气动执行器选型指南：工作原理、组成部件与扭矩计算

在现代工业自动化控制系统中，气动执行器是一种非常常见的驱动装置。无论是在化工厂、食品加工线还是水处理设备中，它都扮演着至关重要的角色。本文章将带您全面了解气动执行器的工作原理，主要组成部件以及如何根据您的需求快速准确选择气动执行器。

目录

1. 气动执行器简介
2. 气动执行器的工作原理（单作用 VS 双作用）
3. 气动执行器的主要部件
4. 气动执行器选型四步法 + 示例
5. 气动执行器常见问题

关键词：气动执行器、双作用气动执行器、弹簧复位气动执行器、工作原理、执行器扭矩

您可以观看如下视频快速了解：

1. 气动执行器简介

气动执行器是一种以压缩空气为动力源，将气压能转换为机械运动的自动化执行装置，主要用于驱动工业阀门开启、关闭或调节流量。广泛应用于球阀、蝶阀、调节阀等自动化阀门设备中。相比电动执行器，气动执行器具有响应速度快、结构简单、安全性高等特点，因此在石油、化工、水处理、电力等行业被大量使用。

2. 气动执行器的工作原理（单作用 VS 双作用）

气动执行器通过压缩空气进入气缸内部，推动活塞或齿轮机构运动，从而带动阀杆旋转或直线移动，实现阀门的开启与关闭。气动执行器主要分为单作用（弹簧复位）和双作用两种类型。

• 双作用式： 进气开，进气关。压缩空气从一端进入，推动活塞运动打开阀门；从另一端进入时，推动活塞回到原位关闭阀门。
• 单作用式： 这种类型多了一道安全保障。它只靠气压开启，而靠弹簧压力复位。这意味着在气源故障（断气）的紧急情况下，阀门能自动复归到安全位置（全开或全关）。

 

Feature	Double Acting (ATD)	Single Acting (ATS)
Power Source	Dual Air Pressure: Both opening and closing actions are driven by air supply.	Air + Spring: Air pressure drives one direction, while built-in spring groups provide the return force.
Internal Design	Rack and pinion with dual pistons; no springs included.	Rack and pinion with modular pre-loaded safety spring cartridges.
Fail-Safe Mode	Fail-Last-Position: Valve stays in its current position if air supply is lost.	Fail-Safe: Automatically returns to a preset “Safe Position” (Open or Closed) via spring force upon loss of air.
Torque Output	Constant: Provides stable and linear torque output throughout the entire stroke.	Variable: Torque changes during the stroke; air torque decreases as springs are compressed.
Safety Factor	Recommended safety factor: 20% – 30%.	Recommended safety factor: 30% – 50%.
Interchangeability	Same body and end caps as ATS; can be converted by adding springs.	Same body and end caps as ATD; can be converted by removing springs.
Size & Weight	More compact and lightweight.	Larger and heavier due to the space required for spring sets.

 

3. 气动执行器的主要部件

一个完整的气动执行器通常由以下几个核心部件组成：

缸体（25）： 气缸是执行器的主体部分，用于容纳压缩空气并推动活塞运动。

常见材质：

• 铝合金

• 不锈钢

活塞（8）： 活塞在气压推动下进行往复运动，并将动力传递给输出轴。

输出轴（22）： 连接阀门的关键部件，负责将执行器动力传递给阀门，实现阀门启闭。

端盖（8）： 密封气室，保护内部零件。

弹簧组件（5）：主要用于单作用执行器，实现断气自动复位功能。

密封件（7）： 用于保证执行器气密性，防止漏气。

 

4. 气动执行器选型四步法 + 示例

选型如果选错，轻则阀门打不开，重则损坏执行器甚至发生事故。请参考以下“四步选型法”：

第一步：确认阀门所需的扭矩

这是核心。你需要知道球阀或蝶阀在最大开启压力下的操作扭矩。建议在计算时增加 20%-30% 的安全余量。

第二步：确定气源压力

工厂提供的压缩空气压力通常在 4 bar 到 8 bar 之间。选型表上的输出扭矩会随着气源压力的变化而改变，务必对应准确。

第三步：选择作用模式

• 追求经济实用且系统气源稳定—选双作用。
• 考虑断气时的安全保护（故障开或故障关）–选单作用。

第四步：核对安装尺寸

检查阀门顶部的连接孔位是否符合 ISO 5211标准，轴径大小是否一致。如果不匹配，可能需要定做支架和连接轴。

举例: 蝶阀含安全扭矩需要80N.m，打开气源压力为5.5Bar.

单作用执行器选择: 我们的开启状态的扭矩必须要＞80N.m, 即 Open 0° ＞80N.m
同时弹簧回座状态的扭矩必须要＞80N.m, 即 Open 0° ＞80N.m
根据单作用下方选型表5.5Bar下选择AT-115SK10
弹簧数量9和10都能满足，选择10个，双数为常规

双作用执行器选择: 根据下方双作用选型表5.5Bar下选择AT-88D，扭矩＞80即可

 

单作用选型表

双作用选型表

 

5. 气动执行器常见问题

Q1：气动执行器和电动执行器有什么区别？

气动执行器使用压缩空气驱动，动作速度快、安全性高；电动执行器使用电机驱动，控制精度更高，但成本通常较高。

Q2：单作用和双作用气动执行器如何选择？

如果需要断气自动复位，建议选择单作用执行器；如果需要更大扭矩和频繁动作，则更适合双作用执行器。

Q3：气动执行器为什么需要预留安全扭矩？

由于管道压力变化、介质粘度变化以及长期使用磨损，实际运行扭矩可能增大，因此需要预留安全系数。

Q4：气动执行器漏气怎么办？

A： 大概率是O型圈老化或缸体内壁磨损。建议定期检查气源过滤，确保进入执行器的气体干燥且无杂质。

Q5：单作用执行器为什么比双作用的贵？

A： 因为单作用执行器内部增加了大量的高品质弹簧，且缸体尺寸通常需要更大才能抵消弹簧阻力。