氣動執行機構分析

郝健 唐國強

摘要：對一種傳動介質為空氣的臥式執行機構進行了研究，簡述了該執行機構樣機角行程組件、殼體結構特點以及利用有限元進行分析結構要點，供工程技術人員進一步研發作參考。

關鍵詞：氣動;機械;執行機構

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0211-03

中圖分類號：TH13

文獻標識碼：A

l 引言

傳動介質為空氣的臥式執行機構相對可靠，稱得上執行機構中的一大分支。氣動執行機構因采用氣源的工作壓較低，又因結構尺寸不宜過大，進而閥門氣動執行機構的累加推力不會很大。在能源、交通、自動化等多個領域，氣動執行機構使用比較廣泛。這里所述的氣動執行機構主要應用于閥門，其腔內傳動介質為空氣。就常規的執行機構而言，有所差異，結構比較復雜。雖然市場上執行機構種類繁多，主要依賴國外進口比較多，國內具有相應資質的生產企業不多。對一款國外品牌且傳動介質為空氣的臥式執行機構進行研究，闡述部分制造過程中涉及要點，為執行機構樣機制造提供部分理論支持，供國內自動化控制工程設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。儀表在工業自動化工業中起重要作用。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行機構旋轉狀態，或者傳動軸轉動行程。本文所述的空氣傳動執行機構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。減緩空間中或區域的水分等其它物質的混入。減緩或預防腐蝕性物質進入殼體與傳動軸接觸區域，而腐蝕執行機構內部重要部位。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行機構旋轉狀態，或者傳動軸轉動行程。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，其與氣動執行機構主體金屬殼體形成密封區域，阻礙灰塵進入執行機構內部重要區域或污染內部重要零件。一方面，預防或減緩可規避的腐蝕性物質混入該氣動執行機構內部傳動區域而腐蝕金屬零件;另一方面，預防或減緩導電粉塵混入該執行機構內部傳動區域。從裝配而成的產品角度觀察，這里在氣動執行機構傳動軸外圍設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電性能方面值得引起重視，而衡量導電性能參數之一電阻的參數值，一般情況下應該按照認證標準執行。這種材料相對普遍，可以與涉及塑料制品的供應商溝通或獲取。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，關于這方面的經驗或者標準可以參考[1]。轉化國外設計的執行機構時，上端蓋區域以及執行機構傳動軸與指示組件的配合等因素，予以考慮也是值得的。

3 氣動執行機構

3.1 氣動執行機構簡介

氣動執行機構缺點：有沖擊現象，輸出作用力不穩定，易損耗，更替比較頻繁，組裝相對困難，維護比較麻煩。氣動執行機構優點：齒輪齒條轉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;齒輪齒條轉動均勻，轉動間隙小，因此運動自如、回差小;可獲得較小尺寸的執行機構，使重量和尺寸得到大幅度的減小;易實現與閥門直接相連，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。

這里研究的執行機構主要依賴氣壓傳動。執行機構殼體結構遵循“滴水流線”設計理念即當水等液體滴在或積聚在執行機構上時，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，腐蝕執行機構殼體。閥門用氣動執行機構與閥門連接端面配合。相對于其它類型的執行機構，這里所述的執行機構傳動介質為空氣[3]。

3.2 氣動執行機構原理淺析

執行機構殼體是氣動執行機構主要承載部件了。一方面，起防護這些執行機構內部元件;另一方面，它們又提供安裝傳動零件件或組件的空間，減緩或避免導電物質與腐蝕性物質的侵蝕。殼體結構外觀設計，要考慮進行“滴水流線”方面的設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行機構表面，腐蝕或者浸泡執行機構殼體。這里分析的執行機構殼體主要通過金屬型材塑性成形工藝，再經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，使得在鞏固執行機構殼體可靠性的同時，節約零件制造成本。本文分析的臥式氣動執行機構殼體，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，其制造而成產品比較輕些，與輕量化設計理念相鍥合。

此外，殼體又由端蓋與缸體構成。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定。其它零件或組件與氣動執行機構殼體配合的區域需要預留。因這里分析的執行機構殼體主要通過金屬型材塑性成形工藝，殼體設計要預留尺寸，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。預防或減緩腐蝕性物質進入傳動軸與殼體接觸區域而腐蝕臥式氣動執行機構重要的部位。金屬加工過程，收縮率要予以考慮，尺寸不予以偏離過大[2]。

臥式氣動執行機構相對安全可靠，是執行機構中的一大分支。臥式氣動執行機構采用氣源的工作壓較低，又因臥式氣動執行機構結構尺寸不宜過大，因而閥門氣動執行機構的累加推力不會很大[3]。臥式齒輪齒條執行機構由活塞、齒輪和齒條等部件組成。通人的氣經活塞轉換為推力，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，實現直行程到角行程的轉換，圖1為臥式齒輪齒條執行機構3D模型，根據工作原理，齒輪齒條執行機構分為雙作用式和單作用式兩類[3]。氣動執行機構有沖擊現象，輸出作用力不穩定，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。