液压与气动技术
第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件
2005－ 6－ 20
2012年 3月 22日星期四 深圳职业技术学院 —— 液压与气动技术
教学内容,
? 气源系统的组成
? 气源系统的净化装置 （难点）
? 气动执行元件 （重点）
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气动系统的基本组成部分包括哪些呢？请大家根据机器的组成部分先
思考一下？
机器是由三部分组成,
原动机 （能量的产生或转换）,传动机构 （能量的传递、分配和控制
）,工作机 （能量的消耗）。
气动系统的基本组成部分,
压缩空气的产生、压缩空气的传输、压缩空气的消耗（工作机） 。
气动系统的基本组成示意图如下图所示。
一, 气动系统的基本组成,
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由 压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统 三个主要
部分组成。
一, 气动系统的基本组成,
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一、气动系统的基本组成示例
气压产生装置
分
水
滤
气
器
压
力
控
制
阀
油
雾
器
方
向
控
制
阀
消声器 流量控制阀
汽 缸
气压的传递、分配和控制 即输送系统
气压的消耗
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二, 气动系统 各组件及主要功能
① 压缩机,把机械能转变为气压能。
② 电动机,给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。
③ 压力开关,被调节到一个最高压力：停止电动机，最低压力，重新
激活电动机。
④ 单向阀,阻止压缩空气反方向流动。
⑤ 储气罐,贮存压缩空气。
⑥ 压力表,显示储气罐内的压力。
⑦ 自动排水器,无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。
⑧ 安全阀,当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。
⑨ 冷冻式空气干燥器,将压缩空气冷却到零上若干度，以减少系统中的
水份。
⑩ 主管道过滤器,它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必
须具有最小的压力降和油雾分离能力。
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二, 气动系统 各组件及主要功能
① 压缩空气的分支输出管路,压缩空气要从主管道顶部输出到分支
管路，以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里，当压缩空气达到
低处时，水传到管子的下部，流入自动排水器内，将凝结水去除。
② 自动排水器,每一根下接管的末端都应有一个排水器，最有效的
方法是用一个自动排水器，将留在管道里的水自动排掉。
③ 空气处理组件,使压缩空气保持清洁和合适压力，以及加润滑油
到需要润滑的另件中以延长这些气动组件的寿命,
④ 方向控制阀,通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运
动的方向。
⑤ 执行组件,把压缩空气的压力能转变为机械能，图标是一个直线
气缸，它也可以是回转执行组件或气动马达等。
⑥ 速度控制阀,能简便实现执行组件的无级调速。
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二, 气动系统 各组件及主要功能
请大家思考一下,
在气动系统中,压缩空气为什么能推动气缸往复运动,即为
什么能实现气压传动？
是不是因为压缩空气有压力？压力是如何产生的呢？
压力是由于气体分子热运动而互相碰撞，在容器的单位面积上产
生的力的统计平均值。
那我们该如何来度量压缩空气呢？
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三, 气动技术中的压力概念
在 ISO标准中压力的单位为帕斯卡（ 1Pa=1N/m2），由于这个单
位非常小，为了阅读和表达方便，常用 0.1MPa(1bar)为压力单位，这
个单位适合在工业中应用,
1Mpa＝ 103Kpa＝ 106Pa
0.1MPa=100Kpa=1bar（巴）
在工程上有时也使用老的公制单位 kgf／ cm2 （千克力每平方厘米）, atm
（ atmosphere大气压）, lbf/in2(psi，磅力每平方英寸 )等以满足实际
需要。
绝对压力,相对于真空的压力
表压力（ GA）,高于大气压的那部分压力
真空度（ Torr）,低于大气压的压力
标准大气压,1013mbar＝ 760Torr（托为 1mm汞柱产生的压力）
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四, 气动技术中的压力表示
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五, 气源系统
1
2
3 4 5
6
普通气源
净化气源
气源系统 是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系
统一般由 气压发生装置,压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组
成。典型的气源及空气净化处理系统如图所示。
1-空压机 2-储气罐 3-阀门 4-主管过滤器 5-干燥机 6-主管过滤器
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六, 空气压缩机 ( Air compressor)
1.空压机是气压发生装置 。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空
气的压力能。
2,按工作原理分类,可分为 容积式 空压机和 速度式 空压机。容积式空压机
的工作原理是 压缩空压机中气体的体积,使单位体积内空气分子的密
度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是 提高气体
分子的运动速度以此增加气体的动能,然后将气体分子的动能转化为
压力能以提高压缩空气的压力。
3.空气压缩机分为 往复式与回转式 两大类。往复式可细分为 活塞式与膜片
式,回转式可 细分为叶片式与螺杆式 。
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六, 空气压缩机 ( Air compressor)
4.按空压机输出压力大小分类
低压空压机 0,2 ～ 1,0MPa
中压空压机 1,0 ～ 10MPa
高压空压机 10 ～ 100MPa
超高压空压机 ＞ 100MPa
5.按空压机输出流量 (排量 )分类
微型 ＜ 1m3／ Min
小型 1 ～ 10 m3／ Min
中型 10 ～ 100 m3／ Min
大型 ＞ 100m3／ Min
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气压传动
? 气压发生装置
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七,空压机的工作原理
1.常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三
种,下图为 单级活塞式空压机工作原理 。
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七,空压机的工作原理
1.单级活塞式空压机通常用于需要（ 0.3-0.7） Mpa压力范围的系统。
在单级压缩机中,若空气压力超过 0.6Mpa，产生的过热将大大
地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时，应采取多级压缩。
2.多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压
缩气体排气量。下面介绍多级空压机工作原理
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七,空压机的工作原理
2.二级活塞式空压机工作原理。
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七,空压机的工作原理
2.由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。
如果最终压力为 0.7Mpa，第一级通常将它压缩到 0.3Mpa，然后
经过中间冷却器被冷却，压缩空气通过中间冷却器后温度大大
下降，再输送到第二级气缸中压缩到 0.7Mpa。因此，相对于单
级压缩机提高了效率。 最后输出温度可控制在 120度左右。
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七,空压机的工作原理
3.叶片式空压机
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七,空压机的工作原理
3.在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排
气阀。在转子的每 — 次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸
气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小。
通常情况下，叶片式空压机需采用润滑油对叶片、转子和
机体内部进行润滑、冷却和密封，所以 排出的压缩空气中含有
大量的油份 。因此在排气口需要安装 油气分离器和冷却器,以
便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。
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七,空压机的工作原理
4.膜片式压缩机
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七,空压机的工作原理
4.膜片式压缩能提供 5巴的压缩空气。由于它完全没有油，
因此广泛用于食品、医药和相类似的工业中。膜片使气室容积
发生变化，在下行程时吸进空气，上行程时压缩空气。
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式空压机
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式空压机
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式压缩机,由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向
运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空
气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆，油分离器将油与输出空气分
开。
此类压缩机可连续输出流量可超过 400m3／ min，压力高达 10巴。
和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出 连续的无脉动的压缩
空气 。 虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐，但过去工业上最普
遍使用的仍然是往复式压缩机。
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八,空压机的特性参数
1.压缩机的标准流量,用标准容积流量来表示，在大气压下
有压流量,在有压工作状态下的流量 ;p标＝ 1.013bar
2.输出流量的确定,k1漏损 1.15～ 1.5,k2备用 1.3～ 1.6,k3利用，查
表
3.热效率及总效率,单级压缩机的最终压力较低，其纯容积效率较高。
然而，随着最终压力的逐渐增加，热量损失变得愈来愈重要，具有较
高热效率的二级压缩机的优越性就体现出来了。
,单位能量消耗, 是衡量总效率的指针，并且能用于估计制造压缩空气
所需的费用。平均估算,1kw电能产生 120～ 150L／ min(=0.12—
0.15m3／ min／ kw)工作压力为 7巴的压缩空气 。
压
压标
标压
标 ＝ QTp
Tp
Q
QQ 321c kkk＝
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八,空压机的特性参数
单级 /多级压缩机总效率图
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九,空压机的选用
1.根据气动系统所需要的 工作压力和流量 确定空压机的输出压力 Pc
和供气量 Qc,
P为气动系统的工作压力（ Mpa）,为系统中各个气动执行元件工作
的最高工作压力。
为气动系统总的压力损失,除了考虑管路的沿程阻力损
失和局部阻力损失外，还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所
必需的最低输入压力，以及气动元件工作时的压降损失。
cp p p? ? ??
p??
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十,空压机的选用
2.空压机供气量的大小应包括,目前气动系统中各设备所需的耗气
量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数（如避免空压机
在全负荷下不停地运转、气动元件和管接头的漏损及各种气动
设备是否同时连续使用等）
Q为气动系统的最大耗气量（ m3／ Min）；
K为修正系数。一般可取 =1.3～ 1.5。
有了供气压力与供气量，按空压机的特性要求，选择空压
机的类型和型号。
cQ k Q?
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十一,空压机的使用注意事项
1,空压机的安装位置。 空压机的安装地点必须清洁，无粉尘、通风
好、湿度小、温度低且要留有维护保养空间，所以一般要安装在
专用机房内。
2,噪音。 空压机一运转即产生噪音。必须考虑噪音的防治，如设置
隔声罩、设置消声器、选择噪音较低的空压机等。一般而言，螺
杆式空压机的噪音较小。
3,使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查润滑油位，并用手拉动
传动带使机轴转动几圈，以保证启动时的润滑。启动前和停车后，都应及
时排除空压机气罐中水分。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
1,储气罐的作用,
1）使压缩空气供气平稳，减少压力脉动。
2）作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。
3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。
4）可降低空压机的启动 -停止频率，其功能相当于增大了空压机的功
率。
5）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为
水。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
2.储气罐的形状,储气罐的
容积愈大，压缩机运行
时间间隔就愈长。储气
罐一般采用圆筒状焊接
结构，有立式和卧式两
种，一般以立式居多。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
3.储气罐的使用注意事项,
1） 储气罐属于压力容器,应遵守压力容器的有关规定，必须有产品耐
压合格证书。
2） 储气罐上必须安装有安全阀 （当储气罐内的压力超过允许限度，可
将压缩空气排出）,压力表 （显示储气罐内的压力）,压力开关
（用储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力，达
到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压
力跌到这个压力就重新启动电动机）,单向阀 （让压缩空气从压缩
机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动）、最低
处应设有 排水阀 （排掉凝结在储气罐内所有的水）。
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十三, 压缩空气净化处理装置 (Air cleaning equipment)
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十三, 压缩空气净化处理装置
从空压机输出的压缩空气到达各用气设备之前，必须将压缩
空气中含有的 大量水分、油分及粉尘杂质 等除去，以得到适当的
压缩空气质量，避免它们对气动系统的正常工作造成危害，并且
用减压阀调节系统所需压力以得到适当出力。在必要的情况下，
使用油雾器使润滑油雾化并混入压缩空气中润滑气动元件，降低
磨损，提高元件寿命。
? 除水过程；
? 过虑过程；
? 调压过程；
? 润滑过程。
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十三, 压缩空气净化处理装置
1.压缩空气的除水装置（干燥器） (Air dryers)
（ 1） 后冷却器
空压机输出的压缩空气温度高达 120～ 1800C,在此温度下，空气
中的水分完全呈气态。 后冷却器的作用 就是将空压机出口的高温压
缩空气冷却到 400C，并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，
以便对将其清除。后冷却器有 风冷式和水冷式 两大类。
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十三, 压缩空气净化处理装置
（ 1） 风冷式和水冷式后冷却器
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十三, 压缩空气净化处理装置
1.压缩空气的除水装置（干燥器） (Air dryers)
（ 2） 冷冻式空气干燥器
冷冻式空气干燥器的工作原理是，使湿空气 冷却到 其露点温度以下，使空气
中水蒸气 凝结成水滴并清除 出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。
冷冻式干燥器具有结构紧凑，使用维护方便，维护费用较低等优点，适用于
空气处理量较大，压力露点温度不是太低（ 2～ 50C）的场合。
冷冻式干燥器在使用时，应考虑进气温度、压力及环境温度和空气处理量。
进气温度应控制在 400C以下，超出此温度时，可在干燥器前设置后冷却器。进入
干燥器的压缩空气压力不应低于干燥器的额定工作压力。环境温度宜低于 400C，
若环境温度过低，可加装暖气装置，防止冷凝水结冰。干燥器实际空气处理量，
在考虑了进气压力、温度和环境温度等因素后，应不大于干燥器的额定空气处理
量。
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十三, 压缩空气净化处理装置
（ 2） 冷
冻式
空气
干燥
器
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（ 3）吸收式干燥器
? 吸收干燥法是一个 纯化学过程 。在干燥罐中，压缩空气中 水分与干燥剂发
生反应，使干燥剂溶解,液态干燥剂可从干燥罐底部排出。根据压缩空气
温度、含湿量和流速，必须及时填满干燥剂。
? 干燥剂的化学物质通常用 氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂 等。因为化学
物质是会慢慢用尽的。因此,干燥剂必须在一定的时间内 进行补充。
? 这种方法的 主要优点 是它的基本建设和操作费用都较低。但进口温度不得
超过 300C，其中干燥剂的化学物质具有较 强烈腐蚀性,必须仔细检查滤清，
防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。
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（ 3）吸收式干燥器
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压缩空气的过虑装置
（ 1） 主管道过滤器,安装在主要管路中。主管道过滤器必
须具有 最小的压力降和油雾分离能力,它能清除管道内
的灰尘、水份和油。这种过滤器的滤芯一般是 快速更换
型滤芯，过滤精度一般为 3～ 5um，滤芯是由合成纤维制
成，由于纤维以矩阵形式排列。
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压缩空气的过虑装置
（ 1） 主管道过滤器
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压缩空气的过虑装置
（ 2）标准过滤器
? 标准过滤器主要是 指安装在气动回路上,压缩空气从入口进入过滤器内部后，
因导流板 1（旋风叶片）的导向，产生了强烈的旋转，在离心力作用下，压缩
空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯 4的内表面上，在重力
作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出，
进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。 挡水板的
作用 是防止已积存在滤杯中的冷凝水再混入气流中。定期打开排水阀 6，放掉
积存的油、水和杂质。
? 标准过滤器的过滤精度为 5um。为防止造成二次污染，滤杯中的水每天都应
该是排空的。
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压缩空气的过虑装置
（ 2）标准过滤器
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压缩空气的过虑装置
（ 3） 自动排水器 (Water separator)
? 自动排水器用来自动排出管道、气罐、过滤器
滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应
用、靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，
而且有些场合也不便于人工操作，因此自动排
污装置得到广泛应用。自动排水器可作为单独
的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置
安装在过滤器等元件的壳体内（底部）。
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压缩空气的过虑装置
浮子式自动排水器 （ 3）自动排水器 (Water separator)
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压缩空气的过虑装置； 电机驱动自动排水器
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压缩空气的调压装置
所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，而在各种气动系
统中，皆可出现或多或少的压力波动。气动与液压传动不同，一
个气源系统输出的压缩空气通常可供多台气动装置使用。气源系
统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。
如果压力过高，将造成能量的损失并增加损耗；过低的压力则出
力不足，造成不良效率。 例如空压机的开启与关闭所产生的压力
波动对系统的功能会产生不良影响。 因此每台气动装置的供气压
力都需要用减压阀减压，并保持稳定。 对于低压控制系统 (如气动
测量 )，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供
气压力。
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压缩空气的调压装置
（ 1）减压阀
? 减压阀的作用 是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持
输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。
? 减压阀的调压方式 有 直动式和先导式 两种。直动式是借助弹簧力直
接操纵的调压方式；先导式是用预先调整好的气压来代替直动式调
压弹簧进行调压的，一般先导式减压阀的流量特性比直动式好。
? 直动式减压阀通径小于 20～ 25mm，输出压力在 0～ 1.0MPa范围内
最为适当，超出这个范围应选用先导式。
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压缩空气的调压装置,直动式减压阀
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压缩空气的调压装置
（ 2）先导式减压阀,先导式减压阀 是使用预先调整好压力的
空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀部
分的结构与直动式减压阀相同。先导式减压阀的调压空
气一般是由小型的直动式减压阀供给的。若将这个小型
直动式减压阀与主阀合成一体，则称为 内部先导式减压
阀 。若将它与主阀分离，则称为 外部先导式减压阀,它
可以实现远距离控制。
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（ 2）先导式减压阀
压缩空气的调压装置
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1.使压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成。油雾器是 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，
使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。 目前，气动控制
系统中的控制阀、气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩
空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。
2.普通型油雾器也称为全量式油雾器，把雾化后的油雾全部随
压缩空气输出，油雾粒径约为 20um。普通型油雾器又分
为 固定节流式和自动节流式 两种，前者输出的油雾浓度随
空气的流量变化而变化，后者输出的油雾浓度基本保持恒
定。不随空气流量的变化而变化。
压缩空气的润滑装置
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固定节流式普通型油雾器
压缩空气的润滑装置
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截止阀
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对于现代气动组件，润滑不一定是必需的。它们可不需供油润
滑而长期工作。这些组件的寿命和特性完全是满足现代机
械制造高频率的需要。, 不需供油润滑, 系统的优点包括,
a)、节省润滑设备，润滑油和维护时加油等成本。
b)、是最清洁卫生的系统；如在粮食和药品工业中特别重要。
c)、油不混入到大气中，得到健康和安全的工作环境。
压缩空气的润滑装置
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但在要求机件作极高速运动的地方或在气缸口径较大
(大约 25mm以上 )时应采用油雾润滑并尽可能将油雾器直
接安装于气缸供气管道上。
当然，加油量不能过大，否则将发生下列问题,
a,零部件由于加油过多产生故障
b,对周围环境产生油雾污染
c,设备长期停用后发生零部件结胶
d,给正确调整油雾器造成困难
那些由压缩机在产生压缩空气时带入的杂质油则是不
能用作为控制系统组件的润滑油的。
压缩空气的润滑装置
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油雾器在使用中 一定要垂直安装,它可以单独使用，
也可以和 空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组
成气源调节装置（通常称之为气动三联件）,使之具有过
滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应
为空气过滤器一减压阀一油雾器,不能颠倒,安装时气源
调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于 5m。
气动三联件（ Air service unit）的工作原理图如图、外形
图及图形符号如图所示。
压缩空气的润滑装置
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气动三联件 FRL
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气动三联件（ FRL,Filter Regulator Lubricator）
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从空压机输出的压缩空气要通过管路系统被输送到各气动设备
上，管路系统如同人体的血管。输送空气的管路配置如设
计不合理，将产生下列问题,
①压降大，空气流量不足；
②冷凝水无法排放；
③气动设备动作不良，可靠性降低；
④维修保养困难。
压缩空气的输送 (Air distribution)
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气动系统的管路按其功能分为,
1．吸气管路,从吸入口过滤器到空压机吸入口之间的管路,此段管路管径易
大 以降低压力损失。
2．排出管路,从空压机排气口到后冷却器或储气罐之间的管路，此段管路应
能耐高温高压与振动 。
3.气管路,从储气罐到气动设备间的管路。送气管路又分成主管路和从主管路
连接分配到气动设备之间的分支管路。主管道是一个固定安装的用于把空
气输送到各处的耗气系统。主管路中必须安装 断路阀,它能在维修和保养
期间把空气主管道分离成几部分。
4．控制管路,连接气动执行件和各种控制阀间的管路。此种管路大多数采用
软管 。
5．排水管道,收集气动系统中的冷凝水并将水分排出管路。
管路的分类
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按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置,终端
管道和环状管道 。
普通气动设备大多采用不高于 8巴的压缩空气源，故一般按照
只有一种压力要求来处理，采用同一压力管道，用减压阀
来满足用气设备的压力要求。
1.终端管道
这种系统简单，经济性好。多用于间断供气，一条支路上可
安装一个截止阀，用于关闭系统。管道应在流动方向上有
1,100的斜度以利于排水,并在最低位置 设置排水器。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主管路配管方式 (Piping layout)
1.终端管道
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按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配
置,终端管道和环状管道 。
2．环状管道
这种系统供气 可靠性高，压力损失小，压力稳定，但
投资较高 。在环状主管道系统中空气从两边输入到达高的
消耗点，这可将减压力降至最低。这种系统中 冷凝水会流
向各个方向,因此必须设置足够的自动排水装置。另外，
每条支路上及支路间都要设置截止阀。这样，当关闭支路
时，整个系统仍能供气。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主管路配管方式 (Piping layout)
2．环状管道
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当压缩空气有多种压力要求时,
1）气动设备有多种压力要求且用气量都比较大时，采用多种
压力管道空气系统，设置多种压力管网，分区供气；
2）管路中多数设备为低压装置但有少数高压装置时，该怎么
办呢？
可采用管道空气与瓶装供气相结合的供气系统，管道供大量低
压气，瓶装供少量高压气。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主要内容
? 气缸的分类；
? 典型气缸的结构特点及工作原理；
? 气缸的设计计算；
? 气动马达；
? 气缸的选择和使用。
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? 在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件
被称为 气动执行元件 。
? 可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称
为 气缸 ；
? 可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为 气马达 。
0.绪论
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在气动自动化系统中,气缸由于其相对 较低的成本、容
易安装、结构简单、耐用、各种缸径尺寸及行程可选,因而
是应用最广泛的一种执行元件。
根据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。
要完全确切地对气缸进行分类较困难,气缸主要的分类方式
如下,
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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1.气缸的分类 (Cylinder types)
1、按结构分类，其分类如图。
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2、按尺寸分类
? 通常将缸径为 2.5～ 6mm的称为 微型气缸
? 8～ 25mm为 小型气缸
? 32～ 320mm为 中型气缸
? 大于 320mm为 大型气缸 。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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3、按安装方式分类
? 固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动，如图 9-2（ a）、
（ b）、（ c）、（ d）所示。
? 摆动式气缸 缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动。
如图 9-2（ e）、（ f）、（ g）所示。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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3、按安装方式分类
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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4、按缓冲方式分类
? 活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞在行程终端撞击端盖造
成气缸损伤和降低撞击噪音，在气缸行程终端，一般都设有缓冲装置。
缓冲可分为 单侧缓冲和双侧缓冲, 固定缓冲和可调缓冲 。
? 设有缓冲装置的气缸，称 缓冲气缸 ；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲
气缸适用于 微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸 。
? 气缸的缓冲可分为 弹性垫缓冲 (一般为固定的 )和气垫缓冲 (一般为可调
的 )。弹性垫缓冲是在 活塞两侧 设置 橡胶垫,或者在 两端缸盖 上设置橡
胶垫,吸收动能,常用于缸 径小于 25mm的气缸 。气垫缓冲是利用活塞在
行程终端前封闭的 缓冲腔室 所形成的气垫作用来吸收动能的,适用于 大
多数气缸的缓冲 。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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5、按润滑方式分类
? 可分为 给油气缸和不给油气缸 两种。给油气缸使用的工
作介质是 含油雾的压缩空气,对气缸内活塞、缸筒等相
对运动部件进行润滑。不给油气缸所使用的压缩空气中
不含油雾，是靠装配前预先添加在密封圈内的 润滑脂 使
气缸运动部件润滑的。
? 使用时应注意，不给油气缸也可以给油使用,但一旦给
油使用后,则必须一直给油使用,否则将引起密封件过快
磨损。 这是因为压缩空气中的 油雾已将润滑脂洗去,而使
气缸内部处于无油润滑状态 了。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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6、按驱动方式分类
? 按驱动气缸时压缩空气 作用在活塞端面 上的方向分
? 有 单作用气缸和双作用气缸 两种。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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? 普通气缸是指缸筒内只有 一个活塞和一个活塞杆 的气缸。
? 有 单作用和双作用 气缸两种。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 双作用气缸动作原理（ Double-acting cylinders）
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 单作用气缸动作原理（ Single-acting cylinders）
单作用气缸在缸盖 一端气口输入压缩空气 使活塞杆伸出（或缩回）,而另一
端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。
单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可 节约一半压缩空气 。主要用
在 夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给 等操作上。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 单作用气缸动作原理（ Single-acting cylinders）
跟据复位弹簧位置，单作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸。
当弹簧装在有杆腔内，由于弹簧的作用力使气缸活塞杆初始位置处于缩回的位
置，这种气缸称为 预缩型单作用气缸 ；
当弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为 预伸型气缸 。
如图 9-4（ b）所示为预缩型单作用气缸结构原理图，这种气缸在活塞杆侧装有
复位弹簧,在前缸盖上开有呼吸用的气口 。除此之外，其结构基本上和双作
用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间 采用滚压铆接方式固定 。
单作用缸行程受内装回程弹簧自由长度的影响,其行程长度一般在 100mm以
内 。图 9-4（ a）所示是几种型号单作用缸的外形图。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 单作用气缸动作原理（ Single-
acting cylinders）
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 活塞式气缸主要由 缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元
件 组成。
（ 1） 缸筒
一般采用圆筒形结构,但随着气缸品种发展、加工工艺技术的提高，已广泛
采用 方形、矩形的异形 管材及用于防转气缸的 矩形或椭圆孔 的异形管材。
缸筒材料一般采用 冷拔钢管、铝合金管、不锈钢管、铜管和工程塑料管,
中小型气缸 大多用铝合金管和不锈钢管,对于广泛使用的 开关气缸 的缸
筒要求用非导磁材料，用于 冶金、汽车 等行业的重型气缸一般采用 冷拔
精拉钢管,也有用铸铁管 的。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 1） 缸筒
缸筒材料表面要求有一定的硬度,以抗活塞运动时的磨损。钢管内表面需 镀铬珩磨,镀层厚度
0.02mm，铝合金管需 硬质阳极氧化处理,硬氧膜层厚度 30～ 50μ m。缸筒与活塞间隙配合
精度 H9级，圆柱度误差 0.002～ 0.003，表面粗糙度为 Ra0.2～ 0.4，缸筒两端面对内孔轴
线的垂直度允差 0.05～ 0.1，气缸筒应能承受 1.5倍最高工作压力 条件下的耐压试验，不
得有泄漏
缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式进行计算,
式中,b — 缸筒壁厚 (cm)；
D— 缸筒内径 (cm)；
p— 缸筒承受的最大气压力 (Mpa)；
[σ ] — 缸筒材料的许用应力 (MPa)。
? 实际缸筒壁厚,对于一般用途的气缸约取 计算值的 7倍,重型气缸约取 计算值的 20倍,再圆
整到标准管材尺寸。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
][2 ?
pD
b ?
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（ 2）活塞杆
活塞杆是用来 传递力 的重要零件,要求能承受 拉伸、压缩、振动 等
负载,表面耐磨,不生锈。活塞杆材质一般选用 35,45碳钢,特殊场合
用精轧不锈钢等材料，钢材表面需镀铬及调质热处理。
气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于 活塞杆头部的螺纹受
冲击而遭受破坏 ；多数场合活塞杆承受的是 推力负载,必须考虑细长
杆的 压杆稳定性 。气缸水平安装时，应考虑活塞杆伸出 因自重而引起
活塞杆头部下垂 的问题。活塞杆头部连接处，在大惯性负载运动停止
时，往往伴随着冲击，由于 冲击作用 而容易引起活塞杆头部遭受破坏。
因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲
吸收装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 3）活塞
气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内做摩擦滑动，且必须承受冲击。
在高速运动场合,活塞有可能撞击缸盖。因此,要求 活塞具有足够的强
度和良好的滑动特性 。对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能,特别
是 耐磨性和不发生, 咬缸, 现象。
活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞
宽度越小,气缸的总长就越短。 活塞的滑动面小容易引起 早期磨损和
卡死，如, 咬缸, 现象。
一般对标准气缸而言,活塞宽度约为缸径的 20～ 25%，该值需综合考虑使
用条件，由活塞与缸筒、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。
活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有用黄铜制造的 。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 4）导向套
导向套用作活塞杆往复运动时的导向 。因此，同对活塞的要
求一样,要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞
杆受重载时引起的 弯曲、振动及冲击 。在粉尘等杂物进入
活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤。
导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料,也可用
铜颗粒烧结的含油轴承材料。
导向套内径尺寸容许公差一般取 H8，表面粗糙度 Ra0.4。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封, 动密封和静密封 。
缸筒和缸盖等固定部分的密封称为 静密封 ；
活塞在缸筒里作回转或往复运动处的部件密封称为 动密封。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）气缸的密封
①缸盖和缸筒连接的密封
一般采用Ｏ形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时
也采用橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。
②活塞的密封
活塞有两处地方需密封,一处是 活塞与缸筒间的动密封,除了用Ｏ形圈和
唇形圈外,也有用 W形密封，它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封
结构,W形密封是双向密封,轴向尺寸小。另一处是 活塞与活塞杆连接
处的静密封,一般用Ｏ形密封圈。图 9-5为常用活塞式密封结构。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）气缸的密封
③活塞杆的密封
一般在缸盖的沟槽里放置唇形圈和防尘圈,或防尘组合圈,保证活塞杆往复
运动的密封和防尘。
④缓冲密封
有两种方法,一种是 采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上 ；另一种是 采用气
缸缓冲专用密封圈,它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体构成,压配
在缸盖上作缓冲密封，这种缓冲专用密封圈的性能比前者好。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封原理
气缸密封性能好坏, 是影响气缸性能的重要因素 。 按密封原理,
可将密封圈分成 压缩密封圈和气压密封圈 两大类 。
如图 9-6所示 。 压缩密封 是依靠安装时的预压缩力使密封圈产
生弹性变形达到密封作用的, 如Ｏ型和方型密封圈等,
如图 9-6（ a） 所示 。 气压密封 是靠工作气压使密封圈的唇部变
形来达到密封作用的, 如唇型密封圈, 如图 9-6（ b） 所示 。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封原理
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
（ 5）密封原理
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标准气缸 是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、普通
厂商通常作为通用产品供应市场的气缸。如符合国际标准 ISO6430、
ISO6431或 ISO6432的普通气缸。符合我国标准 GB8103-87（即
ISO6431）、德国标准 DIN ISO6431等气缸都是标准气缸。
在国际上，几乎所有的气动专业厂商目前都已生产符合 ISO6431，
ISO6432标准的气缸 。对于 ISO6431标准而言,标准主要内容是对气缸
的缸径系列、活塞杆伸出部分的螺纹尺寸 作了规定，对同一缸径的气
缸的外形尺寸（ 其长度、宽度、高度 ）作了限制，并对 气缸的连接尺
寸作了统一 的规定。这一规定仅 针对连接对外部连接尺寸的统一,而
连接件与气缸的连接尺寸未作规定。
因此，对于两家都符合 ISO6431标准的气缸 不能直接互换，而必须连同连
接件一起更换 。这一点在气缸选用时要特别注意。
4.标准气缸
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? 气缸的 缸筒内径 D（简称缸径）和 活塞行程 L是选择气缸的重要参数。
? 1,缸径 D,气缸的缸筒内径尺寸见表 9-1(GB2348)
5.气缸的规格
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? 2,活塞行
程 L
气缸活塞行程
系列按照 优
先顺序 分成
三个等级选
用，见表 9-
2至表 9-4。
5.气缸的规格
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? 3,常用中小型
气缸尺寸
? 见表 9-5。其中
标准行程是指
符合 行程系列
尺寸的，生产
厂商能正常供
货的规格 。
5,气缸的规格
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1.气缸的 理论 输出力
普通双作用气缸的 理论推力 （ N）为,
式中,D一缸径 (m),p一气缸的工作压力 (Pa)。
理论拉力 (N)为,
式中,d一活塞杆直径 （ m） 时,估算时可令 d=0.3D。
6.普通气缸的设计计算
pDF 20
4
??
pdDF )(
4
22
1 ??
?
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1.气缸的 理论 输出力
普通单作用气缸 (预缩型 )理论推力 为,
理论拉力 为,
普通单作用气缸 (预伸型 )理论推力 为,
理论拉力,
式中,D — 缸径（ m）,d — 活塞杆直径（ m）,p — 工作压力
（ Pa）,Ft1— 复位弹簧预压量及行程所产生的弹簧力（ N）,Ft2— 复
位弹簧预紧力（ N）
6.普通气缸的设计计算
1
2
0 4 tFpDF ??
?
21 tFF ?
20 tFF ?
1
22
0 )(4 tFpdDF ???
?
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? 2,气缸的负载率
? 气缸的负载率,是指气缸的实际负载力 F与理论输出力 F0之比。
? 负载力 是选择气缸的重要因素。负载情况不同，作用在活塞轴上的实际负载
力也不同。
6.普通气缸的设计计算
0
100%
F
F
? ??
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? 2．气缸的负载率
? 表 9-6所示几个负载实例。
6.普通气缸的设计计算
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? 2,气缸的负载率
6.普通气缸的设计计算
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? 举例 用气缸水平推动台车，负载质量 M=150kg，台车与床面间摩擦
系数 0.3，气缸行程 L=300，要求气缸的动作时间 t=0.8s，工作压力
P=0.5Mpa。试选定缸径。
6.普通气缸的设计计算
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? 3,气缸的耗气量
耗气量 是指气缸住复运动时所消耗的压缩空气量，它的大小与气缸的性
能无关，但它是选择空压机排量的重要参数。 气缸的耗气量与气缸的
活塞直径 D、活塞杆直径 d、活塞的行程 L以及单位时间往返次数 N有关。
以 单出杆双作用气缸 为例，活塞杆伸出和退回行程的耗气量分别为
因此, 活塞 往复一次所耗压缩空气量 为
若活塞每分钟往返 N次, 则 每分钟活塞运动的耗气量 为
6.普通气缸的设计计算
2
1 4V D L
??
22
2
()
4
DdVL? ??
22
12 ( 2 )4V V V L D d
?? ? ? ?
V V N? ?
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? 3,气缸的耗气量
上述计算的是 理论耗气量, 但由于泄漏等因素的影响, 实际耗气量要更
大些 。 因此 实际耗气量
Vs=（ 1.2～ 1.5） V’
计算的是压缩空气的耗气量, 这是选择 气源供气量 的重要依据 。 未经压
缩的自由空气的耗气量 要比该值大, 当实际消耗的压缩空气量为时,
其 自由空气的耗气量 为
式中 p为工作压力 （ Mpa） 。
6.普通气缸的设计计算
0, 1 0 1 3
0, 1 0 1 3
s z s
p
VV
?
?
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无杆气杆没有普通气缸的 刚性活塞杆,它利用活塞直接或间接实现
往复运动。行程为 L的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间
约为 2.2L。没有活塞杆，则占有安装空间仅为 1.2L，且行程缸径比可
达 50至 100。没有活塞杆，还能避免由于活塞杆及杆密封圈的损伤而带
来的故障。而且由于没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等，双向行程
具有同样的推力，有利于提高定位精度。
这种气缸的最大优点是 节省了安装空间, 特别适用于小缸径, 长行程
的场合 。 无杆气缸现已广泛用于 数控机床, 注塑机 等的 开门装置 上及
多功能坐标机器手的 位移 和自动输送线上 工件的传送 等 。
7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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? 无杆气缸
主要分为
机械接触
式和磁性
耦合式 两
种。通常
将磁性耦
合无杆气
缸称为 磁
性气缸 。
7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
图 5.19 绳索气缸
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7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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? 图 9-10（ b）所示为一种磁性耦合的无杆气缸。它是在活塞上安装了一
组 高磁性的永久磁环 4,磁力线通过薄壁缸筒 (不锈钢或铝合金非导磁材
料 )与套在外面的另一组磁环 2作用。由于两组磁环极性相反具有很强
的吸力。当活塞在一侧输入气压作用下移动时,则在磁耦合力作用下,
带动套筒与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。
? 它的特点,小型、重量轻、无外部空气泄漏、维修保养方便 。当速度
快、负载大时,内外磁环易脱开,即负载大小受速度影响,且磁性藕合
的无杆气缸中间不可能增加支承点,最大行程受到限制,图 9-10（ a）
为其外形图。
7.磁感应气缸 (Cylinder with magnetic )
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? 磁性开关气缸 是指在气缸的活塞上装有一个永久磁环，而将磁性开关
装在气缸的缸筒外侧。其余和一般气缸并无两样。气缸可以是各种型
号的气缸，但缸筒必须是 导磁性弱、隔磁性强 的材料。如铝合金、不
锈钢、黄铜等。当随气缸移动的磁环靠近磁性开关时，舌簧开关的两
根簧片被磁化而触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后，簧
片失磁，触点断开。这样可以检测到气缸的活塞位置而控制相应的电
磁阀动作。图 9-11为带磁性开关气缸的工作原理图。
? 以前，气缸行程位置的检测是 靠在活塞杆上设置行程挡块触动机械行
程阀来发信号的 。从而给设计、安装、制造带来不便。而用磁性开关
气缸则使用方便、结构紧凑、开关反应时间快，故得到广泛应用。
8.带磁性开关的气缸 (Cylinder with magnetic
limited switch)
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8.带磁性开关的气缸 (Cylinder with magnetic
limited switch)
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? 摆动气缸 是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称
为 旋转气缸 。摆动气缸目前在工业上应用广泛，多用于安装位置受到
限制，或转动角度小于 3600的回转工作部件，其动作原理也是将压缩
空气的压力能转变为机械能。常用的摆动气缸的最大摆动角度分为
900,1800,2700三种规格。图 9-12为其应用实例。
? 按照摆动气缸的结构特点可分为 齿轮齿条式和叶片式 两类。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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1．齿轮齿条式摆动气缸
齿轮齿条式摆动气缸有 单齿条和双齿条 两种。图 9-13（ b）为单齿条式摆
动气缸的结构原理图，压缩空气推动活塞 6带动齿条 3作直线运动，齿
条 3则推动齿轮 4作旋转运动，由输出轴 5（齿轮轴）输出力矩。输出轴
与外部机构的转轴相连，让外部机构作摆动。
摆动气缸的行程终点位置可调，且在终端可调缓冲装置，缓冲大小与气缸
摆动的角度无关，在活塞上装有一个永久磁环，行程开关可固定在缸
体的安装沟槽中 。图 9-13（ a）为其外形图。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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2、叶片式摆动气缸
叶片式摆动气缸可分为 单叶片式和双叶片式和多叶片式 。叶片越多,摆动
角度越小,但扭矩却要增大。单叶片型输出摆动角度小于 3600，双叶片
型输出摆动角度小于 1800,三叶片型则在 1200以内。
图 9-14（ b）、（ c）分别为单、双叶片式摆动气缸的结构原理图。在定子
上有两条气路，当左腔进气时，右腔排气，叶片在压缩空气作用下逆
时针转动，反之，作顺时针转动。旋转叶片将压力传递到驱动轴上作
摆动。可调止动装置与旋转叶片相互独立，从而使得挡块可以调节摆
动角度大小。在终端位置，弹性缓冲垫可对冲击进行缓冲。
图 9-14（ a）为叶片式摆动缸的外形图。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。
图 9-15所示的 气爪的特点 是,
1) 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；
2) 抓取力矩恒定；
3) 在气缸两侧可安装非接触式检测开关；
4) 有多种安装、连接方式。
10.气爪（手指气缸）（ Gripper）
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? 图 9-15（ a）所示为 FESTO平行气爪，平行气爪通过两个活
塞工作，两个气爪对心移动。这种气爪可以输出很大的抓
取力，既可用内抓取，也可用于外抓取。
? 图 9-15（ b）所示为 FESTO摆动气爪，内外抓取 400摆角,
抓取力大，并确保抓取力矩始终恒定。
? 图 9-15（ c）所示为 FESTO旋转气爪，其动作和齿轮齿条的
啮合原理相似。两个气爪可同时移动并自动对中，其齿轮
齿条原理确保了抓取力矩始终桓定。
? 图 9-15（ d）所示为 FESTO三点气爪，三个气爪同时开闭，
适合夹持圆柱体工件及工件的压入工作。
10.气爪（手指气缸）（ Gripper）
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? 气液阻尼缸是 一种由气缸和液压缸构成的组合缸 。 由 气缸产生驱动力,
而用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动 。 这种气缸常用于 机床和
切削加工的进给驱动 装置,克服了普通气缸在负载变化较大时容易 产生
的, 爬行, 或, 自移, 现象, 可以满足驱动刀具进行切削加工的要求 。
? 图 9-16所示为串联式气 — 液阻尼缸原理图 。 它的液压缸和气缸共用同一
缸体, 两活塞固联在同一活塞杆上 。 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活塞左移, 此时液压缸左腔排油经节流阀 5
流向右腔, 对活塞杆的运动起阻尼作用 。 调节节流阀便可控 制排油速
度, 由于两活塞固联在同一活塞杆上, 便也控制了气缸活塞的左行速
度 。 反向运动时因单向阀 3开启, 活塞杆可快速缩回, 液压缸无阻尼 。
油箱 4是为了克服液压缸两腔面积差和补充泄漏用的, 如将气缸, 液压
缸位置改为图 9-17的并联型气 — 液阻尼缸, 则油箱可省去, 改为油杯补
油即可 。
11.气 — 液阻尼缸
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11.气 — 液阻尼缸
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11.气 — 液阻尼缸
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12.特殊气缸
（ 一 ） 套筒气缸
套筒气缸又称 伸缩气缸,分为单作用和双作用两种，图 5.8所示为其结
构原理图。
其特点 是行程长，径向尺寸较大，轴向尺寸小，推力和速度随工作行程
的变化而变化。气缸的推力由最后一级即直径最小的一级来确定。
图 5.8 套筒气缸结构原理
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12.特殊气缸
(二 )多位气缸
采用数个气缸串联起来, 并通过设定各个气缸的行程 。 以
获得多个停止位置伪气缸, 称 多位气缸 。 其结构原理如图
5.9所示 。
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12.特殊气缸
图 5.9 多位气缸
a)三位气缸 b)四位气缸
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12.特殊气缸
（ 三 ） 串联气缸
将两个缸径相同的普通双作用气缸串联在一起即为串联气缸, 如图
5.10所示 。
由于两个活塞串联在一根活塞杆上, 其 输出力比一个活塞的气缸增加一倍 。
这种气缸常用于要求 增加气缸输出力, 而不能增大气缸直径, 但允许
增长缸体的场合 。
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12.特殊气缸
(四 )制动气缸
带有制动装置的气缸称为制动气缸, 也称锁紧气缸 。 制动装置一般安装在普通
气缸的前端, 其结构有卡套锥面式, 弹簧式和偏心式等多种形式 。 图 5.12a所示
的制动气缸为卡套锥面式制动装置, 它由 制动闸瓦, 制动活塞和弹簧 等构成 。
图 5.12 制动气缸
a) 制动气缸 b) 放松状态 c）夹紧状态
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12.气动马达（ Air motors）
? 气动马达 是一种作连续 旋转运动 的气动执行元件，是一种
把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，
其作用相当于 电动机或液压马达,它输出转矩、驱动执行
机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是 叶片式、活
塞式和齿轮式 气马达。
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1,叶片式气动马达的工作原理
图 9-18所示是双向叶片式气动马达的工作原理图。压缩空气由
A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部 (图中未
表示 )，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，大部分压缩空气
进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度
不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功
后的气体由定子上的孔 c和 B排出。若改变压缩空气的输入方向
（即压缩空气由 B孔进入,A孔和 C孔排出），则可改变转子的转
向。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
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（ 1）气动马达的特点
1）工作安全，具有 防爆性能,适用于恶劣的环境，在易燃、易爆、高温、
振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。
2）有 过载保护 作用。过载时马达只是降低转速或停止，当过载解除后运
转，并不产生故障。
3）可以 无级调速 。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转速。
4）比同功率的电动机轻 1／ 3～ 1／ 10，输出 功率惯性比较小 。
5）可长期满载工作，而 温升较小 。
6)功率范围及转速范围均较宽，功率小至几百瓦，大至几万瓦，转速可
从每分钟几转到上万转。
7）具有较高的 启动转矩,可以直接带负载启动。启动、停止迅速。
8）结构简单，操纵方便，可正反转，维修容易，成本低。
9） 速度稳定性差 。输出功率小，效率低，耗气量大。噪声大，容易产生
振动。
12.气动马达（ Air motors）
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齿轮式气马达
齿轮式气马达有双齿轮式和多齿轮式, 而以双齿轮式应用得最多 。 齿轮可采用直
齿, 斜齿和人字齿 。 图 5.43为齿轮式气马达结构原理 。 这种气马达的工作室
由一对齿轮构成, 压缩空气由对称中心处输入, 齿轮在压力的作用下回转 。
采用直齿轮的气马达可以正反转动, 采用人字齿轮或斜齿轮的气马达则不能
反转 。
如果采用直齿轮的气马达, 则供给的压缩空气通过齿轮时不膨胀, 因此效率
低 。 当采用人字齿轮或斜齿轮时, 压缩空气膨胀 60％ 一 70％, 提高了效率 。
齿轮式气马达与其它类型的气马达相比, 具有体积小, 重量轻, 结构简单,
对气源质量要求低, 耐冲击及惯性小等优点 。 但转矩脉动较大, 效率较低 。
小型气马达转速能高达 10000r／ min,大型的能达到 1000r／ min,功率可达
50kW。 主要应用于矿山工具 。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
图 5.43 齿轮式气马达结构原理
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（ 2）气动马达的应用
气动马达的工作适应性较强，可适用于无级调速、启
动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不
便人工操纵及有过载可能的场合。目前，气动马达主要应
用于矿山机械、专业性的机械制造业、油田、化工、造纸、
炼钢、船舶、航空、工程机械等行业，许多气动工具如风
钻、风扳手、风砂轮等均装有气动马达。随着气压传动的
发展，气动马达的应用将更趋广泛。图 9-19为气马达的几
个应用实例。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
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气缸的合理选用,是保证气动系统正常稳定工作的前提。
所谓 合理选用气缸,就是要根据各生产厂家要求的选用
原则，使气缸符合正常的工作条件，这些条件主要包
括工作压力范围、负载要求、工作行程、工作介质温
度、环境条件 (温度等 )、润滑条件及安装要求等。
13.气缸的选择和使用要求
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1．气缸的选择要点
1）根据气缸的负载状态和负载运动状态确定 负载力 F和负载率,再根据 使用压力
应小于气源压力 85％的原则,按气源压力确定使用压力 P。对单作用缸按杆径
与缸径比为 0.5，双作用缸杆径与缸径比为 0.3～ 0.4预选，并根据公式便可求
得缸径 D，将所求出的 D值标准化即可。如 D尺寸过大,可采用机械扩力机构 。
2）根据气缸及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程,为便于安装调试，对
计算出的距离以 加大 10～ 20mm为宜，但不能太长,以免增大耗气量。
3）根据使用目的和安装位置确定气缸的品种和安装形式。可参考相关手册或产品
样本。
4）活塞 (或缸筒 )的运动速度主要取决于 气缸进、排气口及导管内径,选取时以气
缸进排气口连接螺纹尺寸为基准。为获得缓慢而平稳的运动可采用气 — 液阻尼
缸。普通气缸的运动速度为 0.5～ 1m／ s左右，对高速运动的气缸应选用缓冲缸
或在回路中加缓冲。
13.气缸的选择和使用要求
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2．气缸的使用要求
1）气缸的一般工作条件是：周围环境及介质温度 5～ 600，工作压力 0.4～ 0.6Mpa
（表压）。超出此范围时，应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。
2）安装前应在 1.5倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。
3）在整个工作行程中负载变化较大时，应使用有足够出力余量的气缸。
4）不使用满行程工作，特别在活塞伸出时．以避免撞击损坏零件。
5）注意合理润滑，除无油润滑气缸外应正确设置和调整油雾器，否则将严重影响
气缸的运动性能甚至不能工作。
6）气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破
坏，大多数场合活塞杆承受的是推力负载,必须考虑细长杆的压杆稳定性和气
缸水平安装时活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。安装时还要注
意受力方向，活塞杆不允许承受径向载荷。
7）活塞杆头部连接处,在大惯性负载运动停止时,往往伴随着冲击,由于冲击作用
而容易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负
载停止的阻挡装置和缓冲装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。
13.气缸的选择和使用要求
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总结
?气源系统的组成
?气源系统的净化装置
?气动执行元件
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1) 气缸为何需要缓冲装置, 简述之 。
2) 在行程较长的场合, 如上升台等, 应采用哪一种形式的气缸 。
3) 气缸的安装形式有那几种 。
4) 简述叶片式气动马达的工作原理 。
5) 单作用气缸内径 D=63mm,复位弹簧最大反力 F=150N,工作压力
p=0.5MPa,负载率为 0.4,该气缸的推力为多少？
6) 单杆双作用气缸内径 D=125mm,活塞杆直径 d=36mm,工作压力 p=0.5MPa，
气缸负载率为 0.5,求该气缸的拉力和推力各为多少？
7) 单杆双作用气缸内径 D=100mm,活塞杆直径 d=40mm,行程 L=450mm,进
退压力均为 p=0.5MPa,在运动周期下 （ 容积效率 ） 连续运转,
求一个往返行程所消耗的自由空气量为多少？
14.思考题与习题
0,9V? ?
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Take a Break
第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件
2005－ 6－ 20
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教学内容,
? 气源系统的组成
? 气源系统的净化装置 （难点）
? 气动执行元件 （重点）
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气动系统的基本组成部分包括哪些呢？请大家根据机器的组成部分先
思考一下？
机器是由三部分组成,
原动机 （能量的产生或转换）,传动机构 （能量的传递、分配和控制
）,工作机 （能量的消耗）。
气动系统的基本组成部分,
压缩空气的产生、压缩空气的传输、压缩空气的消耗（工作机） 。
气动系统的基本组成示意图如下图所示。
一, 气动系统的基本组成,
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由 压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统 三个主要
部分组成。
一, 气动系统的基本组成,
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一、气动系统的基本组成示例
气压产生装置
分
水
滤
气
器
压
力
控
制
阀
油
雾
器
方
向
控
制
阀
消声器 流量控制阀
汽 缸
气压的传递、分配和控制 即输送系统
气压的消耗
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二, 气动系统 各组件及主要功能
① 压缩机,把机械能转变为气压能。
② 电动机,给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。
③ 压力开关,被调节到一个最高压力：停止电动机，最低压力，重新
激活电动机。
④ 单向阀,阻止压缩空气反方向流动。
⑤ 储气罐,贮存压缩空气。
⑥ 压力表,显示储气罐内的压力。
⑦ 自动排水器,无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。
⑧ 安全阀,当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。
⑨ 冷冻式空气干燥器,将压缩空气冷却到零上若干度，以减少系统中的
水份。
⑩ 主管道过滤器,它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必
须具有最小的压力降和油雾分离能力。
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二, 气动系统 各组件及主要功能
① 压缩空气的分支输出管路,压缩空气要从主管道顶部输出到分支
管路，以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里，当压缩空气达到
低处时，水传到管子的下部，流入自动排水器内，将凝结水去除。
② 自动排水器,每一根下接管的末端都应有一个排水器，最有效的
方法是用一个自动排水器，将留在管道里的水自动排掉。
③ 空气处理组件,使压缩空气保持清洁和合适压力，以及加润滑油
到需要润滑的另件中以延长这些气动组件的寿命,
④ 方向控制阀,通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运
动的方向。
⑤ 执行组件,把压缩空气的压力能转变为机械能，图标是一个直线
气缸，它也可以是回转执行组件或气动马达等。
⑥ 速度控制阀,能简便实现执行组件的无级调速。
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二, 气动系统 各组件及主要功能
请大家思考一下,
在气动系统中,压缩空气为什么能推动气缸往复运动,即为
什么能实现气压传动？
是不是因为压缩空气有压力？压力是如何产生的呢？
压力是由于气体分子热运动而互相碰撞，在容器的单位面积上产
生的力的统计平均值。
那我们该如何来度量压缩空气呢？
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三, 气动技术中的压力概念
在 ISO标准中压力的单位为帕斯卡（ 1Pa=1N/m2），由于这个单
位非常小，为了阅读和表达方便，常用 0.1MPa(1bar)为压力单位，这
个单位适合在工业中应用,
1Mpa＝ 103Kpa＝ 106Pa
0.1MPa=100Kpa=1bar（巴）
在工程上有时也使用老的公制单位 kgf／ cm2 （千克力每平方厘米）, atm
（ atmosphere大气压）, lbf/in2(psi，磅力每平方英寸 )等以满足实际
需要。
绝对压力,相对于真空的压力
表压力（ GA）,高于大气压的那部分压力
真空度（ Torr）,低于大气压的压力
标准大气压,1013mbar＝ 760Torr（托为 1mm汞柱产生的压力）
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四, 气动技术中的压力表示
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五, 气源系统
1
2
3 4 5
6
普通气源
净化气源
气源系统 是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系
统一般由 气压发生装置,压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组
成。典型的气源及空气净化处理系统如图所示。
1-空压机 2-储气罐 3-阀门 4-主管过滤器 5-干燥机 6-主管过滤器
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六, 空气压缩机 ( Air compressor)
1.空压机是气压发生装置 。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空
气的压力能。
2,按工作原理分类,可分为 容积式 空压机和 速度式 空压机。容积式空压机
的工作原理是 压缩空压机中气体的体积,使单位体积内空气分子的密
度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是 提高气体
分子的运动速度以此增加气体的动能,然后将气体分子的动能转化为
压力能以提高压缩空气的压力。
3.空气压缩机分为 往复式与回转式 两大类。往复式可细分为 活塞式与膜片
式,回转式可 细分为叶片式与螺杆式 。
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六, 空气压缩机 ( Air compressor)
4.按空压机输出压力大小分类
低压空压机 0,2 ～ 1,0MPa
中压空压机 1,0 ～ 10MPa
高压空压机 10 ～ 100MPa
超高压空压机 ＞ 100MPa
5.按空压机输出流量 (排量 )分类
微型 ＜ 1m3／ Min
小型 1 ～ 10 m3／ Min
中型 10 ～ 100 m3／ Min
大型 ＞ 100m3／ Min
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气压传动
? 气压发生装置
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七,空压机的工作原理
1.常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三
种,下图为 单级活塞式空压机工作原理 。
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七,空压机的工作原理
1.单级活塞式空压机通常用于需要（ 0.3-0.7） Mpa压力范围的系统。
在单级压缩机中,若空气压力超过 0.6Mpa，产生的过热将大大
地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时，应采取多级压缩。
2.多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压
缩气体排气量。下面介绍多级空压机工作原理
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七,空压机的工作原理
2.二级活塞式空压机工作原理。
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七,空压机的工作原理
2.由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。
如果最终压力为 0.7Mpa，第一级通常将它压缩到 0.3Mpa，然后
经过中间冷却器被冷却，压缩空气通过中间冷却器后温度大大
下降，再输送到第二级气缸中压缩到 0.7Mpa。因此，相对于单
级压缩机提高了效率。 最后输出温度可控制在 120度左右。
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七,空压机的工作原理
3.叶片式空压机
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七,空压机的工作原理
3.在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排
气阀。在转子的每 — 次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸
气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小。
通常情况下，叶片式空压机需采用润滑油对叶片、转子和
机体内部进行润滑、冷却和密封，所以 排出的压缩空气中含有
大量的油份 。因此在排气口需要安装 油气分离器和冷却器,以
便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。
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七,空压机的工作原理
4.膜片式压缩机
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七,空压机的工作原理
4.膜片式压缩能提供 5巴的压缩空气。由于它完全没有油，
因此广泛用于食品、医药和相类似的工业中。膜片使气室容积
发生变化，在下行程时吸进空气，上行程时压缩空气。
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式空压机
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式空压机
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七,空压机的工作原理
5.螺杆式压缩机,由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向
运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空
气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆，油分离器将油与输出空气分
开。
此类压缩机可连续输出流量可超过 400m3／ min，压力高达 10巴。
和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出 连续的无脉动的压缩
空气 。 虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐，但过去工业上最普
遍使用的仍然是往复式压缩机。
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八,空压机的特性参数
1.压缩机的标准流量,用标准容积流量来表示，在大气压下
有压流量,在有压工作状态下的流量 ;p标＝ 1.013bar
2.输出流量的确定,k1漏损 1.15～ 1.5,k2备用 1.3～ 1.6,k3利用，查
表
3.热效率及总效率,单级压缩机的最终压力较低，其纯容积效率较高。
然而，随着最终压力的逐渐增加，热量损失变得愈来愈重要，具有较
高热效率的二级压缩机的优越性就体现出来了。
,单位能量消耗, 是衡量总效率的指针，并且能用于估计制造压缩空气
所需的费用。平均估算,1kw电能产生 120～ 150L／ min(=0.12—
0.15m3／ min／ kw)工作压力为 7巴的压缩空气 。
压
压标
标压
标 ＝ QTp
Tp
Q
QQ 321c kkk＝
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八,空压机的特性参数
单级 /多级压缩机总效率图
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九,空压机的选用
1.根据气动系统所需要的 工作压力和流量 确定空压机的输出压力 Pc
和供气量 Qc,
P为气动系统的工作压力（ Mpa）,为系统中各个气动执行元件工作
的最高工作压力。
为气动系统总的压力损失,除了考虑管路的沿程阻力损
失和局部阻力损失外，还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所
必需的最低输入压力，以及气动元件工作时的压降损失。
cp p p? ? ??
p??
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十,空压机的选用
2.空压机供气量的大小应包括,目前气动系统中各设备所需的耗气
量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数（如避免空压机
在全负荷下不停地运转、气动元件和管接头的漏损及各种气动
设备是否同时连续使用等）
Q为气动系统的最大耗气量（ m3／ Min）；
K为修正系数。一般可取 =1.3～ 1.5。
有了供气压力与供气量，按空压机的特性要求，选择空压
机的类型和型号。
cQ k Q?
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十一,空压机的使用注意事项
1,空压机的安装位置。 空压机的安装地点必须清洁，无粉尘、通风
好、湿度小、温度低且要留有维护保养空间，所以一般要安装在
专用机房内。
2,噪音。 空压机一运转即产生噪音。必须考虑噪音的防治，如设置
隔声罩、设置消声器、选择噪音较低的空压机等。一般而言，螺
杆式空压机的噪音较小。
3,使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查润滑油位，并用手拉动
传动带使机轴转动几圈，以保证启动时的润滑。启动前和停车后，都应及
时排除空压机气罐中水分。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
1,储气罐的作用,
1）使压缩空气供气平稳，减少压力脉动。
2）作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。
3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。
4）可降低空压机的启动 -停止频率，其功能相当于增大了空压机的功
率。
5）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为
水。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
2.储气罐的形状,储气罐的
容积愈大，压缩机运行
时间间隔就愈长。储气
罐一般采用圆筒状焊接
结构，有立式和卧式两
种，一般以立式居多。
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十二, 储气罐 (Reservoir)
3.储气罐的使用注意事项,
1） 储气罐属于压力容器,应遵守压力容器的有关规定，必须有产品耐
压合格证书。
2） 储气罐上必须安装有安全阀 （当储气罐内的压力超过允许限度，可
将压缩空气排出）,压力表 （显示储气罐内的压力）,压力开关
（用储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力，达
到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压
力跌到这个压力就重新启动电动机）,单向阀 （让压缩空气从压缩
机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动）、最低
处应设有 排水阀 （排掉凝结在储气罐内所有的水）。
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十三, 压缩空气净化处理装置 (Air cleaning equipment)
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十三, 压缩空气净化处理装置
从空压机输出的压缩空气到达各用气设备之前，必须将压缩
空气中含有的 大量水分、油分及粉尘杂质 等除去，以得到适当的
压缩空气质量，避免它们对气动系统的正常工作造成危害，并且
用减压阀调节系统所需压力以得到适当出力。在必要的情况下，
使用油雾器使润滑油雾化并混入压缩空气中润滑气动元件，降低
磨损，提高元件寿命。
? 除水过程；
? 过虑过程；
? 调压过程；
? 润滑过程。
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十三, 压缩空气净化处理装置
1.压缩空气的除水装置（干燥器） (Air dryers)
（ 1） 后冷却器
空压机输出的压缩空气温度高达 120～ 1800C,在此温度下，空气
中的水分完全呈气态。 后冷却器的作用 就是将空压机出口的高温压
缩空气冷却到 400C，并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，
以便对将其清除。后冷却器有 风冷式和水冷式 两大类。
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十三, 压缩空气净化处理装置
（ 1） 风冷式和水冷式后冷却器
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十三, 压缩空气净化处理装置
1.压缩空气的除水装置（干燥器） (Air dryers)
（ 2） 冷冻式空气干燥器
冷冻式空气干燥器的工作原理是，使湿空气 冷却到 其露点温度以下，使空气
中水蒸气 凝结成水滴并清除 出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。
冷冻式干燥器具有结构紧凑，使用维护方便，维护费用较低等优点，适用于
空气处理量较大，压力露点温度不是太低（ 2～ 50C）的场合。
冷冻式干燥器在使用时，应考虑进气温度、压力及环境温度和空气处理量。
进气温度应控制在 400C以下，超出此温度时，可在干燥器前设置后冷却器。进入
干燥器的压缩空气压力不应低于干燥器的额定工作压力。环境温度宜低于 400C，
若环境温度过低，可加装暖气装置，防止冷凝水结冰。干燥器实际空气处理量，
在考虑了进气压力、温度和环境温度等因素后，应不大于干燥器的额定空气处理
量。
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十三, 压缩空气净化处理装置
（ 2） 冷
冻式
空气
干燥
器
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（ 3）吸收式干燥器
? 吸收干燥法是一个 纯化学过程 。在干燥罐中，压缩空气中 水分与干燥剂发
生反应，使干燥剂溶解,液态干燥剂可从干燥罐底部排出。根据压缩空气
温度、含湿量和流速，必须及时填满干燥剂。
? 干燥剂的化学物质通常用 氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂 等。因为化学
物质是会慢慢用尽的。因此,干燥剂必须在一定的时间内 进行补充。
? 这种方法的 主要优点 是它的基本建设和操作费用都较低。但进口温度不得
超过 300C，其中干燥剂的化学物质具有较 强烈腐蚀性,必须仔细检查滤清，
防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。
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（ 3）吸收式干燥器
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压缩空气的过虑装置
（ 1） 主管道过滤器,安装在主要管路中。主管道过滤器必
须具有 最小的压力降和油雾分离能力,它能清除管道内
的灰尘、水份和油。这种过滤器的滤芯一般是 快速更换
型滤芯，过滤精度一般为 3～ 5um，滤芯是由合成纤维制
成，由于纤维以矩阵形式排列。
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压缩空气的过虑装置
（ 1） 主管道过滤器
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压缩空气的过虑装置
（ 2）标准过滤器
? 标准过滤器主要是 指安装在气动回路上,压缩空气从入口进入过滤器内部后，
因导流板 1（旋风叶片）的导向，产生了强烈的旋转，在离心力作用下，压缩
空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯 4的内表面上，在重力
作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出，
进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。 挡水板的
作用 是防止已积存在滤杯中的冷凝水再混入气流中。定期打开排水阀 6，放掉
积存的油、水和杂质。
? 标准过滤器的过滤精度为 5um。为防止造成二次污染，滤杯中的水每天都应
该是排空的。
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压缩空气的过虑装置
（ 2）标准过滤器
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压缩空气的过虑装置
（ 3） 自动排水器 (Water separator)
? 自动排水器用来自动排出管道、气罐、过滤器
滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应
用、靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，
而且有些场合也不便于人工操作，因此自动排
污装置得到广泛应用。自动排水器可作为单独
的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置
安装在过滤器等元件的壳体内（底部）。
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压缩空气的过虑装置
浮子式自动排水器 （ 3）自动排水器 (Water separator)
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压缩空气的过虑装置； 电机驱动自动排水器
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压缩空气的调压装置
所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，而在各种气动系
统中，皆可出现或多或少的压力波动。气动与液压传动不同，一
个气源系统输出的压缩空气通常可供多台气动装置使用。气源系
统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。
如果压力过高，将造成能量的损失并增加损耗；过低的压力则出
力不足，造成不良效率。 例如空压机的开启与关闭所产生的压力
波动对系统的功能会产生不良影响。 因此每台气动装置的供气压
力都需要用减压阀减压，并保持稳定。 对于低压控制系统 (如气动
测量 )，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供
气压力。
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压缩空气的调压装置
（ 1）减压阀
? 减压阀的作用 是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持
输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。
? 减压阀的调压方式 有 直动式和先导式 两种。直动式是借助弹簧力直
接操纵的调压方式；先导式是用预先调整好的气压来代替直动式调
压弹簧进行调压的，一般先导式减压阀的流量特性比直动式好。
? 直动式减压阀通径小于 20～ 25mm，输出压力在 0～ 1.0MPa范围内
最为适当，超出这个范围应选用先导式。
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压缩空气的调压装置,直动式减压阀
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压缩空气的调压装置
（ 2）先导式减压阀,先导式减压阀 是使用预先调整好压力的
空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀部
分的结构与直动式减压阀相同。先导式减压阀的调压空
气一般是由小型的直动式减压阀供给的。若将这个小型
直动式减压阀与主阀合成一体，则称为 内部先导式减压
阀 。若将它与主阀分离，则称为 外部先导式减压阀,它
可以实现远距离控制。
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（ 2）先导式减压阀
压缩空气的调压装置
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1.使压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成。油雾器是 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，
使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。 目前，气动控制
系统中的控制阀、气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩
空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。
2.普通型油雾器也称为全量式油雾器，把雾化后的油雾全部随
压缩空气输出，油雾粒径约为 20um。普通型油雾器又分
为 固定节流式和自动节流式 两种，前者输出的油雾浓度随
空气的流量变化而变化，后者输出的油雾浓度基本保持恒
定。不随空气流量的变化而变化。
压缩空气的润滑装置
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固定节流式普通型油雾器
压缩空气的润滑装置
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截止阀
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对于现代气动组件，润滑不一定是必需的。它们可不需供油润
滑而长期工作。这些组件的寿命和特性完全是满足现代机
械制造高频率的需要。, 不需供油润滑, 系统的优点包括,
a)、节省润滑设备，润滑油和维护时加油等成本。
b)、是最清洁卫生的系统；如在粮食和药品工业中特别重要。
c)、油不混入到大气中，得到健康和安全的工作环境。
压缩空气的润滑装置
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但在要求机件作极高速运动的地方或在气缸口径较大
(大约 25mm以上 )时应采用油雾润滑并尽可能将油雾器直
接安装于气缸供气管道上。
当然，加油量不能过大，否则将发生下列问题,
a,零部件由于加油过多产生故障
b,对周围环境产生油雾污染
c,设备长期停用后发生零部件结胶
d,给正确调整油雾器造成困难
那些由压缩机在产生压缩空气时带入的杂质油则是不
能用作为控制系统组件的润滑油的。
压缩空气的润滑装置
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油雾器在使用中 一定要垂直安装,它可以单独使用，
也可以和 空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组
成气源调节装置（通常称之为气动三联件）,使之具有过
滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应
为空气过滤器一减压阀一油雾器,不能颠倒,安装时气源
调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于 5m。
气动三联件（ Air service unit）的工作原理图如图、外形
图及图形符号如图所示。
压缩空气的润滑装置
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气动三联件 FRL
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气动三联件（ FRL,Filter Regulator Lubricator）
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从空压机输出的压缩空气要通过管路系统被输送到各气动设备
上，管路系统如同人体的血管。输送空气的管路配置如设
计不合理，将产生下列问题,
①压降大，空气流量不足；
②冷凝水无法排放；
③气动设备动作不良，可靠性降低；
④维修保养困难。
压缩空气的输送 (Air distribution)
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气动系统的管路按其功能分为,
1．吸气管路,从吸入口过滤器到空压机吸入口之间的管路,此段管路管径易
大 以降低压力损失。
2．排出管路,从空压机排气口到后冷却器或储气罐之间的管路，此段管路应
能耐高温高压与振动 。
3.气管路,从储气罐到气动设备间的管路。送气管路又分成主管路和从主管路
连接分配到气动设备之间的分支管路。主管道是一个固定安装的用于把空
气输送到各处的耗气系统。主管路中必须安装 断路阀,它能在维修和保养
期间把空气主管道分离成几部分。
4．控制管路,连接气动执行件和各种控制阀间的管路。此种管路大多数采用
软管 。
5．排水管道,收集气动系统中的冷凝水并将水分排出管路。
管路的分类
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按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置,终端
管道和环状管道 。
普通气动设备大多采用不高于 8巴的压缩空气源，故一般按照
只有一种压力要求来处理，采用同一压力管道，用减压阀
来满足用气设备的压力要求。
1.终端管道
这种系统简单，经济性好。多用于间断供气，一条支路上可
安装一个截止阀，用于关闭系统。管道应在流动方向上有
1,100的斜度以利于排水,并在最低位置 设置排水器。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主管路配管方式 (Piping layout)
1.终端管道
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按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配
置,终端管道和环状管道 。
2．环状管道
这种系统供气 可靠性高，压力损失小，压力稳定，但
投资较高 。在环状主管道系统中空气从两边输入到达高的
消耗点，这可将减压力降至最低。这种系统中 冷凝水会流
向各个方向,因此必须设置足够的自动排水装置。另外，
每条支路上及支路间都要设置截止阀。这样，当关闭支路
时，整个系统仍能供气。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主管路配管方式 (Piping layout)
2．环状管道
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当压缩空气有多种压力要求时,
1）气动设备有多种压力要求且用气量都比较大时，采用多种
压力管道空气系统，设置多种压力管网，分区供气；
2）管路中多数设备为低压装置但有少数高压装置时，该怎么
办呢？
可采用管道空气与瓶装供气相结合的供气系统，管道供大量低
压气，瓶装供少量高压气。
主管路配管方式 (Piping layout)
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主要内容
? 气缸的分类；
? 典型气缸的结构特点及工作原理；
? 气缸的设计计算；
? 气动马达；
? 气缸的选择和使用。
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? 在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件
被称为 气动执行元件 。
? 可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称
为 气缸 ；
? 可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为 气马达 。
0.绪论
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在气动自动化系统中,气缸由于其相对 较低的成本、容
易安装、结构简单、耐用、各种缸径尺寸及行程可选,因而
是应用最广泛的一种执行元件。
根据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。
要完全确切地对气缸进行分类较困难,气缸主要的分类方式
如下,
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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1.气缸的分类 (Cylinder types)
1、按结构分类，其分类如图。
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2、按尺寸分类
? 通常将缸径为 2.5～ 6mm的称为 微型气缸
? 8～ 25mm为 小型气缸
? 32～ 320mm为 中型气缸
? 大于 320mm为 大型气缸 。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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3、按安装方式分类
? 固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动，如图 9-2（ a）、
（ b）、（ c）、（ d）所示。
? 摆动式气缸 缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动。
如图 9-2（ e）、（ f）、（ g）所示。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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3、按安装方式分类
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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4、按缓冲方式分类
? 活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞在行程终端撞击端盖造
成气缸损伤和降低撞击噪音，在气缸行程终端，一般都设有缓冲装置。
缓冲可分为 单侧缓冲和双侧缓冲, 固定缓冲和可调缓冲 。
? 设有缓冲装置的气缸，称 缓冲气缸 ；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲
气缸适用于 微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸 。
? 气缸的缓冲可分为 弹性垫缓冲 (一般为固定的 )和气垫缓冲 (一般为可调
的 )。弹性垫缓冲是在 活塞两侧 设置 橡胶垫,或者在 两端缸盖 上设置橡
胶垫,吸收动能,常用于缸 径小于 25mm的气缸 。气垫缓冲是利用活塞在
行程终端前封闭的 缓冲腔室 所形成的气垫作用来吸收动能的,适用于 大
多数气缸的缓冲 。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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5、按润滑方式分类
? 可分为 给油气缸和不给油气缸 两种。给油气缸使用的工
作介质是 含油雾的压缩空气,对气缸内活塞、缸筒等相
对运动部件进行润滑。不给油气缸所使用的压缩空气中
不含油雾，是靠装配前预先添加在密封圈内的 润滑脂 使
气缸运动部件润滑的。
? 使用时应注意，不给油气缸也可以给油使用,但一旦给
油使用后,则必须一直给油使用,否则将引起密封件过快
磨损。 这是因为压缩空气中的 油雾已将润滑脂洗去,而使
气缸内部处于无油润滑状态 了。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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6、按驱动方式分类
? 按驱动气缸时压缩空气 作用在活塞端面 上的方向分
? 有 单作用气缸和双作用气缸 两种。
1.气缸的分类 (Cylinder types)
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? 普通气缸是指缸筒内只有 一个活塞和一个活塞杆 的气缸。
? 有 单作用和双作用 气缸两种。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 双作用气缸动作原理（ Double-acting cylinders）
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
2012年 3月 22日星期四 深圳职业技术学院 —— 液压与气动技术
? 单作用气缸动作原理（ Single-acting cylinders）
单作用气缸在缸盖 一端气口输入压缩空气 使活塞杆伸出（或缩回）,而另一
端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。
单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可 节约一半压缩空气 。主要用
在 夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给 等操作上。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
2012年 3月 22日星期四 深圳职业技术学院 —— 液压与气动技术
? 单作用气缸动作原理（ Single-acting cylinders）
跟据复位弹簧位置，单作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸。
当弹簧装在有杆腔内，由于弹簧的作用力使气缸活塞杆初始位置处于缩回的位
置，这种气缸称为 预缩型单作用气缸 ；
当弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为 预伸型气缸 。
如图 9-4（ b）所示为预缩型单作用气缸结构原理图，这种气缸在活塞杆侧装有
复位弹簧,在前缸盖上开有呼吸用的气口 。除此之外，其结构基本上和双作
用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间 采用滚压铆接方式固定 。
单作用缸行程受内装回程弹簧自由长度的影响,其行程长度一般在 100mm以
内 。图 9-4（ a）所示是几种型号单作用缸的外形图。
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
2012年 3月 22日星期四 深圳职业技术学院 —— 液压与气动技术
? 单作用气缸动作原理（ Single-
acting cylinders）
2.典型 气缸的介绍 —— 普通气缸
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? 活塞式气缸主要由 缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元
件 组成。
（ 1） 缸筒
一般采用圆筒形结构,但随着气缸品种发展、加工工艺技术的提高，已广泛
采用 方形、矩形的异形 管材及用于防转气缸的 矩形或椭圆孔 的异形管材。
缸筒材料一般采用 冷拔钢管、铝合金管、不锈钢管、铜管和工程塑料管,
中小型气缸 大多用铝合金管和不锈钢管,对于广泛使用的 开关气缸 的缸
筒要求用非导磁材料，用于 冶金、汽车 等行业的重型气缸一般采用 冷拔
精拉钢管,也有用铸铁管 的。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 1） 缸筒
缸筒材料表面要求有一定的硬度,以抗活塞运动时的磨损。钢管内表面需 镀铬珩磨,镀层厚度
0.02mm，铝合金管需 硬质阳极氧化处理,硬氧膜层厚度 30～ 50μ m。缸筒与活塞间隙配合
精度 H9级，圆柱度误差 0.002～ 0.003，表面粗糙度为 Ra0.2～ 0.4，缸筒两端面对内孔轴
线的垂直度允差 0.05～ 0.1，气缸筒应能承受 1.5倍最高工作压力 条件下的耐压试验，不
得有泄漏
缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式进行计算,
式中,b — 缸筒壁厚 (cm)；
D— 缸筒内径 (cm)；
p— 缸筒承受的最大气压力 (Mpa)；
[σ ] — 缸筒材料的许用应力 (MPa)。
? 实际缸筒壁厚,对于一般用途的气缸约取 计算值的 7倍,重型气缸约取 计算值的 20倍,再圆
整到标准管材尺寸。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
][2 ?
pD
b ?
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（ 2）活塞杆
活塞杆是用来 传递力 的重要零件,要求能承受 拉伸、压缩、振动 等
负载,表面耐磨,不生锈。活塞杆材质一般选用 35,45碳钢,特殊场合
用精轧不锈钢等材料，钢材表面需镀铬及调质热处理。
气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于 活塞杆头部的螺纹受
冲击而遭受破坏 ；多数场合活塞杆承受的是 推力负载,必须考虑细长
杆的 压杆稳定性 。气缸水平安装时，应考虑活塞杆伸出 因自重而引起
活塞杆头部下垂 的问题。活塞杆头部连接处，在大惯性负载运动停止
时，往往伴随着冲击，由于 冲击作用 而容易引起活塞杆头部遭受破坏。
因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲
吸收装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 3）活塞
气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内做摩擦滑动，且必须承受冲击。
在高速运动场合,活塞有可能撞击缸盖。因此,要求 活塞具有足够的强
度和良好的滑动特性 。对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能,特别
是 耐磨性和不发生, 咬缸, 现象。
活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞
宽度越小,气缸的总长就越短。 活塞的滑动面小容易引起 早期磨损和
卡死，如, 咬缸, 现象。
一般对标准气缸而言,活塞宽度约为缸径的 20～ 25%，该值需综合考虑使
用条件，由活塞与缸筒、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。
活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有用黄铜制造的 。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 4）导向套
导向套用作活塞杆往复运动时的导向 。因此，同对活塞的要
求一样,要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞
杆受重载时引起的 弯曲、振动及冲击 。在粉尘等杂物进入
活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤。
导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料,也可用
铜颗粒烧结的含油轴承材料。
导向套内径尺寸容许公差一般取 H8，表面粗糙度 Ra0.4。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封, 动密封和静密封 。
缸筒和缸盖等固定部分的密封称为 静密封 ；
活塞在缸筒里作回转或往复运动处的部件密封称为 动密封。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）气缸的密封
①缸盖和缸筒连接的密封
一般采用Ｏ形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时
也采用橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。
②活塞的密封
活塞有两处地方需密封,一处是 活塞与缸筒间的动密封,除了用Ｏ形圈和
唇形圈外,也有用 W形密封，它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封
结构,W形密封是双向密封,轴向尺寸小。另一处是 活塞与活塞杆连接
处的静密封,一般用Ｏ形密封圈。图 9-5为常用活塞式密封结构。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）气缸的密封
③活塞杆的密封
一般在缸盖的沟槽里放置唇形圈和防尘圈,或防尘组合圈,保证活塞杆往复
运动的密封和防尘。
④缓冲密封
有两种方法,一种是 采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上 ；另一种是 采用气
缸缓冲专用密封圈,它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体构成,压配
在缸盖上作缓冲密封，这种缓冲专用密封圈的性能比前者好。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封原理
气缸密封性能好坏, 是影响气缸性能的重要因素 。 按密封原理,
可将密封圈分成 压缩密封圈和气压密封圈 两大类 。
如图 9-6所示 。 压缩密封 是依靠安装时的预压缩力使密封圈产
生弹性变形达到密封作用的, 如Ｏ型和方型密封圈等,
如图 9-6（ a） 所示 。 气压密封 是靠工作气压使密封圈的唇部变
形来达到密封作用的, 如唇型密封圈, 如图 9-6（ b） 所示 。
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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（ 5）密封原理
3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
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3.气缸的基本结构 (Cylinder construction)
（ 5）密封原理
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标准气缸 是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、普通
厂商通常作为通用产品供应市场的气缸。如符合国际标准 ISO6430、
ISO6431或 ISO6432的普通气缸。符合我国标准 GB8103-87（即
ISO6431）、德国标准 DIN ISO6431等气缸都是标准气缸。
在国际上，几乎所有的气动专业厂商目前都已生产符合 ISO6431，
ISO6432标准的气缸 。对于 ISO6431标准而言,标准主要内容是对气缸
的缸径系列、活塞杆伸出部分的螺纹尺寸 作了规定，对同一缸径的气
缸的外形尺寸（ 其长度、宽度、高度 ）作了限制，并对 气缸的连接尺
寸作了统一 的规定。这一规定仅 针对连接对外部连接尺寸的统一,而
连接件与气缸的连接尺寸未作规定。
因此，对于两家都符合 ISO6431标准的气缸 不能直接互换，而必须连同连
接件一起更换 。这一点在气缸选用时要特别注意。
4.标准气缸
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? 气缸的 缸筒内径 D（简称缸径）和 活塞行程 L是选择气缸的重要参数。
? 1,缸径 D,气缸的缸筒内径尺寸见表 9-1(GB2348)
5.气缸的规格
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? 2,活塞行
程 L
气缸活塞行程
系列按照 优
先顺序 分成
三个等级选
用，见表 9-
2至表 9-4。
5.气缸的规格
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? 3,常用中小型
气缸尺寸
? 见表 9-5。其中
标准行程是指
符合 行程系列
尺寸的，生产
厂商能正常供
货的规格 。
5,气缸的规格
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1.气缸的 理论 输出力
普通双作用气缸的 理论推力 （ N）为,
式中,D一缸径 (m),p一气缸的工作压力 (Pa)。
理论拉力 (N)为,
式中,d一活塞杆直径 （ m） 时,估算时可令 d=0.3D。
6.普通气缸的设计计算
pDF 20
4
??
pdDF )(
4
22
1 ??
?
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1.气缸的 理论 输出力
普通单作用气缸 (预缩型 )理论推力 为,
理论拉力 为,
普通单作用气缸 (预伸型 )理论推力 为,
理论拉力,
式中,D — 缸径（ m）,d — 活塞杆直径（ m）,p — 工作压力
（ Pa）,Ft1— 复位弹簧预压量及行程所产生的弹簧力（ N）,Ft2— 复
位弹簧预紧力（ N）
6.普通气缸的设计计算
1
2
0 4 tFpDF ??
?
21 tFF ?
20 tFF ?
1
22
0 )(4 tFpdDF ???
?
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? 2,气缸的负载率
? 气缸的负载率,是指气缸的实际负载力 F与理论输出力 F0之比。
? 负载力 是选择气缸的重要因素。负载情况不同，作用在活塞轴上的实际负载
力也不同。
6.普通气缸的设计计算
0
100%
F
F
? ??
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? 2．气缸的负载率
? 表 9-6所示几个负载实例。
6.普通气缸的设计计算
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? 2,气缸的负载率
6.普通气缸的设计计算
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? 举例 用气缸水平推动台车，负载质量 M=150kg，台车与床面间摩擦
系数 0.3，气缸行程 L=300，要求气缸的动作时间 t=0.8s，工作压力
P=0.5Mpa。试选定缸径。
6.普通气缸的设计计算
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? 3,气缸的耗气量
耗气量 是指气缸住复运动时所消耗的压缩空气量，它的大小与气缸的性
能无关，但它是选择空压机排量的重要参数。 气缸的耗气量与气缸的
活塞直径 D、活塞杆直径 d、活塞的行程 L以及单位时间往返次数 N有关。
以 单出杆双作用气缸 为例，活塞杆伸出和退回行程的耗气量分别为
因此, 活塞 往复一次所耗压缩空气量 为
若活塞每分钟往返 N次, 则 每分钟活塞运动的耗气量 为
6.普通气缸的设计计算
2
1 4V D L
??
22
2
()
4
DdVL? ??
22
12 ( 2 )4V V V L D d
?? ? ? ?
V V N? ?
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? 3,气缸的耗气量
上述计算的是 理论耗气量, 但由于泄漏等因素的影响, 实际耗气量要更
大些 。 因此 实际耗气量
Vs=（ 1.2～ 1.5） V’
计算的是压缩空气的耗气量, 这是选择 气源供气量 的重要依据 。 未经压
缩的自由空气的耗气量 要比该值大, 当实际消耗的压缩空气量为时,
其 自由空气的耗气量 为
式中 p为工作压力 （ Mpa） 。
6.普通气缸的设计计算
0, 1 0 1 3
0, 1 0 1 3
s z s
p
VV
?
?
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无杆气杆没有普通气缸的 刚性活塞杆,它利用活塞直接或间接实现
往复运动。行程为 L的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间
约为 2.2L。没有活塞杆，则占有安装空间仅为 1.2L，且行程缸径比可
达 50至 100。没有活塞杆，还能避免由于活塞杆及杆密封圈的损伤而带
来的故障。而且由于没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等，双向行程
具有同样的推力，有利于提高定位精度。
这种气缸的最大优点是 节省了安装空间, 特别适用于小缸径, 长行程
的场合 。 无杆气缸现已广泛用于 数控机床, 注塑机 等的 开门装置 上及
多功能坐标机器手的 位移 和自动输送线上 工件的传送 等 。
7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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? 无杆气缸
主要分为
机械接触
式和磁性
耦合式 两
种。通常
将磁性耦
合无杆气
缸称为 磁
性气缸 。
7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
图 5.19 绳索气缸
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7.无杆气缸 ( Rodless cylinder)
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? 图 9-10（ b）所示为一种磁性耦合的无杆气缸。它是在活塞上安装了一
组 高磁性的永久磁环 4,磁力线通过薄壁缸筒 (不锈钢或铝合金非导磁材
料 )与套在外面的另一组磁环 2作用。由于两组磁环极性相反具有很强
的吸力。当活塞在一侧输入气压作用下移动时,则在磁耦合力作用下,
带动套筒与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。
? 它的特点,小型、重量轻、无外部空气泄漏、维修保养方便 。当速度
快、负载大时,内外磁环易脱开,即负载大小受速度影响,且磁性藕合
的无杆气缸中间不可能增加支承点,最大行程受到限制,图 9-10（ a）
为其外形图。
7.磁感应气缸 (Cylinder with magnetic )
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? 磁性开关气缸 是指在气缸的活塞上装有一个永久磁环，而将磁性开关
装在气缸的缸筒外侧。其余和一般气缸并无两样。气缸可以是各种型
号的气缸，但缸筒必须是 导磁性弱、隔磁性强 的材料。如铝合金、不
锈钢、黄铜等。当随气缸移动的磁环靠近磁性开关时，舌簧开关的两
根簧片被磁化而触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后，簧
片失磁，触点断开。这样可以检测到气缸的活塞位置而控制相应的电
磁阀动作。图 9-11为带磁性开关气缸的工作原理图。
? 以前，气缸行程位置的检测是 靠在活塞杆上设置行程挡块触动机械行
程阀来发信号的 。从而给设计、安装、制造带来不便。而用磁性开关
气缸则使用方便、结构紧凑、开关反应时间快，故得到广泛应用。
8.带磁性开关的气缸 (Cylinder with magnetic
limited switch)
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8.带磁性开关的气缸 (Cylinder with magnetic
limited switch)
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? 摆动气缸 是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称
为 旋转气缸 。摆动气缸目前在工业上应用广泛，多用于安装位置受到
限制，或转动角度小于 3600的回转工作部件，其动作原理也是将压缩
空气的压力能转变为机械能。常用的摆动气缸的最大摆动角度分为
900,1800,2700三种规格。图 9-12为其应用实例。
? 按照摆动气缸的结构特点可分为 齿轮齿条式和叶片式 两类。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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1．齿轮齿条式摆动气缸
齿轮齿条式摆动气缸有 单齿条和双齿条 两种。图 9-13（ b）为单齿条式摆
动气缸的结构原理图，压缩空气推动活塞 6带动齿条 3作直线运动，齿
条 3则推动齿轮 4作旋转运动，由输出轴 5（齿轮轴）输出力矩。输出轴
与外部机构的转轴相连，让外部机构作摆动。
摆动气缸的行程终点位置可调，且在终端可调缓冲装置，缓冲大小与气缸
摆动的角度无关，在活塞上装有一个永久磁环，行程开关可固定在缸
体的安装沟槽中 。图 9-13（ a）为其外形图。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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2、叶片式摆动气缸
叶片式摆动气缸可分为 单叶片式和双叶片式和多叶片式 。叶片越多,摆动
角度越小,但扭矩却要增大。单叶片型输出摆动角度小于 3600，双叶片
型输出摆动角度小于 1800,三叶片型则在 1200以内。
图 9-14（ b）、（ c）分别为单、双叶片式摆动气缸的结构原理图。在定子
上有两条气路，当左腔进气时，右腔排气，叶片在压缩空气作用下逆
时针转动，反之，作顺时针转动。旋转叶片将压力传递到驱动轴上作
摆动。可调止动装置与旋转叶片相互独立，从而使得挡块可以调节摆
动角度大小。在终端位置，弹性缓冲垫可对冲击进行缓冲。
图 9-14（ a）为叶片式摆动缸的外形图。
9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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9.摆动气缸 (Rotary cylinder)
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气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。
图 9-15所示的 气爪的特点 是,
1) 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；
2) 抓取力矩恒定；
3) 在气缸两侧可安装非接触式检测开关；
4) 有多种安装、连接方式。
10.气爪（手指气缸）（ Gripper）
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? 图 9-15（ a）所示为 FESTO平行气爪，平行气爪通过两个活
塞工作，两个气爪对心移动。这种气爪可以输出很大的抓
取力，既可用内抓取，也可用于外抓取。
? 图 9-15（ b）所示为 FESTO摆动气爪，内外抓取 400摆角,
抓取力大，并确保抓取力矩始终恒定。
? 图 9-15（ c）所示为 FESTO旋转气爪，其动作和齿轮齿条的
啮合原理相似。两个气爪可同时移动并自动对中，其齿轮
齿条原理确保了抓取力矩始终桓定。
? 图 9-15（ d）所示为 FESTO三点气爪，三个气爪同时开闭，
适合夹持圆柱体工件及工件的压入工作。
10.气爪（手指气缸）（ Gripper）
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? 气液阻尼缸是 一种由气缸和液压缸构成的组合缸 。 由 气缸产生驱动力,
而用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动 。 这种气缸常用于 机床和
切削加工的进给驱动 装置,克服了普通气缸在负载变化较大时容易 产生
的, 爬行, 或, 自移, 现象, 可以满足驱动刀具进行切削加工的要求 。
? 图 9-16所示为串联式气 — 液阻尼缸原理图 。 它的液压缸和气缸共用同一
缸体, 两活塞固联在同一活塞杆上 。 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活塞左移, 此时液压缸左腔排油经节流阀 5
流向右腔, 对活塞杆的运动起阻尼作用 。 调节节流阀便可控 制排油速
度, 由于两活塞固联在同一活塞杆上, 便也控制了气缸活塞的左行速
度 。 反向运动时因单向阀 3开启, 活塞杆可快速缩回, 液压缸无阻尼 。
油箱 4是为了克服液压缸两腔面积差和补充泄漏用的, 如将气缸, 液压
缸位置改为图 9-17的并联型气 — 液阻尼缸, 则油箱可省去, 改为油杯补
油即可 。
11.气 — 液阻尼缸
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11.气 — 液阻尼缸
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11.气 — 液阻尼缸
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12.特殊气缸
（ 一 ） 套筒气缸
套筒气缸又称 伸缩气缸,分为单作用和双作用两种，图 5.8所示为其结
构原理图。
其特点 是行程长，径向尺寸较大，轴向尺寸小，推力和速度随工作行程
的变化而变化。气缸的推力由最后一级即直径最小的一级来确定。
图 5.8 套筒气缸结构原理
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12.特殊气缸
(二 )多位气缸
采用数个气缸串联起来, 并通过设定各个气缸的行程 。 以
获得多个停止位置伪气缸, 称 多位气缸 。 其结构原理如图
5.9所示 。
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12.特殊气缸
图 5.9 多位气缸
a)三位气缸 b)四位气缸
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12.特殊气缸
（ 三 ） 串联气缸
将两个缸径相同的普通双作用气缸串联在一起即为串联气缸, 如图
5.10所示 。
由于两个活塞串联在一根活塞杆上, 其 输出力比一个活塞的气缸增加一倍 。
这种气缸常用于要求 增加气缸输出力, 而不能增大气缸直径, 但允许
增长缸体的场合 。
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12.特殊气缸
(四 )制动气缸
带有制动装置的气缸称为制动气缸, 也称锁紧气缸 。 制动装置一般安装在普通
气缸的前端, 其结构有卡套锥面式, 弹簧式和偏心式等多种形式 。 图 5.12a所示
的制动气缸为卡套锥面式制动装置, 它由 制动闸瓦, 制动活塞和弹簧 等构成 。
图 5.12 制动气缸
a) 制动气缸 b) 放松状态 c）夹紧状态
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12.气动马达（ Air motors）
? 气动马达 是一种作连续 旋转运动 的气动执行元件，是一种
把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，
其作用相当于 电动机或液压马达,它输出转矩、驱动执行
机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是 叶片式、活
塞式和齿轮式 气马达。
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1,叶片式气动马达的工作原理
图 9-18所示是双向叶片式气动马达的工作原理图。压缩空气由
A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部 (图中未
表示 )，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，大部分压缩空气
进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度
不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功
后的气体由定子上的孔 c和 B排出。若改变压缩空气的输入方向
（即压缩空气由 B孔进入,A孔和 C孔排出），则可改变转子的转
向。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
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（ 1）气动马达的特点
1）工作安全，具有 防爆性能,适用于恶劣的环境，在易燃、易爆、高温、
振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。
2）有 过载保护 作用。过载时马达只是降低转速或停止，当过载解除后运
转，并不产生故障。
3）可以 无级调速 。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转速。
4）比同功率的电动机轻 1／ 3～ 1／ 10，输出 功率惯性比较小 。
5）可长期满载工作，而 温升较小 。
6)功率范围及转速范围均较宽，功率小至几百瓦，大至几万瓦，转速可
从每分钟几转到上万转。
7）具有较高的 启动转矩,可以直接带负载启动。启动、停止迅速。
8）结构简单，操纵方便，可正反转，维修容易，成本低。
9） 速度稳定性差 。输出功率小，效率低，耗气量大。噪声大，容易产生
振动。
12.气动马达（ Air motors）
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齿轮式气马达
齿轮式气马达有双齿轮式和多齿轮式, 而以双齿轮式应用得最多 。 齿轮可采用直
齿, 斜齿和人字齿 。 图 5.43为齿轮式气马达结构原理 。 这种气马达的工作室
由一对齿轮构成, 压缩空气由对称中心处输入, 齿轮在压力的作用下回转 。
采用直齿轮的气马达可以正反转动, 采用人字齿轮或斜齿轮的气马达则不能
反转 。
如果采用直齿轮的气马达, 则供给的压缩空气通过齿轮时不膨胀, 因此效率
低 。 当采用人字齿轮或斜齿轮时, 压缩空气膨胀 60％ 一 70％, 提高了效率 。
齿轮式气马达与其它类型的气马达相比, 具有体积小, 重量轻, 结构简单,
对气源质量要求低, 耐冲击及惯性小等优点 。 但转矩脉动较大, 效率较低 。
小型气马达转速能高达 10000r／ min,大型的能达到 1000r／ min,功率可达
50kW。 主要应用于矿山工具 。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
图 5.43 齿轮式气马达结构原理
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（ 2）气动马达的应用
气动马达的工作适应性较强，可适用于无级调速、启
动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不
便人工操纵及有过载可能的场合。目前，气动马达主要应
用于矿山机械、专业性的机械制造业、油田、化工、造纸、
炼钢、船舶、航空、工程机械等行业，许多气动工具如风
钻、风扳手、风砂轮等均装有气动马达。随着气压传动的
发展，气动马达的应用将更趋广泛。图 9-19为气马达的几
个应用实例。
12.气动马达（ Air motors）
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12.气动马达（ Air motors）
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气缸的合理选用,是保证气动系统正常稳定工作的前提。
所谓 合理选用气缸,就是要根据各生产厂家要求的选用
原则，使气缸符合正常的工作条件，这些条件主要包
括工作压力范围、负载要求、工作行程、工作介质温
度、环境条件 (温度等 )、润滑条件及安装要求等。
13.气缸的选择和使用要求
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1．气缸的选择要点
1）根据气缸的负载状态和负载运动状态确定 负载力 F和负载率,再根据 使用压力
应小于气源压力 85％的原则,按气源压力确定使用压力 P。对单作用缸按杆径
与缸径比为 0.5，双作用缸杆径与缸径比为 0.3～ 0.4预选，并根据公式便可求
得缸径 D，将所求出的 D值标准化即可。如 D尺寸过大,可采用机械扩力机构 。
2）根据气缸及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程,为便于安装调试，对
计算出的距离以 加大 10～ 20mm为宜，但不能太长,以免增大耗气量。
3）根据使用目的和安装位置确定气缸的品种和安装形式。可参考相关手册或产品
样本。
4）活塞 (或缸筒 )的运动速度主要取决于 气缸进、排气口及导管内径,选取时以气
缸进排气口连接螺纹尺寸为基准。为获得缓慢而平稳的运动可采用气 — 液阻尼
缸。普通气缸的运动速度为 0.5～ 1m／ s左右，对高速运动的气缸应选用缓冲缸
或在回路中加缓冲。
13.气缸的选择和使用要求
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2．气缸的使用要求
1）气缸的一般工作条件是：周围环境及介质温度 5～ 600，工作压力 0.4～ 0.6Mpa
（表压）。超出此范围时，应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。
2）安装前应在 1.5倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。
3）在整个工作行程中负载变化较大时，应使用有足够出力余量的气缸。
4）不使用满行程工作，特别在活塞伸出时．以避免撞击损坏零件。
5）注意合理润滑，除无油润滑气缸外应正确设置和调整油雾器，否则将严重影响
气缸的运动性能甚至不能工作。
6）气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破
坏，大多数场合活塞杆承受的是推力负载,必须考虑细长杆的压杆稳定性和气
缸水平安装时活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。安装时还要注
意受力方向，活塞杆不允许承受径向载荷。
7）活塞杆头部连接处,在大惯性负载运动停止时,往往伴随着冲击,由于冲击作用
而容易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负
载停止的阻挡装置和缓冲装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。
13.气缸的选择和使用要求
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总结
?气源系统的组成
?气源系统的净化装置
?气动执行元件
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1) 气缸为何需要缓冲装置, 简述之 。
2) 在行程较长的场合, 如上升台等, 应采用哪一种形式的气缸 。
3) 气缸的安装形式有那几种 。
4) 简述叶片式气动马达的工作原理 。
5) 单作用气缸内径 D=63mm,复位弹簧最大反力 F=150N,工作压力
p=0.5MPa,负载率为 0.4,该气缸的推力为多少？
6) 单杆双作用气缸内径 D=125mm,活塞杆直径 d=36mm,工作压力 p=0.5MPa，
气缸负载率为 0.5,求该气缸的拉力和推力各为多少？
7) 单杆双作用气缸内径 D=100mm,活塞杆直径 d=40mm,行程 L=450mm,进
退压力均为 p=0.5MPa,在运动周期下 （ 容积效率 ） 连续运转,
求一个往返行程所消耗的自由空气量为多少？
14.思考题与习题
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Take a Break
