第十二章气缸与气马达

教学重点教学难点解决方法气缸与气马达重点、难点及解决办法：气缸和气马达的工作原理。气缸和气马达参数的计算。查阅资料，实验教学和理论教学互动，多做练习。第十二章：气缸和气马达气缸和气马达本课题重点与难点教学重点教学难点气压传动系统气缸和气马达的工作原理、参数的计算及选用气缸和气马达参数的计算第十二章：气缸与气马达12.1气缸一、气缸的分类根据使用条件不同，其结构、形状也有多种形式，分类方法也很多。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；按结构形式可分为活塞式气缸、柱塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸及气-－液阻尼气缸等；按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式；按气缸的功能分可分为普通气缸和特殊气缸。第十二章：气缸与气马达第十二章：气缸与气马达1、单作用气缸原理及功能：压缩空气驱动活塞向一个方向运动，借助外力复位，可以节约压缩空气，节省能源。简图1）活塞式气缸原理及功能：压缩空气驱动活塞向一个方向运动，靠弹簧力复位，输出推力随行程而变化，适用于小行程。简图活塞式气缸第十二章：气缸与气马达2）薄膜式气缸原理及功能：压缩空气作用在膜片上，使活塞杆向一个方向运动，靠弹簧复位，密封性好，适用于小行程。简图第十二章：气缸与气马达3）柱塞式气缸原理及功能：柱塞向一个方向运动，靠外力返回。稳定性较好，用于小直径气缸。简图第十二章：气缸与气马达2、双作用气缸1）普通式气缸2）双出杆气缸原理及功能：利用压缩空气使活塞向两个方向运动，两个方向输出的力和速度不等。原理及功能：活塞向两个方向运动的速度和输出力均相等，适用于长行程。简图第十二章：气缸与气马达3）不可调缓冲式气缸原理及功能：活塞临近行程终点时，减速制动，减速值不可调整。（a）为单向缓冲，（b）为双向缓冲。简图第十二章：气缸与气马达缓冲式气缸第十二章：气缸与气马达4）可调缓冲式气缸原理及功能：塞临近行程终点时，减速制动，可根据需要调整减速值。（a）为单向缓冲，（b）为双向缓冲。简图第十二章：气缸与气马达可调缓冲式气缸第十二章：气缸与气马达3、特殊气缸Ⅰ1）冲击式气缸原理及功能：利用突然大量供气和快速排气相结合的方法得到活塞杆的冲击运动，用于切断、冲孔打击工件。第十二章：气缸与气马达冲击式气缸工作原理简图第十二章：气缸与气马达冲击式气缸工作原理第十二章：气缸与气马达2）气-液阻尼缸原理及功能：利用液体不可压缩性，获得活塞杆的稳速运动。用于速度稳定性要求较高的场合。简图第十二章：气缸与气马达气-液阻尼缸工作原理第十二章：气缸与气马达气-液阻尼缸工作原理第十二章：气缸与气马达3）增压缸原理及功能：利用液体的不可压缩性和力的平衡原理，可在小活塞端输出高压的液体。a、增压缸简图第十二章：气缸与气马达原理及功能：利用压力和作用面积乘积相等，可在小面积端获得较高压力。简图b、增压缸第十二章：气缸与气马达4、特殊气缸Ⅱ1）串联气缸原理及功能：在一根活塞杆上串联多个活塞，因而增大活塞面积总和，气缸输出力决定投入工作的气缸的数量。简图第十二章：气缸与气马达2）回转气缸原理及功能：进排气导管和缸体可相对转动，可用于机床夹具和线材卷曲装置上。简图第十二章：气缸与气马达3）双活塞杆气缸原理及功能：两个活塞同时向相反方向运动，增大行程简图第十二章：气缸与气马达4）多位气缸原理及功能：活塞行程可占有四个位置，只要气缸的任一空腔接通气源，活塞就可占有一个位置。简图第十二章：气缸与气马达5）伸缩气缸原理及功能：活塞行程可占有四个位置，只要气缸的任一空腔接通气源，活塞就可占有一个位置。简图第十二章：气缸与气马达6）伺服气缸原理及功能：将输入的气压信号比例地转化为活塞杆的机械位移，多用于自动控制系统中。简图第十二章：气缸与气马达5、特殊气缸Ⅲ数字气缸原理及功能：将若干个活塞轴向依次装在一起，其运动行程从小到大按几何级数排列，由输入的气动信号决定输出简图第十二章：气缸与气马达二、气缸的安装形式1、固定式气缸分为：耳座式、法兰式。轴向耳座，耳座承受力矩，气缸直径越大，力矩越大。第十二章：气缸与气马达气缸的安装形式分类简图说明固定式气缸耳座式轴向耳座轴向耳座，耳座承受力矩，气缸直径越大，力矩越大。切向耳座同上法兰式前法兰前法兰紧固，安装螺钉受力较大。后法兰后法兰紧固，安装螺钉受力较小。自配法兰法兰由使用时视安装条件现配。第十二章：气缸与气马达轴销式气缸尾部轴销气缸可绕尾摆动头部轴销气缸可绕头部轴摆动中间轴销气缸可绕中间轴摆动第十二章：气缸与气马达三、几种气缸的参数计算（一）单作用气缸所谓单作用气缸是指压缩空气只在气缸一端进气，并推动活塞运动，而返回时则借助其他外力，如弹簧力或重力等。图就是弹簧复位的单作用气缸。第十二章：气缸与气马达单作用气缸的推力F为tFPDF24式中:D—活塞直P—气缸工作压力Ft－弹簧力η—考虑总阻力时的效率，一般取0.7-0.8,活塞运动速度小于0.2m/s时取大值,活塞运动速度大于0.2m/s时取小值.气缸工作时的总阻力包括运动部件的惯性力和各密封处的摩擦阻力等,它与多种因素有关。第十二章：气缸与气马达(二)双作用气缸1、单活塞双作用缸这是使用最广泛的一种普通气缸，其结构见图。所谓双作用气缸是指气缸的两端都进气，其输出力用下式计算。第十二章：气缸与气马达第十二章：气缸与气马达PDF214PdDF)(4222式中:F1—无杆腔进气时活塞上的输出力。F2—有杆腔进气时活塞上的输出力。D—活塞直径d—活塞杆直径P—气缸工作压力η—考虑总阻力时的效率，一般取0.7-0.8,活塞运动速度小于0.2m/s时取大值,活塞运动速度大于0.2m/s时取小值.其他活塞类气缸的输出力计算，都可参照上述公式计算。第十二章：气缸与气马达（三）薄膜式气缸薄膜式气缸由缸体、膜片、膜盘、和活塞杆等主要零件组成。它可以是单作用式的，也可以是双作用式的，薄膜式气缸与活塞类气缸相比，具有结构紧凑、简单、容易制造、成本低、维修方便、寿命长、泄漏少和效率高等优点。但膜片变形量有限，故行程短，一般不超过40~50mm。薄膜式气缸的最大行程Smax与缸径的关系如下：第十二章：气缸与气马达平薄膜片式气缸Smax=(0.12~0.15)D盘形膜片式气缸Smax=(0.20~0.25)D应注意的是,因膜片变形要吸收能量,所以活塞杆上的输出力随行程的加大而减小。第十二章：气缸与气马达薄膜式气缸结构图第十二章：气缸与气马达四、气缸的选用要求气缸选用首先要立足于选用标准气缸，其次才是自行设计。1、气缸的选择要求（1）气缸输出力的大小按计算值的1.15~2倍来选择,并据此选择气缸内径。为了避免气缸容积过大，可采用扩力机构。（2）气缸行程的长度要根据执行机构的行程长度来选择，并受结构的限制，一般应比所需行程长5~10mm。（3）活塞运动速度主要取决于进、排气口及导管内径的大小，内径越大则活塞运动速度越快。为了得到平稳的所需速度，通常选用带节流装置或气—液阻尼装置的气缸。第十二章：气缸与气马达2、气缸的使用要求（1）气缸一般的工作条件是：周围介质温度为–35—80℃，工作压力0.4—0.6MPa.（2）安装时要注意运动方向。活塞杆不能受偏载或横向载荷。（3）在行程中负载有变化时，应使用输出力有足够余量的气缸，并要附加缓冲装置。（4）不使用满行程。特别当活塞杆伸出时，不能让活塞与端盖相碰，否则容易破坏零件。（5）应在气缸进气口设置油雾器进行润滑。不允许用油润滑时，应选用无油润滑气缸。第十二章：气缸与气马达12.2气马达气马达的种类很多，常用的有容积式马达。容积式马达又分为叶片式马达、活塞式马达和齿轮式马达。这里只介绍以下几种。一、气马达的分类和工作原理第十二章：气缸与气马达1、叶片式气马达压缩空气经A孔输入后分为两路，一路经定子两端密封盖的槽进入叶片底部（图中未画出），将叶片推出使之贴于定子内壁上，相邻叶片间形成密闭空间以便起动；另一路进入相应的密闭空间而作用在两个叶片上。由于这两个叶片伸出的量不同，因而压缩空气作用在这两个叶片上的面积不同，也就产生了转矩差，此转矩差通过叶片带动定子作逆时针旋转。做功后的气体由C孔和B孔排出。改变压缩空气的输入方向，也就改变了气马达旋转方向。第十二章：气缸与气马达叶片式气马达的结构第十二章：气缸与气马达叶片式气马达的工作原理图第十二章：气缸与气马达压缩空气经进气口进入分配阀（或叫配气阀）后再进入气缸，推动活塞及连杆组件运动，从而迫使曲轴转动。曲轴转动的同时，带动固定在轴上的分配阀同步转动，使压缩空气随着分配阀的角度位置的改变而进入不同的缸内，依次推动各个活塞运动。2、径向活塞式气马达的工作原理第十二章：气缸与气马达压缩空气经进口（图中未画出）进入配气阀套8及配气阀7，经配气阀及配气阀套上的孔和槽以及外壳10上的斜孔进入气缸6，推动活塞及连杆组件5运动，活塞及连杆组件又带动曲轴13转动。曲轴旋转又带动固定在曲轴13上的配气阀同步转动。配气阀的同步转动使各缸依次配气，从而实现曲轴连续运转。径向活塞式气马达的结构第十二章：气缸与气马达径向活塞式气马达的结构第十二章：气缸与气马达活塞式气马达的结构第十二章：气缸与气马达二、气马达的特点1、功率、速度范围较宽，功率小到几百瓦，大到几十千瓦。2、可以实现无级调速通过控制进气阀的开度，调节压缩空气的流量就能改变马达的转速。3、能够正反向旋转通过换向阀来改变压缩空气的方向，就能改变气马达的旋转方向，且换向时间短，冲击小。4、工作安全能适应环境较差如潮湿、粉尘等条件下工作。5、有过载保护作用过载时只是转速下降或停车，过载解除后又能正常工作。6、起动力矩高，可负荷起动。第十二章：气缸与气马达三、气马达的选用要求1、气马达的选择气马达的选择主要根据负载情况。叶片式马达适合用于低转矩、高转速负载，如某些手提工具等。活塞式马达适用于中、高转矩，中、低转速的负载，如起动机、绞车等载荷较大且起动、停止特性要求较高的机械。2、气马达的使用要求气马达的润滑是正常工作的条件。一般在气马达换向阀前装置油雾器，以进行不间断的润滑。第十二章：气缸与气马达