氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)

氣源裝置與氣動(dòng)執(zhí)行元件氣壓傳動(dòng)的組成及工作原理

氣壓傳動(dòng)，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和信號(hào)傳遞的一門技術(shù)。氣壓傳動(dòng)的工作原理是利用空壓機(jī)把電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械能，從而完成各種動(dòng)作，并對(duì)外做功。

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)氣動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門。氣動(dòng)機(jī)械手、組合機(jī)床、加工中心、生產(chǎn)自動(dòng)線、自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)裝置等已大量涌現(xiàn)。在提高生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實(shí)現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這主要是因?yàn)闅鈮簜鲃?dòng)與機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)相比有以下特點(diǎn)：氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動(dòng)通道，用過后可將其隨時(shí)排入大氣中，不污染環(huán)境。(2)空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時(shí)，對(duì)空氣的粘度影響極小，故不會(huì)影響傳動(dòng)性能。(3)空氣的粘度很小（約為液壓油的萬分之一），所以流動(dòng)阻力小，在管道中流動(dòng)的壓力損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。(4)相對(duì)液壓傳動(dòng)而言，氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快，一般只需0.02~0.3秒就可達(dá)到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動(dòng)速度一般為1~5m/s，而氣體的流速最小也大于10m/s，有時(shí)甚至達(dá)到音速，排氣時(shí)還達(dá)到超音速。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)

(5)氣體壓力具有較強(qiáng)的自保持能力，即使壓縮機(jī)停機(jī)，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個(gè)穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變。(6)氣動(dòng)元件可靠性高、壽命長(zhǎng)。電氣元件可運(yùn)行百萬次，而氣動(dòng)元件可運(yùn)行2000~4000萬次。(7)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)等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動(dòng)和控制優(yōu)越。(8)

氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便、過載能自動(dòng)保護(hù)。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

(1)因空氣的可壓縮性較大，氣動(dòng)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性較差。(2)氣動(dòng)裝置工作壓力低，輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動(dòng)裝置比液壓傳動(dòng)裝置輸出的力要小得多。(3)氣動(dòng)裝置中的信號(hào)傳動(dòng)速度比光、電控制速度慢，所以不宜于信號(hào)傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中。同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遙控也比較困難，但對(duì)一般的機(jī)械設(shè)備，氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度是能滿足工作要求的。(4)

噪聲較大，尤其是在超音速排氣時(shí)要加消聲器。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)章節(jié)目錄

1氣源裝置2氣動(dòng)輔件3氣動(dòng)執(zhí)行元件4氣動(dòng)控制閥湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)1氣源裝置

氣動(dòng)系統(tǒng)由以下元件及裝置組成：(1)氣源裝置

獲得壓縮空氣的裝置。其主體部分是空氣壓縮機(jī)，它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能；

(2)控制元件用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向的，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的工作循環(huán)。它包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等；

(3)執(zhí)行元件

是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。包括氣缸、氣馬達(dá)、擺動(dòng)馬達(dá)；

(4)輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤(rùn)滑、元件間的連接及消聲等所必須的，它包括過濾器、油霧氣、管接頭及消聲器等。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)1氣源裝置向氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)提供壓縮空氣(具有—定壓力和流量，并具有一定的凈化程度)的裝置稱為氣源裝置。氣源裝置一般由四個(gè)部分組成：1)氣壓發(fā)生裝置。2)凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備。3)傳輸壓縮空氣的管道系統(tǒng)。4)氣動(dòng)三大件。往往將1）、2）部分設(shè)備布置在壓縮空氣站內(nèi)，作為工廠或車間統(tǒng)一的氣源，如圖10-1所示。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)圖10-1氣源系統(tǒng)組成示意圖

1用以產(chǎn)生壓縮空氣。2用以降溫冷卻壓縮空氣。3用以分離并排出降溫冷卻凝結(jié)的水滴、油滴、雜質(zhì)等。4和7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用以進(jìn)一步吸收或排除壓縮空氣中的水分及油分。6用以進(jìn)一步過濾壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)顆粒。1-空氣壓縮機(jī)2-后冷卻器3-油水分離器4、7-貯氣罐5-干燥劑6-過濾器湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)1.1氣壓發(fā)生裝置1.空壓機(jī)的類型按工作原理：分為容積型空壓機(jī)和速度型空壓機(jī)。按結(jié)構(gòu)形式分類，見圖10－2所示。按輸出壓力大小可分為：低壓空壓機(jī)（0.2～1.0MPa）；中壓空壓機(jī)（1.0～10MPa）；高壓空壓機(jī)（10～100MPa）；超高壓空壓機(jī)（>100MPa）。按輸出流量（排量）可分為：微型（<1m3/min）；小型（1～10m3/min）；中型（10～100m3/min）；大型（>100m3/min）。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)圖10-2空氣壓縮機(jī)基本類型

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)2.空壓機(jī)的工作原理以活塞式壓縮機(jī)為例介紹空壓機(jī)的工作原理。

圖10-3活塞式空壓機(jī)的工作原理圖1-排氣閥2-氣缸3-活塞4-活塞桿5-滑塊6-連桿7-曲柄8-吸氣閥9-彈簧湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)當(dāng)活塞3向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，左腔壓力低于大氣壓力，吸氣閥8被打開，空氣在大氣壓力作用下進(jìn)入氣缸2內(nèi)，這個(gè)過程稱為“吸氣過程”。當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥8在缸內(nèi)壓縮氣體的作用下關(guān)閉，缸內(nèi)氣體被壓縮，這個(gè)過程稱為“壓縮過程”。當(dāng)氣缸內(nèi)空氣壓力增高到略高于輸氣管內(nèi)壓力后，排氣閥1被打開，壓縮空氣進(jìn)入輸氣管道，這個(gè)過程稱為“排氣過程”。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)10.1.2壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備1.氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣質(zhì)量的要求

（1）要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。（2）要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。清潔度是指氣源中含油量，含灰塵雜質(zhì)的質(zhì)量及顆粒大小都要控制在很低范圍內(nèi)。干燥度是指壓縮空氣中含水量的多少，氣動(dòng)裝置要求壓縮空氣的含水量越低越好?；煸趬嚎s空氣中的油蒸氣可能聚集在貯氣罐、管道、氣動(dòng)系統(tǒng)的容器中，有引起爆炸的危險(xiǎn)或影響設(shè)備的壽命。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)

因此氣源裝置必須設(shè)置一些除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥，提高壓縮空氣質(zhì)量，進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。(3)壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定的條件下會(huì)凝結(jié)成水，并聚集在個(gè)別管道中。在寒冷的冬季，凝結(jié)的水會(huì)使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動(dòng)裝置的正常工作。(4)壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的氣動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)副會(huì)產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣而降低效率，影響它的使用壽命。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)10.1.2壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備2.壓縮空氣凈化貯存設(shè)備（1）冷卻器冷卻器的結(jié)構(gòu)形式有：蛇形管式（見圖10-4a）、列管式（見圖10-4b）、散熱片式、套管式等。冷卻方式有水冷和風(fēng)冷式兩種；湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)a)蛇管式b)列管式

圖10-4冷卻器湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)圖10-5撞擊折回式油水分離器（2）油水分離器

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)圖10-6貯氣罐

（3）貯氣罐湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)圖10-7不加熱再生式干燥器

（4）空氣干燥器

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)10.1.3氣動(dòng)三大件

空氣過濾器、減壓閥、油霧器一起稱為氣動(dòng)三大件，其安裝次序根據(jù)進(jìn)氣方向?yàn)榭諝膺^濾器（二次過濾器）、減壓閥和油霧器，如圖10-8所示。

圖10-8氣動(dòng)三聯(lián)件1-空氣濾氣器2-減壓閥3-壓力表4-油霧器湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)2氣動(dòng)輔件2.1消聲器

氣動(dòng)元件上使用的消聲器的類型一般有三種：吸收型消聲器，膨脹干涉型消聲器，膨脹干涉吸收型消聲器。

圖10-14吸收型消聲器1-連接螺紋2-消聲套湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)10.2氣動(dòng)輔件2.2管道連接件

管道連接件包括管子和各種管接頭。管子可分為硬管及軟管兩種。氣動(dòng)系統(tǒng)中使用的管接頭分為卡套式、擴(kuò)口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)3氣動(dòng)執(zhí)行元件3.1氣缸1.氣缸工作原理及功用（1）薄膜式氣缸薄膜式氣缸是以膜片取代活塞帶動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)常為盤狀。有單作用與雙作用式之分。如圖10-15a）、圖10-15b）所示。（2）氣—液阻尼缸氣—液阻尼缸是由氣缸和液壓缸組合而成，它以壓縮空氣為動(dòng)力源，利用油液的可壓縮性小和流量容易控制的特點(diǎn)，可獲得運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和速度可調(diào)的目的。如圖10-16示。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院——液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)

a)單作用b)雙作用

圖10-15薄膜式氣缸1-膜盤2-膜片3-活塞桿4-缸體a,b-進(jìn)／