液壓與氣動技術

液壓與氣動技術第一頁，共103頁。教學內容：氣源系統(tǒng)的組成氣源系統(tǒng)的凈化裝置（難點）氣動執(zhí)行元件（重點）中南大學——液壓與氣動技術第二頁，共103頁。由壓縮空氣的產生和輸送系統(tǒng)及壓縮空氣消耗系統(tǒng)三個主要部分組成。一、氣動系統(tǒng)的基本組成：中南大學——液壓與氣動技術第三頁，共103頁。一、氣動系統(tǒng)的基本組成示例氣壓產生裝置過濾器壓力控制閥油霧器方向控制閥消聲器流量控制閥汽缸氣壓的傳遞、分配和控制即輸送系統(tǒng)氣壓的消耗中南大學——液壓與氣動技術第四頁，共103頁。二、氣動系統(tǒng)各組件及主要功能壓縮機：把機械能轉變?yōu)闅鈮耗?。電動機：給壓縮機提供機械能，它是把電能轉變成機械能。壓力開關：被調節(jié)到一個最高壓力：停止電動機，最低壓力，重新激活電動機。單向閥：阻止壓縮空氣反方向流動。儲氣罐：貯存壓縮空氣。壓力表：顯示儲氣罐內的壓力。自動排水器：無需人手操作，排掉凝結在儲氣罐內所有的水。安全閥：當儲氣罐內的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出。冷凍式空氣干燥器：將壓縮空氣冷卻到零上若干度，以減少系統(tǒng)中的水份。主管道過濾器：它清除主要管道內灰塵、水份和油。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力。中南大學——液壓與氣動技術第五頁，共103頁。三、氣動技術中的壓力概念在ISO標準中壓力的單位為帕斯卡（1Pa=1N/m2），由于這個單位非常小，為了閱讀和表達方便，常用0.1MPa(1bar)為壓力單位，這個單位適合在工業(yè)中應用：1Mpa＝103Kpa＝106Pa0.1MPa=100Kpa=1bar（巴）絕對壓力：相對于真空的壓力表壓力（GA）：高于大氣壓的那部分壓力真空度（Torr）：低于大氣壓的壓力中南大學——液壓與氣動技術第六頁，共103頁。五、氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)是為氣動設備提供滿足要求的壓縮空氣動力源。氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置和傳輸管路系統(tǒng)組成。典型的氣源及空氣凈化處理系統(tǒng)如圖所示。1-空壓機2-儲氣罐3-閥門4-主管過濾器5-干燥機

6-主管過濾器中南大學——液壓與氣動技術第七頁，共103頁。六、空氣壓縮機(Aircompressor)

1.空壓機是氣壓發(fā)生裝置。空壓機將電機或內燃機的機械能轉化為壓縮空氣的壓力能。2.按工作原理分類：可分為容積式空壓機和速度式空壓機。容積式空壓機的工作原理是壓縮空壓機中氣體的體積，使單位體積內空氣分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力。速度式空壓機的工作原理是提高氣體分子的運動速度以此增加氣體的動能，然后將氣體分子的動能轉化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。3.空氣壓縮機分為往復式與回轉式兩大類。往復式可細分為活塞式與膜片式，回轉式可細分為葉片式與螺桿式。

中南大學——液壓與氣動技術第八頁，共103頁。六、空氣壓縮機(Aircompressor)

4.按空壓機輸出壓力大小分類低壓空壓機0．2～1．0MPa中壓空壓機1．0～10MPa高壓空壓機10～100MPa超高壓空壓機＞100MPa5.按空壓機輸出流量(排量)分類微型＜1m3／Min小型1～10m3／Min中型10～100m3／Min大型＞100m3／Min中南大學——液壓與氣動技術第九頁，共103頁。氣壓傳動氣壓發(fā)生裝置中南大學——液壓與氣動技術第十頁，共103頁。七、空壓機的工作原理1.常見的空壓機有活塞式空壓機、葉片式空壓機和螺桿式空壓機三種，下圖為單級活塞式空壓機工作原理。中南大學——液壓與氣動技術第十一頁，共103頁。七、空壓機的工作原理1.單級活塞式空壓機通常用于需要（0.3-0.7）Mpa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級壓縮機中，若空氣壓力超過0.6Mpa，產生的過熱將大大地降低壓縮機的效率。故當輸出壓力較高時，應采取多級壓縮。2.多級壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排氣量。下面介紹多級空壓機工作原理中南大學——液壓與氣動技術第十二頁，共103頁。七、空壓機的工作原理2.二級活塞式空壓機工作原理。中南大學——液壓與氣動技術第十三頁，共103頁。七、空壓機的工作原理2.由兩級三個階段將吸入的大氣壓空氣壓縮到最終的壓力。如果最終壓力為0.7Mpa，第一級通常將它壓縮到0.3Mpa，然后經過中間冷卻器被冷卻，壓縮空氣通過中間冷卻器后溫度大大下降，再輸送到第二級氣缸中壓縮到0.7Mpa。因此，相對于單級壓縮機提高了效率。最后輸出溫度可控制在120度左右。中南大學——液壓與氣動技術第十四頁，共103頁。七、空壓機的工作原理3.葉片式空壓機中南大學——液壓與氣動技術第十五頁，共103頁。七、空壓機的工作原理3.在回轉過程中不需要活塞式空壓機中具有的吸氣閥和排氣閥。在轉子的每—次回轉中，將根據葉片的數目多次進行吸氣、壓縮和排氣，所以輸出壓力的脈動較小。通常情況下，葉片式空壓機需采用潤滑油對葉片、轉子和機體內部進行潤滑、冷卻和密封，所以排出的壓縮空氣中含有大量的油份。因此在排氣口需要安裝油氣分離器和冷卻器，以便把油份從壓縮空氣中分離出來進行冷卻并循環(huán)使用。

中南大學——液壓與氣動技術第十六頁，共103頁。七、空壓機的工作原理4.膜片式壓縮機

中南大學——液壓與氣動技術第十七頁，共103頁。七、空壓機的工作原理4.膜片式壓縮能提供5巴的壓縮空氣。由于它完全沒有油，因此廣泛用于食品、醫(yī)藥和相類似的工業(yè)中。膜片使氣室容積發(fā)生變化，在下行程時吸進空氣，上行程時壓縮空氣。中南大學——液壓與氣動技術第十八頁，共103頁。七、空壓機的工作原理5.螺桿式空壓機中南大學——液壓與氣動技術第十九頁，共103頁。七、空壓機的工作原理5.螺桿式壓縮機，由電動機帶動兩個嚙合的螺旋轉子以相反方向運動，它們當中自由空間的容積沿軸向減少，從而壓縮兩轉子間的空氣。利用噴油來潤滑密封的兩旋轉螺桿，油分離器將油與輸出空氣分開。此類壓縮機可連續(xù)輸出流量可超過400m3／min，壓力高達10巴。和葉片式壓縮機相比，此類壓縮機能輸送出連續(xù)的無脈動的壓縮空氣。雖然螺桿式和葉片式壓縮機愈來愈受青睞，但過去工業(yè)上最普遍使用的仍然是往復式壓縮機。中南大學——液壓與氣動技術第二十頁，共103頁。八、空壓機的特性參數單級/多級壓縮機總效率圖中南大學——液壓與氣動技術第二十一頁，共103頁。九、空壓機的選用1.根據氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量確定空壓機的輸出壓力Pc和供氣量Qc.P為氣動系統(tǒng)的工作壓力（Mpa），為系統(tǒng)中各個氣動執(zhí)行元件工作的最高工作壓力。

為氣動系統(tǒng)總的壓力損失，除了考慮管路的沿程阻力損失和局部阻力損失外，還應考慮為了保證減壓閥的穩(wěn)壓性能所必需的最低輸入壓力，以及氣動元件工作時的壓降損失。

中南大學——液壓與氣動技術第二十二頁，共103頁。十、空壓機的選用2.空壓機供氣量的大小應包括：目前氣動系統(tǒng)中各設備所需的耗氣量、考慮未來擴充設備所需耗氣量及修正系數（如避免空壓機在全負荷下不停地運轉、氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設備是否同時連續(xù)使用等）Q為氣動系統(tǒng)的最大耗氣量（m3／Min）；K為修正系數。一般可取=1.3～1.5。有了供氣壓力與供氣量，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號。中南大學——液壓與氣動技術第二十三頁，共103頁。十二、儲氣罐(Reservoir)儲氣罐的作用：1）使壓縮空氣供氣平穩(wěn)，減少壓力脈動。2）作為壓縮空氣瞬間消耗需要的儲存補充之用。3）儲存一定量的壓縮空氣，停電時可使系統(tǒng)繼續(xù)維持一定時間。4）可降低空壓機的啟動-停止頻率，其功能相當于增大了空壓機的功率。5）利用儲氣罐的大表面積散熱使壓縮空氣中的一部分水蒸氣凝結為水。中南大學——液壓與氣動技術第二十四頁，共103頁。十二、儲氣罐(Reservoir)2.儲氣罐的形狀：儲氣罐的容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長。儲氣罐一般采用圓筒狀焊接結構，有立式和臥式兩種，一般以立式居多。中南大學——液壓與氣動技術第二十五頁，共103頁。十三、壓縮空氣凈化處理裝置從空壓機輸出的壓縮空氣到達各用氣設備之前，必須將壓縮空氣中含有的大量水分、油分及粉塵雜質等除去，以得到適當的壓縮空氣質量，避免它們對氣動系統(tǒng)的正常工作造成危害，并且用減壓閥調節(jié)系統(tǒng)所需壓力以得到適當出力。在必要的情況下，使用油霧器使?jié)櫥挽F化并混入壓縮空氣中潤滑氣動元件，降低磨損，提高元件壽命。除水過程；過濾過程；調壓過程；潤滑過程。中南大學——液壓與氣動技術第二十六頁，共103頁。十三、壓縮空氣凈化處理裝置1.壓縮空氣的除水裝置（干燥器）(Airdryers)（1）后冷卻器空壓機輸出的壓縮空氣溫度高達120～1800C,在此溫度下，空氣中的水分完全呈氣態(tài)。后冷卻器的作用就是將空壓機出口的高溫壓縮空氣冷卻到400C，并使其中的水蒸氣和油霧冷凝成水滴和油滴，以便對將其清除。后冷卻器有風冷式和水冷式兩大類。

中南大學——液壓與氣動技術第二十七頁，共103頁。十三、壓縮空氣凈化處理裝置（1）風冷式和水冷式后冷卻器中南大學——液壓與氣動技術第二十八頁，共103頁。（2）吸收式干燥器吸收干燥法是一個純化學過程。在干燥罐中，壓縮空氣中水分與干燥劑發(fā)生反應，使干燥劑溶解，液態(tài)干燥劑可從干燥罐底部排出。根據壓縮空氣溫度、含濕量和流速，必須及時填滿干燥劑。干燥劑的化學物質通常用氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰等。因為化學物質是會慢慢用盡的。因此，干燥劑必須在一定的時間內進行補充。這種方法的主要優(yōu)點是它的基本建設和操作費用都較低。但進口溫度不得超過300C，其中干燥劑的化學物質具有較強烈腐蝕性，必須仔細檢查濾清，防止腐蝕性的霧氣進入氣動系統(tǒng)中。中南大學——液壓與氣動技術第二十九頁，共103頁。（2）吸收式干燥器中南大學——液壓與氣動技術第三十頁，共103頁。壓縮空氣的過濾裝置（1）主管道過濾器:安裝在主要管路中。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力，它能清除管道內的灰塵、水份和油。這種過濾器的濾芯一般是快速更換型濾芯，過濾精度一般為3～5um，濾芯是由合成纖維制成，由于纖維以矩陣形式排列。中南大學——液壓與氣動技術第三十一頁，共103頁。壓縮空氣的過慮裝置（1）主管道過濾器中南大學——液壓與氣動技術第三十二頁，共103頁。壓縮空氣的過慮裝置（2）標準過濾器標準過濾器主要是指安裝在氣動回路上，壓縮空氣從入口進入過濾器內部后，因導流板1（旋風葉片）的導向，產生了強烈的旋轉，在離心力作用下，壓縮空氣中混有的大顆粒固體雜質和液態(tài)水滴等被甩到濾杯4的內表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，經過這樣預凈化的壓縮空氣通過濾芯流出，進一步清除其中顆粒較小的固態(tài)粒子，清潔的空氣便從出口輸出。標準過濾器的過濾精度為5um。為防止造成二次污染，濾杯中的水每天都應該是排空的。中南大學——液壓與氣動技術第三十三頁，共103頁。壓縮空氣的過慮裝置（2）標準過濾器中南大學——液壓與氣動技術第三十四頁，共103頁。壓縮空氣的過慮裝置（3）自動排水器(Waterseparator)自動排水器用來自動排出管道、氣罐、過濾器濾杯等最下端的積水。由于氣動技術的廣泛應用、靠人工的方法進行定期排污已變得不可靠，而且有些場合也不便于人工操作，因此自動排污裝置得到廣泛應用。自動排水器可作為單獨的元件安裝在凈化設備的排污口處，也可內置安裝在過濾器等元件的殼體內（底部）。中南大學——液壓與氣動技術第三十五頁，共103頁。壓縮空氣的調壓裝置（1）減壓閥

減壓閥的作用是將較高的輸入壓力調到規(guī)定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩(wěn)定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。減壓閥的調壓方式有直動式和先導式兩種。直動式是借助彈簧力直接操縱的調壓方式；先導式是用預先調整好的氣壓來代替直動式調壓彈簧進行調壓的，一般先導式減壓閥的流量特性比直動式好。直動式減壓閥通徑小于20～25mm，輸出壓力在0～1.0MPa范圍內最為適當，超出這個范圍應選用先導式。中南大學——液壓與氣動技術第三十六頁，共103頁。1.使壓縮空氣產生油霧主要由油霧器來完成。油霧器是以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。目前，氣動控制系統(tǒng)中的控制閥、氣缸和氣馬達主要是靠帶有油霧的壓縮空氣來實現潤滑的，其優(yōu)點是方便、干凈、潤滑質量高。2.普通型油霧器也稱為全量式油霧器，把霧化后的油霧全部隨壓縮空氣輸出，油霧粒徑約為20um。普通型油霧器又分為固定節(jié)流式和自動節(jié)流式兩種，前者輸出的油霧濃度隨空氣的流量變化而變化，后者輸出的油霧濃度基本保持恒定。不隨空氣流量的變化而變化。壓縮空氣的潤滑裝置中南大學——液壓與氣動技術第三十七頁，共103頁。固定節(jié)流式普通型油霧器壓縮空氣的潤滑裝置中南大學——液壓與氣動技術第三十八頁，共103頁。對于現代氣動組件，潤滑不一定是必需的。它們可不需供油潤滑而長期工作。這些組件的壽命和特性完全是滿足現代機械制造高頻率的需要。“不需供油潤滑”系統(tǒng)的優(yōu)點包括：a)、節(jié)省潤滑設備，潤滑油和維護時加油等成本。b)、是最清潔衛(wèi)生的系統(tǒng)；如在糧食和藥品工業(yè)中特別重要。c)、油不混入到大氣中，得到健康和安全的工作環(huán)境。壓縮空氣的潤滑裝置中南大學——液壓與氣動技術第三十九頁，共103頁。油霧器在使用中一定要垂直安裝，它可以單獨使用，也可以和空氣過濾器、減壓閥、油霧器三件聯合使用，組成氣源調節(jié)裝置（通常稱之為氣動三聯件），使之具有過濾、減壓和油霧潤滑的功能。聯合使用時，其連接順序應為空氣過濾器一減壓閥一油霧器，不能顛倒，安裝時氣源調節(jié)裝置應盡量靠近氣動設備附近，距離不應大于5m。氣動三聯件（Airserviceunit）的工作原理圖如圖、外形圖及圖形符號如圖所示。壓縮空氣的潤滑裝置中南大學——液壓與氣動技術第四十頁，共103頁。氣動三聯件FRL中南大學——液壓與氣動技術第四十一頁，共103頁。氣動三聯件（FRL：FilterRegulatorLubricator）中南大學——液壓與氣動技術第四十二頁，共103頁。在氣動系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉換成機械能的元件被稱為氣動執(zhí)行元件。可以實現往復直線運動和往復擺動運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣缸；可以實現連續(xù)旋轉運動的氣動執(zhí)行元件稱為氣馬達。氣動執(zhí)行元件中南大學——液壓與氣動技術第四十三頁，共103頁。氣動執(zhí)行元件氣缸的分類；典型氣缸的結構特點及工作原理；氣缸的設計計算；氣動馬達；氣缸的選擇和使用。中南大學——液壓與氣動技術第四十四頁，共103頁。在氣動自動化系統(tǒng)中，氣缸由于其相對較低的成本、容易安裝、結構簡單、耐用、各種缸徑尺寸及行程可選，因而是應用最廣泛的一種執(zhí)行元件。根據使用條件不同，氣缸的結構、形狀和功能也不一樣。要完全確切地對氣缸進行分類較困難，氣缸主要的分類方式如下:1.氣缸的分類(Cylindertypes)

中南大學——液壓與氣動技術第四十五頁，共103頁。1.氣缸的分類(Cylindertypes)

1、按結構分類，其分類如圖。

中南大學——液壓與氣動技術第四十六頁，共103頁。2、按尺寸分類通常將缸徑為2.5～6mm的稱為微型氣缸8～25mm為小型氣缸32～320mm為中型氣缸大于320mm為大型氣缸。

1.氣缸的分類(Cylindertypes)中南大學——液壓與氣動技術第四十七頁，共103頁。3、按安裝方式分類固定式氣缸氣缸安裝在機體上固定不動，如圖9-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。擺動式氣缸缸體圍繞一個固定軸可作一定角度的擺動。如圖9-2（e）、（f）、（g）所示。

1.氣缸的分類(Cylindertypes)

中南大學——液壓與氣動技術第四十八頁，共103頁。3、按安裝方式分類1.氣缸的分類(Cylindertypes)中南大學——液壓與氣動技術第四十九頁，共103頁。4、按緩沖方式分類活塞運動到行程終端的速度較大，為防止活塞在行程終端撞擊端蓋造成氣缸損傷和降低撞擊噪音，在氣缸行程終端，一般都設有緩沖裝置。緩沖可分為單側緩沖和雙側緩沖，固定緩沖和可調緩沖。氣缸的緩沖可分為彈性墊緩沖(一般為固定的)和氣墊緩沖(一般為可調的)。彈性墊緩沖是在活塞兩側設置橡膠墊,或者在兩端缸蓋上設置橡膠墊,吸收動能,常用于缸徑小于25mm的氣缸。氣墊緩沖是利用活塞在行程終端前封閉的緩沖腔室所形成的氣墊作用來吸收動能的,適用于大多數氣缸的緩沖。

1.氣缸的分類(Cylindertypes)

中南大學——液壓與氣動技術第五十頁，共103頁。5、按潤滑方式分類可分為給油氣缸和不給油氣缸兩種。給油氣缸使用的工作介質是含油霧的壓縮空氣，對氣缸內活塞、缸筒等相對運動部件進行潤滑。不給油氣缸所使用的壓縮空氣中不含油霧，是靠裝配前預先添加在密封圈內的潤滑脂使氣缸運動部件潤滑的。使用時應注意，不給油氣缸也可以給油使用，但一旦給油使用后,則必須一直給油使用,否則將引起密封件過快磨損。這是因為壓縮空氣中的油霧已將潤滑脂洗去,而使氣缸內部處于無油潤滑狀態(tài)了。

1.氣缸的分類(Cylindertypes)

中南大學——液壓與氣動技術第五十一頁，共103頁。6、按驅動方式分類按驅動氣缸時壓縮空氣作用在活塞端面上的方向分有單作用氣缸和雙作用氣缸兩種。

1.氣缸的分類(Cylindertypes)

中南大學——液壓與氣動技術第五十二頁，共103頁。普通氣缸是指缸筒內只有一個活塞和一個活塞桿的氣缸。有單作用和雙作用氣缸兩種。

2.典型氣缸的介紹——普通氣缸

中南大學——液壓與氣動技術第五十三頁，共103頁。雙作用氣缸動作原理（Double-actingcylinders）

2.典型氣缸的介紹——普通氣缸中南大學——液壓與氣動技術第五十四頁，共103頁。單作用氣缸動作原理（Single-actingcylinders）

單作用氣缸在缸蓋一端氣口輸入壓縮空氣使活塞桿伸出（或縮回）,而另一端靠彈簧、自重或其它外力等使活塞桿恢復到初始位置，有預縮型單作用氣缸，預伸型氣缸。單作用氣缸只在動作方向需要壓縮空氣，故可節(jié)約一半壓縮空氣。主要用在夾緊、退料、阻擋、壓入、舉起和進給等操作上。2.典型氣缸的介紹——普通氣缸中南大學——液壓與氣動技術第五十五頁，共103頁。單作用氣缸動作原理（Single-actingcylinders）

2.典型氣缸的介紹——普通氣缸

中南大學——液壓與氣動技術第五十六頁，共103頁。（5）密封：動密封和靜密封。缸筒和缸蓋等固定部分的密封稱為靜密封；活塞在缸筒里作回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封。3.氣缸的基本結構(Cylinderconstruction)中南大學——液壓與氣動技術第五十七頁，共103頁。3.氣缸的基本結構(Cylinderconstruction)（5）密封原理（見圖9-4，不能裝反）中南大學——液壓與氣動技術第五十八頁，共103頁。標準氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結構容易制造的、普通廠商通常作為通用產品供應市場的氣缸。如符合國際標準ISO6430、ISO6431或ISO6432的普通氣缸。符合我國標準GB8103-87（即ISO6431）、德國標準DINISO6431等氣缸都是標準氣缸。4.標準氣缸中南大學——液壓與氣動技術第五十九頁，共103頁。氣缸的缸筒內徑D（簡稱缸徑）和活塞行程L是選擇氣缸的重要參數。1．

缸徑D：氣缸的缸筒內徑尺寸見表9-1(GB2348)5.氣缸的規(guī)格

中南大學——液壓與氣動技術第六十頁，共103頁。

2．

活塞行程L氣缸活塞行程系列按照優(yōu)先順序分成三個等級選用，見表9-2至表9-4。

5.氣缸的規(guī)格中南大學——液壓與氣動技術第六十一頁，共103頁。3.

常用中小型氣缸尺寸見表9-5。其中標準行程是指符合行程系列尺寸的，生產廠商能正常供貨的規(guī)格。

5.氣缸的規(guī)格

中南大學——液壓與氣動技術第六十二頁，共103頁。1.氣缸的理論輸出力普通雙作用氣缸的理論推力（N）為：式中,D一缸徑(m)，p一氣缸的工作壓力(Pa)。理論拉力(N)為：式中,d一活塞桿直徑（m）時,估算時可令d=0.3D。6.普通氣缸的設計計算

中南大學——液壓與氣動技術第六十三頁，共103頁。1.氣缸的理論輸出力普通單作用氣缸(預縮型)理論推力為：

理論拉力為：普通單作用氣缸(預伸型)理論推力為：理論拉力：

式中：D---—缸徑（m）,d—活塞桿直徑（m）,p—工作壓力（Pa）,Ft1—復位彈簧預壓量及行程所產生的彈簧力（N）,Ft2—復位彈簧預緊力（N）

6.普通氣缸的設計計算

中南大學——液壓與氣動技術第六十四頁，共103頁。2．

氣缸的負載率氣缸的負載率：是指氣缸的實際負載力F與理論輸出力F0之比。

負載力是選擇氣缸的重要因素。負載情況不同，作用在活塞軸上的實際負載力也不同。6.普通氣缸的設計計算

中南大學——液壓與氣動技術第六十五頁，共103頁。2．

氣缸的負載率6.普通氣缸的設計計算

中南大學——液壓與氣動技術第六十六頁，共103頁。舉例

用氣缸水平推動臺車，負載質量M=150kg，臺車與床面間摩擦系數0.3，氣缸行程L=300，要求氣缸的動作時間t=0.8s，工作壓力P=0.5Mpa。試選定缸徑。6.普通氣缸的設計計算

中南大學——液壓與氣動技術第六十七頁，共103頁。

無桿氣桿沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現往復運動。這種氣缸的最大優(yōu)點是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑、長行程的場合。無桿氣缸現已廣泛用于數控機床、注塑機等的開門裝置上及多功能坐標機器手的位移和自動輸送線上工件的傳送等。7.無桿氣缸(Rodlesscylinder)

中南大學——液壓與氣動技術第六十八頁，共103頁。無桿氣缸主要分為機械接觸式和磁性耦合式兩種。通常將磁性耦合無桿氣缸稱為磁性氣缸。

7.無桿氣缸(Rodlesscylinder)

中南大學——液壓與氣動技術第六十九頁，共103頁。7.無桿氣缸(Rodlesscylinder)

圖5.19繩索氣缸中南大學——液壓與氣動技術第七十頁，共103頁。7.無桿氣缸(Rodlesscylinder)

磁感應氣缸(Cylinderwithmagnetic)中南大學——液壓與氣動技術第七十一頁，共103頁。圖9-10（b）所示為一種磁性耦合的無桿氣缸。它是在活塞上安裝了一組高磁性的永久磁環(huán)4,磁力線通過薄壁缸筒(不銹鋼或鋁合金非導磁材料)與套在外面的另一組磁環(huán)2作用。由于兩組磁環(huán)極性相反具有很強的吸力。當活塞在一側輸入氣壓作用下移動時,則在磁耦合力作用下,帶動套筒與負載一起移動。在氣缸行程兩端設有空氣緩沖裝置。它的特點：小型、重量輕、無外部空氣泄漏、維修保養(yǎng)方便。當速度快、負載大時，內外磁環(huán)易脫開，即負載大小受速度影響,且磁性藕合的無桿氣缸中間不可能增加支承點,最大行程受到限制，圖9-10（a）為其外形圖。

8.磁感應氣缸(Cylinderwithmagnetic)

中南大學——液壓與氣動技術第七十二頁，共103頁。磁性開關氣缸是指在氣缸的活塞上裝有一個永久磁環(huán)，而將磁性開關裝在氣缸的缸筒外側。其余和一般氣缸并無兩樣。氣缸可以是各種型號的氣缸，但缸筒必須是導磁性弱、隔磁性強的材料。如鋁合金、不銹鋼、黃銅等。當隨氣缸移動的磁環(huán)靠近磁性開關時，舌簧開關的兩根簧片被磁化而觸點閉合，產生電信號；當磁環(huán)離開磁性開關后，簧片失磁，觸點斷開。這樣可以檢測到氣缸的活塞位置而控制相應的電磁閥動作。圖9-11為帶磁性開關氣缸的工作原理圖。以前，氣缸行程位置的檢測是靠在活塞桿上設置行程擋塊觸動機械行程閥來發(fā)信號的。從而給設計、安裝、制造帶來不便。而用磁性開關氣缸則使用方便、結構緊湊、開關反應時間快，故得到廣泛應用。

8.帶磁性開關的氣缸(Cylinderwithmagneticlimitedswitch)中南大學——液壓與氣動技術第七十三頁，共103頁。8.帶磁性開關的氣缸(Cylinderwithmagneticlimitedswitch)中南大學——液壓與氣動技術第七十四頁，共103頁。擺動氣缸是出力軸被限制在某個角度內做往復擺動的一種氣缸，又稱為旋轉氣缸。擺動氣缸目前在工業(yè)上應用廣泛，多用于安裝位置受到限制，或轉動角度小于3600的回轉工作部件，其動作原理也是將壓縮空氣的壓力能轉變?yōu)闄C械能。常用的擺動氣缸的最大擺動角度分為900、1800、2700三種規(guī)格。圖9-12為其應用實例。按照擺動氣缸的結構特點可分為齒輪齒條式和葉片式兩類。9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第七十五頁，共103頁。9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第七十六頁，共103頁。1．齒輪齒條式擺動氣缸齒輪齒條式擺動氣缸有單齒條和雙齒條兩種。圖9-13（b）為單齒條式擺動氣缸的結構原理圖，壓縮空氣推動活塞6帶動齒條3作直線運動，齒條3則推動齒輪4作旋轉運動，由輸出軸5（齒輪軸）輸出力矩。輸出軸與外部機構的轉軸相連，讓外部機構作擺動。擺動氣缸的行程終點位置可調，且在終端可調緩沖裝置。9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第七十七頁，共103頁。9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第七十八頁，共103頁。2、葉片式擺動氣缸葉片式擺動氣缸可分為單葉片式和雙葉片式和多葉片式。葉片越多，擺動角度越小，但扭矩卻要增大。單葉片型輸出擺動角度小于3600，雙葉片型輸出擺動角度小于1800，三葉片型則在1200以內。圖9-14（b）、（c）分別為單、雙葉片式擺動氣缸的結構原理圖。在定子上有兩條氣路，當左腔進氣時，右腔排氣，葉片在壓縮空氣作用下逆時針轉動，反之，作順時針轉動。旋轉葉片將壓力傳遞到驅動軸上作擺動。可調止動裝置與旋轉葉片相互獨立，從而使得擋塊可以調節(jié)擺動角度大小。在終端位置，彈性緩沖墊可對沖擊進行緩沖。圖9-14（a）為葉片式擺動缸的外形圖。

9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第七十九頁，共103頁。9.擺動氣缸(Rotarycylinder)中南大學——液壓與氣動技術第八十頁，共103頁。氣爪能實現各種抓取功能，是現代氣動機械手的關鍵部件。圖9-15所示的氣爪的特點是：所有的結構都是雙作用的，能實現雙向抓取，可自動對中，重復精度高；抓取力矩恒定；在氣缸兩側可安裝非接觸式檢測開關；有多種安裝、連接方式。10.氣爪（手指氣缸）（Gripper）中南大學——液壓與氣動技術第八十一頁，共103頁。圖9-15（a）所示為FESTO平行氣爪，平行氣爪通過兩個活塞工作，兩個氣爪對心移動。這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用內抓取，也可用于外抓取。圖9-15（b）所示為FESTO擺動氣爪，內外抓取400擺角，抓取力大，并確保抓取力矩始終恒定。圖9-15（c）所示為FESTO旋轉氣爪，其動作和齒輪齒條的嚙合原理相似。兩個氣爪可同時移動并自動對中，其齒輪齒條原理確保了抓取力矩始終桓定。圖9-15（d）所示為FESTO三點氣爪，三個氣爪同時開閉，適合夾持圓柱體工件及工件的壓入工作。10.氣爪（手指氣缸）（Gripper）中南大學——液壓與氣動技術第八十二頁，共103頁。氣液阻尼缸是一種由氣缸和液壓缸構成的組合缸。由氣缸產生驅動力，而用液壓缸的阻尼調節(jié)作用獲得平穩(wěn)的運動。這種氣缸常用于機床和切削加工的進給驅動裝置,克服了普通氣缸在負載變化較大時容易產生的“爬行”或“自移”現象，可以滿足驅動刀具進行切削加工的要求。11.氣—液阻尼缸中南大學——液壓與氣動技術第八十三頁，共103頁。11.氣—液阻尼缸中南大學——液壓與氣動技術第八十四頁，共103頁。12.特殊氣缸

（一）套筒氣缸套筒氣缸又稱伸縮氣缸，分為單作用和雙作用兩種，圖5.8所示為其結構原理圖。其特點是行程長，徑向尺寸較大，軸向尺寸小，推力和速度隨工作行程的變化而變化。氣缸的推力由最后一級即直徑最小的一級來確定。

圖5.8套筒氣缸結構原理中南大學——液壓與氣動技術第八十五頁，共103頁。12.特殊氣缸

(二)多位氣缸采用數個氣缸串聯起來，并通過設定各個氣缸的行程。以獲得多個停止位置偽氣缸，稱多位氣缸。其結構原理如圖5.9所示。中南大學——液壓與氣動技術第八十六頁，共103頁。12.特殊氣缸

圖5.9多位氣缸a)三位氣缸b)四位氣缸中南大學——液壓與氣動技術第八十七頁，共103頁。12.特殊氣缸

（三）串聯氣缸將兩個缸徑相同的普通雙作用氣缸串聯在一起即為串聯氣缸，如圖5.10所示。由于兩個活塞串聯在一根活塞桿上，其輸出力比一個活塞的氣缸增加一倍。這種氣缸常用于要求增加氣缸輸出力，而不能增大氣缸直徑，但允許增長缸體的場合。中南大學——液壓與氣動技術第八十八頁，共103頁。12.特殊氣缸

(四)制動氣缸帶有制動裝置的氣缸稱為制動氣缸，也稱鎖緊氣缸。制動裝置一般安裝在普通氣缸的前端，其結構有卡套錐面式、彈簧式和偏心式等多種形式。圖5.12a所示的制動氣缸為卡套錐面式制動裝置，它由制動閘瓦、制動活塞和彈簧等構成。圖5.12制動氣缸a)制動氣缸b)放松狀態(tài)c）夾緊狀態(tài)中南大學——液壓與氣動技術第八十九頁，共103頁。12.氣動馬達（Airmotors）

氣動馬達是一種作連續(xù)旋轉運動的氣動執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉換成回轉機械能的能量轉換裝置，其作用相當于電動機或液壓馬達，它輸出轉矩、驅動執(zhí)行機構作旋轉運動。在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣馬達。中南大學——液壓與氣動技術第九十頁，共103頁。1．

葉片式氣動馬達的工作原理圖9-18所示是雙向葉片式氣動馬達的工作原理圖。壓縮空氣由A孔輸入，小部分經定子兩端的密封蓋的槽進入葉片底部(圖中未表示)，將葉片推出，使葉片貼緊在定于內壁上，大部分壓縮空氣進入相應的密封空間而作用在兩個葉片上，由于兩葉片伸出長度不等，就產生了轉矩差，使葉片與轉子按逆時針方向旋轉，作功后的氣體由定子上的孔c和B排出。若改變壓縮空氣的輸入方向（即壓縮空氣由B孔進入，A孔和C孔排出），則可改變轉子的轉向。

12.氣動馬達（Airmotors）中南大學——液壓與氣動技術第九十一頁，共103頁。12.氣動馬達（Airmotors）中南大學——液壓與氣動技術第九十二頁，共103頁。（1）氣動馬達的特點1）工作安全，具有防爆性能，適用于惡劣的環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動、潮濕、粉塵等條件下均能正常工作。2）有過載保護作用。過載時馬達只是降低轉速或停止，當過載解除后運轉，并不產生故障。3）可以無級調速。只要控制進氣流量，就能調節(jié)馬達的功率和轉速。4）比同功率的電動機輕1／3～1／10，輸出功率慣性比較小。5）可長期滿載工作，而溫升較小。6)功率范圍及轉速范圍均較寬，功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦，轉速可從每分鐘幾轉到上萬轉。7）具有較高的啟動轉矩，可以直接帶負載啟動。啟動、停止迅速。8）結構簡單，操縱方便，可正反轉，維修容易，成本低。9）速度穩(wěn)定性差。輸出功率小，效率低，耗氣量大。噪聲大，容易產生振動。

12.氣動馬達（Airmotors）中南大學——液壓與氣動技術第九十三頁，共103頁。齒輪式氣馬達齒輪式氣馬達有雙齒輪式和多齒輪式，而以雙齒輪式應用得最多。齒輪可采用直齒、斜齒和人字齒。圖5.43為齒輪式氣馬達結構原理。這種氣馬達的工作室由一對齒輪構成，壓縮空氣由對稱中心處輸入，齒輪在壓力的作用下回轉。采用直齒輪的氣馬達可以正反轉動，采用人字齒輪或斜齒輪的氣馬達則不能反轉。如果采用直齒輪的氣馬達，則供給的壓縮空氣通過齒輪時不膨脹，因此效率低。當采用人字齒輪或斜齒輪時，壓縮空氣膨脹60％一70％，提高了效率。齒輪式氣馬達與其它類型的氣馬達相比，具有體積小、重量輕、結構簡單、對氣源質量要求低、耐沖擊及慣性小等優(yōu)點。但轉矩脈動較大，效率較低。小型氣馬達轉