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FFiF1=SSis1=第九章气动机构气动自动化系统最终是用气动执行元件驱动各种机构完成特定的动作。用气动执行元件和连杆、杠杆等常用机构结合构成的气动机构，诸如断续输送机构、多级行程机构、阻挡机构、行程扩大机构、扩力机构、绳索机构、离合器及制动器等等，例不胜举。气动机构能实现各种平面和空间的直线运动、回转运动和间歇运动。采用气动机构能使机构设计简化，结构轻巧，从最简单的气动虎钳到柔性加工线中的气动机械手，充分发挥了气动机构的特点。第一节常用气动机构一、气动扩力机构扩力机构是一种能使较小的输入力放大而获得较大的输出力，并按需要改变力的方向的机构。广泛应用于夹具、机械手等机械装置。图9—1所示为气动扩力机构原理图，若不考虑机构的摩擦损失，其扩力比iF为：行程比iS为：式中，F1——从动件上的压紧力（N）；F——原动力（N）；SI——从动件程（mm）；S——原动件行程（mm）。由上式可知，在任何一种扩力机构中，当其它条件一定时，如果扩力比iF增大，则行程比iS要减小。设计时应适当选取iF、iS值。常用的气动扩力机构有杠杆扩力机构、楔式扩力机构和铰链杠杆扩力机构等。图9－2所示为一种常用于气动机械手的抓取机构，采用了铰链杠杆扩力机构，其夹紧力F1与气缸输出力F的关系为：图9—1扩力机构图9－2机械手抓取机构PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion从上式可见，在气缸输出力F为定值时，增大a角可使夹紧力F1增加，通常选择α角为30°～40°。图9－3所示为一种采用楔式机构和杠杆机构相结合的气动夹具。由于楔式扩力机构本身结构紧凑、压紧力固定不变并且有自锁性，而被广泛应用于气动夹具中。图9－3气动夹具图9－4所示为用双连杆机构扩力的气动剪断机构，其剪断力极大。图9－5所示为用连杆机构扩力的气动飞剪装置。图9－4气动剪断装置图9－5气动飞剪装置二、行程扩大机构由于长行程气缸的成本较高，并且占有空间较大，有时需采用行程扩大机构来代替，图9－6所示的小车移动装置为一种行程扩大机构，小车的行程为气缸行程的两倍。调整螺丝A、B、C、D，可调节绳索的张紧度和小车的位置。FbaF•⎟⎠⎞⎜⎝⎛=21cos12aPDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—6小车移动装置在图9－6的行程扩大机构基础上适当安装多排滑轮机构可扩大行程。在这种行程扩大机构装置中，要使小车平稳运转是困难的。这是因为行程扩大了，小车速度比气缸速度来得高，就要求不易低速的气缸以更低的速度运动。另外，绳索在气缸运动中的弹性伸缩也使小车运行难以平稳。建议采用外部缓冲减振器直接使小车减速停止，不要用气缸内部的缓冲机构减速。三、多级行程的运动机构在机械设计中经常需要对行程进行控制，采用n个气缸就能实现多级行程机构，它能够获得准确的行程位置控制。图9－7所示为采用连杆和两个气缸构成的四级行程运动机构。一根连杆只能连接两个气缸，每个气缸都有两个位置，若连接方法得当，把n个气缸的行程进行适当的组合就能实现2n－1个行程。图9－7四级行程气动机构图9—8八个行程运动机构图9—9气动分配槽1～8导向槽PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—10凸轮断续输送机构图9—8所示机构中，使用三个气缸，其中一个气缸设在连杆上，能够得到八个行程位置。这种多级行程运动机构可用于自动供料，并向下一工序自动搬运。图9－9所示的气动分配槽，用三个气缸根据自动检测的结果，把工件分配给八个导向槽。四、断续输送机构图9－10所示凸轮断续输送机构，其中凸轮形状做成符合零件的滚动特性，气缸活塞杆的运动使凸轮摆动而实现零件的断续输送。图9－11所示为用连杆将一个气缸的运动转换成两个相反的运动，并用于皮带输送机上零件断续输送的机构。图9－12所示为滑道中的零件与零件间互相紧靠没有间隙时的一种断续输送机构。若气缸驱动滑杆动作，由于滑杆和摆杆的作用，使压杆反向移动。在压杆上装有弹簧，用来压住零件。滑杆退回后，零件失去支承在滑道中落下，而在上面的零件因受压杆弹簧的作用而不能下落。随后滑杆伸出，压杆退回，只落下一个零件，并被支承在滑杆上。因而，零件被一个一个地断续下落。如果把滑杆和压杆的距离增大到两个、三个零件的距离，则气缸的每个循环就可分别落下两个、三个零件。图9—11连杆断续输送机构PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—12断续输送机构之一1—滑道2—摆杆3—滑杆4—气缸5—弹簧6—压杆图9－13所示的断续输送机构能使横卧在滑道中输送的零件利用分度转盘将零件转为直立状态。由于竖立的零件容易倒，应使零件直立的时间尽可能短。同时，零件直立在滑道上时，用压缩空气把零件吹向一边，保证零件的稳定并将零件送至夹具。图9—13断续输送机构之二l—压缩空气2—滑道3—分度转盘4—气缸5—工作位置6—滑动夹具PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—14断续输送机构之三1、2—滚轮3—滑道4—气缸5—摇板图9－14所示的断续输送机构的摇板的两只脚上装有小滚轮，利用气缸动作使摇板摆动，输送过程中滚轮和零件相接触，减轻零件擦伤。五、阻挡机构断续输送机构可以看作是一种阻挡机构，其主要作用是使紧密排列的零件分开供料。图9－15所示为用气缸驱动专门用作阻挡的机构。在大圆筒状物件沿滚槽倾斜滚下的过程中，速度逐渐增加，到达底部时达最大，此时物体会对底部的机构产生冲击，所以有时需在滚槽中途设置阻挡机构，如图9－15所示。气动阻挡机构使用方便，成本低，效果好，但在机构设计和使用中要注意气缸活塞杆所受到的冲击力影响。图9－16所示的阻挡机构，除非物件很轻，滚动速度不是很快，最好避免采用。因为这种结构在碰撞的瞬间冲击力大，而且冲击力作用方向通常与气缸的轴线方向不完全一致，即活塞杆上承受了侧向载荷，建议采用图9－17所示的阻挡机构。这种机构能有效地利用气缸的缓冲效果。在阻挡机构的挡板因物件的冲击力而后退时，气缸有杆腔内的压缩空气被压缩而起到缓冲作用。为了防止有杆腔内的空气倒流入管道中去，可在气缸的换向回路中设置一个二位二通电磁阀或者单向阀，如图9－18所示。图9－15阻挡机构之一图9－16阻挡机构之二PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion－17阻挡机构之三图9－18阻挡机构之四六、水平运动机构图9－19所示为最简单的四连杆水平运动机构，载荷用两根连杆a、b通过连杆c吊着，连杆c在气缸的驱动下只能作平行于1、2运动。这种机构在吊臂a和b倾角很小的范围内，轴销3、4的摩擦力极小。图9－20所示机构是用于纸张、塑料薄膜等带材机械中的位置跑偏控制装置，导向滚筒的一端是位置控制机构的驱动部分。图示机构采用单作用气缸使轴承座沿吊臂Oa左右移动，从而操纵滚动的位置。当气缸活塞杆伸出时，导向滚筒左移，带材向外偏移；反之，活塞杆退回，导向滚筒右移，带材向里偏移。这种采用吊臂的水平运动机构在吊臂倾角很小的范围内几乎没有摩擦力。七、直线运动机构图9－21所示机构是用普通型气缸和齿轮、齿条组合的直线运动机构。图中，气缸动作使齿条C作直线运动，齿条C使齿轮B转动并在齿条A上滚动。此时，齿轮中心位移为气缸行程的l／2，其输出力为气缸输出力的两倍。这种机构也可用作扩力机构，如用来开启高压阀门。图9—19四连杆水平运动机构图9—20位置跑偏控制机构PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—21直线运动机构图9—22气动卷取机构1—卷挠滚筒2—驱动滚筒3—轴承座4—凸块5—减压阀6—气缸图9－22所示为一种卷取机构简图，采用了气动直线运动机构。这是一种压紧力恒定装置，图中，气缸6直接推动轴承座3移动，以调整卷挠滚筒1和驱动滚动2之间的压紧力大小。随着卷挠直径的增大，安装在轴承座下的凸块4将自动调整减压阀5的输出压力。改变气缸的推力，从而使压紧力始终保持在某恒定值上。第二节气动进给装置气动进给装置是一种用于冲床自动送料的机构，其制作精巧，能节省空间，适用于如金属、塑料、木材及纺织物等带状、条状、杆状形细长物料的进给。进给装置的运动可伸出，也可退口，在所有的安装位置都能保证其正常工作，送料速度、送料长度以及夹紧和进给力都可任意调节，可以与相连的机床工作循环同步。一、结构图9－23为BV气动进给装置结构原理图，主要由进料缸、定位夹紧缸、送料夹紧缸、定位挡块、带状物料导向杆及外部终端缓冲和快排阀等组成。送料缸是一个双作用气缸，内部置有缓冲装置，中空活塞杆端部与送料块相连，送料块上装置有送料夹紧缸、固定夹钳及快排阀，随送料缸活塞杆一起动作。送料夹紧缸和定位夹紧缸都是一个膜片缸。工作时，膜片在气压作用下凸起，把夹钳中的物料夹紧。快排阀用于送料夹紧缸快速复位时的排气，使送料夹钳快速松开。外部终端缓冲是一种气压缓冲，工作时缓冲输入端加入气压，活塞杆伸出，在送料缸行程接近送料长度时，送料块压着外部终端缓冲的活塞杆，使它退回直到定位挡块为止。粗、细定位挡块用来调整送料长度及定位。图9—23气动进给装置结构原理图1—进给抓手接头2—定位抓手接头3—进给块4—终端缓冲接头5—缓冲接头6—精确定位挡块7—粗略定位挡块8—导向杆9—快排口10—夹钳（进给）11—内置终端缓冲12—气缸接头13—压板14—夹钳（定位）PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion—24异型物料夹持工作时，物料插入张开的夹钳中，从侧面送至气动进给装置。此外，还可传送外伸宽度比进给装置宽度大的物料。如果经过适当变形，夹钳可用来夹持圆形、管状等型材，如图9－24所示。二、动作原理1．二位八通组合阀图9—25组合阀进给装置的交替送料和夹紧动作是用一个二位八通组合阀控制的，图9－25所示为组合阀的结构原理图。组合阀由两个二位四通阀组合而成，有两个气源口P1、P2，四个输出口A、B、C和D，一个输入口。输出口A、B分别接定位夹紧缸和送料夹紧缸的进气口，C、D接送料缸的进排气口。输入口信号来自冲床的动作控制信号。若在阀的输入口有信号时，阀换向，原来的第一个二位四通换向阀的通路由P1→B切换到P1→A，当A口输出压力超过P1的50％时；第二个二位四通换向阀的通路由P2→D切换到P2—C。若阀的输入口无信号时，两个二位四通换向阀靠活塞的面积差复位，即P1→B，P2→D。图9－26所示为阀动作顺序关系图，其表明只有在定位夹紧缸放松、送料夹紧缸夹紧动PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversion后，送料缸才开始进给动作；同样，只有在定位夹紧缸夹紧、送料夹紧缸放松动作延迟一段时间T后，送料缸才退回。图9—26阀动作顺序关系图图9—27气动进给装置气动回路图2．气动回路图9－27所示为气动进给装置气动回路图，回路图中的点划线右侧部分表示进给装置可以有以下四种信号输入方式：（1）电控式，采用电子舌簧式开关（组合阀用电控电磁阀）。（2）标准气控式，采用滚轮杠杆式机控阀。（3）低压气控式，由遮断式传感器、放大器及气动阀组成。（4）低压气控式，由遮断式传感器及低压气—电转换器组成（组合阀用电控电磁阀）。PDFcreatedwithFinePrintpdfFac