自动化设计基础讲解-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，从最简单的气动护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。
1.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、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 诗 (12-1)
行程比为：is = S1/S 诗 (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。
2.气动机械手的抓取机构
图12-2所示为一种常用于气动机械手的抓取机构
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F1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30°- 40°。
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。
4. 气动剪装置
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。
6. 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。
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。
7. 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2n-1个行程。
8. 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。
9. 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。
10. 阻挡机构-1
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。
11. 阻挡机构-2
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。
12. 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。
13. 水平运动机构-1
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。
14. 水平运动机构-2
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。
15. 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。
16. 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。
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