气动机构

苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣1气动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣2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、回转运动和间隙运动。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。以下简述几种常用的气动机构。气动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣3气动扩力机构图12-1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、压机、机械手等场合。如图12-1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：iF=F1/F式(12-1)行程比为：is=S1/S式(12-2)式中，F1--从动件上的压紧力(N)F--原动力(N)S1--原动件行程(mm)S--从动件行程(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如增大，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。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣4气动机械手的抓取机构图12-2机械手的抓取机构FbaF2)cos1(21图12-2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Fl与气缸输出力F的关系为：可见，在气缸输出力F为定值时，增大角可使夹紧力F1增加，通常选择角为30о-40о。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣5气动夹具图12-3气动夹具图12-3所示为一种采用锲式机构和杠杆机构相结合的气动夹具。锲式机构结构紧凑、压紧力规定不变，而且具有自锁性，故广泛应用于气动夹具中。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣6气动剪断装置图12-4气动剪断装置图12-4所示为用双连杆机构扩力的气动剪断装置，其剪断力极大。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣7气动飞剪装置图12-5气动飞剪装置图12-5所示为用连杆机构扩力的气动飞剪装置。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣8行程扩力机构由于长行程气缸的成本较高，并且占用空间较大，有时可以采用行程扩大机构来代替。图12-6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，可调整绳索的张紧度和小车的位置。图12-6小车移动装置在图12-6的行程扩大机构基础上适当安排多排滑轮机构可扩大行程。在这种行程扩大机构装置中，要使小车平稳运转较困难。这是由于行程扩大了，小车速度比气缸速度高，这就要求不易低速的气缸要以更低的速度运行。另外，绳索在气缸运动中的弹性伸缩也使小车运行不平稳。建议采用外部缓冲减震器直接使小车减速停止，不要用气缸内部的缓冲机构减速。苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣9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，一般采用n个气缸就可以实现，它能够获得准确的行程位置控制。图12-7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个行程。12n图12-7四级行程运动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣10八个行程运动机构图12-8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12-8八个行程运动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣11气动分配槽图12-9所示的气动分配槽，用三个气缸根据自动检测的结果分配给八个导向槽。图12-9气动分配槽1~8导向槽苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣12断续输送机构图12-10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12-10凸轮断续输送机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣13连杆断续输送机构图12-11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12-11连杆断续输送机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣14断续输送机构图12-12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12-12一种断续输送机构1-滑道2-摆件3-滑杆4-气缸5-弹簧6-压杆苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣15断续输送机构之二图12-13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。断续输送机构之二1-压缩空气2-滑道3-分度转盘4-气缸5-工作位置6-滑动夹具苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣16断续输送机构之三图12-14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。图12-14断续输送机构之三1-滚轮2-滚轮3-滑道4-气缸5-摇板苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣17阻挡机构之一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12-15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12-15所示。图12—15阻挡机构之一苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣18阻挡机构之二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12-16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12-17所示的阻挡机构。图12—16阻挡机构之二苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣19阻挡机构之三建议采用图12-17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12-18所示。图12-17阻挡机构之三图12-18防止空气倒流的换向回路苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣20水平运动机构图12-19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上的摩擦力极小。图12-19四连杆水平运动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣21水平运动机构图12-20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。Oa图12—20位置跑偏控制装置苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣22直线运动机构图12-21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，气动缸作用使齿条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，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。21图12-21直线运动机构苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣23卷取机构图7-22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。图12-22一种卷取机构简图1-卷挠滚筒2-驱动滚筒3-轴承座4-凸块5-减压阀6-气缸苏州工业园区职业技术学院Copyright@吴卫荣24思考与练习题如果要实现工件移位（假如从A移到B的位置），请设计3种执行机构。如果要实现工件水平分离，可以有几种方法？如果要实现工件垂直分离，可以有几种方法？如果要将直线运动转化为圆周或圆弧运动，可以有哪些方法？要实现精密的定位，该如何实现？要使执行运动机构很平稳地运行，有什么方法？如果要使执行运动机构在多个位置能够停顿下来，怎么解决？“震动料斗”是如何实现工件分离的？至少介绍两种方法，并说明其工作原理。