氣壓傳動基礎(chǔ)知識教材課件

第九章氣壓傳動基礎(chǔ)知識第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化第三節(jié)氣體的流動規(guī)律第九章氣壓傳動基礎(chǔ)知識第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)1.著重學(xué)習(xí)空氣的有關(guān)知識；2.理解氣體與液體的差異；學(xué)習(xí)建議氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。1.著重學(xué)習(xí)空氣的有關(guān)知識；學(xué)習(xí)建議

優(yōu)點：除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程控制、過載保護(hù)等優(yōu)點外，還具有工作介質(zhì)處理方便，無介質(zhì)費用、泄漏污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢。

缺點：但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。

氣壓傳動特點：應(yīng)用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工優(yōu)點：除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于空氣的組成氣體的基本狀態(tài)參數(shù)空氣的密度空氣的粘性氣體的易變特性濕空氣第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)空氣的組成第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)一、空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的稱為干空氣。二、氣體的基本狀態(tài)參數(shù)溫度T、體積V、壓力p、熱力學(xué)能、焓、熵空氣的兩種狀態(tài)基準(zhǔn)狀態(tài)：溫度為0，壓力為1.013*105Pa的干空氣的狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：溫度為20，相對濕度為65%，壓力為0.1MPa的空氣狀態(tài)。一、空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。二、氣體三、空氣的密度空氣的密度：對于干空氣：四、空氣的粘性空氣的粘性是空氣質(zhì)點相對運動時產(chǎn)生阻力的性質(zhì)。粘性的大小用動力粘度和運動粘度來描述。空氣的粘性隨溫度的升高而增大，受壓力變化影響極小。三、空氣的密度空氣的密度：四、空氣的粘性空氣的粘性是空氣質(zhì)點五、氣體的易變特性

氣體的體積受壓力和溫度變化的影響極大，與液體和固體相比，氣體的體積是易變的。六、濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來表示。濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度之分。含濕量分為質(zhì)量含濕量和容積含濕量兩種，單位質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量單位體積的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量五、氣體的易變特性氣體的體積受壓力和溫度變化的影響極理想氣體的狀態(tài)方程氣體狀態(tài)變化過程及其規(guī)律氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化理想氣體的狀態(tài)方程第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化一、理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體。空氣可視為理想氣體。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間，有如下氣體狀態(tài)方程成立：pV/T=常量或p=ρRT二、氣體狀態(tài)變化過程等容過程

p1/T1=p2/T2=常量

在等容過程中，氣體對外不做功，氣體與外界的熱交換用于增加（減少）氣體的熱力學(xué)能。等壓過程

V1/T1=V2/T2=常量

一、理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槎怏w狀態(tài)變化過程等溫過程

p1V1=p2V2=常量

在等溫過程中，無內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過程。絕熱過程一定質(zhì)量的氣體和外界沒有熱量交換時的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。

p1V1k=p2V2k=常量

式中k為絕熱指數(shù)，對空氣來說k=1.4。氣動系統(tǒng)中快速充、排氣過程可視為絕熱過程。二、氣體狀態(tài)變化過程等溫過程p1V1=p2V2=三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程在氣動系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣，或由它們向外排氣所需的時間及溫度變化是正確利用氣動技術(shù)的重要問題。由于快速充、放氣過程中的氣體來不及與外界進(jìn)行能量交換，可視為絕熱過程。同時，為簡化分析，視氣罐、氣缸、管道及其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)為定積容器。1、定積容器充氣過程

在絕熱充氣過程中，如充入同一氣體且充氣前容器中的氣體溫度等于充入氣體的溫度且充氣至氣源壓力。

則充氣過程伴隨著溫度的升高，在極限情況下，充氣后氣體的熱力學(xué)溫度為充氣前氣體熱力前溫度的1.4倍。充氣過程分兩個階段，p≤0.528p0，稱為聲速充氣階段；p﹥0.528p0，稱為亞聲速充氣階段。三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程在氣三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程2、定積容器放氣過程

絕熱放氣必然是一個降溫的過程。放氣終了的氣體溫度將隨著壓力比p2/p1的增大和初溫的降低而降低。如果放氣容器中的氣體壓力足夠高，起始溫度又足夠低，那么經(jīng)過絕熱放氣后，容器中的剩余氣體將被冷卻直至液化。

放氣過程也分兩個階段，p≥1.893pa，稱為聲速放氣階段；p﹤1.893pa，稱為亞聲速放氣階段。三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程2、定積容器放氣過程氣體流動的基本方程聲速和馬赫數(shù)氣體通過收縮噴嘴的流動氣動元件和管道的有效截面積A第三節(jié)氣體的流動規(guī)律氣體流動的基本方程第三節(jié)氣體的流動規(guī)律一、氣體流動的基本方程氣體流動基本方程連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因氣體可以壓縮（ρ≠常數(shù)），又因氣體流動很快，來不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，按絕熱狀態(tài)計算，則有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常數(shù)因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力和位置高度的影響，則有

v2/2+kp/（k-1）ρ=常數(shù)在低速流動時，氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（ρ＝常數(shù)），則有v2/2+p/ρ=常數(shù)動量方程vdv+dp/ρ=0一、氣體流動的基本方程氣體流動基本方程二、聲速和馬赫數(shù)聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播速度稱為聲速。聲音傳播過程屬絕熱過程。對理想氣體來說，聲音在其中傳播的相對速度只與氣體的溫度有關(guān)。氣體的聲速c是隨氣體狀態(tài)參數(shù)的變化而變化的。氣流速度與當(dāng)?shù)芈曀伲╟=341m/s）之比稱為馬赫數(shù)，Ma＝v/cMa是氣體流動的一個重要參數(shù)，集中反映了氣流的壓縮性，Ma愈大，氣流密度變化越大。當(dāng)v＜

c，Ma＜1時，稱為亞聲速流動；當(dāng)v＝c，Ma＝1時，稱為聲速流動，也叫臨界狀態(tài)流動當(dāng)v

＞c，Ma＞1時，稱為超聲速流動。二、聲速和馬赫數(shù)聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播當(dāng)v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。當(dāng)v≈140m/s時，應(yīng)考慮壓縮性。在氣動裝置中，氣體流動速度較低，且經(jīng)過壓縮，可以認(rèn)為不可壓縮；自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過程中是可壓縮的三、氣體通過收縮噴嘴的流動v1v2v1v2v2>v1v2<v1

v1v2v1v2v2<v1v2>v1

在超聲速流動時

(Ma>1)

在亞聲速流動時

(Ma<1)當(dāng)v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。三、氣體通過收縮噴嘴四、氣動元件和管道的有效截面積氣動元件的通流能力，是指單位時間內(nèi)通過閥、管路等的氣體質(zhì)量。目前通流能力可以采用有效截面積S和質(zhì)量流量q表示。有效截面積由于實際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實際面積小，此最小截面積稱為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力有效截面積的簡化計算對于閥口或管路：S=αAα為收縮系數(shù)，由相關(guān)圖查出；A為孔口實際面積多個元件組合后有效截面積的計算并聯(lián)元件

SR＝∑Si串聯(lián)元件1/SR2＝∑1/Si2四、氣動元件和管道的有效截面積氣動元件的通流能力，是指單位時第十章氣源裝置及氣動元件第一節(jié)氣源裝置第二節(jié)氣動執(zhí)行元件第三節(jié)氣動控制閥第四節(jié)氣動輔件第五節(jié)真空元件第六節(jié)氣動邏輯元件第七節(jié)氣動傳感器及氣動儀表第十章氣源裝置及氣動元件第一節(jié)氣源裝置氣動系統(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)械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)?？刂圃刂茪怏w壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉(zhuǎn)換、處理氣動信號的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動系統(tǒng)的重要組成部分。氣動系統(tǒng)對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)；氣動三大件。氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是

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，供氣動機(jī)械使用空氣壓縮機(jī)的分類分容積型和速度型。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1MPa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2MPa；高壓空壓機(jī)排氣壓力10MPa?？諌簷C(jī)的選用原則依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。

壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備必須要設(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。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

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、干燥器。

后冷卻器將空氣壓縮機(jī)排出具有140℃～170℃的壓縮空氣降至40℃～50℃，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。

油水分離器主要利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。壓縮空氣凈化設(shè)備

一般包括后冷卻器、油水分離器、貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱氣流脈動引起的管道振動，進(jìn)一步分離壓縮空氣的水分和油分。

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、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質(zhì)量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。主要采用吸附、離心、機(jī)械降水及冷凍等方法。貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱

管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧器

管道系統(tǒng)布置原則管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧

氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。分水過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。原理：回轉(zhuǎn)離心、撞擊，性能指標(biāo)：過濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性油霧器特殊的注油裝置。原理當(dāng)壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達(dá)到潤滑的目的。性能指標(biāo)：流量特性、起霧油量減壓閥起減壓和穩(wěn)壓作用。氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數(shù)情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。氣動輔件消聲器氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、排氣量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來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。管道連接件包括管子和各種管接頭。管子可分為硬管和軟管。一些固定不動的、不需要經(jīng)常裝拆的地方使用硬管；連接運動部件、希望裝拆方便的管路用軟管。常用的是紫銅管和尼龍管。管接頭分為卡套式、擴(kuò)口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。氣動輔件消聲器管道連接件包括管子和各種管接頭。氣動執(zhí)行元件

氣動執(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)。實現(xiàn)直線運動和做功的是氣缸；實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和做功的是氣馬達(dá)。氣缸的速度在運動過程中氣缸活塞的速度是變化的，通常說氣缸速度是指活塞平均速度。氣缸的理論輸出力：其計算公式與液壓缸相同。氣缸的效率和負(fù)載率氣缸實際所能輸出的力受摩擦力的影響，其影響程度用氣缸效率η表示，η與缸徑D和工作壓力p有關(guān)，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之間。氣缸的耗氣量指氣缸在往復(fù)運動時所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關(guān)，是選擇空壓機(jī)排量的重要依據(jù)。

氣缸的工作特性氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)

氣馬達(dá)

氣動馬達(dá)的特點和應(yīng)用可無級調(diào)速；可雙向旋轉(zhuǎn)；有過載保護(hù)作用，過載時轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，可直接帶負(fù)載啟動；輸出功率相對較小，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。氣動馬達(dá)在使用中必須得到良好的潤滑

葉片式氣馬達(dá)的工作原理及特性葉片式氣馬達(dá)的工作原理與葉片式液壓馬達(dá)相似。特性曲線最大特點是具有軟特性：當(dāng)氣壓不變時，它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率均隨著外負(fù)載的變化而變化。氣馬達(dá)氣動馬達(dá)的特點和應(yīng)用葉片式氣馬達(dá)的工氣動控制閥壓力控制閥減壓閥—氣動三大件之一，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，很難用順序閥實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的順序動作

流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運動速度。節(jié)流閥單向節(jié)流閥排氣節(jié)流閥氣動控制閥壓力控制閥流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運方向控制閥：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

單向閥梭閥兩個單向閥的組合，相當(dāng)于“或門”。快速排氣閥方向控制閥：單向閥產(chǎn)品圖片產(chǎn)品圖片氣壓傳動基礎(chǔ)知識教材課件氣動邏輯元件它是一種采用壓縮空氣作工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部的可動部件的動作改變氣流方向來實現(xiàn)一定邏輯功能的氣動控制元件。真空元件在真空壓力下工作的相關(guān)元件，統(tǒng)稱真空元件。真空元件包括真空發(fā)生裝置、真空閥、真空執(zhí)行機(jī)構(gòu)、真空輔件。真空發(fā)生器：是指利用氣體的高速流動來產(chǎn)生真空的元件。真空吸盤：真空系統(tǒng)中專門用于吸附、抓取物件的執(zhí)行元件。氣動邏輯元件它是一種采用壓縮空氣作工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部的可第十一章氣動回路第一節(jié)壓力與力控制回路第二節(jié)換向回路第三節(jié)速度控制回路第四節(jié)氣動邏輯回路第五節(jié)其他常用回路第十一章氣動回路第一節(jié)壓力與力控制回路氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于組合方式不同，所得到的系統(tǒng)的性能卻各有差異。因此，要想設(shè)計出高性能的氣動系統(tǒng)，必須熟悉各種基本回路和經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐總結(jié)出的常用回路。氣動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

氣動常用回路安全保護(hù)回路同步動作回路往復(fù)動作回路記數(shù)回路振蕩回路氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于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一定值時，溢流閥起安全保護(hù)作用。簡單壓力控制回路采用溢流式減壓閥對氣源實行定壓控制。壓力控制回路一次壓力控制回路

高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。高低壓切換回路利用換向閥和減壓閥實現(xiàn)高低壓切換輸出。高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。過載保護(hù)回路正常工作時，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)生過載，則順序閥動作，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。過載保護(hù)回路正常工作時，閥1力控制回路串聯(lián)氣缸回路通過控制電磁閥的通電個數(shù)，實現(xiàn)對分段式活塞缸的活塞桿輸出推力的控制。

氣動系統(tǒng)一般壓力較低，所以往往是通過改變執(zhí)行元件的受力面積來增加輸出力。力控制回路串聯(lián)氣缸回路通過控制電

采用氣液增壓器的增力回路利用氣液增壓器1把較低的氣壓變?yōu)檩^高的液壓力，提高了氣液缸2的輸出力。

沖擊氣缸回路閥1得電，沖擊氣缸下腔由快速排氣閥2通大氣，閥3在氣壓作用下切換，氣罐4內(nèi)的壓縮空氣直接進(jìn)入沖擊氣缸，使活塞以極高的速度運動，該活塞所具有的動能轉(zhuǎn)換成很大的沖擊力輸出，減壓閥5調(diào)節(jié)沖擊力的大小。采用氣液增壓器的增力回路利用氣液增壓器1把較換向回路

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。

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，還可實現(xiàn)任意位置停止。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速度控制回路氣動系統(tǒng)功率不大，主要用節(jié)流調(diào)速的調(diào)速方法。

氣閥調(diào)速回路單作用氣缸調(diào)速回路用兩個單向節(jié)流閥分別控制活塞桿的升降速度。

排氣節(jié)流閥調(diào)速回路通過兩個排氣節(jié)流閥控制氣缸伸縮的速度。

緩沖回路活塞快速向右運動接近末端，壓下機(jī)動換向閥，氣體經(jīng)節(jié)流閥排氣，活塞低速運動到終點。單作用氣缸快速返回回路活塞返回時，氣缸下腔通過快速排氣閥排氣。速度控制回路氣動系統(tǒng)功率不大，主要用節(jié)流調(diào)速的調(diào)速方法。

氣液聯(lián)動速度控制回路由于氣體的可壓縮性，運動速度不穩(wěn)定，定位精度不高。在氣動調(diào)速、定位不能滿足要求的場合，可采用氣液聯(lián)動。

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)氣缸運動到調(diào)節(jié)螺母6處時，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。

氣液缸串聯(lián)變速回路當(dāng)活塞桿右行到撞塊A碰到機(jī)動換向閥后開始作慢速運動。改變撞塊的安裝位置，即可改變開始變速的位置。

氣液缸串聯(lián)調(diào)速回路

通過兩個單向節(jié)流閥，利用液壓油不可壓縮的特點，實現(xiàn)兩個方向的無級調(diào)速，油杯為補(bǔ)充漏油而設(shè)。氣液聯(lián)動速度控制回路位置控制回路采用串聯(lián)氣缸定位氣缸由多個不同行程的氣缸串聯(lián)而成。換向閥1、2、3依次得電和同時失電，可得到四個定位位置。

任意位置停止回路當(dāng)氣缸負(fù)載較小時，可選擇圖a所示回路，當(dāng)氣缸負(fù)載較大時，應(yīng)選擇圖b所示回路。當(dāng)停止位置要求精確時，可選擇前面所講的氣液阻尼缸任意位置停止回路。位置控制回路采用串聯(lián)氣缸定位任意位置停止回路安全保護(hù)回路雙手操作回路只有同時按下兩個啟動用手動換向閥，氣缸才動作，對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。

互鎖回路該回路利用梭閥1、2、3和換向閥4、5、6實現(xiàn)互鎖，防止各缸活塞同時動作，保證只有一個活塞動作。安全保護(hù)回路雙手操作回路同步動作回路簡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。

采用氣液組合缸的同步回路利用兩液壓缸油路串聯(lián)，來保證在負(fù)載F1、F2不相等時也能使工作臺上下運動同步。蓄能器用于換向閥處于中位時為液壓缸補(bǔ)充泄漏。同步動作回路簡單的同步回路采用剛性零件把單往復(fù)動作回路按下手動閥，二位五通換向閥處于左位，氣缸外伸；當(dāng)活塞桿擋塊壓下機(jī)動閥后，二位五通換至右位，氣缸縮回，完成一次往復(fù)運動。

連續(xù)往復(fù)動作回路手動閥1換向，高壓氣體經(jīng)閥3使閥2換向，氣缸活塞桿外伸，閥3復(fù)位，活塞桿擋塊壓下行程閥4時，閥2換至左位，活塞桿縮回，閥4復(fù)位，當(dāng)活塞桿縮回壓下行程閥3時，閥2再次換向，如此循環(huán)往復(fù)。往復(fù)動作回路單往復(fù)動作回路按下手動閥，二位五通第九章氣壓傳動基礎(chǔ)知識第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化第三節(jié)氣體的流動規(guī)律第九章氣壓傳動基礎(chǔ)知識第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)1.著重學(xué)習(xí)空氣的有關(guān)知識；2.理解氣體與液體的差異；學(xué)習(xí)建議氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。1.著重學(xué)習(xí)空氣的有關(guān)知識；學(xué)習(xí)建議

優(yōu)點：除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程控制、過載保護(hù)等優(yōu)點外，還具有工作介質(zhì)處理方便，無介質(zhì)費用、泄漏污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢。

缺點：但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。

氣壓傳動特點：應(yīng)用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工優(yōu)點：除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于空氣的組成氣體的基本狀態(tài)參數(shù)空氣的密度空氣的粘性氣體的易變特性濕空氣第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)空氣的組成第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)一、空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的稱為干空氣。二、氣體的基本狀態(tài)參數(shù)溫度T、體積V、壓力p、熱力學(xué)能、焓、熵空氣的兩種狀態(tài)基準(zhǔn)狀態(tài)：溫度為0，壓力為1.013*105Pa的干空氣的狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：溫度為20，相對濕度為65%，壓力為0.1MPa的空氣狀態(tài)。一、空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。二、氣體三、空氣的密度空氣的密度：對于干空氣：四、空氣的粘性空氣的粘性是空氣質(zhì)點相對運動時產(chǎn)生阻力的性質(zhì)。粘性的大小用動力粘度和運動粘度來描述。空氣的粘性隨溫度的升高而增大，受壓力變化影響極小。三、空氣的密度空氣的密度：四、空氣的粘性空氣的粘性是空氣質(zhì)點五、氣體的易變特性

氣體的體積受壓力和溫度變化的影響極大，與液體和固體相比，氣體的體積是易變的。六、濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來表示。濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度之分。含濕量分為質(zhì)量含濕量和容積含濕量兩種，單位質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量單位體積的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量五、氣體的易變特性氣體的體積受壓力和溫度變化的影響極理想氣體的狀態(tài)方程氣體狀態(tài)變化過程及其規(guī)律氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化理想氣體的狀態(tài)方程第二節(jié)氣體的狀態(tài)變化一、理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間，有如下氣體狀態(tài)方程成立：pV/T=常量或p=ρRT二、氣體狀態(tài)變化過程等容過程

p1/T1=p2/T2=常量

在等容過程中，氣體對外不做功，氣體與外界的熱交換用于增加（減少）氣體的熱力學(xué)能。等壓過程

V1/T1=V2/T2=常量

一、理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體。空氣可視為二、氣體狀態(tài)變化過程等溫過程

p1V1=p2V2=常量

在等溫過程中，無內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過程。絕熱過程一定質(zhì)量的氣體和外界沒有熱量交換時的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。

p1V1k=p2V2k=常量

式中k為絕熱指數(shù)，對空氣來說k=1.4。氣動系統(tǒng)中快速充、排氣過程可視為絕熱過程。二、氣體狀態(tài)變化過程等溫過程p1V1=p2V2=三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程在氣動系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣，或由它們向外排氣所需的時間及溫度變化是正確利用氣動技術(shù)的重要問題。由于快速充、放氣過程中的氣體來不及與外界進(jìn)行能量交換，可視為絕熱過程。同時，為簡化分析，視氣罐、氣缸、管道及其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)為定積容器。1、定積容器充氣過程

在絕熱充氣過程中，如充入同一氣體且充氣前容器中的氣體溫度等于充入氣體的溫度且充氣至氣源壓力。

則充氣過程伴隨著溫度的升高，在極限情況下，充氣后氣體的熱力學(xué)溫度為充氣前氣體熱力前溫度的1.4倍。充氣過程分兩個階段，p≤0.528p0，稱為聲速充氣階段；p﹥0.528p0，稱為亞聲速充氣階段。三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程在氣三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程2、定積容器放氣過程

絕熱放氣必然是一個降溫的過程。放氣終了的氣體溫度將隨著壓力比p2/p1的增大和初溫的降低而降低。如果放氣容器中的氣體壓力足夠高，起始溫度又足夠低，那么經(jīng)過絕熱放氣后，容器中的剩余氣體將被冷卻直至液化。

放氣過程也分兩個階段，p≥1.893pa，稱為聲速放氣階段；p﹤1.893pa，稱為亞聲速放氣階段。三、氣壓傳動系統(tǒng)中的快速充放氣過程2、定積容器放氣過程氣體流動的基本方程聲速和馬赫數(shù)氣體通過收縮噴嘴的流動氣動元件和管道的有效截面積A第三節(jié)氣體的流動規(guī)律氣體流動的基本方程第三節(jié)氣體的流動規(guī)律一、氣體流動的基本方程氣體流動基本方程連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因氣體可以壓縮（ρ≠常數(shù)），又因氣體流動很快，來不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，按絕熱狀態(tài)計算，則有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常數(shù)因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力和位置高度的影響，則有

v2/2+kp/（k-1）ρ=常數(shù)在低速流動時，氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（ρ＝常數(shù)），則有v2/2+p/ρ=常數(shù)動量方程vdv+dp/ρ=0一、氣體流動的基本方程氣體流動基本方程二、聲速和馬赫數(shù)聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播速度稱為聲速。聲音傳播過程屬絕熱過程。對理想氣體來說，聲音在其中傳播的相對速度只與氣體的溫度有關(guān)。氣體的聲速c是隨氣體狀態(tài)參數(shù)的變化而變化的。氣流速度與當(dāng)?shù)芈曀伲╟=341m/s）之比稱為馬赫數(shù)，Ma＝v/cMa是氣體流動的一個重要參數(shù)，集中反映了氣流的壓縮性，Ma愈大，氣流密度變化越大。當(dāng)v＜

c，Ma＜1時，稱為亞聲速流動；當(dāng)v＝c，Ma＝1時，稱為聲速流動，也叫臨界狀態(tài)流動當(dāng)v

＞c，Ma＞1時，稱為超聲速流動。二、聲速和馬赫數(shù)聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播當(dāng)v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。當(dāng)v≈140m/s時，應(yīng)考慮壓縮性。在氣動裝置中，氣體流動速度較低，且經(jīng)過壓縮，可以認(rèn)為不可壓縮；自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過程中是可壓縮的三、氣體通過收縮噴嘴的流動v1v2v1v2v2>v1v2<v1

v1v2v1v2v2<v1v2>v1

在超聲速流動時

(Ma>1)

在亞聲速流動時

(Ma<1)當(dāng)v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。三、氣體通過收縮噴嘴四、氣動元件和管道的有效截面積氣動元件的通流能力，是指單位時間內(nèi)通過閥、管路等的氣體質(zhì)量。目前通流能力可以采用有效截面積S和質(zhì)量流量q表示。有效截面積由于實際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實際面積小，此最小截面積稱為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力有效截面積的簡化計算對于閥口或管路：S=αAα為收縮系數(shù)，由相關(guān)圖查出；A為孔口實際面積多個元件組合后有效截面積的計算并聯(lián)元件

SR＝∑Si串聯(lián)元件1/SR2＝∑1/Si2四、氣動元件和管道的有效截面積氣動元件的通流能力，是指單位時第十章氣源裝置及氣動元件第一節(jié)氣源裝置第二節(jié)氣動執(zhí)行元件第三節(jié)氣動控制閥第四節(jié)氣動輔件第五節(jié)真空元件第六節(jié)氣動邏輯元件第七節(jié)氣動傳感器及氣動儀表第十章氣源裝置及氣動元件第一節(jié)氣源裝置氣動系統(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)械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)。控制元件控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉(zhuǎn)換、處理氣動信號的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動系統(tǒng)的重要組成部分。氣動系統(tǒng)對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)；氣動三大件。氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是

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，供氣動機(jī)械使用空氣壓縮機(jī)的分類分容積型和速度型。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1MPa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2MPa；高壓空壓機(jī)排氣壓力10MPa。空壓機(jī)的選用原則依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。

壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備必須要設(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。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

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、干燥器。

后冷卻器將空氣壓縮機(jī)排出具有140℃～170℃的壓縮空氣降至40℃～50℃，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。

油水分離器主要利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。壓縮空氣凈化設(shè)備

一般包括后冷卻器、油水分離器、貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱氣流脈動引起的管道振動，進(jìn)一步分離壓縮空氣的水分和油分。

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、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質(zhì)量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。主要采用吸附、離心、機(jī)械降水及冷凍等方法。貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱

管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧器

管道系統(tǒng)布置原則管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧

氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。分水過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。原理：回轉(zhuǎn)離心、撞擊，性能指標(biāo)：過濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性油霧器特殊的注油裝置。原理當(dāng)壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達(dá)到潤滑的目的。性能指標(biāo)：流量特性、起霧油量減壓閥起減壓和穩(wěn)壓作用。氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數(shù)情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。氣動輔件消聲器氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、排氣量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來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。管道連接件包括管子和各種管接頭。管子可分為硬管和軟管。一些固定不動的、不需要經(jīng)常裝拆的地方使用硬管；連接運動部件、希望裝拆方便的管路用軟管。常用的是紫銅管和尼龍管。管接頭分為卡套式、擴(kuò)口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。氣動輔件消聲器管道連接件包括管子和各種管接頭。氣動執(zhí)行元件

氣動執(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)。實現(xiàn)直線運動和做功的是氣缸；實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和做功的是氣馬達(dá)。氣缸的速度在運動過程中氣缸活塞的速度是變化的，通常說氣缸速度是指活塞平均速度。氣缸的理論輸出力：其計算公式與液壓缸相同。氣缸的效率和負(fù)載率氣缸實際所能輸出的力受摩擦力的影響，其影響程度用氣缸效率η表示，η與缸徑D和工作壓力p有關(guān)，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之間。氣缸的耗氣量指氣缸在往復(fù)運動時所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關(guān)，是選擇空壓機(jī)排量的重要依據(jù)。

氣缸的工作特性氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)

氣馬達(dá)

氣動馬達(dá)的特點和應(yīng)用可無級調(diào)速；可雙向旋轉(zhuǎn)；有過載保護(hù)作用，過載時轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，可直接帶負(fù)載啟動；輸出功率相對較小，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。氣動馬達(dá)在使用中必須得到良好的潤滑

葉片式氣馬達(dá)的工作原理及特性葉片式氣馬達(dá)的工作原理與葉片式液壓馬達(dá)相似。特性曲線最大特點是具有軟特性：當(dāng)氣壓不變時，它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率均隨著外負(fù)載的變化而變化。氣馬達(dá)氣動馬達(dá)的特點和應(yīng)用葉片式氣馬達(dá)的工氣動控制閥壓力控制閥減壓閥—氣動三大件之一，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，很難用順序閥實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的順序動作

流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運動速度。節(jié)流閥單向節(jié)流閥排氣節(jié)流閥氣動控制閥壓力控制閥流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運方向控制閥：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

單向閥梭閥兩個單向閥的組合，相當(dāng)于“或門”?？焖倥艢忾y方向控制閥：單向閥產(chǎn)品圖片產(chǎn)品圖片氣壓傳動基礎(chǔ)知識教材課件氣動邏輯元件它是一種采用壓縮空氣作工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部的可動部件的動作改變氣流方向來實現(xiàn)一定邏輯功能的氣動控制元件。真空元件在真空壓力下工作的相關(guān)元件，統(tǒng)稱真空元件。真空元件包括真空發(fā)生裝置、真空閥、真空執(zhí)行機(jī)構(gòu)、真空輔件。真空發(fā)生器：是指利用氣體的高速流動來產(chǎn)生真空的元件。真空吸盤：真空系統(tǒng)中專門用于吸附、抓取物件的執(zhí)行元件。氣動邏輯元件它是一種采用壓縮空氣作工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部的可第十一章氣動回路第一節(jié)壓力與力控制回路第二節(jié)換向回路第三節(jié)速度控制回路第四節(jié)氣動邏輯回路第五節(jié)其他常用回路第十一章氣動回路第一節(jié)壓力與力控制回路氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于組合方式不同，所得到的系統(tǒng)的性能卻各有差異。因此，要想設(shè)計出高性能的氣動系統(tǒng)，必須熟悉各種基本回路和經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐總結(jié)出的常用回路。氣動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

氣動常用回路安全保護(hù)回路同步動作回路往復(fù)動作回路記數(shù)回路振蕩回路氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于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一定值時，溢流閥起安全保護(hù)作用。簡單壓力控制回路采用溢流式減壓閥對氣源實行定壓控制。壓力控制回路一次壓力控制回路

高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。高低壓切換回路利用換向閥和減壓閥實現(xiàn)高低壓切換輸出。高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。過載保護(hù)回路正常工作時，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)生過載，則順序閥動作，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。過載保護(hù)回路正常工作時，閥1力控制回路串聯(lián)氣缸回路通過控制電磁閥的通電個數(shù)，實現(xiàn)對分段式活塞缸的活塞桿輸出推力的控制。

氣動系統(tǒng)一般壓力較低，所以往往是通過改變執(zhí)行元件的受力面積來增加輸出力。力控制回路串聯(lián)氣缸回路通過控制