定在两
端缸盖上,活塞架穿过槽,把活塞与滑块连成一体。
活塞与滑块连接在一起,带
动固定在滑块上的执行机构实现往复运动。
这种气缸的特点是:
1)
与普通气缸
相比,
在同样行程下可缩小
1/2
安装位置;
2)
不需设置防转机构;
3)
适用于缸
径
10~80mm,
最大行程在缸径≥40mm
时可达
7m;
4)
速度高,
标准型可达
0.1~
0.5m/s;
高速型可达到
0.3~3.0m/s。
其缺点
是:
密封性能差,容易产生外
泄漏。
在使
13-6
典型带导杆气缸的结构
13-8
l-节流阀
2-缓冲柱塞
3-密封带
4-防尘不锈钢带
5-活塞
6-滑块
7-活塞架
用三位阀时必须选用中压式;
受负载力小,为了增加负载能力,必须增加导
向机构。
l-节流阀
2-缓冲柱塞
3-密封带
7-活塞
架
(6)锁紧气缸
带有锁紧装置的气缸称为锁紧气缸按锁紧位置分为行程末端锁
紧型和任意位置锁紧型。
1)行程末端锁紧型气缸
13-9
所示,当活塞运动到行程末端,气压释放后,锁
定活塞
1
在弹簧力的作用下插入活塞杆的卡槽中,活塞杆被锁定。
供气加压时,锁定活塞
缩回退出卡槽而开锁,活塞杆便可运动。
13-9
带端锁气缸的结构原理
a
)手动解除非锁式
b
)手动解除锁式。
-锁定活塞
-橡胶帽
,
-帽
4
-缓冲垫圈
-锁用弹簧
-密封件
-导向套
-螺钉
-旋钮
-弹簧
-限位环
2)
任意位置锁紧型气缸
按锁紧方式可分为卡套锥面式、
弹簧式和偏心式等多种形式。
卡套锥面式锁紧装置由锥形制动活塞
6、制动瓦
1、制动臂
和制动弹簧
等构成,其结构
原理如图
13-10
作用在锥状锁紧活塞上的弹簧力由于楔的作用而被放大,再由杠杆
原理得到放大。
这个放大的作用力作用在制动瓦
上,
把活塞杆锁紧。
要释放对活塞的锁紧,
向供气口
A′供应压缩空气,把锁紧弹簧力撤掉。