氣動執(zhí)行機構(gòu)分析

郝健 唐國強

摘要：對一種傳動介質(zhì)為空氣的臥式執(zhí)行機構(gòu)進行了研究，簡述了該執(zhí)行機構(gòu)樣機角行程組件、殼體結(jié)構(gòu)特點以及利用有限元進行分析結(jié)構(gòu)要點，供工程技術(shù)人員進一步研發(fā)作參考。

關(guān)鍵詞：氣動;機械;執(zhí)行機構(gòu)

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0211-03

中圖分類號：TH13

文獻標(biāo)識碼：A

l 引言

傳動介質(zhì)為空氣的臥式執(zhí)行機構(gòu)相對可靠，稱得上執(zhí)行機構(gòu)中的一大分支。氣動執(zhí)行機構(gòu)因采用氣源的工作壓較低，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，進而閥門氣動執(zhí)行機構(gòu)的累加推力不會很大。在能源、交通、自動化等多個領(lǐng)域，氣動執(zhí)行機構(gòu)使用比較廣泛。這里所述的氣動執(zhí)行機構(gòu)主要應(yīng)用于閥門，其腔內(nèi)傳動介質(zhì)為空氣。就常規(guī)的執(zhí)行機構(gòu)而言，有所差異，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。雖然市場上執(zhí)行機構(gòu)種類繁多，主要依賴國外進口比較多，國內(nèi)具有相應(yīng)資質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)不多。對一款國外品牌且傳動介質(zhì)為空氣的臥式執(zhí)行機構(gòu)進行研究，闡述部分制造過程中涉及要點，為執(zhí)行機構(gòu)樣機制造提供部分理論支持，供國內(nèi)自動化控制工程設(shè)計人員進一步研究作參考。

2 角行程指示組件

2.1 角行程指示組件簡介

儀是指供測量、繪圖、實驗用的器具;表是指計量某種量的器具。儀表是指各種測定儀。從儀表的概念中，理解儀表可表征需要測量的量相對不難。儀表在工業(yè)自動化工業(yè)中起重要作用。這里分析的指示組件主要目的是讓操作人員可以直接觀望到氣動執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者傳動軸轉(zhuǎn)動行程。本文所述的空氣傳動執(zhí)行機構(gòu)角行程指示組件主要由非金屬組成，與金屬殼體組成密封區(qū)域，阻礙灰塵進入指示部位污染零件或組件。減緩空間中或區(qū)域的水分等其它物質(zhì)的混入。減緩或預(yù)防腐蝕性物質(zhì)進入殼體與傳動軸接觸區(qū)域，而腐蝕執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部重要部位。塑料的成形過程，收縮率要予以考慮，避免尺寸偏離過大[1，2]。

2.2 角行程指示組件淺析

這里分析的指示組件主要目的是讓操作人員可以直接觀望到氣動執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者傳動軸轉(zhuǎn)動行程。該組件可以進行改造擴展為指示器。組成這組件的零件通常采用不一樣的顏色塑料材料，這里主要利用黑色塑料與黃色塑料相結(jié)合。角行程指示組件塑料上端蓋蓋住整個指示組件，與此同時，其與氣動執(zhí)行機構(gòu)主體金屬殼體形成密封區(qū)域，阻礙灰塵進入執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部重要區(qū)域或污染內(nèi)部重要零件。一方面，預(yù)防或減緩可規(guī)避的腐蝕性物質(zhì)混入該氣動執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部傳動區(qū)域而腐蝕金屬零件;另一方面，預(yù)防或減緩導(dǎo)電粉塵混入該執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部傳動區(qū)域。從裝配而成的產(chǎn)品角度觀察，這里在氣動執(zhí)行機構(gòu)傳動軸外圍設(shè)有密封性比較好的密封槽。角行程指示組件或塑料上端蓋的導(dǎo)電性能方面值得引起重視，而衡量導(dǎo)電性能參數(shù)之一電阻的參數(shù)值，一般情況下應(yīng)該按照認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。這種材料相對普遍，可以與涉及塑料制品的供應(yīng)商溝通或獲取。通過注塑成形工藝的零件，其收縮率要予以考慮，尺寸不可以偏離過大，關(guān)于這方面的經(jīng)驗或者標(biāo)準(zhǔn)可以參考[1]。轉(zhuǎn)化國外設(shè)計的執(zhí)行機構(gòu)時，上端蓋區(qū)域以及執(zhí)行機構(gòu)傳動軸與指示組件的配合等因素，予以考慮也是值得的。

3 氣動執(zhí)行機構(gòu)

3.1 氣動執(zhí)行機構(gòu)簡介

氣動執(zhí)行機構(gòu)缺點：有沖擊現(xiàn)象，輸出作用力不穩(wěn)定，易損耗，更替比較頻繁，組裝相對困難，維護比較麻煩。氣動執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)點：齒輪齒條轉(zhuǎn)動方式克服滑動摩擦，它比曲柄連桿的滑動摩擦方式的摩擦力小得多;齒輪齒條轉(zhuǎn)動均勻，轉(zhuǎn)動間隙小，因此運動自如、回差小;可獲得較小尺寸的執(zhí)行機構(gòu)，使重量和尺寸得到大幅度的減小;易實現(xiàn)與閥門直接相連，簡化了閥門的連接方式，并使所配閥門的外形更加勻稱美觀。

這里研究的執(zhí)行機構(gòu)主要依賴氣壓傳動。執(zhí)行機構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)遵循“滴水流線”設(shè)計理念即當(dāng)水等液體滴在或積聚在執(zhí)行機構(gòu)上時，這些液體能夠自然而然地流淌下去，進而不長時間停留在表面，腐蝕執(zhí)行機構(gòu)殼體。閥門用氣動執(zhí)行機構(gòu)與閥門連接端面配合。相對于其它類型的執(zhí)行機構(gòu)，這里所述的執(zhí)行機構(gòu)傳動介質(zhì)為空氣[3]。

3.2 氣動執(zhí)行機構(gòu)原理淺析

執(zhí)行機構(gòu)殼體是氣動執(zhí)行機構(gòu)主要承載部件了。一方面，起防護這些執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部元件;另一方面，它們又提供安裝傳動零件件或組件的空間，減緩或避免導(dǎo)電物質(zhì)與腐蝕性物質(zhì)的侵蝕。殼體結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計，要考慮進行“滴水流線”方面的設(shè)計理念即讓水等液體滴在上面時，液體能夠自然流淌下去，從而不長時間積聚在執(zhí)行機構(gòu)表面，腐蝕或者浸泡執(zhí)行機構(gòu)殼體。這里分析的執(zhí)行機構(gòu)殼體主要通過金屬型材塑性成形工藝，再經(jīng)過機加工與表面處理等工序而獲得。這些精妙絕倫的制造工藝的組合，使得在鞏固執(zhí)行機構(gòu)殼體可靠性的同時，節(jié)約零件制造成本。本文分析的臥式氣動執(zhí)行機構(gòu)殼體，主要采用鋁合金或鋁制材料。鋁合金或鋁制材料密度相對黑色金屬材料密度比較小些，同等體積條件下，其制造而成產(chǎn)品比較輕些，與輕量化設(shè)計理念相鍥合。

此外，殼體又由端蓋與缸體構(gòu)成。采用鋁合金或鋁制中比較耐磨損的材料，以使得尺寸能夠保持相對穩(wěn)定。其它零件或組件與氣動執(zhí)行機構(gòu)殼體配合的區(qū)域需要預(yù)留。因這里分析的執(zhí)行機構(gòu)殼體主要通過金屬型材塑性成形工藝，殼體設(shè)計要預(yù)留尺寸，否則脫離工具困難，可能造成外觀缺陷，從而影響外觀與殼體強度[3]，進而造成不符合要求，以便下面步驟的機加工開展。預(yù)防或減緩腐蝕性物質(zhì)進入傳動軸與殼體接觸區(qū)域而腐蝕臥式氣動執(zhí)行機構(gòu)重要的部位。金屬加工過程，收縮率要予以考慮，尺寸不予以偏離過大[2]。

臥式氣動執(zhí)行機構(gòu)相對安全可靠，是執(zhí)行機構(gòu)中的一大分支。臥式氣動執(zhí)行機構(gòu)采用氣源的工作壓較低，又因臥式氣動執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而閥門氣動執(zhí)行機構(gòu)的累加推力不會很大[3]。臥式齒輪齒條執(zhí)行機構(gòu)由活塞、齒輪和齒條等部件組成。通人的氣經(jīng)活塞轉(zhuǎn)換為推力，推動帶有齒條的活塞移動和齒條移動時，帶動連接到輸出軸的齒輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)直行程到角行程的轉(zhuǎn)換，圖1為臥式齒輪齒條執(zhí)行機構(gòu)3D模型，根據(jù)工作原理，齒輪齒條執(zhí)行機構(gòu)分為雙作用式和單作用式兩類[3]。氣動執(zhí)行機構(gòu)有沖擊現(xiàn)象，輸出作用力不穩(wěn)定，容易損耗，更替比較頻繁，組裝相對困難，維護比較麻煩等缺點也需要重視。