第四章气动执行元件
液压与气动技术第4章 液压系统的执行元件
不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式：
A1 P1 A2 P2
p2
A1 A2
p1
比值 A1 / A2 称为增压比。
由于 A1 / A2 1 因此压力 p2 被放大，从而起到增压的作用。
各种类型液压缸的选择
机器的往复直线运动直接采用液压缸来实现是最简单方便的。 要求往返运动速度和承受负载相同，采用双活塞杆式液压缸； 要求单向负载较大的工进、另一方负载较小的快速退回， 则宜用单活塞杆式液压缸，并可考虑用差动连接。 行程较长时，可采用柱塞缸，以减少加工的困难； 系统的压力比较低，局部需要较大的压力，可用增压缸； 往复摆动运动可用直线式液压缸加连杆机构或齿轮—齿条机构 来实现，也可用摆动式液压缸。
(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加 工，故适于做长行程液压缸；
(3)工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；
(4)柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂， 造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。
三、组合式液压缸
伸缩缸的外伸动作是逐级进 1.伸缩式液压缸
行的。首先是最大直径的缸筒 以最低的油液压力开始外伸， 当到达行程终点后，稍小直径 的缸筒开始外伸，直径最小的 末级最后伸出。随着工作级数 变大，外伸缸筒直径越来越小， 工作油液压力随之升高，工作 速度变快。
液压与气动技术
模块四：液压执行元件 液压缸、液压马达
内容：
4.1 液压缸的类型和工作原理 4.2 液压缸的结构 4.3 液压马达概述及类型 4.4 液压缸、液压马达、液压泵的对比
重点：
活塞式液压缸应用广泛，是诸缸中的重点； 与缸结构相关的问题：液压缸的排气、缓冲。
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液压缸简介
斗 车
气动基础知识教学课件.
气动基础知识教学课件.一、教学内容本节课的教学内容选自教材第四章“气动技术基础”，具体包括气压的定义、气源设备、气动执行元件、气动控制元件和气动系统的设计。
二、教学目标1. 使学生理解气压的概念及其在工程中的应用；2. 使学生熟悉气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；3. 培养学生设计简单气动系统的能力。
三、教学难点与重点重点：气压的定义及其在工程中的应用；气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；气动系统的设计。
难点：气动系统的设计方法和步骤。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、气动元件实物、气动系统模型。
学具：教材、笔记本、画图工具。
五、教学过程1. 实践情景引入：介绍气动系统在工业生产中的应用实例，引发学生对气动技术的兴趣。
2. 理论讲解：讲解气压的定义及其在工程中的应用，介绍气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理。
3. 实例分析：分析典型气动系统的工作原理和设计方法，引导学生理解气动系统的设计方法和步骤。
4. 课堂练习：让学生根据给定的需求设计一个简单的气动系统，巩固所学知识。
5. 课堂讨论：引导学生探讨气动技术在现代工业中的作用和发展趋势，激发学生的创新意识。
六、板书设计板书内容：气压的定义及其在工程中的应用；气源设备、气动执行元件和气动控制元件的结构和工作原理；气动系统的设计方法和步骤。
七、作业设计作业题目：设计一个简单的气动系统，要求能够实现一个特定的功能。
答案：根据气动元件的选型和系统设计原则，结合实际情况，设计出一个能够实现特定功能的气动系统。
八、课后反思及拓展延伸拓展延伸：引导学生查阅相关资料，了解气动技术在现代工业中的最新应用和发展趋势，提高学生的综合素质。
重点和难点解析一、教学内容细节1. 气压的定义及其在工程中的应用：理解气压的概念，掌握气压在工程中的作用和应用场景，如气动控制、气动执行等。
2. 气源设备：熟悉气源设备的结构和功能，如气泵、气瓶、气压罐等，理解它们在气动系统中的作用。
列举气动系统的主要组成
列举气动系统的主要组成气动系统是一种利用压缩空气来传递能量的系统，被广泛应用于工业生产和机械设备中。
它由多个组成部分构成，每个部分都承担着不同的功能和作用。
以下是气动系统的主要组成部分：一、压缩空气发生器压缩空气发生器是气动系统的核心部分，它负责将大气中的空气经过压缩处理，将其压缩成高压空气。
常见的压缩空气发生器包括空气压缩机和气体压缩机。
空气压缩机通过机械方式将空气压缩，而气体压缩机则通过化学反应将气体压缩。
二、空气处理设备空气处理设备主要用于对压缩空气进行过滤、干燥和调节。
其中，过滤器用于去除空气中的固体颗粒和液体水分，以保护气动元件的正常运行；干燥器用于除去压缩空气中的水分，防止水分对气动元件的腐蚀和影响；调压器和减压阀用于调节和控制压缩空气的压力，以适应不同的工作需求。
三、气动执行元件气动执行元件是气动系统中的动力元件，用于将压缩空气的能量转化为机械能，实现工作任务。
常见的气动执行元件包括气缸和气动马达。
气缸是气动系统中最常见的执行元件，它通过压缩空气的作用，产生线性或旋转的运动来驱动工作装置。
气动马达则通过压缩空气的作用，产生旋转运动来驱动工作装置。
四、气动控制元件气动控制元件主要用于控制和调节气动系统中的气流，以实现对气动执行元件的控制。
常见的气动控制元件包括三位五通阀、二位二通阀和速度控制阀。
三位五通阀可以控制气缸的前进、后退和停止动作；二位二通阀用于控制气缸的单向运动；速度控制阀用于调节气缸的运动速度。
五、气动连接元件气动连接元件主要用于连接气动元件和气源设备，以确保气流的顺畅传输。
常见的气动连接元件包括气管、接头和接头等。
气管用于传输压缩空气，接头和接头则用于连接气管和气动元件，以实现气流的进出和分配。
总结：气动系统的主要组成部分包括压缩空气发生器、空气处理设备、气动执行元件、气动控制元件和气动连接元件。
这些部分相互配合，共同完成气动系统的工作任务。
通过合理设计和选择，可以实现气动系统的高效运行，提高生产效率。
气动基础知识执行元件
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气缸安装方式
气缸安装方式由气 缸与设备之间连接 形式决定。若在任 何时候都不需要变 换气缸安装方式， 则可将安装方式设 计为固定式，相反， 应将安装方式设计 为非固定式，即按 模块式构造准则， 通过采用安装附件， 可以改变气缸安装 方式。
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双作用气缸
在无负载条 件下，气缸 活塞运动速 度是相当稳 定的。
3
双作用气缸
双作用气缸 在两个运动 方向上均可 作功，其结 构与单作用 气缸大体相 同。
参见其它气 缸，其具有 不同的结构 与材质等。
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双作用气缸，带终端缓冲
当由气缸移动大 惯性物体时，通 常在气缸终端增 加缓冲装置。在 缓冲段外，压缩 空气直接从出气 口排出。在缓冲 段内，由于缓冲 装置的作用，从 而使气缸活塞运 动速度减慢，减 小了活塞对缸盖 的冲击。 讨论与排气节流 方式的不同之处， 排气节流采用单 向可调节流阀。
单作用气缸
单作用气缸具有一个进气口和 一个出气口。出气口必须洁净， 以保证气缸活塞运动时无故障。 通常，将过滤器安装在出气口 上。 讨论缸径与负载大小之间匹配 的重要性。
1
双作用气缸
在气缸轴套前端 有一个防尘环， 以防止灰尘等杂 质进入气缸腔内。 前缸盖上安装的 密封圈用于活塞 杆密封，轴套可 为气缸活塞杆导 向，其由烧结金 属或涂塑金属制 成。 指出缸防尘环。
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摆动气缸
可调止动装置与旋转叶 片相互独立，从而使得 挡块可以限制摆动角度 大小。在终端位置，弹 性缓冲环可对冲击进行 缓冲。 讨论摆动气缸的应用。
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气马达
气马达是一种作连续 旋转运动的气动执行 元件，其可将气体压 力能转变为机械能。 气马达可分为活塞式 气马达，叶片式气马 达，齿轮式气马达和 涡轮式气马达。 讨论气马达的应用。
液压与气动技术第4章-控制元件.答案
①手动换向阀。手动换向阀是利用手动杠杆改变阀芯位置来 实现换向的.如图4-7所示。
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4.1 常用的液压控制阀
图4-7(a)所示为自动复位式手动换向阀.手柄左扳则阀芯右
移.阀的油口P和A通.B和T通;手柄右扳则阀芯左移.阀的油口 P和B通.A和T通;放开手柄.阀芯在弹簧的作用下自动回复中
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4.1 常用的液压控制阀
4. 1. 3 压力控制阀
压力控制阀简称压力阀.主要用来控制系统或回路的压力。其 工作原理是利用作用于阀芯上的液压力与弹簧力相平衡来进 行工作。根据功用不同.压力阀可分为溢流阀、减压阀、顺序 阀、平衡阀和压力继电器等.具体如下:
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4.1 常用的液压控制阀
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4.1 常用的液压控制阀
5.压力继电器
压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出 的元件其作用是根据液压系统压力的变化.通过压力继电器内 的微动开关自动接通或断开电气线路.实现执行元件的顺序控 制或安个保护。 压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等 图4-25所示。
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4.1 常用的液压控制阀
2.减压阀 (1)减压阀结构及工作原理 减压阀有直动型和先导型两种.直动型减压阀很少单独使用. 而先导型减压阀则应用较多。图4-18所示为先导型减压阀. 它是由主阀和先导阀组成.先导阀负责调定压力.主阀负责减 压作用。 压力油由P1口流入.经主阀和阀体所形成的减压缝隙从P2口 流出.故出口压力小于进口压力.出口压力经油腔1、阻尼管、 油腔2作用在先导阀的提动头上。当负载较小.出口压力低于 先导阀的调定压力时.先导阀的提动头关闭.油腔1、油腔2的 压力均等于出口压力.主阀的滑轴在油腔2里面的一根刚性很 小的弹簧作用下处于最低位置.主阀滑轴凸肩和阀体所构成的 阀口全部打开.减压阀无减压作用.
气动执行元件
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§5-3 几种特殊气缸
双活塞气缸 这个双活塞杆 气缸具有两个活塞 杆。
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§5-2 标准化气缸
标准化气缸主要参数 缸径D 缸径D的决定了气缸输出力的大小，标准化气缸缸径有11种 规格：45,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400 行程S 行程S决定了气缸的作用范围，标准气缸行程也系列化。但 一般可定制。 无缓冲气缸和气-液阻尼缸 通常S=（0.5-2）D，有缓冲 气缸， S=（1-10）D
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合。
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§5-1 气缸
气缸分类： 2、按结构特点分类： 柱塞式气缸
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§5-1 气缸
气缸分类： 2、按结构特点分类： 薄膜式气缸 薄膜式气缸和活塞式气缸相比较，具有结构简单、紧 凑、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏小、效 率高的优点。但是膜片的变形量有限，故其行程短（一般 不超过40~50mm），且气缸活塞杆上的输出力随着行程的加 大而减小。常用于气动夹具，自动调节阀及短行程工作场
液压传动与气动技术课件 4液压执行元件
液压缸尺寸计算
已知一单杆活塞缸，设液压油进入有杆腔时的速 度为v2，差动连接时的速度为v3，现要求v3/v2=2时， 试求活塞直径D和活塞杆直径d之间的关系？
解：v2=q/A2=4q/π（D2-d2） v3=q/A3=4q/πd2 v3/v2=2 (D2-d2)/d2=2
D= 3 d
液压马达的应用
◆活塞式液压缸 ◆柱塞式液压缸
双活塞杆 单活塞杆
◆摆动式液压缸
◆伸缩式液压缸
双杆活塞缸应用特点
F2 v2
F1 v1
A1
A2
D
d
p、q
A1
A2
A
4
(D2
d
2)
F1
F2
F
pA
p
(D2 4
d 2)
v1
v2
v
q A
4q （D2
d 2）
特点：液压缸活塞往返速度、推力大小相等 应用：平面磨床工作台往返运动
液压缸密封圈
O型密封圈
V 型 密 封 圈
Y型密封圈
液压缸的缓冲与排气
缓冲：当活塞移近缸盖时，凸台逐渐进 入凹槽，将凹槽内的油液经凸台和凹槽 之间的缝隙挤出，增大了回油阻力，降 低活塞的运动速度，从而减小和避免活 塞对端盖的撞击，实现缓冲。
排气：对运动平稳性要求较高的液压缸， 常在两端装有排气塞。工作前拧开排气塞， 使活塞全行程空载往返数次，空气即可通 过排气塞排出。空气排净后，需把排气塞 拧紧，再进行工作。
应用：机床的送料装置、间歇进给机构、回转夹具、 工业机器人手臂和手腕的回转机构等。
齿轮齿条摆动油缸
伸 缩 缸
1—一级缸筒；2—一级活塞；3—二级缸筒；4—二级活塞；
第四章执行器
§4.3 执行器
本节主要内容:
气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合 ▲ 气动执行器 控制阀的流量特性
▲电动执行器
控制阀的选择（ ▲ 阀门气开、气关的选 择原则）
▲电气转换器及电气—阀门定位器
●执行器的分类 （按能源形式）
气动执行器： 结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、 （最常用） 维修方便、防火防爆、价格低廉
①执行机构
气动执行器
薄膜式：结构简单，价格便宜，维修
方便，应用广泛。中小口径（薄膜
20-100kPa）
活塞式：适用于大口径，高静压、高压差的控制
阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa） 行程规格：25-100mm 带阀门定位器，适合控制质量高的系统
长行程：适 矩用 的于 场输 合出 ，转 如角 用（ 于蝶0°阀～或9风0°门）的和推有力力装
使用场合
结构简单、泄漏量 小、易于保证关闭、 流体对阀芯上、下
小口径、低 压差
的推力不平衡
不平衡力小、泄漏 最为常用 量大、
流路简单、阻力较 小
现场管道要求直 角联接、高压差、 介质粘度大、含 有少量悬浮物和 颗粒状固体
有三个出入口与工 艺管道联接，可组 成分流与合流两种 型式
配比控制或旁路 控制
各种控制阀的结构、特点及使用场合
d( Q )
Qm ax k ( Q )1
d( l )
Qm ax
L
五 控制阀的工作流量特性 对理想流量特性的影响？ ①串联管道的工作流量特性
△P=△P1+△PV 阀权度 S= △PV（全开）
△P
S=1时，是理想特性 工作时S＜1，一般S选0.3～0.5
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压缩空气对活塞 的作用力
按气缸的结构 特征
气缸的功能
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单作用 双作用式
柱塞式 活塞式 薄膜式 无杆汽缸
普通气缸 薄膜气缸 冲击气缸 缓冲气缸 摆动气缸 气-液阻尼缸
第四章气动执行元件
1、普通型气缸：柱塞式、缓冲式、摆动式 表2-1普通气缸的结构型及特点
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第四章气动执行元件
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第四章气动执行元件
例：D=0.1m水平放置缓冲柱塞d=0.042m、长度L=0.015m PI=0.5MPa 、 P排=0.3MPa、活塞杆d=45mm无杆腔缓冲，最高 许可压力1.9 MPa 、 u=0.2m/s 、运动部件总重量2000N，问能 否满足要求。
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第四章气动执行元件
有机械接触式 和磁性耦合式 两种。 PPT文档演模板
图13-5 机械接触式无杆气缸
1－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－活第四塞章架气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
双作用被力气缸
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气动抓取单元
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摆动式两点手指
第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气动抓取单元
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摆动式三点手指
第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气动抓取单元
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旋转手指
第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
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第四章气动执行元件
2、组合型气缸
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第四章气动执行元件
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第四章气动执行元件
普通气缸
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第四章气动执行元件
4.2 气缸的特性
压力－位移特性
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第四章气动执行元件
4.2 气缸的特性
速度特性 ✓ 平均速度
✓ 爬行现象：
出现在进气节流调速回路中
双作用多位置气缸
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气液阻尼缸
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气液增压缸
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
气动抓取单元
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平行气动手指
第四章气动执行元件
第四章气动执行元件
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2020/11/28
第四章气动执行元件
执行元件为传动装置，将压力能转换成机械能，驱动机构实 现直线往复运动、摆动、旋转或冲击运动。
分为气缸和气动马达。
一般气缸由缸体、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封 装动执行元件
§2-1 气缸的分类及工作原理
✓ 自行现象
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第四章气动执行元件
4.3 气缸结构参数的计算与选择
气缸输出力
✓ 气缸实际负载F ✓ 气缸负载率 （P49 表4－2）
气缸工作压力p
气缸缸径、工作压力与理论输出力的关系
✓ 根据理论输出力初选压力 ✓ 根据选定压力计算缸径D及活塞杆直径d ✓ 根据负载运动速度计算流量 ✓ 根据初选压力及流量进行气源装置选型
冲击气缸
冲击气缸是一种体积小、 结构简单、易于制造、耗 气功率小但能产生相当大 的冲击力的一种特殊气缸 。
与普通气缸相比，冲 击气缸的结构特点是增加 了一个具有一定容积的蓄 能腔和喷嘴。
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
冲击气缸工作原理
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第四章气动执行元件
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
无杆气缸
无杆气缸没有活塞杆，它利用活塞直接或间接地驱动缸
筒上的滑块，实现往复运动，占有的安装空间也只有1.2L （
L 为滑块行程）。大大节省了安装空间。
特别适用
于小缸径、长
行程的场合，
而且运动精度
高，与其他气
缸组合方便。
无杆气缸
解：忽略Ef
E2> E1 可满足缓冲要求
若Ep<Ek满足不了缓冲要求，则需1、增大缓冲行程(通常15～ 40mm) 2、关小节流阀阀口
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第四章气动执行元件
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
膜片式气缸
薄膜式气缸是一种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆 作往复直线运动的气缸。它由缸体、膜片、膜盘和活 塞杆等主要零件组成。其功能类似于活塞式气缸，它 分单作用式和双作用式两种。
4.4 几种特殊气缸的工作原理及用途
膜片式夹紧缸
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第四章气动执行元件
4.5 摆动气缸
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元件符号
第四章气动执行元件
4.5 摆动气缸
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第四章气动执行元件
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/28
第四章气动执行元件
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第四章气动执行元件
4.3 气缸结构参数的计算与选择
气缸行程(P51 表4－4) 气缸安装方式：安装空间；避免超静定 活塞杆压曲稳定性校核
空气消耗量
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第四章气动执行元件
4.3 气缸结构参数的计算与选择
气缸缓冲的计算及缓冲装置 ✓ 活塞及运动部件机械能
✓ 缓冲室内空气背压能