第10章氣源裝置與氣動元件

10.1氣源裝置

10.2氣動執(zhí)行元件10.3氣動控制元件

10.4氣動輔件10.1氣源裝置

氣源裝置是保證氣壓傳動和控制系統(tǒng)正常工作所不可缺少的動力源，為氣壓傳動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分。

10.1.1氣壓傳動系統(tǒng)對壓縮空氣品質(zhì)的要求空氣質(zhì)量不良是氣動系統(tǒng)出現(xiàn)故障的主要因素，會使氣動系統(tǒng)的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失會大大超過起源處理裝置的成本和維護費用。壓縮空氣中，絕對不許含有化學(xué)藥品、有機溶劑的合成油、鹽分和腐蝕性氣體等。10.1氣源裝置造成的不良后果從空壓機輸出的壓縮空氣，含有大量的水分、油和粉塵等污染物；變質(zhì)油分形成焦油狀物質(zhì)，導(dǎo)致橡膠及塑料材質(zhì)變質(zhì)和老化；水分對氣動元件影響較大：管道金屬生銹，水結(jié)成冰，使?jié)櫥妥冑|(zhì)及沖洗掉潤滑脂；銹屑及粉塵會使相對運動件磨損，加速密封件損傷，導(dǎo)致漏氣；液態(tài)油水及粉塵從排氣口排出，會污染環(huán)境、影響產(chǎn)品質(zhì)量。10.1氣源裝置

不同應(yīng)用對象的氣壓傳動系統(tǒng)對壓縮空氣質(zhì)量的要求也不同。

ISO85731標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)對壓縮空氣中的固體塵埃顆粒度、含水率（以壓力露點形式要求）和含油率的要求劃分了壓縮空氣的質(zhì)量等級。

10.1.1氣壓傳動系統(tǒng)對壓縮空氣品質(zhì)的要求10.1氣源裝置圖10-1壓縮空氣凈化流程示意圖1—空壓機；2—后冷卻器；3—分離器；4、7—儲氣罐；5—干燥器；6—過濾器；8—加熱器；9—四通閥10.1氣源裝置10.1.2氣源裝置的組成氣源裝置一般由三部分組成：（1）產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，如空壓機；（2）凈化壓縮空氣的輔助裝置和設(shè)備，如過濾器、油水分離器、干燥器等；（3）輸送壓縮空氣的供氣管道系統(tǒng)。

10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

空氣壓縮機（空壓機）是氣壓發(fā)生裝置，是把電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能的轉(zhuǎn)換裝置。

圖10-2氣源裝置的組成1-空氣壓縮機；2、13-安全閥；3-單向閥；4-小氣罐；5-排水器；6-電動機；7-壓力開關(guān)；8-壓力表；9-截止閥；10-后冷卻器；11-油分離器；12—儲氣罐10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

1．空壓機的類型按壓力高低可分為：低壓型（0.2～1.0Mpa）中壓型（1.0～10Mpa）高壓型（>10Mpa）按工作原理可分成：容積型：活塞式、滑片式、螺桿式

速度型——離心式、軸流式10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

2．空壓機工作原理

（1）活塞式空壓機單級活塞式空壓機單級常用于需要0.3～0.7Mpa壓力范圍的系統(tǒng)。輸出的空氣壓力脈動大，故需設(shè)置氣罐。單級空壓機壓力超過0.6Mpa，產(chǎn)生的熱量太大，空壓機工作效率太低，故常使用兩級活塞式空壓機。10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

2．空壓機工作原理

（1）活塞式空壓機

兩級活塞式空壓機

圖10-4兩級活塞式空壓機工作原理圖設(shè)置中間冷卻器是為了降低第2級活塞的進口空氣溫度，以提高空壓機的工作效率。活塞式壓縮機（工作原理）10.1氣源裝置2．空壓機工作原理

（2）滑片式空壓機

圖10-5滑片式空壓機工作原理圖優(yōu)點是能連續(xù)排出脈動小的壓縮空氣，所以一般無需設(shè)置儲氣罐，并且結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，操作維修方便，運轉(zhuǎn)噪聲小。缺點是葉片、轉(zhuǎn)子和機體之間機械摩擦較大，產(chǎn)生較高的能量損失，因為效率也較低?；娇諌簷C工作原理2．空壓機工作原理

（3）螺桿式空壓機

優(yōu)點：脈動小，無易損件，壽命長，效率高。缺點：制造精度要求高，運轉(zhuǎn)噪聲大。由于結(jié)構(gòu)剛度的限制，只適用于中低壓范圍使用。

圖10-6螺桿式空壓機工作原理圖螺桿式空壓機工作原理（4）膜片式空壓機

2．空壓機工作原理

圖10-7膜片式空壓機工作原理圖膜片式空壓機能提供0.5Mpa的壓縮空氣。由于它無需油潤滑，無污染，因此廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和相類似的工業(yè)中。10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

4．空壓機的使用與維護

（1）空壓機用潤滑油-----抗氧化潤滑油（2）空壓機的安裝地點。（3）空壓機起動前，應(yīng)檢查潤滑油油位是否正常（4）要定期檢查吸入過濾器的阻塞情況。

3．空壓機的選用

10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

5．凈化設(shè)備

（1）后冷卻器

風(fēng)冷式后冷卻器

工作原理

圖10-8風(fēng)冷式后冷卻器后冷卻器：將空氣壓縮機排出的氣體冷卻并除去一定水分。10.1氣源裝置10.1.3空氣壓縮機及其凈化設(shè)備

5．凈化設(shè)備

（1）后冷卻器

水冷式后冷卻器

工作原理

圖10-9水冷式后冷卻器10.1氣源裝置5．凈化設(shè)備

（2）儲氣罐

儲氣罐的作用：貯存一定數(shù)量的壓縮空氣；消除壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性；調(diào)節(jié)用氣量或以備發(fā)生故障和臨時需要應(yīng)急使用；進一步分離壓力空氣中的水分和油分。

圖10-10儲氣罐示意圖1—安全閥2—壓力表3—檢修蓋4—排水閥（3）空氣干燥器

——作用是用于除去壓縮空氣中的水分，得到干燥空氣。圖10-11冷凍式干燥器工作原理圖圖10-12吸附式干燥器工作原理圖書上錯誤P2285．凈化設(shè)備

（3）空氣干燥器

圖10-13高分子隔膜式干燥器工作原理圖圖10-14吸收式干燥器工作原理圖（4）空氣過濾器

5．凈化設(shè)備

作用：除去壓縮空氣中的固態(tài)雜質(zhì)、水滴和污油滴等，不能除去氣態(tài)油、水?？諝膺^濾器的主要性能指標(biāo)有流量特性、分水效率和過濾精度。選擇與使用：由過濾度和額定流量而定

分水過濾器必須垂直安裝，并將放水閥朝下

圖形符號有要求書P261,分水排水器不要求

油霧器是一種特殊的注油裝置，其作用是使?jié)櫥挽F化后注入空氣流中，隨著空氣流動進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的。（5）油霧器5．凈化設(shè)備

圖形符號有要求10.1.4氣動三聯(lián)件

在氣壓傳動技術(shù)中，將分水過濾器、減壓閥和油霧器統(tǒng)稱為氣動“三大件”，它們雖然都是獨立的氣源處理元件，可以單獨使用，但在實際應(yīng)用時卻又常常組合在一起作為一個組件使用，因此又稱為“氣動三聯(lián)件”。

圖10-15氣動三聯(lián)件10.1氣源裝置圖形符號有要求10.2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)換為機械能的裝置，驅(qū)動機構(gòu)作直線往復(fù)運動、擺動、旋轉(zhuǎn)運動或沖擊動作。氣動執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達兩大類。氣缸用于提供直線往復(fù)運動或擺動，輸出力和直線速度或擺動角位移；氣馬達用于提供連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

1．氣缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）氣缸的工作原理圖10-16普通雙作用氣缸1，13－彈簧擋圈；2－防塵圈壓板；3－防塵圈；4－導(dǎo)向套；5－桿側(cè)端蓋；6－活塞桿；7－缸筒；8－緩沖墊；9－活塞；10－活塞密封圈；11－密封圈；12－耐磨環(huán)；14－無桿側(cè)端蓋10.2.1氣缸

1．氣缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

（2）氣缸的基本構(gòu)造①缸筒。②端蓋。③導(dǎo)向套。④活塞。⑤活塞桿。

（3）氣缸的安裝形式①固定式氣缸②軸銷式氣缸③回轉(zhuǎn)式氣缸

④嵌入式氣缸

10.2.1氣缸

2．氣缸的分類及特點10.2.1氣缸

2．氣缸的分類及特點

（1）普通氣缸

①單作用氣缸彈簧壓回型單作用氣缸工作過程彈簧壓出型單作用氣缸工作過程10.2氣動執(zhí)行元件2．氣缸的分類及特點

（1）普通氣缸

圖10-18單活塞桿式雙作用氣缸示意圖圖10-19雙活塞稈式雙作用氣缸示意圖①雙作用氣缸10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

2．氣缸的分類及特點

（1）普通氣缸

②雙作用氣缸

圖10-20雙活塞式雙作用氣缸示意圖圖10-21帶緩沖裝置的雙作用氣缸示意圖10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

（2）特殊氣缸

①帶磁性開關(guān)氣缸2．氣缸的分類及特點

②薄膜式氣缸10.2氣動執(zhí)行元件10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

2．氣缸的分類及特點

（2）特殊氣缸

③省空間氣缸圖10-24薄型省空間氣缸圖10-25自由安裝型省空間氣缸圖10-26橢圓形省空間氣缸10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

④帶閥氣缸2．氣缸的分類及特點

（2）特殊氣缸

⑤鎖緊氣缸⑥氣-液阻尼缸10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

⑦無桿氣缸磁性偶合式（說明、工作原理）機械偶合式（說明、工作原理）2．氣缸的分類及特點

（2）特殊氣缸

葉片式擺動氣缸工作原理演示⑧擺動氣缸10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

⑨氣動手爪氣動手爪實質(zhì)上是一種變型氣缸，它可以用來抓起工件，實現(xiàn)機械手各種動作。

(a)支點開閉型兩爪式(b)滑動導(dǎo)軌型兩爪平開式(c)回轉(zhuǎn)驅(qū)動型三爪式圖10-34氣動手爪（2）特殊氣缸

10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

3．氣缸的技術(shù)參數(shù)

（1）氣缸的特性氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出力及耗氣量密切相關(guān)的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等參數(shù)。氣缸的動態(tài)特性是指在氣缸運動過程中氣缸兩腔內(nèi)空氣壓力，溫度，活塞速度、位移等參數(shù)隨時間的變化情況。它能真實地反映氣缸的工作性能。

10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

3．氣缸的技術(shù)參數(shù)

（2）氣缸的速度特性（3）氣缸的輸出力（4）氣缸的負載率η①單桿單作用氣缸②單桿雙作用氣缸③雙桿雙作用氣缸（5）氣缸耗氣量10.2氣動執(zhí)行元件10.2.1氣缸

4．氣缸的選用步驟

氣缸的選用應(yīng)根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。以單活塞桿雙作用缸為例說明氣缸的選用步驟。（1）預(yù)選氣缸的缸徑。（2）預(yù)選氣缸的行程。（3）選擇氣缸的品種。（4）驗算緩沖能力。（5）選擇安裝方式。（6）活塞桿長度的驗算。（7）計算氣缸的空氣消費量和最大耗氣量。（8）選擇磁性開關(guān)。（9）其它要求。10.2.2氣馬達

氣馬達也是一種氣動執(zhí)行元件，是將壓縮空氣的壓力能量轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它輸出力矩驅(qū)動機構(gòu)作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。

10.2氣動執(zhí)行元件10.2.2氣馬達

氣馬達與和它起同樣作用的電動機相比，其特點：殼體輕，輸送方便，又因其工作介質(zhì)是空氣，則不必擔(dān)心引起火災(zāi)。氣動馬達過載時能自動停轉(zhuǎn)，而與供給壓力保持平衡狀態(tài)。氣動馬達轉(zhuǎn)動后，阻力減小，阻力變化往往具有很大柔性。因此氣馬達應(yīng)用于礦山機械和氣動工具等場合。10.2氣動執(zhí)行元件10.2.3真空元件

以真空吸附為動力源，作為實現(xiàn)自動化的一種手段，已在電子、半導(dǎo)體元件組裝、汽車組裝、自動搬運機械、輕工機械、食品機械、醫(yī)療器械、印刷機械、塑料制品機械、包裝機械、鍛壓機械、機器人等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。對任何具有較光滑表面的物體，特別對于非鐵、非金屬且不適合夾緊的物體，如薄的柔軟的紙張、塑料膜、鋁箔，易碎的玻璃及其制品，集成電路等微型精密零件，都可使用真空吸附來完成各種作業(yè)。

10.2氣動執(zhí)行元件10.2氣動執(zhí)行元件10.2.3真空元件

1．真空發(fā)生裝置

圖10-37真空發(fā)生器工作原理圖1-拉瓦爾噴管2-負壓腔3-接收管(1)真空泵(2)真空發(fā)生器可回憶以前第二章的一道例題10.2氣動執(zhí)行元件10.2.3真空元件

2．真空吸盤

圖10-38各種形式的吸盤10.2氣動執(zhí)行元件10.2.3真空元件

2．真空吸盤

(a)螺紋連接(b)利用緩沖體連接圖10-39吸盤的安裝形式(a)軸向(b)側(cè)向

圖10-40真空口的取出方向在氣壓傳動系統(tǒng)中，氣動控制元件是用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向等的元件，以保證執(zhí)行機構(gòu)獲得必要的力、速度，按規(guī)定的程序正常進行工作。氣動控制元件按功能可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。10.3氣動控制元件10.3.1壓力控制閥

1．減壓閥

（1）直動式減壓閥（2）直動式減壓閥10.3氣動控制元件圖形符號有要求10.3.1壓力控制閥

2．增壓閥

通過增壓閥，將工廠氣路中的壓力增加2倍或4倍，但最高輸出壓力小于2Mpa。這樣做與建立高壓氣源相比，可節(jié)省成本和能源。10.3氣動控制元件10.3氣動控制元件3．溢流閥（安全閥）

圖10-44溢流閥的工作原理1－調(diào)節(jié)手輪；2－調(diào)壓彈簧；3－閥芯10.3.1壓力控制閥

10.3氣動控制元件該圖有問題，書上錯誤圖形符號有要求10.3氣動控制元件4．順序閥與單向順序閥

（1）順序閥圖10-46順序閥工作原理10.3.1壓力控制閥

10.3氣動控制元件圖形符號有要求10.3氣動控制元件4．順序閥與單向順序閥

（2）單向順序閥順序閥很少單獨使用，常與單向閥并聯(lián)組合一起使用，這稱為單向順序閥。圖10-47單向順序閥工作原理1－調(diào)節(jié)手輪;2－彈簧;3－活塞;4、6－工作腔5－單向閥10.3.1壓力控制閥

10.3氣動控制元件圖形符號有要求10.3.2流量控制閥

在氣壓傳動系統(tǒng)中，對氣缸運動速度、信號延遲時間、油霧器的滴油量、緩沖氣缸的緩沖能力等的控制，都是依靠控制流量來實現(xiàn)的?？刂茐嚎s空氣流量的閥稱為流量控制閥，是通過改變閥的流通面積來實現(xiàn)流量控制的。流量控制閥包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥等。

10.3氣動控制元件10.3氣動控制元件1．節(jié)流閥

節(jié)流閥是通過改變閥的流通面積來調(diào)節(jié)流量的。用于控制氣缸的運動速度。圖10-48節(jié)流閥10.3.2流量控制閥

10.3氣動控制元件10.3氣動控制元件10.3.2流量控制閥

2．單向節(jié)流閥

單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)組合而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運動速度，故常稱為速度控制閥。單向閥的功能是靠單向型密封圈來實現(xiàn)的。圖10-49單向節(jié)流閥圖形符號有要求10.3氣動控制元件10.3.2流量控制閥

3．帶消聲器的排氣節(jié)流閥

帶消聲器的排氣節(jié)流閥通常裝在換向閥的排氣口上，控制排入大氣的流量，以改變氣缸的運動速度。圖10-50排氣節(jié)流閥1-襯墊；2-調(diào)節(jié)手輪；3-節(jié)流閥芯；4-鎖緊螺母；5-導(dǎo)向套；6-O形圈；7－消聲套；8－蓋；9－閥體10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

能改變氣體流動方向或通斷的控制閥稱為方向控制閥，它是氣壓傳動系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一類閥。如向氣缸一端進氣，并從另一端排氣，再反過來，從另一端進氣，一端排氣，這種流動方向的改變，便要使用方向控制閥。10.3氣動控制元件10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

1．方向控制閥分類（1）按閥內(nèi)氣流的流通方向分類（2）按閥的控制方式分類（3）按閥芯的工作位置數(shù)分類（4）按閥的接口數(shù)目分類（5）按閥芯結(jié)構(gòu)形式分類（6）按控制信號數(shù)目分類（7）按閥的動作方式分類（8）按安裝連接方式分類（9）按閥的密封方式分類（10）按閥的流通能力分類10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

（1）電磁換向閥直動式電磁換向閥圖10-51單電控直動式電磁閥工作原理圖1－電磁線圈2－閥芯圖10-52雙電控直動式電磁閥工作原理圖1、3-電磁鐵2-閥芯使用時兩電磁鐵不允許同時得電。2．換向型方向控制閥

圖形符號有要求10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

2．換向型方向控制閥

（1）電磁換向閥先導(dǎo)式電磁換向閥圖10-53單電控外部先導(dǎo)式電磁換向閥的工作原理圖形符號有要求10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

2．換向型方向控制閥

（2）氣控換向閥圖10-54單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖形符號有要求10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

2．換向型方向控制閥

（3）機控換向閥圖10-55機控閥常用的機械控制方式

10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

2．換向型方向控制閥

（4）人力控制換向閥圖10-56幾種人力控制換向閥實物圖10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

（1）單向閥圖10-57單向閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號有要求（1）單向閥10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

（2）梭閥（實現(xiàn)“或”功能）圖10-58梭閥1-閥座2-閥芯3-閥體4-O形圈圖形符號有要求10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

（2）梭閥圖10-59梭閥的應(yīng)用回路梭閥的應(yīng)用10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

（3）雙壓閥（實現(xiàn)“與”功能）圖10-60雙壓閥圖形符號有要求10.3氣動控制元件（3）雙壓閥圖10-61互鎖回路1、2-機控換向閥3-雙壓閥4-氣控閥5-鉆孔缸10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

3．單向型方向控制閥

（4）快速排氣閥圖10-62快速排氣閥10.3氣動控制元件10.3.3方向控制閥

4．方向控制閥的選擇課后了解10.3氣動控制元件10.3.4氣動邏輯元件

氣動邏輯元件是一種以壓縮氣體為工作介質(zhì)，用內(nèi)部可動件的動作改變氣流的流動方向，從而在氣壓傳動中實現(xiàn)邏輯和放大等功能的控制元件。氣動邏輯元件按結(jié)構(gòu)形式可分為高壓截止式邏輯元件、滑閥式邏輯元件、膜片式邏輯元件和射流元件。氣動邏輯元件的特點有：氣動邏輯元件可用在易燃、易爆、強磁、輻射、潮濕和粉塵等惡劣工作環(huán)境中。元件結(jié)構(gòu)簡單，對氣源凈化和穩(wěn)壓要求不高，但響應(yīng)速度較慢，不宜組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。由于元件內(nèi)有可動件，在強烈沖擊和振動工作環(huán)境中，有產(chǎn)生誤動作的可能。10.3氣動控制元件1．高壓截止式邏輯元件（1）與門元件類似雙壓閥10.3.4氣動邏輯元件

圖10-63與門元件1-閥芯;2-下閥座;3-上閥座;4-放氣孔;5-膜片與門元件邏輯表達式為：S=A·B

10.3氣動控制元件1．高壓截止式邏輯元件（2）是門元件10.3.4氣動邏輯元件

是門元件邏輯表達式為：S=A圖10-64是門元件邏輯符號10.3氣動控制元件（3）或門元件類似梭閥或門元件邏輯表達式為：S=A+B圖10-65或門元件1-閥板;2-上閥口;3-下閥口1．高壓截止式邏輯元件10.3.4氣動邏輯元件

10.3氣動控制元件（4）非門元件非門元件邏輯表達式為：

S=A圖10-66非門元件1．高壓截止式邏輯元件10.3.4氣動邏輯元件

10.3氣動控制元件（5）禁門元件禁門元件邏輯表達式為：