2. 气动执行机构基础
气动执行机构是把压缩空气的压力能转换为机械运动的末端元件。选型与集成的第一步，不是查样本，而是判断“需要什么样的运动形式”。同样是通入 0.6 MPa 的压缩空气，不同结构会输出直线位移、有限角度旋转、平行开合或长行程直线运动，其内部受力方式、导向能力、负载承受方向和精度特性差别很大。本节按运动形式把常见执行机构分为四类，并说明各自的工作原理与选型关注点。
一、直线气缸：最基础的双作用结构
普通直线气缸由缸筒、活塞、活塞杆、前后端盖和密封件组成。双作用气缸有两个气口：A 口进气、B 口排气时活塞杆伸出；B 口进气、A 口排气时活塞杆缩回。活塞两侧的有效受压面积不同——有杆腔因活塞杆占据一部分面积，有效面积小于无杆腔，因此同一气压下伸出推力大于缩回拉力。
理论输出力按 F = p × A 计算。以缸径 32 mm、气压 0.6 MPa 为例：无杆腔有效面积 A₁ = π×(32/2)² ≈ 804 mm²，理论伸出推力约 482 N；若活塞杆直径 12 mm，有杆腔有效面积 A₂ ≈ 804 − 113 = 691 mm²，理论缩回拉力约 415 N。实际选型还要乘负载率，通常取 50%～70%，即该缸实际可用推力约 240～340 N。这个“先算面积、再乘负载率”的过程，是气缸选型最核心的一步。
直线气缸还分单作用与双作用。单作用缸只有一侧进气，靠弹簧复位，结构简单但行程和复位力受限，多用于夹紧、顶出等单向动作。双作用缸控制灵活，是自动化线的主流。此外还有带磁环的气缸，可在缸筒外壁安装磁性开关，检测活塞位置，实现伸出/缩回到位的信号反馈——这是集成时最常用的位置检测方式。
二、摆动气缸：把直线运动变成角度输出
摆动气缸输出的是有限角度旋转，常见 90°、180°、270°、360°。按内部结构主要分齿轮齿条式和叶片式。齿轮齿条式由活塞带动齿条，齿条再驱动齿轮轴旋转，输出扭矩较大、刚性好，但角度通常不超过 360°；叶片式由气压直接推动叶片在扇形腔内摆动，结构紧凑、角度可做大，但密封难度高、扭矩相对小、内泄漏略大。
摆动气缸的关键参数是输出扭矩和允许的轴向/径向负载。选型时要先算负载扭矩：若负载质量 m 通过力臂 L 产生重力矩，则 M = m × g × L。例如负载 2 kg、力臂 0.15 m，重力矩约 2.94 N·m，再乘安全系数 1.5～2，应选额定扭矩 5 N·m 以上的摆动缸。同时要注意，摆动缸的齿轮轴通常不能承受大的径向力，重载时应加外部轴承支撑，否则会加速密封磨损。
三、气爪：平行开合与角度开合
气爪用于抓取工件，按夹爪运动方式分为平行开合（平动型）和角度开合（摆动型）。平行开合气爪的两个夹爪保持平行移动，夹持不同尺寸工件时夹持点位置基本不变，重复定位好，适合精密装配；角度开合气爪的夹爪绕支点摆动，结构简单、开合范围大，但夹持点随工件尺寸变化，适合粗定位或形状不规则的工件。
气爪的核心参数是夹持力和开合行程。夹持力必须大于工件重力与摩擦需求：若工件 0.5 kg，摩擦系数 0.2，则所需夹持力至少约 0.5×9.8/(2×0.2) ≈ 12.3 N（两爪分担），再乘安全系数 2～3，应选单爪夹持力 25～40 N 的型号。集成时还要注意气爪的重复精度、夹爪是否可换、以及是否需要位置检测。
四、无杆气缸：长行程的直线方案
无杆气缸没有外伸活塞杆，活塞通过磁耦或机械方式带动外部滑块移动，因此能在与行程等长的紧凑空间内实现长距离直线运动。常见两类：磁耦合式，内外磁环隔缸筒壁传递力，密封好但传递力有限、高速时可能失步；机械式（带槽式），通过缸筒上的纵向槽和密封带直接连接滑块，输出力大、刚性好，但密封带磨损后可能漏气。
无杆气缸适合行程 500 mm 以上、安装空间受限的场合，如搬运、推料、长距离定位。选型时要关注行程、输出力、允许的侧向负载和滑块导向形式。由于滑块悬臂受力，侧向负载过大时需加外部导轨，否则会加剧密封带磨损和滑块偏摆。
五、四类机构的选型校核要点
把四类机构放在一起看，选型逻辑可以归纳为一条主线：先确定运动形式，再算负载需求，最后校核安装与检测条件。
- 直线气缸：先算有效面积和理论推力，再乘负载率；注意伸出与缩回力不同，行程末端是否加缓冲，以及是否需要磁性开关。
- 摆动气缸：先算负载扭矩，再乘安全系数；注意齿轮轴不能承受大径向力，重载必须加外部支撑。
- 气爪：先算所需夹持力，再乘安全系数；平行开合适合精密定位，角度开合适合大范围抓取。
- 无杆气缸：适合长行程、空间受限场合；磁耦合式注意失步风险，机械式注意密封带磨损，侧向负载大时必须加导轨。