气动系统元件分类及机构应用

在现代工业自动化设备中，气动元器件得到了广泛的运用。本节课主要带大家来了解气动系统中常用的气动元件及气缸应用情况。

气动元件，指的是以压缩空气为动力的标准件（气缸），广泛应用于非标设计当中。

常见品牌有日本：SMC、CKD、小金井，台湾：亚德客、气立可，德国：费斯托、博世力士乐等。

选择气动元件的原则：以客户为向导，品质为前提，价格作参考三个原则来进行选择，进口品牌一般都比较贵，需要根据实际情况灵活选用。例如同样的一款气缸，亚德客的比SMC便宜不少，如果不是客户要求，可以优先选用。

气动和液动都属于流体传动范畴，他们各有特点。液动相对来说比较稳定，适用于大动力需求场合，而气动相对于液动来说有不少优势：

1、 结构简单、轻便，介质是压缩空气，防火、防爆、防潮，和液动相比，气动可以在高温场合使用，安全性能好。

2、 由于空气流动损失小，压缩空气可以集中供应、远距离输送，空气本身不花钱，压缩和排气处理简单，无污染。而油液需要回收处理，这也是在很多时候油路的电磁换向阀体通常比气动换向阀体多一通的原因。

3、 输出力和速度的调节更加容易控制，气缸动作速度一般小于1m/s，比液动要快。

4、 可靠性高，使用寿命长，由于液动元件要求密封性非常高，负载也是重型负载，负载决定油路工作压力的大小，所以更容易出现损坏。

常用气动机构模块设计

1、气缸配直线轴承

l 使用缓冲器、浮动接头的结构

1、浮动接头的运用：由于本机构在往复运动方向属于过约束状态，如果直接将气缸的活塞杆连接在运动件上则会导致运动件运动不顺滑、平稳，甚至卡死。

所以，选择将气缸活塞杆通过浮动接头连接在运动件上。当然，在对于运动件的位置要求不高的情况下，出于成本的考虑，也可以不使用浮动接头，而自制浮动构件连接。

2、缓冲器的运用：由于压缩空气的速度控制不能向电机一样可以做到软着陆（即通过控制电机的加速度达到缓慢、无冲击的停下），所以，通过缓冲器来控制气缸活塞停止的速度，吸收冲击。当然，另外一种方式就是可以通过选择带气缓冲的气缸来解决这个问题，但通常这种气缸成本较高，所以，一般情况下，在结构空间允许的时候，选择配置外置缓冲器。

3：直线轴承与导向杆的配合公差：通常情况下，选择滚珠直线轴承，由于它们之间需要相对运动，所以，建议导向轴选择g6的公差带。

4：导向杆的表面硬度：由于运动件的频繁往复运动，所以需要对导向杆的表面硬度做出要求。通常，建议导向杆（镀铬棒、SUS304）表面硬度在HRC52-56（suj2：HRC58）。

l 使用缓冲垫、自制浮动构件的结构

1、自制浮动接头：由于对运动件运动要求不高，所以，选择了自制浮动接头的方式。

2、取消缓冲器，使用橡胶缓冲垫：通常这种使用方式是对于运动件的停止位置要求不高的情况。橡胶缓冲垫的硬度在HS50-75。

2、气缸在快速夹具中的应用

快速夹具是利用机构的死点进行自锁的夹紧装置，在现代工厂中使用非常广泛。它通常被使用在半自动设备或全自动设备中对被加工产品或者产品的夹具进行夹紧。

3、气缸在步进送料系统中的应用

步进送料对于现代自动化设备具有重要的意义，由于产品的加工装配都需要一定的时间，所以大多数设备都采用的是：送料加工送料加工这样的间歇循环工作方式。

通过以上两个步进送料机构的介绍，显然可以看出：步进送料也可以用于以短行程执行机构实现物料的远距离输送，这也是工厂自动化设备中常用的远距离输送方式。以上介绍的是两种典型的运用气缸进行步进送料的机构。其相对于齿轮连杆机构、连杆机构、槽轮机构、棘轮机构、凸轮机构等各种间歇运动机构来说：具有结构简单、零件少、柔性高（可以通过调节限制气缸行程限位螺钉或者缓冲器限位螺母来调节产品拨叉的行程）的优点。

4、气缸驱动齿轮齿条将直线运动转换为旋转运动

以上介绍了常用的普通直线气缸的结构设计模块，以上介绍的气缸结构都是基于单轴方向的运动结构。如果在需要多轴运动的情况，如XY方向、YZ方向、XYZ方向、XYZU（U即代表旋转方向）方向等多轴运动，则基本上是以上单轴气动单元加上旋转气缸等的简单叠加即可。

选择一款正确的气缸，应根据合理的工况来分析。例如：要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸等。本节课主要讲解不同气缸应用场合及其选型计算方法。