氣動基礎(chǔ)知識

氣動基礎(chǔ)知識

EEA-RD5楊磊2013.03.21課程大綱/課時分配6、真空系統(tǒng)4、執(zhí)行元件3、空氣處理元件2、氣源系統(tǒng)1、氣動技術(shù)簡介5、氣動控制元件氣動技術(shù)概況1、氣動技術(shù)概況氣動技術(shù)概況1.1、氣動技術(shù)以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段。特點：高質(zhì)量電磁閥的壽命可達(dá)1億次，氣缸的壽命可達(dá)5000-8000Km高精度定位精度可達(dá)0.5~0.1mm高速度小型電磁閥的換向頻率可達(dá)數(shù)十赫茲，氣缸的最大速度可達(dá)3m/s低功耗電磁閥的功率可降至0.1W。輕量化無油化集成化機(jī)電一體化氣動技術(shù)概況1.2、知名廠商FESTOSMCCKDTPC氣動技術(shù)概況1.3、氣動系統(tǒng)組成

氣源系統(tǒng)2、氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)2.1空氣壓縮機(jī)2.2后冷卻器2.3儲氣罐氣源系統(tǒng)2.1空氣壓縮機(jī)

產(chǎn)生、處理和貯存壓縮空氣的設(shè)備稱為氣源設(shè)備。由氣源設(shè)備組成的系統(tǒng)稱為氣源系統(tǒng)。典型的氣源系統(tǒng)如圖所示：空壓機(jī)按壓力高低可分為低壓型（0.2～1.0Mpa）、中壓型（1.0～10Mpa）和高壓型（>10Mpa）；按工作原理可分成：容積型：通過縮小氣體體積來提高氣體的壓力的方法稱為容積型。速度型：提高氣體的速度、讓動能轉(zhuǎn)化為壓力能，來提高氣體壓力的方法稱為速度型，也叫透平型或渦輪型。氣源系統(tǒng)2.2后冷卻器空壓機(jī)輸出的壓縮空氣溫度可達(dá)180℃，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(jī)出口的高溫空氣冷卻至40℃以下，將大量水蒸氣和變質(zhì)油霧冷凝成液態(tài)水滴和油滴，以便將它們清除掉。風(fēng)冷式是靠風(fēng)扇產(chǎn)生的冷空氣吹向帶散熱片的熱氣管道來降低壓縮空氣的溫度的。水冷式把冷卻水與熱空氣隔開，強(qiáng)迫冷卻水沿?zé)峥諝獾姆捶较蛄鲃?，以降低壓縮空氣的溫度。水冷式后冷卻器出口空氣溫度約比冷卻水的溫度高10℃。后冷卻器最低處應(yīng)設(shè)置自動或手動排水器，以排除冷凝水。適用于進(jìn)口空氣溫度低于200℃，且處理空氣量較大、濕度大、粉塵多的場氣源系統(tǒng)2.3儲氣罐作用：

消除壓力脈動。依靠絕熱膨脹及自然冷卻降溫，進(jìn)一步分離掉壓縮空氣中的水分和油份。貯存一定量壓縮空氣?？山鉀Q短時間內(nèi)用氣量大于空壓機(jī)輸出量的矛盾。在空壓機(jī)出現(xiàn)故障或停電時，維持短時間的供氣，以便采取措施保證氣動設(shè)備的安全?？諝馓幚韱卧?、空氣處理單元空氣處理單元3.1氣源處理必要性從空壓機(jī)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)量空氣處理單元3.2自動排水器自動排水器用于自動排除管道低處、油水分離器、氣罐及各種過濾器底部等處的冷凝水?？砂惭b于不便進(jìn)行人工排污水的地方，如高處、低處、狹窄處。并可防止人工排水被遺忘而造成壓縮空氣被冷凝水重新污染。自動排水器有氣動式和電動式兩大類。氣動自動排水器：使用最多的是浮子式，也有彈簧式和差壓式。浮子式又可分為帶手動操作排水型和不帶手動操作排水型；常開型和常閉型。無氣壓時，排水口處于開啟狀態(tài)為常開型；排水口處于關(guān)閉狀態(tài)為常閉型?？諝馓幚韱卧?.3空氣過濾器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。按過濾器的排水方式，有手動排水型和自動排水型。自動排水型按無氣壓時的排水狀態(tài)，有常開型和常閉型。從進(jìn)口流入的壓縮空氣，經(jīng)導(dǎo)流片的切線方向的缺口強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，液態(tài)油水及固態(tài)污染物受離心作用，被甩到水杯內(nèi)壁上，再流至底部。除去了液態(tài)油水及雜質(zhì)的壓縮空氣，通過濾芯進(jìn)一步清除微小固態(tài)顆粒，然后從出口流出。空氣處理單元3.4空氣組合單元為得到多種功能,將空氣過濾器、減壓閥和油霧器等元件進(jìn)行不同的組合，就構(gòu)成了空氣組合元件。各元件之間采用模塊式組合的方式連接?？諝馓幚韱卧?.4空氣組合單元三聯(lián)件模塊連接圖執(zhí)行元件4、執(zhí)行元件執(zhí)行元件4.1標(biāo)準(zhǔn)氣缸將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動的元件，稱為氣動執(zhí)行元件。標(biāo)準(zhǔn)氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通常作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場的氣缸。執(zhí)行元件4.1標(biāo)準(zhǔn)氣缸單作用氣缸單作用氣缸結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量少。缸體內(nèi)安裝了彈簧，縮短了氣缸的有效行程。彈簧的反作用力隨壓縮行程的增大而增大，故活塞桿的輸出力隨運動行程的增大而減小。彈簧具有吸收動能的能力，可減小行程終端的撞擊作用。一般用于行程短，對輸出力和運動速度要求不高的場合。執(zhí)行元件4.1標(biāo)準(zhǔn)氣缸雙作用氣缸(無彈簧)雙作用氣缸的活塞前進(jìn)或后退都能輸出力（推力或拉力）。執(zhí)行元件4.1標(biāo)準(zhǔn)氣缸氣缸的緩沖活塞運動到行程終端的速度較大，為防止活塞撞擊端蓋造成氣缸損傷和降低撞擊噪聲，在氣缸的行程終端一般都設(shè)有緩沖器。緩沖可分為單側(cè)（桿側(cè)或無桿側(cè)）緩沖和雙側(cè)緩沖，固定緩沖（如墊緩沖、固定節(jié)流孔）和可調(diào)緩沖（如緩沖節(jié)流閥）。氣緩沖氣缸是用設(shè)置在氣缸內(nèi)的氣緩沖裝置來實現(xiàn)緩沖的。氣緩沖裝置是由緩沖套、緩沖密封圈和緩沖閥等組成的。對于小缸徑長行程氣缸，沒有緩沖閥，在端蓋上開有很小的恒節(jié)流孔，當(dāng)活塞運動到行程末端，由于排氣不暢而形成較大的背壓，起到緩沖的作用，這種緩沖方式為不可調(diào)氣緩沖氣缸。加大恒節(jié)流孔，可使氣缸的運動速度增大。執(zhí)行元件4.2擺動氣缸擺動氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件。用于物體的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、分類、夾緊、閥門的開閉以及機(jī)器人的手臂動作等。分類齒輪齒條式葉片式

執(zhí)行元件4.2擺動氣缸

執(zhí)行元件4.2擺動氣缸齒輪齒條式擺動氣缸是氣壓力推動活塞帶動齒條作直線運動，齒條推動齒輪作回轉(zhuǎn)運動，由齒輪軸輸出力矩并帶動外負(fù)載擺動。擺動平臺是在轉(zhuǎn)軸上安裝了一個平臺，平臺可在一定角度范圍內(nèi)擺動。

執(zhí)行元件4.2擺動氣缸葉片式擺缸是用內(nèi)部止動塊或外部擋塊來改變其擺動角度。止動塊與缸體固定在一起，葉片與轉(zhuǎn)軸連在一起。氣壓作用在葉片上，帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，并輸出力矩。葉片式擺動氣缸有單葉片式和雙葉片式。雙葉片式的輸出力矩比單葉片式大一倍，但轉(zhuǎn)角小于180度。執(zhí)行元件4.3其他類型氣缸4.3.1省空間氣缸4.3.2無桿氣缸4.3.3滑動裝置氣缸4.3.4鎖緊氣缸4.3.5氣動滑臺4.3.6氣動手指執(zhí)行元件4.3.1省空間氣缸省空間氣缸是指氣缸的軸向或徑向尺寸比標(biāo)準(zhǔn)氣缸有較大減小的氣缸。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、占用空間小等優(yōu)點。薄型氣缸常用于固定夾具和搬運中固定工件等。執(zhí)行元件4.3.2無桿氣缸節(jié)省空間，有桿氣缸的安裝空間約2.2L(行程),無桿氣缸約1.2L，行程缸徑比可達(dá)50至200,定位精度高活塞兩側(cè)受壓面積相等,具有同樣的推力,有利于提高定位精度,長行程制作可能。磁性耦合式無桿氣缸重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、無外泄漏，但限位器使負(fù)載停止時，活塞與移動體有脫開的可能。執(zhí)行元件4.3.3滑動裝置氣缸滑動裝置氣缸是由兩個雙活塞桿氣缸并聯(lián)而成，用于位置精度（平面度、直角度等）要求高的組裝機(jī)器人和工件搬送設(shè)備上。雙聯(lián)氣缸是將兩個單桿氣缸并聯(lián)成一體，用于要求高精度導(dǎo)向的場合。執(zhí)行元件4.3.4鎖緊氣缸用三位置電磁閥控制標(biāo)準(zhǔn)氣缸的中途停止，其停止精度差。鎖緊氣缸用于高精度的中途停止、異常事故的緊急停止和防止下落，以確保安全。在氣缸內(nèi)氣壓釋放完之前，將氣缸鎖定在行程的末端，防止負(fù)載拖動氣缸出現(xiàn)事故，以確保安全的氣缸稱為端鎖氣缸。執(zhí)行元件4.3.5氣動滑臺氣動滑臺是將滑臺通過各種與氣缸緊湊的一體化的氣動元件。工件可安裝在滑臺上，通過氣缸推動滑臺運動。適用于精密組裝、定位、傳送工件等。執(zhí)行元件4.3.6氣動手指用于抓起工件氣動控制元件5、氣動控制元件氣動控制元件5、氣動控制元件5.1壓力控制閥5.2流量控制閥5.3方向控制閥5.4電氣比例閥5.5閥的選擇氣動控制元件5.1壓力控制閥根據(jù)構(gòu)造的不同直動型和先導(dǎo)型(內(nèi)部先導(dǎo)、外部先導(dǎo))膜片型和座閥型(平衡截止閥芯)根據(jù)機(jī)能的不同溢流型和非溢流型普通型和精密型氣動控制元件直動型利用手輪直接調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧的壓縮量來改變閥的出口壓力的閥，稱為直動式減壓閥。氣動控制元件先導(dǎo)型用壓縮空氣的作用力代替調(diào)壓彈簧力以改變出口壓力的閥，稱為先導(dǎo)式減壓閥。它調(diào)壓時操作輕便，流量特性好，穩(wěn)壓精度高，壓力特性也好，適用于通徑較大的減壓閥。氣動控制元件5.2流量控制閥控制壓縮空氣流量的閥稱為流量控制閥。在氣動系統(tǒng)中，對氣缸運動速度的控制、信號延時時間、油霧器的滴油量，氣緩沖氣缸的緩沖能力等，都是靠流量控制閥來實現(xiàn)的。分為調(diào)速閥、單向節(jié)流閥等氣動控制元件調(diào)速閥大流量直通型速度控制閥的單向閥為一座閥式閥芯，當(dāng)手輪開啟圈數(shù)少時，進(jìn)行小流量調(diào)節(jié)。當(dāng)手輪開啟圈數(shù)多時，節(jié)流閥桿將單向閥頂開至一定開度，可實現(xiàn)大流量調(diào)節(jié)。直通式接管方便，占用空間小。氣動控制元件單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)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。氣動控制元件5.3方向控制閥分類：按動作方式分：直動式：直接依靠電磁力、氣壓力、人力或機(jī)械力使閥芯換向的閥先導(dǎo)式：有內(nèi)部先導(dǎo)和外部先導(dǎo)兩種，外部先導(dǎo)可在低壓或真空壓力下工作按切換通口數(shù)和閥芯的工作位置數(shù)：有兩位兩通、兩位三通、兩位四通、兩位五通、三位三通、三位四通、三位五通按控制數(shù)分類有單控式和雙控式氣動控制元件5.3方向控制閥分類：按動作方式分：直動式：直接依靠電磁力、氣壓力、人力或機(jī)械力使閥芯換向的閥先導(dǎo)式：有內(nèi)部先導(dǎo)和外部先導(dǎo)兩種，外部先導(dǎo)可在低壓或真空壓力下工作按切換通口數(shù)和閥芯的工作位置數(shù)：有兩位兩通、兩位三通、兩位四通、兩位五通、三位三通、三位四通、三位五通按控制數(shù)分類有單控式和雙控式閥的切換通口包括供氣口、輸出口和排氣口。閥芯有幾個工作位置的閥就是幾位閥。氣動控制元件電磁換向閥電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，利用電磁力使閥芯切換，以改變氣流方向的閥單電控電磁閥電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，利用電磁力使閥芯切換，以改變氣流方向的閥，靠其他力來獲得復(fù)位氣動控制元件單電控電磁閥氣動控制元件雙電控電磁閥電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，利用電磁力使閥芯切換，以改變氣流方向，當(dāng)一個控制信號消失，另一個控制信號未加入時，能保持原有閥位置不變，稱為具有記憶功能的閥氣動控制元件單向閥有兩個通口,氣流只能向一個方向流動而不能反方向流動的閥稱為單向閥。作用：逆流防止；保持夾緊力；防止壓力突然上升。氣動控制元件步驟一：根據(jù)使用目的和使用條件，選擇結(jié)構(gòu)形式。閥芯的結(jié)構(gòu)形式：座閥式；滑注式；滑板式；動作方式直動式：通徑小，換向頻度高。先導(dǎo)式：通徑大，換向頻度低。有內(nèi)部（使用壓力在0.1MPa以上）和外部先導(dǎo)（可用于真空）兩種。密封形式彈性密封：換向力較大，密封性好，對空氣質(zhì)量比間隙密封低。間隙密封：換向力較小，有微漏，對空氣質(zhì)量要求高。直流DC：110、100、48、12、6、5、3（V）步驟二：選擇控制方式。電磁控制：適合電、氣聯(lián)合控制和遠(yuǎn)距離控制以及復(fù)雜系統(tǒng)的控制。氣壓控制：適合易燃、易爆、粉塵多和潮濕等惡劣環(huán)境下，也適合流體流量和壓力的放大。機(jī)械控制：主要用作行程信號閥，可選用不同的操作機(jī)構(gòu)。人力控制：可按人的意志改變控制對象狀態(tài)。氣動控制元件步驟三：選擇閥的機(jī)能。閥芯位置數(shù)：二位單控；二位雙控；三位中封式；三位中泄式；三位中壓式；閥的通口數(shù)；二位兩通；兩位三通；多位多通；閥的零位狀態(tài)常斷式：無控制信號時，出口無輸出。常通式：無控制信號時，出口有輸出。通斷式：流動方向無限制。步驟四：選擇閥的有效截面積大小。根據(jù)氣缸選擇對應(yīng)閥的流量大小。氣動控制元件步驟五：閥的連接方式選擇。管式；版式；集裝式步驟六：電氣規(guī)格的選擇。電源種類：交流AC：行程大時吸力較大，動鐵芯不能吸合時，易燒毀線圈，易發(fā)生蜂鳴聲；直流DC：行程大時吸力較小，行程小吸力大，動鐵芯不能吸合時，不會燒毀線圈，無蜂鳴聲；電壓大?。航涣鰽C：220、110、240、200、100、48、24、12（V）氣動控制元件真空系統(tǒng)6、真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)6、真空系統(tǒng)6.1真空產(chǎn)生設(shè)備6.2真空用氣閥6.3真空壓力開關(guān)6.4真空過濾器真空系統(tǒng)6.1真空產(chǎn)生設(shè)備1、真空吸盤吸盤是直接吸吊物體的元件，通常是由橡膠材料與金屬骨架制成的。真空系統(tǒng)6.1真空產(chǎn)生設(shè)備2、真空發(fā)生器它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管、負(fù)壓