15-第十五章-氣壓傳動

機械基礎(chǔ)（第七版）§15-1氣壓傳動概述§15-2氣源裝置、輔助元件和執(zhí)行元件§15-3氣動控制元件與基本回路§15-4實訓(xùn)——搭建氣動回路第十五章

氣壓傳動氣壓傳動（簡稱氣動）是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，利用壓縮空氣的壓力和流動進行能量傳送或信號傳遞的傳動方式。第十五章

氣壓傳動氣壓傳動概述一、氣壓傳動的工作原理及組成氣缸的活塞桿伸出時氣動平口鉗夾緊工件，活塞桿縮回時松開工件?！?5-1氣動平口鉗傳動系統(tǒng)氣動平口鉗傳動系統(tǒng)由空氣壓縮機1、氣動三聯(lián)件（包括手動排水過濾器、帶壓力表的減壓閥和油霧器）、旋鈕式二位三通換向閥6、單氣控二位五通換向閥7和氣缸8等組成。1．氣動平口鉗工作過程空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣，先進入手動排水過濾器，然后經(jīng)減壓閥降壓后進入油霧器，與油霧器產(chǎn)生的霧狀潤滑油混合后，分別輸送給信號控制元件和氣缸控制元件。信號控制元件通過氣壓控制氣缸控制元件動作，氣缸控制元件通過分別接通氣缸兩側(cè)內(nèi)腔實現(xiàn)氣動平口鉗活動鉗口的左右移動。（1）氣動平口鉗的夾緊動作當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕式二位三通換向閥6的旋鈕使其左位工作時，壓縮空氣通過換向閥6使單氣控二位五通換向閥7左位工作，換向閥7接通氣缸左側(cè)氣路，使氣缸左腔進入壓縮空氣，活塞向右移動，夾緊工件。（2）氣動平口鉗的松開動作再次旋轉(zhuǎn)換向閥6的旋鈕使其右位工作，壓縮空氣被截斷，同時使控制管路與大氣相連，排出壓縮空氣。換向閥7右位工作，接通氣缸右側(cè)氣路，使氣缸右腔進入壓縮空氣。氣缸左腔的空氣通過換向閥7的排氣孔排出。活塞向左移動，松開工件。2．氣壓傳動的工作原理氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，靠壓縮空氣的壓力傳遞動力或信息的流體傳動；傳遞動力的系統(tǒng)將壓縮空氣經(jīng)由管路和控制閥輸送給氣動執(zhí)行元件，把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，以驅(qū)動負載運動。3．氣動系統(tǒng)的組成及各部分的作用氣源裝置是指產(chǎn)生、處理和儲存壓縮空氣的裝置，其主要設(shè)備是空氣壓縮機，復(fù)雜的氣源裝置（空氣壓縮站）還包括壓縮空氣的凈化和儲存裝置。空氣壓縮機（簡稱空壓機）將原動機（如電動機）的機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能。（1）氣源裝置執(zhí)行元件是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，以驅(qū)動工作機構(gòu)運動的元件。（2）執(zhí)行元件控制調(diào)節(jié)元件是對氣動系統(tǒng)中氣體的壓力、流量和流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件。（3）控制調(diào)節(jié)元件輔助元件是指除以上三種元件以外的其他元件，它們對保持系統(tǒng)正常、可靠、穩(wěn)定和持久地工作起著重要的作用。（4）輔助元件氣壓傳動系統(tǒng)中所使用的工作介質(zhì)是清潔的空氣。（5）工作介質(zhì)二、氣壓傳動的特點（1）工作介質(zhì)為空氣，來源經(jīng)濟方便，用過之后可直接排入大氣，不污染環(huán)境。（2）由于空氣流動損失小，壓縮空氣可集中供氣、遠距離輸送，且對工作環(huán)境的適應(yīng)性強，可應(yīng)用于易燃、易爆場所。1．氣壓傳動的優(yōu)點（3）氣壓傳動具有動作迅速、反應(yīng)快、管路不易堵塞等優(yōu)點，且不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題。（4）氣壓傳動裝置結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，安裝維護簡單。（5）由于空氣的可壓縮性，氣壓傳動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護。（1）由于空氣具有可壓縮性，所以氣缸或氣馬達的動作速度受負載的影響較大。（2）氣壓傳動系統(tǒng)工作壓力較低，氣壓傳動系統(tǒng)輸出的動力較小。（3）工作介質(zhì)沒有自潤滑性，需要另設(shè)潤滑裝置。（4）噪聲大。2．氣壓傳動的缺點三、氣壓傳動和液壓傳動的性能比較氣源裝置、輔助元件和執(zhí)行元件一、氣源裝置氣源是氣壓傳動系統(tǒng)的動力源。通常情況下，排氣量≥6m3/min時，應(yīng)獨立設(shè)置空氣壓縮站.若排氣量<6m3/min，則可將空氣壓縮機安裝在系統(tǒng)旁直接為系統(tǒng)供氣。§15-21．空氣壓縮站空氣經(jīng)空氣過濾器1后進入空氣壓縮機2，輸出的壓縮空氣溫度一般為140～170℃，含有水分、油分和其他雜質(zhì)。進入后冷卻器3，使溫度下降至40～50℃，大部分的水汽和油霧凝結(jié)成水滴和油滴。然后進入手動排水分離器4，使大部分水分、油分和其他雜質(zhì)分離出來，得到初步凈化后的壓縮空氣被送入氣罐5中。（1）一次凈化（2）二次凈化一次凈化處理后的壓縮空氣送入空氣干燥器8中進一步去除殘留的水分，然后經(jīng)過空氣精過濾器9進一步清除壓縮空氣中的顆粒和油氣后進入氣罐10。空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的設(shè)備，它將機械能（通常由電動機產(chǎn)生）轉(zhuǎn)換成氣體壓力能。2．空氣壓縮機當(dāng)?shù)谝患墯飧椎幕钊?按箭頭所示方向運動時，進氣閥4打開，排氣閥5關(guān)閉，空氣在大氣壓力作用下進入第一級氣缸2內(nèi)。電動機帶動曲軸12旋轉(zhuǎn)，通過曲柄滑塊機構(gòu)帶動兩個氣缸的活塞做往復(fù)運動。（１）吸氣當(dāng)曲軸帶動活塞3向箭頭所示的反方向運動時，進氣閥4在壓縮空氣的作用下關(guān)閉，氣缸2內(nèi)的空氣被壓縮。當(dāng)氣缸2內(nèi)的空氣壓力增加到高于冷卻管6內(nèi)的壓力時，排氣閥5被打開，壓縮空氣進入冷卻管。（２）排氣

在第一級氣缸2排氣時，第二級氣缸9進行吸氣；在第一級氣缸吸氣時，第二級氣缸進行排氣。第一級氣缸排出的壓縮空氣經(jīng)第二級氣缸壓縮后得到了更高的輸出壓力。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，并且容易實現(xiàn)大容量和高壓輸出；缺點是振動大，噪聲大，且因為排氣為斷續(xù)進行，輸出有脈動，需要氣罐?；钊娇諌簷C的特點二、氣動輔助元件氣動輔助元件用于對空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣進行凈化、減壓、降溫或穩(wěn)壓等處理，以保證氣壓傳動系統(tǒng)正常工作。常用氣動輔助元件有手動排水分離器、氣罐、手動排水過濾器、油霧器、消聲器、氣管與氣動管接頭等。1．手動排水分離器壓縮空氣從進氣口4進入分離器殼體，氣流先受隔板2的阻擋，被撞擊而折回向下，之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，最后從出氣口3排出。在凝結(jié)的水滴、油滴等雜質(zhì)受慣性力作用分離析出，沉降在殼體底部。2．氣罐氣罐儲存壓縮空氣，減小氣源輸出氣流的波動，進一步分離壓縮空氣中的水分和油分。氣罐的進氣口在下，出氣口在上。氣罐上設(shè)有安全閥、壓力表及排放油水的閥門等。3．手動排水過濾器壓縮空氣從進氣口進入后，被引到旋風(fēng)葉子1處，旋風(fēng)葉子上有很多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向運動并產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)。

手動排水過濾器用于分離夾雜在氣體中的雜質(zhì)。夾雜在氣體中較大的水滴、油滴等，在慣性力的作用下與存水杯3的內(nèi)壁碰撞，并分離出來沉到杯底。微?；覊m和霧狀水汽則在氣體通過濾芯2時被攔截而濾除，清潔的空氣便從出氣口輸出。擋水板4可防止氣體將存水杯中積存的污水卷起。手動排水閥5用于排出污水。4．油霧器油霧器的作用是將潤滑油霧化，并隨壓縮空氣一起進入被潤滑部位。當(dāng)壓縮空氣從進氣口進入后，通過噴嘴5下端的小孔進入閥座7的腔室內(nèi)，推動鋼球6向下運動。壓縮空氣進入存油杯10的上腔，油面受壓，壓力油經(jīng)吸油管9將鋼球8頂起。鋼球上部管道有一個方形小孔，鋼球不會把管道封死。壓力油不斷地流入儲油室3內(nèi)，再流入噴嘴5中，被主管氣流從噴嘴的小孔中引射出來，霧化后從出氣口輸出。5．氣動三聯(lián)件及氣動二聯(lián)件氣動三聯(lián)件是指由手動排水過濾器、帶壓力表的減壓閥和油霧器組成的氣源處理裝置。手動排水過濾器和帶壓力表的減壓閥組合在一起形成氣動二聯(lián)件。6．消聲器當(dāng)有壓氣體通過消聲罩時，聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低了噪聲強度。7．氣管與氣動管接頭氣管可分為硬管和軟管兩種。硬管用于固定不動且不需要經(jīng)常裝拆的部位（如總氣管和支氣管等）；連接運動部件和臨時使用、希望裝拆方便的管路應(yīng)使用軟管。氣動管接頭按其結(jié)構(gòu)及工作原理分為插入式、卡套式、鎖母式、卡箍式、快換式等類型。常用氣動管接頭外螺紋接頭內(nèi)螺紋接頭卡箍式接頭快插接頭插入式氣動管接頭使用時，插入接管6，靠彈性片3卡住接管的外表面，使接管在受到向外的拉力時不會被拉出來。拆卸時，向內(nèi)按壓按鈕5，使彈性片和接管外表面分離，即可將接管從接頭中抽出。三、氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是指以壓縮空氣為動力源，將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。氣動執(zhí)行元件主要有氣缸和氣馬達，前者做直線運動，后者做旋轉(zhuǎn)運動。1．氣缸氣缸的種類很多，常用的有單作用氣缸和雙作用氣缸。單作用氣缸只有一個方向的運動依靠壓縮空氣，活塞的復(fù)位靠彈簧力或重力；雙作用氣缸的活塞往返全都依靠壓縮空氣來完成。（1）單作用單桿氣缸只有活塞一側(cè)可輸入壓縮空氣，活塞另一側(cè)的呼吸口與大氣接通。壓縮空氣只能在一個方向上做功，活塞的反方向動作依靠復(fù)位彈簧實現(xiàn)。（2）雙作用單桿氣缸壓縮空氣進入右腔時，壓縮空氣的作用力克服活塞桿上的負載，活塞桿伸出。當(dāng)壓縮空氣進入左腔時（右腔與大氣相通），推動活塞右移，活塞桿收回。2．氣馬達氣馬達是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機械能的裝置。壓縮空氣由A孔輸入后，分為兩路：一路經(jīng)定子1兩端密封蓋的槽進入葉片底部，葉片靠氣體推力和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心力緊密地貼在定子的內(nèi)壁上。另一路進入定子內(nèi)腔，使葉片帶動轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。做功后的廢氣由B口排出。（1）非膨脹葉片式氣馬達工作原理圖若壓縮空氣從B口輸入、A口排出，則改變氣馬達的旋轉(zhuǎn)方向。（2）不完全膨脹葉片式氣馬達工作原理圖壓縮空氣在一次排氣口C進行第一次排氣，其余壓縮空氣膨脹后在二次排氣口B進行第二次排氣。四、常用氣源、氣動執(zhí)行元件及輔助元件的圖形符號空氣壓縮機氣罐雙作用單桿缸氣馬達單作用單桿缸（彈簧復(fù)位，彈簧腔帶連接氣口）壓力表手動排水過濾器手動排水分離器油霧器消聲器氣動三聯(lián)件氣動控制元件與基本回路氣動控制元件用來控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流向，可分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。氣動控制基本回路包括方向控制回路、壓力控制回路和速度控制回路。§15-3一、方向控制閥與方向控制回路氣壓傳動系統(tǒng)中的方向控制閥是氣壓傳動中通過改變壓縮空氣的流動方向和氣流的通斷，來控制執(zhí)行元件啟動、停止及運動方向的氣動元件。常見的方向控制閥有單向閥、換向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。1．方向控制閥（1）單向閥單向閥是指使氣流只能向一個方向流動而不能反向流動的閥。氣動單向閥的圖形符號與液壓單向閥相同。壓縮空氣從進氣口進入，使閥芯3左移，從出氣口流出。當(dāng)進氣口無壓縮空氣時，在彈簧力和出氣口余氣壓力作用下，閥口關(guān)閉，則從出氣口進入的壓縮空氣無法通過單向閥。（2）換向閥利用換向閥閥芯相對于閥體的運動，可使氣路接通或斷開，從而使氣動執(zhí)行元件實現(xiàn)啟動、停止或變換運動方向。二位三通機動換向閥二位三通機動換向閥在常位，閥芯將進氣口與出氣口之間的通道關(guān)閉，兩氣口不相通。而出氣口與排氣口相通，出氣口的壓縮空氣可以通過排氣口排入大氣中。二位三通機動換向閥當(dāng)壓下推桿1時接通氣路；當(dāng)松開推桿1時斷開氣路，同時工作回路與大氣接通，排出壓縮空氣。常用氣動換向閥的圖形符號2．方向控制回路按下手動換向閥1的按鈕，壓縮空氣使二位四通雙氣控換向閥4左位工作，壓縮空氣經(jīng)換向閥4進入氣缸2的左腔，活塞向右行進，活塞桿伸出。同時，要松開手動換向閥1的按鈕，讓換向閥1的閥芯在彈簧力的作用下復(fù)位。當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程換向閥3的推桿時，壓縮空氣使換向閥4右位工作。壓縮空氣經(jīng)換向閥4進入氣缸2的右腔，活塞桿返回。二、壓力控制閥與壓力控制回路1．壓力控制閥壓力控制閥用于調(diào)節(jié)和控制氣動系統(tǒng)的壓力。常見的有溢流閥和減壓閥等。（1）溢流閥當(dāng)氣罐或回路中氣壓上升到調(diào)定壓力后，系統(tǒng)需要減壓，溢流閥可通過排出氣體的方法降低系統(tǒng)壓力，起到保護系統(tǒng)的作用。氣動溢流閥也分為直動式和先導(dǎo)式兩種。直動式溢流閥當(dāng)進氣口的壓力超過調(diào)定值時，閥芯（鋼球）上移，從閥右側(cè)的排氣口排氣。當(dāng)進氣口壓力低于調(diào)定壓力時，閥芯下移，閥口關(guān)閉。旋轉(zhuǎn)調(diào)壓螺套1可調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力，進而改變溢流閥的調(diào)定壓力。直動式溢流閥的圖形符號當(dāng)氣罐5或氣源1的壓力超過規(guī)定壓力值時，溢流閥4接通，氣罐5或氣源1輸出的壓縮空氣由溢流閥4排入大氣。（2）減壓閥在氣動系統(tǒng)中，往往氣源輸出的壓縮空氣的壓力比設(shè)備實際需要的壓力要高些，同時其波動值也較大，給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性，因此需要用減壓閥進行減壓和穩(wěn)壓。減壓閥按壓力調(diào)節(jié)方式分為直動式和先導(dǎo)式。壓縮空氣從進氣口輸入，經(jīng)進氣閥口節(jié)流減壓后從出氣口輸出。1）減壓原理直動式減壓閥輸出氣流的一部分由阻尼孔進入膜片氣室，在膜片的下方產(chǎn)生一個向上的推力，使膜片向上凸起，閥芯7隨之上移，把閥口開度減小，使減壓閥的輸出壓力下降。當(dāng)作用于膜片上的推力與彈簧力相平衡后，減壓閥的輸出壓力便保持一定。當(dāng)輸入壓力瞬時升高，輸出壓力也隨之升高，作用于膜片5上的氣體推力也隨之增大，破壞了原來的力的平衡，使膜片5向上的凸起增加。因復(fù)位彈簧8的作用，閥桿6和閥芯7上移，使節(jié)流口減小，輸出壓力下降，直到達到新的平衡為止。2）穩(wěn)壓原理若輸入壓力瞬時下降，輸出壓力也隨之下降，膜片5回縮，進氣閥口開度增大，節(jié)流作用減小，輸出壓力又基本上回升至原值。3）調(diào)壓原理

旋轉(zhuǎn)旋鈕1，通過調(diào)壓彈簧2、3和膜片5等使閥芯8移動，改變節(jié)流口的大小。氣動減壓閥的圖形符號2．壓力控制回路在工作過程中，夾緊軸類工件需要較大的夾緊力，而夾緊薄壁套類工件則需要較小的夾緊力。這就需要用到高、低壓轉(zhuǎn)換回路。高、低壓轉(zhuǎn)換回路利用兩個減壓閥3、4得到不同的壓力，并通過二位三通手動換向閥9進行壓力轉(zhuǎn)換，使輸送到氣缸中的壓力有高、低兩種。三、流量控制閥與速度控制回路在氣動自動化系統(tǒng)中，通常需要對壓縮空氣的流量進行控制。常用的流量控制閥有節(jié)流閥、帶消聲器的排氣節(jié)流閥和單向節(jié)流閥等。1．流量控制閥（1）節(jié)流閥壓縮空氣由進氣口進入，經(jīng)節(jié)流后，由出氣口流出。旋轉(zhuǎn)閥芯螺桿3，就可以改變節(jié)流口的開度，從而調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量。（2）帶消聲器的排氣節(jié)流閥帶消聲器的排氣節(jié)流閥是在節(jié)流閥的基礎(chǔ)上增加了消聲裝置。帶消聲器的排氣節(jié)流閥安裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)排入大氣中的氣體流量。（3）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)組成的組合式流量控制閥，一般安裝在主控閥和執(zhí)行元件之間進行速度控制。當(dāng)壓縮空氣從左側(cè)接口流向右側(cè)接口時，單向閥關(guān)閉，壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥流出，節(jié)流口的大小可以通過旋轉(zhuǎn)流量調(diào)節(jié)螺桿2進行調(diào)節(jié)。當(dāng)壓縮空氣從右側(cè)接口反向流入時，單向閥打開，壓縮空氣經(jīng)單向閥快速從左側(cè)接口排出。（4）流量控制閥的圖形符號單向節(jié)流閥節(jié)流閥帶消聲器的排氣節(jié)流閥2．速度控制回路（1）采用排氣節(jié)流閥的氣馬達速度控制回路在氣馬達的出氣口安裝排氣節(jié)流閥，即可達到節(jié)流調(diào)速的目的。氣馬達運轉(zhuǎn)速度受負載變化的影響較小，運動較平穩(wěn)。（2）采用單向節(jié)流閥的速度控制回路單向節(jié)流閥對氣缸進行進氣節(jié)流，氣缸排出的氣流則可以通過單向節(jié)流閥的單向閥從換向閥的排氣口排出。１）進氣節(jié)流調(diào)速２）排氣節(jié)流調(diào)速對氣缸排氣進行節(jié)流控制。氣缸活塞的兩端都受到氣壓作用，能獲得較好的運動平穩(wěn)性。實訓(xùn)——搭建氣動回路§15-4一、實訓(xùn)目的了解空氣壓縮機、氣源輔助元件、氣缸、氣動控制元件、氣管及管接頭的結(jié)構(gòu)，掌握氣動回路搭建的基本方法和步驟，培養(yǎng)動手操作能力。二、任務(wù)描述1．看懂氣動回路圖。2．根據(jù)圖形符號選擇相應(yīng)的氣動元件。3．搭建氣動回路。4．運行氣動回路。5．關(guān)閉回路，拆卸氣動元件。6．反思與總結(jié)。連續(xù)往復(fù)氣動回路三、實訓(xùn)設(shè)備及工具四、任務(wù)實施1．分析氣動回路在安裝氣動系統(tǒng)前，首先要看懂氣動系統(tǒng)原理圖，弄明白所需要的氣動元件的結(jié)構(gòu)及工作原理，確定氣動元件的安裝位置。使換向閥3的右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)二位二通行程換向閥6的上位進入單氣控換向閥4左側(cè)，使單氣控換向閥4的左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣通過換向閥4的左位進入雙作用單桿氣缸5的左腔，活塞桿向右伸出。（1）啟動系統(tǒng)，活塞桿開始運動（2）活塞桿繼續(xù)前進活塞桿向右伸出時，行程換向閥6在彈簧力的作用下復(fù)位，使其下位接入系統(tǒng)，行程換向閥6將氣路封閉。單氣控換向閥4不能復(fù)位，活塞桿繼續(xù)前進。（3）活塞桿返程活塞桿到達行程終點時，壓下行程換向閥7，使單氣控換向閥4的控制氣路排氣。在彈簧的作用下?lián)Q向閥4右位接入系統(tǒng)，壓縮空氣通過換向閥4的右位進入氣缸右腔，活塞桿返回。（4）活塞桿再次向前活塞桿返回后，壓下行程換向閥6，控制氣路再次接通，換向閥4左位接入系統(tǒng)，活塞桿再次向右伸出。（5）活塞桿停止運動

使換向閥3左位接入系統(tǒng)，控制氣路被截止，活塞桿在完成最后一次伸出動作后返回并停止運動。2．準(zhǔn)備設(shè)備及氣動元件根據(jù)氣動控制回路圖和設(shè)備及氣動元件清單領(lǐng)取氣動元件，檢查氣動試驗臺是否完好，檢查領(lǐng)取的氣動元件是否完好，填寫設(shè)備及氣動元件檢查清單，對不清潔的設(shè)備和氣動元件進行擦拭、清洗。搭建氣動回路設(shè)備及