Пневматические серводвигатели предназначены для преобразования энергии сжатого газа, чаще всего воздуха, в механическую энергию поступательного или вращательного движений. Пневматические устройства менее инерционны по сравнению с гидравлическими. Это объясняется меньшими значениями вязкости и удельного веса газа (воздуха) по сравнению с минеральными маслами или другими рабочими жидкостями.

Пневматические серводвигатели по сравнению с гидравлическими обладают и другими, на первый взгляд незначащими, но практически весьма важными эксплуатационными преимуществами перед гидравлическими. Дело в том, что гидравлические устройства обладают свойством подтекать, и со временем окружающая их производственная среда загрязняется. Пневматические устройства, особенно использующие в качестве рабочей среды сжатый воздух, свободны от этого недостатка.

Но пневматические серводвигатели не могут точно воспроизводить заданный закон перемещения. Это объясняется сжимаемостью газа, т.е. сильной зависимостью его объема от давления. Многими фирмами выпускаются гаммы рабочих пневмоцилиндров общепромышленного назначения. Эти пневмоцилиндры с успехом могут быть использованы для целей автоматизации производственных процессов в машиностроении. Так, у типовых пневмоцилиндров общепромышленного назначения скорость перемещения поршня колеблется в диапазоне от 1 до 10 м/с, диаметр цилиндра изменяется от 0,01 до 0,3 м, ход поршня лежит в пределах от нескольких мм до 2-3 м, а ресурс службы составляет до 10 млн ходов поршня. Питаются такие рабочие пневмоцилиндры обычно от заводской пневмосети через соответствующие фильтры и редукторы.

Пневмодвигатели с прямолинейным движением выходного вала, реализуемые на базе различных пневмоцилиндров, бывают весьма разнообразными. Они могут быть одно и двухстороннего действия, с одно и двухсторонним штоком, двухпоршневые, однопоршневые с отверстиями в гильзе, многопоршневые, сдвоенные, телескопические, со встроенным ресивером. Пневмодвигатели могут также представлять собой вращающиеся пневмоцилиндры с полым или сплошным штоком либо сдвоенные вращающиеся пневмоцилиндры. Нагрузка, которую преодолевают пневматические серводвигатели поступательного движения, также бывает весьма разнообразной.

Это может быть осевая нагрузка, направление которой совпадает с осью разгруженного в радиальном направлении штока, осевая нагрузка, направление которой совпадает с осью неразразгруженного в радиальном направлении штока, радиальная нагрузка, сочетание радиальной и осевой нагрузки, осевая нагрузка с шарнирно закрепленными штоком и задней крышкой, осевая нагрузка с шарнирно закрепленными штоком и гильзой цилиндра.

Серводвигатель может при этом устанавливаться как горизонтально, так и вертикально. Для реализации вращательного движения выходного вала нашли практическое применение все типы пневматических серводвигателей, принцип действия которых подобен принципу действия ранее рассмотренных гидравлических серводвигателей с вращательным движением на выходе. Но кроме этого для реализации вращательного движения выходного вала нашли практическое применение также и такие специфические типы пневматических серводвигателей, как турбинный, применяемый для приводов шлифовальных станков, и винтовой, применяемый для приводов конвейеров, транспортеров и рольгангов. Наиболее широко применяемые типы пневматических исполнительных двигателей сведены в классификационную схему, приведенную на рисунке.

Среди этих двигателей наибольшее применение к настоящему времени нашли пластинчатые пневматические серводвигатели. Они способны развивать большие угловые скорости вращения, но при этом создают небольшой вращающий момент. Поэтому в такой двигатель обычно встраивается одна или несколько ступеней планетарных редукторов. Обычно для таких двигателей требуется обильная смазка.

Поршневые пневмоцилиндры в принципе могут иметь весьма широкий диапазон параметров, но существуют ряды их типоразмеров, отличающихся диаметром самого цилиндра и штока, а также усилием на штоке. Типовой пневмоцилиндр для смягчения ударов в крайних положениях поршня имеет встроенные в крышки пневматические демпферы. Для торможения штока в промежуточном положении предусматриваются специальные пневмоуправляемые тормозные устройства, размещаемые в штоковой крышке этого пневмоцилиндра.

Характерной особенностью пневматических серводвигателей является то, что наряду с поршневыми компонентами широко применяются упругие элементы в виде металлических и неметаллических мембран и сильфонов. Это позволяет строить такие специфические серводвигатели поступательного движения, как мембранный, применяемый, в основном, в зажимных устройствах; сильфонный, применяемый в датчиках и специальных устройствах с небольшой величиной перемещения и усилий; камерный, применяемый, для зажима деталей в нескольких точках, а также шланговый, применяемый в транспортирующих устройствах со значительной величиной перемещения (порядка 10 м) и небольшими перемещаемыми массами.

На рисунке представлен пневматический мембранный серводвигатель одностороннего действия.
Такой серводвигатель устроен и работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха под давлением Р0 в рабочую полость 4 над мембраной 5 шток 2 перемещается до упора 3. При этом пружина 1 сжимается. После снятия давления сжатого воздуха Р0 пружина 1 распрямляется до исходного состояния и шток 2 возвращается в исходное положение.

Заметим, что наряду с односторонними существуют также и двухсторонние мембранные пневматические серводвигатели, у которых обратный ход штока также совершается под действием сжатого воздуха, а не пружины.

Мембранные пневмодвигатели широко применяются в зажимных, фиксирующих, тормозных, прессующих и тому подобных устройствах станков и другого технологического оборудования. У мембранных пневматических серводвигателей по сравнению с поршневыми меньше рабочий ход. Однако эти серводвигатели более просты в изготовлении, поскольку здесь не требуется выдерживать жесткие допуски, более герметичны и не нуждаются в подаче распыленной смазки. К недостаткам мембранных пневмоприводов следует отнести небольшую абсолютную величину хода, непостоянство развиваемого таким приводом усилия по ходу, сравнительно низкую долговечность.