1.3 信息采集

1.3.1 气动系统工作原理

图1-16a为气动剪切机工作原理图。图示位置为剪切前的预备状态，空气压缩机1产生压缩空气→后冷却器2→油水分离器3→气罐4→空气过滤器5→调压阀6→油雾器7→气控换向阀9→气缸10。此时换向阀A腔的压缩空气将阀芯推到上位，使气缸上腔充压，处于下位，剪切机的剪口张开，处于预备工作状态。

图1-16 气动剪切机

1—空气压缩机 2—后冷却器 3—油水分离器 4—气罐 5—空气过滤器 6—调压阀

7—油雾器 8—行程阀 9—气控换向阀 10—气缸 11—物料

当送料机构将物料11送入剪切机并到达规定位置时，物料将行程阀8的阀芯向右推，换向阀A腔经行程阀8与大气相通，气控换向阀阀芯在弹簧的作用下移到下位，将气缸上腔与气连通，下腔与压缩空气连通。此时，活塞带动剪刀快速向上运动将物料切下。物料被切下后，即与行程阀8脱开，行程阀8复位，将排气口封死，换向阀A腔压力上升，阀芯上移，使气路换向。气缸10上腔进压缩空气，下腔排气，活塞带动剪刀向下运动，系统又恢复到图示状态，等待第二次进料剪切。

1.3.2 气动系统的组成和特点

1.气动系统的组成

从上面实例可知气动系统由以下5个部分组成。

（1）气源装置 气源装置是压缩空气的发生装置，其主体部分是空气压缩机（简称空压机）。它将原动机（如电动机）的机械能转换为空气的压力能，并经净化装置净化，为各类气压传动设备提供洁净的压缩空气。

（2）执行元件 执行元件是气动系统的能量输出装置，主要有气缸和气马达，它们将压缩空气的压力能转换为机械能。

（3）控制元件 用以控制压缩空气的压力、流量、流动方向，以保证系统各执行机构具有一定的输出动力和速度的元件，即各类压力阀、流量阀、换向阀和逻辑阀等。

（4）辅助元件 过滤器、油雾器、消声器和转换器等。它们对保持系统正常、可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。

（5）工作介质 气动系统中所用的工作介质是空气。

2.气压传动的特点

（1）气压传动的优点

1）工作介质为空气，来源经济、方便，用过之后可直接排入大气，不污染环境。

2）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，做远距离输送。

3）气压传动具有动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补充和更换等问题。

4）对工作环境的适应性好，可安全应用于易燃、易爆场所。

5）气压传动装置结构简单、重量轻、安装维护方便、压力等级低、使用安全。

6）气动系统能够实现过载自动保护。

（2）气压传动的缺点

1）由于空气具有可压缩性，所以气缸的运动速度受负载的影响比较大。

2）气动系统工作压力较低（一般为0.4～0.8MPa），因而气动系统输出动力较小。

3）压缩空气没有自润滑性，需要另设装置进行给油润滑。

3.气压传动的工作介质

气压传动以空气作为工作介质。理论上把完全不含有蒸汽的空气称为干空气。而实际上自然界中的空气都含有一定量的蒸汽，这种由干空气和蒸汽组成的气体称为湿空气。空气的干湿程度对系统的工作稳定性和使用寿命都有一定的影响。若空气湿度较大，即空气中含有的蒸汽较多，在一定的温度和压力条件下，湿空气在系统中的局部管道和气动元件中凝结出水滴，使管道和气动元件锈蚀，严重时还可导致整个系统工作失灵。因此，必须采取有效措施，减少压缩空气中所含的水分。

单位体积空气的质量称为空气的密度。气体密度与气体压力和温度有关，压力增加，空气密度增大，而温度升高，空气密度减小。体积随压力增大而减小的性质称为可压缩性，体积随温度升高而增大的性质称为膨胀性。气体的可压缩性和膨胀性都大于液体的压缩性和膨胀性，故在研究气压传动时，应予以考虑。

1.3.3 气源装置

气源装置是气动系统的重要组成部分。气源装置的作用是产生具有足够压力和流量的压缩空气，同时将其净化、处理及储存，其主体部分是空气压缩机。由于大气中常有灰尘、蒸汽及油分等各种杂质，不能直接为设备所用，因此气源装置还包括气源净化装置。常见的气源净化装置有后冷却器、油水分离器、气罐、干燥器等。

图1-17为一般压缩空气站的设备布置示意图。空气压缩机1一般由电动机带动，进气口装有简易空气过滤器，它能先过滤空气中的一些灰尘、杂质。后冷却器2用以冷却压缩空气，使汽化的水、油凝结出来。油水分离器3使水滴、油滴、杂质从压缩空气中分离土来，再从排油水口排出。气罐6用以储存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去其中的油和水。气罐中输出的压缩空气就可用于一般要求的气动系统。干燥器7、8用以进一步吸收和排除压缩空气中的水分和油，使之变成干燥空气。空气过滤器10用以进一步过滤压缩空气中的灰尘、杂质。从气罐11输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统（如气动仪表及射流组件组成的控制回路）。

图1-17 压缩空气站的设备布置示意图

1—空气压缩机 2—后冷却器 3—油水分离器 4—阀门 5—压力表 6、11—气罐

7、8—干燥器 9—加热器 10—空气过滤器

1.空气压缩机

（1）活塞式空气压缩机的工作原理 气动系统中最常用的空气压缩机为活塞式压缩机。图1-18所示为活塞式空气压缩机的工作原理和图形符号。当活塞3向右移动时，气缸4内活塞左腔的压力低于大气压力，吸气阀2开启，外界空气由于大气压的作用进入气缸内部，即进行吸气过程；当活塞3向左移动时，吸气阀在缸体内部气体的作用下关闭，缸体内部的气体随着活塞3的不断左移，压力逐渐升高，这个过程称为压缩过程。当气缸内的气体压力增高到大于输气管道内的压力时，排气阀被打开，压缩空气排入管道内，这个过程称为排气过程。活塞3的往复运动是由电动机带动曲柄转动，通过连杆7、滑块6、活塞杆5转化成直线往复运动而产生的。活塞3往复行程一次，即完成“吸气→压缩→排气”一个工作循环。活塞式空气压缩机常用于需要0.3～0.7MPa压力范围的系统。单级往复活塞式空气压缩机的压力若超过0.6MPa，各项性能指标将急剧下降，因此，大多数空气压缩机采用多缸，多级压缩可以提高输出压力。

图1-18 活塞式空气压缩机

1—排气阀 2—吸气阀 3—活塞 4—气缸 5—活塞杆 6—滑块 7—连杆 8—曲柄

（2）空气压缩机的选用 选择空气压缩机主要以气动系统所需要的工作压力和流量为依据。

1）排气压力。一般气动系统的工作压力为0.5～0.8MPa，选用额定排气压力为0.7～1MPa的空气压缩机。若气动系统中各装置对气源有不同的压力要求时，则以其中最高的工作压力为标准，并考虑系统压力损失，再加上一定的压力来选用空气压缩机的输出压力。对气动系统中某些装置要求的工作压力较低时，可采用减压方式供给。

2）排气流量。对每台气动装置而言，执行元件通常是断续工作的，因而所需的耗气量也是断续的，并且每个耗气元件的耗气量大小也不同，因此，在供气系统中，把所有气动元件和装置在一定时间内的平均耗气量之和作为确定空气压缩机供气量的依据，并将各元件和装置在其不同压力下的压缩空气流量转换为大气压下的自由空气流量。

根据结构特点，活塞式空气压缩机适用于压力较高的中、小流量场合；离心式空气压缩机运转平稳、排气均匀，适用于低压、大流量的场合；螺杆式空气压缩机适用于低压力的中、小流量的场合；叶片式空气压缩机适用于低、中压力的中、小流量的场合。

2.后冷却器

后冷却器安装在空气压缩机的出口，它的作用是将空气压缩机产生的高温压缩空气由140～170℃降低到40～50℃，使压缩空气中的油雾和蒸汽达到饱和，使其大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便将其清除，达到初步净化压缩空气的目的。后冷却器主要有风冷式和水冷式两种。

（1）风冷式后冷却器 图1-19所示为风冷式后冷却器，其工作原理是：压缩空气通过管道，由风扇产生的冷空气强迫吹向管道，冷、热空气在管道壁面进行热交换，风冷式后冷却器能将压缩机产生的高温压缩空气冷却到40℃以下，从而有效除去空气中的水分。它具有结构紧凑、重量轻、安装空间小、便于维修、运行成本低等优点，且处理气量少。

（2）水冷式后冷却器 水冷式后冷却器的结构形式有蛇管式、套管式、列管式和散热片式等。图1-20所示为蛇管式后冷却器，其工作原理是：压缩空气在管内流动，冷却水在管外水套中流动，沿管道壁面进行热交换。水冷式后冷却器散热面积比风冷式大许多倍，热交换均匀、效率高，具有结构简单、使用和维修方面的优点，使用较广泛。

图1-19 风冷式后冷却器

图1-20 蛇管式后冷却器

3.油水分离器

油水分离器安装在后冷却器后的管道上，它的作用是分离压缩空气中凝聚的灰尘、水分和油分等杂质，其结构形式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式和组合式等。图1-21所示为撞击折回并环形回转式油水分离器。压缩空气自入口进入后，因撞击隔板而折回向下，继而又回升向上，形成回转环流，使水滴、油滴和杂质在离心力和惯性力作用下，在空气中被分离析出，并沉降在底部。可以定期打开底部阀门将分离物排出。

4.气罐

气罐的作用是：消除排气压力波动，保证输出气流量和压力的稳定性；当空气压缩机发生意外事故如突然停电时，气罐的压缩空气可作为应急动力源使用；进一步分离压缩空气中的水和油等杂质。气罐一般采用圓筒状焊接结构，有立式和卧式两种，一般以立式居多，其结构如图1-22所示，进气口在下，出气口在上，并尽可能加大两口之间的距离，以利于分离空气中的油、水杂质。

图1-21 撞击折回并环形回转式油水分离器

图1-22 立式气罐

目前在气压传动系统中后冷却器、油水分离器和气罐三者一体的结构形式已被采用，这使压缩空气站的辅助设备大为简化。

5.空气干燥器

空气干燥器的作用是吸收和排除压缩空气中的水分、油和杂质。从空气压缩机输出的压缩空气经过后冷却器、油水分离器和气罐的初步净化处理后，能满足一般气动系统的使用要求。但对于一些精密机械、仪表等装置还不能满足其要求，需要进行干燥和精过滤，在工业上常用的是冷冻法和吸附法。

（1）冷冻式干燥器 它使压缩空气冷却到露点温度，析出空气中的水分。此方法适用于处理低压大流量，并对干燥度要求不高的压缩空气。冷冻式干燥机根据冷冻除湿原理，将湿热的压缩空气通过与制冷剂进行热交换，使压缩空气中的气态水凝结成液态水，通过油水分离器排出干燥机外，从而达到除水干燥的目的。

（2）吸附式干燥器 它主要是利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶、活性氧化铝、焦炭、分子筛等物质）表面能够吸附水分的特性来清除水分的，从而达到干燥、过滤的目的。当干燥器使用几分钟后，吸附剂吸水达到饱和状态而失去吸水能力，因此需设法除去吸附剂中的水分，使其恢复干燥状态，以便继续使用，这就是吸附剂的再生。图1-23所示为一种常见不加热再生式干燥器，它有两个填满吸附剂的容器1、2，当空气从容器1的下部流到上部时，空气把吸附在吸附剂中的水分带走并放入大气，即实现了不需外加热源而使吸附剂1再生。两容器定期地交换工作（5～10min）使吸附剂产生吸附和再生，这样可得到连续输出的干燥压缩空气。

图1-23 不加热再生式干燥器

1.3.4 辅助元件

气动系统主要辅助元件有过滤器、油雾器、气源处理装置、消声器、转换器、管道及管接头等。由于管道及管接头与液压传动类似，这里不再重复。

1.过滤器

过滤器的作用是滤除压缩空气中的油污、水分和灰尘等杂质。不同的使用场合对气源过滤程度要求不同，所使用的过滤器也不相同。常用的过滤器分为一次过滤器，二次过滤器和高效过滤器。

（1）一次过滤器 一次过滤器也称简易过滤器，其滤灰效率为50%～70%。它由壳体和滤芯组成，按滤芯所采用的材料有纸质、织物（麻布、绒布、毛毡）、陶瓷、泡沫塑料和金属（金属网、金属屑）等。空气进入空气压缩机之前，必须经过简易空气过滤器，过滤空气中所含的部分灰尘和杂质。空气压缩机中普遍采用纸质过滤器和金属过滤器。

（2）二次过滤器 二次过滤器的滤灰效率为70%～90%，在空气压缩机的输出端使用的即为二次过滤器。空气过滤器属于二次过滤器。图1-24所示为空气过滤器，其工作原理是：压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子1，旋风叶子1上有许多呈一定角度的缺口，迫使空气沿切线方向产生强烈旋转。这样，夹杂在空气中的较大水滴、油滴和灰尘等便获得较大的离心力，它们与存水杯的内壁碰撞，从空气中分离出来沉到水杯底部。然后，气体通过中间的滤芯2，部分杂质、灰尘被滤掉。为防止气体旋转的旋涡将存水杯3中积存的污水卷起，在滤芯下部设有挡水板4。为保证空气过滤器正常工作，必须及时将存水杯中的污水通过排水阀5排放。在某些人工排水不方便的场合，可选择自动排水式空气过滤器。存水杯3由透明材料制成，便于观察其工作情况、污水高度和滤芯污染程度。

2.油雾器

油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，随着压缩空气进入需要润滑的部位，达到润滑气动元件的目的。其优点是方便、干净、耗油量少、润滑均匀稳定，不需要大的储油设备等。

图1-24 空气过滤器

1—旋风叶子 2—滤芯 3—存水杯

4—挡水板 5—排水阀

油雾器分一次油雾器和二次油雾器两种。一次油雾器应用很广，润滑油在油雾器中只经过一次雾化，油雾粒径为20～35μm，一般输送距离在5m以内，适用于一般气动元件的润滑；二次油雾器使润滑油在油雾器中经过两次雾化，油雾粒径更均匀、更小，可达5μm左右，油雾在传输中不易附壁，可输送更远的距离，适用于气马达和气动轴承等对润滑要求特别高的场合。

图1-25所示为普通型油雾器（一次油雾器）。压缩空气通过气流入口1进入。喷嘴杆上的孔2面对气流，孔3背对气流。有气流输入时，截止阀10上下有压力差，被打开。储油杯5中的润滑油经吸油管11和视油帽8上的节流阀7滴到喷嘴杆中，被气流从小孔3中引射出去，雾化后从输出口4输出。

在气源压力不大于0.1MPa时，该油雾器允许在不关闭气路的情况下加油。供油量随气流大小而变化。储油杯和视油帽采用透明材料制成，便于观察。视油帽8上的节流阀7用以调节油量，可在0～200滴/min范围内调节。

油雾器安装时尽量靠近换向阀，注意进、出口不能接错；垂直设置，不可倒置或倾斜；保持正常油位，不应过高或过低。其供油量根据使用条件的不同而不同，一般以10m³自由空气（标准状态下）供给1mL的油量为基准。

3.气源处理装置

空气过滤器、减压阀和油雾器组合在一起构成气源处理装置，通常称为气动三联件。空气通过气源处理装置的顺序为空气过滤器→减压阀→油雾器，不能颠倒。这是因为减压阀内部有阻尼小孔和喷嘴，这些小孔容易被杂质堵塞而造成减压阀失灵，故进入减压阀的空气要先通过空气过滤器进行过滤。图1-26所示为气源处理装置。在有的情况下不需要油雾器，此时可使用过滤减压阀，它是过滤器和减压阀的组合。

图1-25 普通型油雾器

1—气流入口 2、3—小孔 4—输出口 5—储油杯 6—单向阀

7—节流阀 8—视油帽 9—旋塞 10—截止阀 11—吸油管

4.消声器

在气动系统工作过程中，气缸、气马达及控制阀等气动元件在将用过的压缩空气排向大气时，由于排出气体速度很高，气体体积急剧膨胀，产生涡流，引起气体振动，会发出强烈的排气噪声，一般可达100～120dB。这样的噪声会危害人的健康，恶化作业环境，降低工作效率。为消除和减弱这种噪声，应在换向阀的排气口安装消声器。常用的消声器有三种形式：吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。

图1-26 气源处理装置

（1）吸收型消声器 主要利用吸声材料来降低噪声，在气体流动的管道内固定吸声材料，或按一定方式在管道中排列，如图1-27所示。其工作原理是：当气流通过消声罩1时，气流受阻，可使噪声降低约20dB。吸收型消声器主要用于消除中高频噪声，特别对刺耳的高频声波消声效果显著，在气动系统中广为应用。

（2）膨胀干涉型消声器 膨胀干涉型消声器结构很简单，相当于一段比排气孔直径大得多的管件。当气流通过时，让气流在管道里膨胀、扩散、反射、相互干涉而消声。该消声器主要用于消除中、低频噪声。

图1-27 吸收型消声器

1—消声罩 2—连接件

（3）膨胀干涉吸收型消声器 膨胀干涉吸收型消声器是综合上述两种消声器的特点而构成的，其结构如图1-28所示。工作原理是：气流由端盖上的斜孔引入，在A室扩散、减速、碰壁撞击后反射到B室，气流束互相冲撞、干涉，进一步减速，并通过消声器内壁的吸声材料排向大气。该消声器消声效果好，低频可消声20dB，高频可消声45dB左右。

5.转换器

转换器是一种可以将电、液、气信号相互转换的辅助元件。常用的有气液、电气、气电转换器。

气液转换器是一种把空气压力转换成相同液体压力的气动元件。根据气与油之间接触的状况分为隔离式与非隔离式两种结构。图1-29所示为非隔离式气液转换器的结构，当压缩空气由上部输入后，经过管道的缓冲装置使压缩空气作用在液压油面上，由转换器主体下部的排油孔输出到液压缸。气液转换器一般用于气液控制回路中，使气缸获得无脉动的低速平稳运动，速度可小于400mm/min。

图1-28 膨胀干涉吸收型消声器

图1-29 非隔离式气液转换器

1.3.5 气动执行元件

1.气缸

（1）分类 气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构、功能和安装形式来分类。

1）按压缩空气在活塞端面作用力方向分类，气缸可以分为单作用气缸和双作用气缸。

①单作用气缸只有一个方向靠压缩空气推动，复位靠弹簧力、自重和其他外力。

②双作用气缸往返运动全靠压缩空气推动。

2）按气缸的结构特点分类，气缸可以分为活塞式、薄膜式、柱塞式、摆动式气缸等。

3）按气缸的功能分类，气缸可以分为普通气缸和特殊气缸。

①普通气缸包括单作用式和双作用式气缸。

②特殊气缸包括气液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击气缸、摆动气缸、带磁性开关气缸、带阀组合气缸、双轴气缸、气动手指气缸。

4）按气缸的安装方式分类，气缸可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式气缸。

（2）工作原理

1）普通气缸

①单作用气缸。图1-30所示为弹簧复位式单作用气缸，压缩空气由端盖上的P孔进入无杆腔，推动活塞2向右运动，活塞2退回由复位弹簧3实现。气缸右腔通过孔O始终与大气相通，这种气缸在夹紧装置中应用较多。

图1-30 弹簧复位式单作用气缸

1、6—端盖 2—活塞 3—弹簧 4—活塞杆 5—密封圈

②双作用气缸。图1-31所示为单杆双作用气缸的结构和实物图。当右端无杆腔进气时，左端有杆腔排气，活塞杆6伸出；反之，活塞杆6退回。该气缸主要由缸筒7、活塞9、活塞杆6、端盖5、14及密封圈10、11和紧固件等组成。缸筒在前后缸盖之间固定连接，缸盖上有进排气口。前缸盖设有密封圈、防尘圈，同时还设有导向套4，以提高气缸的导向性，保证活塞杆6与活塞9紧固相连。活塞上除有密封圈防止活塞左右两腔相互串气外，还有耐磨环12以提高气缸的导向性。活塞两侧常装有橡胶垫作为缓冲垫。

2）特殊气缸

①气液阻尼缸。因空气具有较大的可压缩性，一般气缸在工作载荷变化较大时，会出现“爬行”或“自走”现象，平稳性较差。如果系统工作需要较高的平稳性，则可采用气液阻尼缸。气液阻尼缸由气缸和液压缸组合而成，它以压缩空气为能源，利用油液的不可压缩性和可控制流量的特点来获得活塞的平稳运动，调节活塞的运动速度。

图1-32所示为气液阻尼缸。它的气缸和液压缸共用同一缸体，两活塞固定在同一活塞杆上。当气缸右腔供气左腔排气时，活塞杆伸出的同时带动液压缸2活塞左移，此时液压缸左腔油经节流阀5流向右腔，对活塞杆的运动起阻尼作用。调节节流阀5便可控制排油速度，也控制和稳定了气缸活塞的左行速度。反向运动时，单向阀3开启，活塞杆可快速缩回。

图1-31 单杆双作用气缸

1—弹簧挡圈 2—防尘圈压板 3—防尘圈 4—导向套 5、14—端盖 6—活塞杆

7—缸筒 8、13—缓冲垫 9—活塞 10—活塞密封圈 11—密封圈 12—耐磨环

图1-32 气液阻尼缸

1—气缸 2—液压缸 3—单向阀 4—油箱 5—节流阀

②薄膜式气缸。图1-33所示为薄膜式气缸，它是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。它主要由缸体1、膜片2、膜盘3及活塞杆4等组成，它有单作用式和双作用式两种。薄膜式气缸中的膜片有平膜片和盘形膜片两种，一般用夹织物橡胶制成，厚度为5～6mm，也可用钢片、锡磷青铜片制成，金属膜片只用于小行程气缸中。因受膜片变形量限制，活塞位移较小，一般都不超过50mm，且其最大行程与缸径成正比。平膜片气缸最大行程大约是缸径的15%；盘形膜片气缸最大，行程大约是缸径的25%。

这种气缸的特点是结构紧凑、行程小、质量轻、维修方便、密封性好、制造成本较低，广泛应用于化工产品的生产。

③冲击气缸。冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞高速运动能量的一种气缸。活塞最大速度可以达到10m/s以上，利用此动能做功，可完成型材下料、打印、铆接、弯曲、折边、压套、破碎、高速切割等多种作业。与同尺寸的普通气缸相比，其冲击能要大上百倍。

冲击气缸有普通型和快排型两种，它们的工作原理相同，差别为快排型冲击气缸在普通型的基础上增加了快速排气结构，以获得更大的能量。图1-34所示为普通冲击气缸。

冲击气缸在结构上分为活塞杆腔5、活塞腔4和蓄能腔1三个工作腔，以及带有排气小孔3的中盖2。冲击气缸的工作过程一般分为如下三步：

图1-33 薄膜式气缸

1—缸体 2—膜片 3—膜盘 4—活塞杆

图1-34 普通冲击气缸

1—蓄能腔 2—中盖 3—排气小孔

4—活塞腔 5—活塞杆腔

a.压缩空气进入冲击气缸活塞杆腔5，蓄能腔1与活塞腔4通大气，活塞上移至上限位置，封住中盖2上的喷嘴，中盖2与活塞间的环型空间经排气小孔3与大气相通。

b.蓄能腔1进气，其压力逐渐上升，在与中盖2喷嘴密封接触的活塞面上，其承受向下推力逐渐增大，与此同时，活塞杆腔5排气，其压力逐渐变小，活塞杆腔5活塞下端面上受力逐渐减小。

c.当活塞上端推力大于下端的推力时，活塞立即离开喷嘴口向下运动，在喷嘴打开瞬间，活塞腔4与储能腔1立刻连通，活塞上端的承压面突然增大为整个活塞面，于是活塞在巨大的压力差作用下，加速向下运动，使活塞、活塞杆等运动部件在瞬间加速达到很高的速度，获得最大冲击速度和能量。

④摆动气缸。摆动气缸也称摆动气马达，是一种在小于360°角范围内做往复摆动的气动执行元件，输出力矩，使机构实现往复摆动。摆动气缸的最大摆动角度分别有90°、180°、270°三种规格。摆动气缸按结构特点分为叶片式、齿轮齿条式等。

叶片式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式两种。单叶片式输出轴摆动角度小于360°，双叶片式输出轴摆动角度小于180°。它是由叶片轴转子（输出轴）、定子、缸体和前后端盖等组成的。图1-35所示为叶片式摆动气缸，其定子和缸体固定在一起，叶片和转子连在一起，前后端盖装有滑动轴承。这种摆动气缸输出效率低，应用在夹具的回转、阀门开闭及工件转位等方面。

在输出转矩相同的摆动气缸中，叶片式体积最小，质量最轻，但制造精度要求高，较难实现理想的密封，故输出效率低，小于80%。

⑤带磁性开关气缸。带磁性开关气缸是将磁性开关装在气缸的缸筒外侧，缸筒必须是导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁环，随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关时，弹簧失磁，触点断开。触点闭合或断开时即发出电信号，控制相应电磁阀完成切换动作。图1-36所示为带磁性开关气缸。带磁性开关气缸不需在行程两端设置机控阀或行程开关，所以使用方便、结构紧凑。同时，还具有可靠性高、寿命长、成本低、开关反应时间快等优点，故得到广泛的应用。

图1-35 叶片式摆动气缸

图1-36 带磁性开关气缸

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

⑥带阀组合气缸。带阀组合气缸有多种不同组合。图1-37所示为带有电磁阀和单向节流阀的带阀气缸的结构图，在前后缸盖上的进、排气口上均有一个由单向节流阀和螺栓组成的组合件6，通过它来调节进、排气的流量，以调节气缸的运动速度。由于带阀组合气缸省掉了阀与气缸之间的管路连接，减少了管路中的耗气量，故它结构紧凑、使用方便。

图1-37 带阀组合气缸

1—管接头 2—气缸 3—尼龙管 4—电磁阀（二位五通阀）

5—换向阀底板 6—单向节流阀组合件 7—密封圈

⑦双轴气缸。双轴气缸具有两个活塞杆。在双活塞杆气缸中，通过连接板将两个并列的活塞杆连接起来，在定位和移动工具或零件时，这种结构可以抗扭转。与相同缸径的标准气缸相比，双轴气缸可以获得两倍的输出力。

⑧气动手指气缸。气动手指气缸能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。气动手指气缸的特点有：所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高；在气缸两侧可安装非接触式行程检测开关；安装连接方式灵活多样；抓取力矩恒定，耗气量少。气动手指气缸有平行型、旋转型、摆动型。

2.气马达

气马达是将压缩空气的压力能转换成机械能的转换装置，工作时输出转速和转矩，用于驱动机构做旋转运动，相当于液压马达或电动机。

（1）气马达的分类及特点 常用的气马达有叶片式、活塞式、薄膜式三种。气马达和电动机相比，有如下特点：

1）工作安全，适用于恶劣的工作环境，在易燃、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下都能正常工作。

2）有过载保护作用，不会因过载而发生烧毁。过载时气马达只会降低速度或停机，当负载减小时即能重新正常运转。

3）能够顺利实现正、反转。能快速起动和停止。

4）满载连续运转，其温升较小。

5）功率范围及转速范围较宽。气马达功率小到几百瓦，大到几万瓦，转速可以从零到25000r/min或更高。

6）单位功率尺寸小，质量轻，且操纵方便，维修简单。

但气马达目前还存在速度稳定性较差、耗气量大、效率低、噪声大和易产生振动等不足。

（2）叶片式气马达 叶片式气马达主要由转子、定子、叶片及壳体组成。叶片式气马达有3～10片安装在一个偏心转子的径向沟槽中，如图1-38所示。其工作原理与液压马达相同，当压缩空气从进气口A进入气室后，作用在叶片3的外伸部分，通过叶片3带动转子2做逆时针转动，输出转矩和转速，做完功的气体从排气口C排出，残余气体则经B排出（二次排气）；若进、排气口互换，则转子2反转，输出相反方向的转矩和转速。转子2转动的离心力和叶片3底部的气压力、弹簧力（图中未画出）使得叶片3紧密地与定子1的内壁相接触，以保证可靠密封，提高容积效率。叶片式气马达主要用于风动工具如风钻、风扳手、风砂轮、高速旋转机械及矿山机械等。

图1-38 叶片式气马达

1—定子 2—转子 3—叶片

（3）活塞式气马达 活塞式气马达一般有4～6个气缸，气缸可配置在径向和轴向位置上，据此可分为径向活塞式气马达和轴向活塞式气马达两种。图1-39所示为五缸径向活塞式气马达结构和实物图，五个气缸均匀分布在气马达壳体的圓周上，压缩空气进入配气阀2后顺序推动各活塞4，从而带动曲轴6连续旋转。活塞式气马达转速比叶片式气马达的低，一般是100～1300r/min，最高是6000r/min，但输出的转矩要比叶片式的大。活塞式气马达起动转矩和功率都比较大，结构复杂、成本高、价格贵，主要用于低速、大转矩的场合。

图1-39 五缸径向活塞式气马达

1—配气阀套 2—配气阀 3—星形缸体 4—活塞 5—气缸 6—曲轴

前面介绍的各种常用气马达其性能并不完全相同，在选择和使用时可参考表1-1。

表1-1 常用气马达的特点及应用范围