氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成

1、第三章氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成【課程性質(zhì)】理論課【教學(xué)目標(biāo)】1、掌握氣壓傳動(dòng)的工作就原理及組成2、了解氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】掌握氣壓傳動(dòng)的工作就原理及組成【教學(xué)難點(diǎn)】掌握氣壓傳動(dòng)的工作就原理及組成【教學(xué)課時(shí)】4課時(shí)【教學(xué)策略】采用多媒體動(dòng)畫的教學(xué)方式，進(jìn)行直觀教學(xué)【教學(xué)方法】講授法，多媒體教學(xué)法【教學(xué)過程】劃、節(jié)教學(xué)內(nèi)容師生互動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入一、氣壓傳動(dòng)及其應(yīng)用氣壓傳動(dòng)簡稱氣動(dòng)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門技術(shù)。因?yàn)橐詨嚎s空氣為工作介質(zhì)具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振動(dòng)、沖擊、輻射，無污染，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點(diǎn)，

2、所以氣動(dòng)技術(shù)與液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)一起，互相補(bǔ)充，已發(fā)展成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一個(gè)重要手段，在機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、輕紡食品工業(yè)、化工、交通運(yùn)輸、航空航天、國防建設(shè)等各個(gè)部門已得到廣泛的應(yīng)用。二、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是利用空氣壓縮機(jī)將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ?，然后在控制元件的控制和輔助元件的配合下，通過執(zhí)行元件把空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，從而完成直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并對(duì)外作功。三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，一般由以下部分組成：1氣壓發(fā)生裝置它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ?。其主要設(shè)備是空氣壓縮機(jī)。2 .控制元件是用來控制壓縮空氣

3、的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件具有一定的輸出力和速度，并按設(shè)計(jì)的程序正常工作。如壓力閥、流量閥、方向閥和邏輯閥等。3 .執(zhí)行元件是將空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置四、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1 .空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運(yùn)輸介質(zhì)的費(fèi)用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對(duì)環(huán)境無污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路，因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題。2 .因空氣粘度小（約為液壓油的萬分之一），在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。即使有泄漏，也不會(huì)像液壓油一樣污染環(huán)境。3 .與液壓相比，氣動(dòng)反應(yīng)快，動(dòng)作迅速，維護(hù)簡單，管路不易堵塞。氣源裝置的組成和布置示意

4、圖1空氣壓縮機(jī)2一后冷卻器3油水分離器4、7一貯氣罐5干燥器6過濾器8加熱器9四通閥圖中，1為空氣壓縮機(jī)，用以產(chǎn)生壓縮空氣，一般由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。其吸氣口裝有空氣過濾器，以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)內(nèi)氣體的雜質(zhì)量。2為后冷卻器，用以降溫冷卻壓縮空氣，使氣化的水、油凝結(jié)起來。3為油水分離器，用以分離并排出降溫冷卻凝結(jié)的水滴、油滴、雜質(zhì)等。4為貯氣罐，用以貯存壓縮空氣，穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，并除去部分油分和水分。5為干燥器，用以進(jìn)一步吸收或排除壓縮空氣中的水分及油分，使之變成干燥空氣。6為過濾器，用以進(jìn)一步過濾壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)顆粒。7為貯氣罐。貯氣罐4輸出的壓縮空氣可用于一般要求的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，貯氣罐7輸

5、出的壓縮空氣可用于要求較高的氣動(dòng)系統(tǒng)（如氣動(dòng)儀表及4 .氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。5 .氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中工作時(shí)，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)。6 .空氣具有可壓縮性，使氣動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)，也便于貯氣罐貯存能量，以備急需。7 .排氣時(shí)氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動(dòng)設(shè)備可以自動(dòng)降溫，長期運(yùn)行也不會(huì)發(fā)生過熱現(xiàn)象。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1 .空氣具有可壓縮性，當(dāng)載荷變化時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作穩(wěn)定性差，但可以采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置解決此問題。2 .工作壓力較低（一般為0.40.8MPa）,又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過

6、大，因而輸出功率較小。3 .氣信號(hào)傳遞的速度比光、電子速度慢，故不宜用于要求高傳遞速度的復(fù)雜回路中，但對(duì)一般機(jī)械設(shè)備，氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度是能夠滿足要求的。4 .排氣噪聲大，需加消聲器。五、氣壓裝置及輔件氣源裝置包括壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化等輔助裝置。它為氣動(dòng)系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。氣源裝置一般由氣壓發(fā)生裝置、凈化及貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備、傳輸壓縮空氣的管道系統(tǒng)和氣動(dòng)三大件四部分組成。氣壓發(fā)生裝置1 .空氣壓縮機(jī)的分類射流元件組成的控制回路等）。8為加熱器，可將空氣加熱，使熱空氣吹入閑置的干燥器中進(jìn)行再生，以備干燥器I、n交替使用。9為四

7、通閥，用于轉(zhuǎn)換兩個(gè)干燥器的工作狀態(tài)。2.空氣壓縮機(jī)的工作原理氣動(dòng)系統(tǒng)中最常用的是往復(fù)活塞式空壓機(jī)，其工作原理如圖所示。（a）原理圖（b）圖形符號(hào)活塞式壓縮機(jī)工作原理圖1一缸體2活塞3活塞桿4滑塊5曲柄連桿機(jī)構(gòu)6一吸氣閥7一排氣閥后冷卻器a）蛇管式b）列管式空氣壓縮機(jī)簡稱空壓機(jī)，是氣源裝置的核心，用以將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能?？諌簷C(jī)有以下幾種分類方法：(1)按工作原理分類：(2)按輸出壓力p分類：(3)按輸出流量qz(即銘牌流量或自由流量)分類3.空氣壓縮機(jī)的選用原則選擇空壓機(jī)的依據(jù)是：氣動(dòng)系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個(gè)主要參數(shù)?？諝鈮嚎s機(jī)的額定壓力應(yīng)等于或略高于氣動(dòng)系統(tǒng)所需的工作壓

8、力，一般氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力為0.40.8MPa,故常選用低壓空壓機(jī)，特殊需要亦可選用中、高壓或超高壓空壓機(jī)。輸出流量的選擇，要根據(jù)整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的需要再加一定的備用余量，作為選擇空氣壓縮機(jī)(或機(jī)組)流量的依據(jù)。空氣壓縮機(jī)銘牌上的流量是自由空氣流量。壓縮空氣凈化設(shè)備直接由空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣，如果不進(jìn)行凈化處理，不除去混在壓縮空氣中的水分、油分等雜質(zhì)是不能為氣動(dòng)裝置使用的。因此必須設(shè)置一些除油、除水、除塵并使壓縮空氣干燥的提高壓縮空氣質(zhì)量、進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。壓縮空氣凈化設(shè)備一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐和干燥器。1 .后冷卻器后冷卻器安裝在空氣壓縮機(jī)出口管道上，空氣

9、壓縮機(jī)排出具有140c170c的壓縮空氣經(jīng)過后冷卻器，溫度降至40c50C。這樣，就可使壓縮空氣中油霧和水汽達(dá)到飽和使其大部分凝結(jié)成滴而析出。2 .油水分離器油水分離器主要利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法干燥器1濕空氣進(jìn)氣管2頂蓋3、5、10法蘭4、6再生空氣排氣管7-再生空氣進(jìn)氣管8干燥空氣輸出管10一排水管11、22密封墊12、15、20鋼絲過濾網(wǎng)13一毛氈14下柵板使水滴、油滴及其它雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。撞擊折回式油水分離器結(jié)構(gòu)形式如圖所示。3 .貯氣罐貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣源輸出氣流脈動(dòng)，增加氣流連續(xù)性，減弱空氣壓縮機(jī)排出氣流脈動(dòng)引起的管道振動(dòng)；進(jìn)一步分

10、離壓縮空氣中的水分和油分。4 .干燥器干燥器的作用是進(jìn)一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分和顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，提供的壓縮空氣，用于對(duì)氣源質(zhì)量要求較高的氣動(dòng)裝置、氣動(dòng)儀表等。壓縮空氣干燥方法主要采用吸附、離心、機(jī)械降水及冷凍等方法。三、管道系統(tǒng)管道系統(tǒng)包括管道和管接頭。1 .管道氣動(dòng)系統(tǒng)中常用的管道有硬管和軟管。硬管以鋼管和紫銅管為主，常用于高溫高壓和固定不動(dòng)的部件之間連接。軟管有各種塑料管、尼龍管和橡膠管等，其特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、拆裝方便、密封性好，但應(yīng)避免在高溫、高壓和有輻射場合使用。2 .管接頭管接頭是連接、固定管道所必需的輔件，分為硬管接頭和軟管接頭兩類。3 .管道系統(tǒng)的選擇氣源管道的管

11、徑大小是根據(jù)壓縮空氣的最大流量和允許的最大壓力損失決定的。四、氣動(dòng)三大件空氣過濾器、減壓閥和油霧器一起稱為氣動(dòng)三大件，三大件依次無管化連接而成的組件稱為三聯(lián)件，是多數(shù)氣動(dòng)設(shè)備必不可少的氣源裝置。大多數(shù)情況下，三大件組合使用，其安裝次序依進(jìn)氣方向?yàn)榭諝膺^濾器、減壓閥和油霧器。1 .空氣過濾器空氣過濾器及圖形符號(hào)圖1一旋風(fēng)葉子2濾芯3存水杯4一擋水板5排水芯普通型油霧器及圖形符號(hào)1輸入口2小孔3噴嘴小孔4輸出口5儲(chǔ)油杯6一單向閥7可調(diào)節(jié)流閥8視油器10油塞10單向閥11吸油管空氣過濾器又名分水濾氣器、空氣濾清器，它的作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴及雜質(zhì)，以達(dá)到氣動(dòng)系統(tǒng)所要求的凈化程度。它屬于二次

12、過濾器，大多與減壓閥，油霧器一起構(gòu)成氣動(dòng)三聯(lián)件，安裝在氣動(dòng)系統(tǒng)的入口處。2 .油霧器油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，使壓縮空氣具有潤滑氣動(dòng)元件的能力。油霧器的選擇主要根據(jù)氣壓系統(tǒng)所需額定流量和油霧粒度大小來確定油霧器的型式和通徑，所需油霧粒度在50Nm左右選用普通型油霧器。3.減壓閥3 .減壓閥氣動(dòng)三大件中所用的減壓閥，起減壓和穩(wěn)壓作用，工作原理與液壓系統(tǒng)減壓閥相同。4 .氣動(dòng)三大件的安裝次序氣動(dòng)系統(tǒng)中氣動(dòng)三大件的安裝次序如下圖所示。目前新結(jié)構(gòu)的三大件插裝在同一支架上，形成無管化連接。其結(jié)構(gòu)緊湊、裝拆及更換元件方便，應(yīng)用普遍。氣動(dòng)執(zhí)行元件氣

13、動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，包括氣缸和氣馬達(dá)。一、氣缸氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一。它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的裝置。與液壓缸比較，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作壓力低和動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)。故應(yīng)用十分廣泛。1.氣缸的分類氣動(dòng)三大件的安裝次序1空氣過濾器2減壓閥3油霧器4一壓力表氣-液阻尼缸a串聯(lián)b并聯(lián)1氣缸2液壓缸3一高位油箱(a)單作用式(b)雙作用式薄膜式氣缸1一缸體2膜片3膜盤4活塞桿雙向旋轉(zhuǎn)葉片式氣動(dòng)馬達(dá)1一葉片2轉(zhuǎn)子3一定子1.單向型控制閥單向型控制閥包括單向閥、或門型梭閥、與門型梭閥和快速排氣閥。(1)或門型梭閥在氣壓傳動(dòng)

14、系統(tǒng)中，當(dāng)兩個(gè)通路PDP2均與另一通路A相通，而不允許P1與P2相通時(shí)，就要用或門型梭閥，如下圖所示。如圖a所示，當(dāng)P1進(jìn)氣時(shí)，將閥芯推向右邊，通路P2被關(guān)閉，于是氣流從P1進(jìn)入通路A。反之，氣流則從P2進(jìn)入A,如圖b所示。當(dāng)P1,P2同時(shí)進(jìn)氣時(shí)，哪端壓力高，A就與哪端相通，另一端就自動(dòng)關(guān)閉。圖c為該閥的圖形符號(hào)氣缸種類很多，結(jié)構(gòu)各異、分類方法也多，常用的有以下幾種。(1)按壓縮空氣在活塞端面作用力的方向不同分為單作用氣缸和雙作用氣缸；(2)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同分為活塞式、薄膜式、柱塞式和擺動(dòng)式氣缸等；(3)按安裝方式可分為耳座式、法蘭式、軸銷式、凸緣式、嵌入式和回轉(zhuǎn)式氣缸等；(4)按功能分為普通式

15、、緩沖式、氣-液阻尼式、沖擊和步進(jìn)氣缸等。2 .氣缸的工作原理和用途大多數(shù)氣缸的工作原理與液壓缸相同，以下介紹幾種具有特殊用途的氣缸。(1)氣-液阻尼缸在氣壓傳動(dòng)中，需要準(zhǔn)確的位置控制和速度控制時(shí)，可采用綜合了氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的氣-液阻尼缸。下圖為式氣-液阻尼缸工作原理圖。串聯(lián)式氣-液阻尼缸的缸體較長，加工和安裝時(shí)對(duì)同軸度要求較高，并要注意解決氣缸和液壓缸之間的油與氣的互竄。圖b為并聯(lián)式氣-液阻尼缸，它由氣缸和液壓缸并聯(lián)而成，其工作原理和作用與串聯(lián)氣-液阻尼缸相同。這種氣-液阻尼缸的缸體短，結(jié)構(gòu)緊湊，消除了氣缸和液壓缸之間的竄氣現(xiàn)象。(2)薄膜式氣缸薄膜式氣缸是一種利用膜片在壓縮空氣作用

16、下產(chǎn)生變形來推動(dòng)活塞桿作直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。下圖為薄膜式氣缸結(jié)構(gòu)簡圖。它可以是單作用的，也可以是雙作用的。二、氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的裝置。氣動(dòng)馬達(dá)有葉片式、活塞式、齒輪式等多種類型，在氣壓傳動(dòng)中使用最廣泛的是葉片式和活塞式馬達(dá)。下圖為雙向旋轉(zhuǎn)葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)壓縮空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入氣室后立即噴向葉片1,作用在葉片的外伸部分，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子2作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出機(jī)械能。若進(jìn)氣、出氣口互換，則轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，輸出相反方向的機(jī)械能。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力和葉片底部的氣壓力、彈簧力(圖中未畫出)使得葉片緊貼在定子3的內(nèi)壁上，以保證密封，提高容積效率。葉片式氣動(dòng)馬達(dá)主要用于風(fēng)

17、動(dòng)工具，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械及礦山機(jī)械等。氣動(dòng)馬達(dá)的突出特點(diǎn)是具有防爆、高速等優(yōu)點(diǎn)，也有其輸出功率小、耗氣量大、噪聲大和易產(chǎn)生振動(dòng)等缺點(diǎn)°氣動(dòng)控制元件氣動(dòng)控制元件按其功能和作用分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三大類。此外，還有通過控制氣流方向和通斷實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的氣動(dòng)邏輯元件等。一、方向控制閥氣動(dòng)方向控制閥和液壓方向控制閥相似，按其作用特點(diǎn)可分為單向型和換向型兩種，其閥芯結(jié)構(gòu)主要有截止式和滑閥式。1.換向型控制閥下圖為二位三通電磁換向閥結(jié)構(gòu)原理圖。(2)與門型梭閥(雙壓閥)與門型梭閥又稱雙壓閥，該閥只有當(dāng)兩個(gè)輸入口Pi、P2同時(shí)進(jìn)氣時(shí)，A口才能輸出。下圖所示為與門型梭閥。與門型梭閥(

18、3)快速排氣閥快速排氣閥又稱快排閥。它是為加快氣缸運(yùn)動(dòng)作快速排氣用的。下圖為膜片式快速排氣閥。(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)圖形符號(hào)快速排氣閥1膜片2一閥體（c）圖形符號(hào)二、壓力控制閥氣動(dòng)壓力控制閥主要有減壓閥、溢流閥和順序閥。下圖為壓力控制閥圖形符號(hào)。它們都是利用作用于閥芯上的流體（空氣）壓力和彈簧力相平衡的原理來進(jìn)行工作的。下圖所示為QTA型直動(dòng)型調(diào)壓閥（減壓閥）。調(diào)節(jié)手柄1以控制閥口開度的大小，即可控制輸出壓力的大小。三、流量控制閥氣動(dòng)流量控制閥主要有節(jié)流閥，單向節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥等。都是通過改變控制閥的通流面積來實(shí)現(xiàn)流量的控制元件。排氣節(jié)流閥通常安裝在換向閥的排氣口處與換向閥聯(lián)用，起單向節(jié)流閥的作用。四、氣動(dòng)輔件氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，許多輔助元件往往是不可缺少的，如消聲器、轉(zhuǎn)換器、管道和接頭等。一、消聲器消聲器的作用是排除壓縮氣體高速通過氣動(dòng)元件排到大氣時(shí)產(chǎn)生的刺耳噪聲污染。氣動(dòng)系統(tǒng)中的消聲器主要有吸收型、膨脹干涉型和膨脹干涉吸收型。二、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是將電、液、氣信號(hào)相互間轉(zhuǎn)換的輔件，用來控制氣動(dòng)系統(tǒng)工作。氣動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器主要有氣一電、電一氣和氣一