液壓與氣壓傳動(dòng)第9章氣壓傳動(dòng)

液壓與氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)1本章提要

本章主要內(nèi)容為：①氣壓傳動(dòng)的組成及特點(diǎn)。②氣動(dòng)元件，含氣源裝置、氣馬達(dá)、氣缸、氣壓控制方向閥、氣壓控制壓力閥、氣壓控制流量閥和附件，要了解這些元件的工作原理、掌握?qǐng)D形符號(hào)、了解結(jié)構(gòu)形式等。③氣動(dòng)回路實(shí)例分析。本章重點(diǎn)是氣動(dòng)元件的工作原理、圖形符號(hào)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2

9.1.1氣壓傳動(dòng)的組成及工作原理第九章氣壓傳動(dòng)概述

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(mén)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(guò)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。

3氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)類似，也是由四部分組成的，它們是：

(1)氣壓發(fā)生裝置

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(lái)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(guò)濾器、油霧氣、管接頭及消聲器等。4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(mén)。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)：

9.1.2氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)59.1.2.1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(guò)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?。s為液壓油的萬(wàn)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。6

(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(guò)自身的膨脹性來(lái)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(wàn)次，而氣動(dòng)元件可運(yùn)行2000~4000萬(wàn)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(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。79.1.2.2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(guò)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。8

表9-1氣壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)的性能比較

操作力動(dòng)作快慢環(huán)境要求構(gòu)造負(fù)載變化影響操作距離無(wú)級(jí)調(diào)速工作壽命維護(hù)價(jià)格氣壓傳動(dòng)中等較快適應(yīng)性好簡(jiǎn)單較大中距離較好長(zhǎng)一般便宜液壓傳動(dòng)最大較慢不怕振動(dòng)復(fù)雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動(dòng)電氣中等快要求高稍復(fù)雜幾乎沒(méi)有遠(yuǎn)距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求特高最復(fù)雜沒(méi)有遠(yuǎn)距離良好短要求更高最貴機(jī)械傳動(dòng)較大一般一般一般沒(méi)有短距離較困難一般簡(jiǎn)單一般9第十章氣源裝置及氣動(dòng)元件氣源裝置氣動(dòng)輔件氣動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)控制閥10

氣動(dòng)系統(tǒng)組成氣動(dòng)系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣。執(zhí)行元件將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動(dòng)作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)?？刂圃刂茪怏w壓力、流量及運(yùn)動(dòng)方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動(dòng)邏輯元件；感測(cè)、轉(zhuǎn)換、處理氣動(dòng)信號(hào)的元器件，如氣動(dòng)傳感器及信號(hào)處理裝置。氣動(dòng)輔件氣動(dòng)系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。11氣源裝置氣源裝置為氣動(dòng)系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。氣源裝置由以下四部分組成氣壓發(fā)生裝置——空氣壓縮機(jī)；凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備；管道系統(tǒng)；氣動(dòng)三大件。12

氣壓發(fā)生裝置空氣壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動(dòng)機(jī)械使用?？諝鈮嚎s機(jī)的分類分容積型和速度型?？諝鈮嚎s機(jī)的選用原則依據(jù)是氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。13壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣質(zhì)量的要求：壓縮空氣要具有一定壓力和足夠的流量，具有一定的凈化程度。不同的氣動(dòng)元件對(duì)雜質(zhì)顆粒的大小有具體的要求?；烊雺嚎s空氣中的油分、水分、灰塵等雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不良影響，必須要設(shè)置除油、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。一般包括后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器14管道系統(tǒng)和氣動(dòng)三大件氣動(dòng)三大件：分水過(guò)濾器作用是除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來(lái)。原理：回轉(zhuǎn)離心、撞擊，性能指標(biāo)：過(guò)濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性減壓閥起減壓和穩(wěn)壓作用。油霧器特殊的注油裝置。原理當(dāng)壓縮空氣流過(guò)時(shí)，它將潤(rùn)滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤(rùn)滑部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的。性能指標(biāo)：流量特性、起霧油量15氣動(dòng)輔件消聲器氣缸、氣閥等工作時(shí)排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲。消聲器是通過(guò)阻尼或增加排氣面積來(lái)降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。消聲器的類型：吸收型；膨脹干涉型；膨脹干涉吸收性。16氣動(dòng)執(zhí)行元件

氣動(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)。實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和做功的是氣缸；實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和做功的是氣馬達(dá)。氣缸的分類：活塞式和膜片式活塞式又分單活塞式和雙活塞式單活塞式又分有活塞桿和無(wú)活塞桿17無(wú)活塞桿氣缸原理鋁制缸筒2沿軸向方向開(kāi)槽，為防止內(nèi)部壓縮空氣泄漏和外部雜物侵入，槽被內(nèi)部抗壓密封件4和外部防塵密封件7密封，塑料的內(nèi)外密封件互相夾持固定著。無(wú)桿活塞3兩端帶有唇型密封圈，活塞兩端分別進(jìn)、排氣，活塞將在缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。通過(guò)缸筒槽的傳動(dòng)舌片5，該運(yùn)動(dòng)被傳遞到承受負(fù)載的導(dǎo)架6上。此時(shí)，傳動(dòng)舌片將密封件4、7擠開(kāi)，但它們?cè)诟淄驳膬啥巳匀皇腔ハ鄪A持的。因此傳動(dòng)舌片與導(dǎo)架組件在氣缸上移動(dòng)時(shí)無(wú)壓縮空氣泄漏。18無(wú)活塞桿氣缸的結(jié)構(gòu)圖19氣動(dòng)馬達(dá)

氣動(dòng)馬達(dá)的特點(diǎn)和應(yīng)用可無(wú)級(jí)調(diào)速；可雙向旋轉(zhuǎn)；有過(guò)載保護(hù)作用，過(guò)載時(shí)轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可直接帶負(fù)載啟動(dòng)；輸出功率相對(duì)較小，轉(zhuǎn)速范圍較寬；耗氣量大，效率低，噪聲大；工作可靠，操作方便。氣動(dòng)馬達(dá)在使用中必須得到良好的潤(rùn)滑20氣動(dòng)控制閥壓力控制閥減壓閥—?dú)鈩?dòng)三大件之一，用于穩(wěn)定用氣壓力。溢流閥—只作安全閥用。順序閥—由于氣缸（馬達(dá)）的軟特性，很難用順序閥實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的順序動(dòng)作21流量控制閥

流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度。節(jié)流閥單向節(jié)流閥排氣節(jié)流閥22方向控制閥：方向控制閥：換向閥氣壓控制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）電磁控制換向閥，電、氣控制換向閥機(jī)械控制換向閥人力控制換向閥

單向閥梭閥兩個(gè)單向閥的組合，相當(dāng)于“或門(mén)”。快速排氣閥23第十一章氣動(dòng)基本回路與常用回路氣動(dòng)基本回路氣動(dòng)常用回路24氣動(dòng)基本回路氣動(dòng)基本回路壓力和力控制回路換向回路速度控制回路位置控制回路基本邏輯回路25

一次壓力控制回路一次壓力控制回路電接觸式壓力表根據(jù)貯氣罐壓力控制空壓機(jī)的起、停，一旦貯氣罐壓力超過(guò)一定值時(shí)，溢流閥起安全保護(hù)作用。簡(jiǎn)單壓力控制回路采用溢流式減壓閥對(duì)氣源實(shí)行定壓控制。26過(guò)載保護(hù)回路過(guò)載保護(hù)回路正常工作時(shí)，閥1得電，使閥2換向，氣缸活塞桿外伸。如果活塞桿受壓的方向發(fā)生過(guò)載，則順序閥動(dòng)作，閥3切換，閥2的控制氣體排出，在彈簧力作用下?lián)Q至圖示位置，使活塞桿縮回。27

力控制回路

氣動(dòng)系統(tǒng)一般壓力較低，所以往往是通過(guò)改變執(zhí)行元件的受力面積來(lái)增加輸出力。28換向回路

單作用氣缸換向回路用三位五通換向閥可控制單作用氣缸伸、縮、任意位置停止。29換向回路

雙作用氣缸換向回路用三位五通換向閥除控制雙作用缸伸、縮換向外，還可實(shí)現(xiàn)任意位置停止。30速度控制回路

氣閥調(diào)速回路單作用氣缸調(diào)速回路用兩個(gè)單向節(jié)流閥分別控制活塞桿的升降速度。31速度控制回路單作用氣缸快速返回回路活塞返回時(shí)，氣缸下腔通過(guò)快速排氣閥排氣。32氣液聯(lián)動(dòng)速度控制回路

串聯(lián)調(diào)速回路通過(guò)兩個(gè)單向節(jié)流閥，利用液壓油不可壓縮的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的無(wú)級(jí)調(diào)速，油杯為補(bǔ)充漏油而設(shè)。信號(hào)輸出。邏輯表達(dá)式S=a+b邏輯符號(hào)33氣液聯(lián)動(dòng)速度控制回路

氣液缸并聯(lián)且有中間位置停止的變速回路氣缸活塞桿端滑塊空套在液壓阻尼缸活塞桿上，當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到調(diào)節(jié)螺母6處時(shí)，氣缸由快進(jìn)轉(zhuǎn)為慢進(jìn)。液壓阻尼缸流量由單向節(jié)流閥2控制，蓄能器能調(diào)節(jié)阻尼缸中油量的變化。34位置控制回路串聯(lián)氣缸定位氣缸由多個(gè)不同行程的氣缸串聯(lián)而成。換向閥1、2、3依次得電和同時(shí)失電，可得到四個(gè)定位位置。35位置控制回路

任意位置停止回路當(dāng)氣缸負(fù)載較小時(shí)，可選擇圖a所示回路，當(dāng)氣缸負(fù)載較大時(shí)，應(yīng)選擇圖b所示回路。36常用基本回路安全保護(hù)回路同步動(dòng)作回路往復(fù)動(dòng)作回路37安全保護(hù)回路雙手操作回路只有同時(shí)按下兩個(gè)啟動(dòng)用手動(dòng)換向閥，氣缸才動(dòng)作，對(duì)操作人員的手起到安全保護(hù)作用。應(yīng)用在沖床、鍛壓機(jī)床上。38互鎖回路

互鎖回路該回路利用梭閥1、2、3和換向閥4、5、6實(shí)現(xiàn)互鎖，防止各缸活塞同時(shí)動(dòng)作，保證只有一個(gè)活塞動(dòng)作。工作原理39同步動(dòng)作回路簡(jiǎn)單的同步回路采用剛性零件把兩尺寸相同的氣缸的活塞桿連接起來(lái)。工作原理40