機(jī)電一體化技術(shù) -課件 項(xiàng)目三

機(jī)電一體化技術(shù)主編

張奇良

魯佳

王紅錦PARTONE項(xiàng)目三氣動(dòng)知識(shí)目錄/CONTENTS任務(wù)一

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)任務(wù)二

氣動(dòng)元件及符號(hào)任務(wù)三

氣動(dòng)控制閥任務(wù)四

氣動(dòng)回路分析行業(yè)PPT模板/hangye/PARTONE任務(wù)一氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)是以空氣作為介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式,簡(jiǎn)稱氣動(dòng)。

氣壓傳動(dòng)是流體傳動(dòng)及控制學(xué)科的一個(gè)重要分支。氣壓傳動(dòng)與液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)之間互相補(bǔ)充,已發(fā)展成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一個(gè)重要手段,在食品工業(yè)、輕紡、機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化工、交通運(yùn)輸、航空航天、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。(3)執(zhí)行元件(4)氣動(dòng)輔助元件(1)氣源裝置(2)控制元件

氣源裝置是壓縮空氣的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、凈化的輔助裝置,是將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的壓力能的能源裝置,其主體部分是空氣壓縮機(jī),簡(jiǎn)稱空壓機(jī)。

控制元件又稱操縱、運(yùn)算、檢測(cè)元件,是用來(lái)控制壓縮空氣流的壓力、流量和運(yùn)動(dòng)方向等,以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的元件,包括各種閥類

執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì),將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,并完成做功動(dòng)作的能量轉(zhuǎn)換裝置,包括做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸,做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)馬達(dá)和做不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)等。

氣動(dòng)輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲及元件間連接所需要的一些裝置,包括分水濾氣器、油霧器、消聲器及各種管路附件。

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由氣源裝置產(chǎn)生壓縮空氣的壓力能,在控制元件和氣動(dòng)輔件元件的操縱控制下,由執(zhí)行元件完成做功動(dòng)作,氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成如圖3-1所示。一、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理及組成二、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)的突出特點(diǎn)是以壓縮空氣為工作介質(zhì),具有取之不盡、遠(yuǎn)距離輸送、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、防火、防爆、抗振動(dòng)沖擊、過(guò)載自動(dòng)保護(hù)、工作可靠等特點(diǎn)。

1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)空氣隨處可取,取之不盡(2)便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送控制(3)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好(4)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù),也便于儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存能量,以備急需(因空氣具有可壓縮性)(5)氣動(dòng)反應(yīng)快(0.02s),動(dòng)作迅速,維護(hù)方便,管路不易堵塞(6)氣動(dòng)元件材質(zhì)要求較低,降低了成本,適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化(7)可以自動(dòng)降溫(因排氣時(shí)氣體膨脹,溫度降低)(8)與液壓傳動(dòng)一樣,操作控制方便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)(1)一般工作壓力較低(0.3~1MPa)(2)工作速度穩(wěn)定性較差(因空氣的壓縮性大)(3)空氣凈化處理較復(fù)雜(4)需設(shè)潤(rùn)滑裝置(因空氣的黏度小,潤(rùn)滑性差)PARTTWO任務(wù)二氣動(dòng)元件及符號(hào)一、氣動(dòng)元件概述氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)元件可分為以下6種1.氣源裝置2.氣動(dòng)輔助元件3.氣動(dòng)執(zhí)行元件4.氣動(dòng)控制元件5.氣動(dòng)邏輯元件6.氣動(dòng)傳感器及信號(hào)處理裝置(1)氣源裝置。

氣源裝置為氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)提供符合規(guī)定質(zhì)量要求的壓縮空氣,是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。氣源裝置一般由3部分組成,如圖3-2所示。①氣壓發(fā)生裝置②凈化、儲(chǔ)存壓縮空氣的裝置和設(shè)備③氣動(dòng)三大件(水過(guò)濾器、減壓閥、油霧器)二、氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)與原理③空壓機(jī)的選擇。選擇空壓機(jī)的根據(jù)是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)主要參數(shù)。①空壓機(jī)的分類。

如果按空壓機(jī)的公稱排氣壓力范圍來(lái)分,則有低壓式(0.2~1MPa)、中壓式(1~10MPa)、高壓式(10~100MPa)和超高壓式(>100MPa)等。

②空壓機(jī)的工作原理，活塞式空壓機(jī)的工作原理圖如圖3-3所示。

水冷式后冷卻器:水冷式后冷卻器的工作原理圖如圖3-5所示。水冷式后冷卻器通過(guò)強(qiáng)迫冷卻水沿壓縮空氣流動(dòng)的反方向流動(dòng)來(lái)進(jìn)行冷卻。(2)氣動(dòng)輔助元件。①后冷卻器。后冷卻器安裝在空壓機(jī)排氣口處的管道上。

風(fēng)冷式后冷卻器:風(fēng)冷式后冷卻器的工作原理圖如圖3-4所示。從空壓機(jī)排出的壓縮空氣進(jìn)入風(fēng)冷式后冷卻器后,經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)而且多彎曲的管道進(jìn)行冷卻后從出口排出。②油水分離器。油水分離器安裝在后冷卻器后的管道上,主要作用是分離壓縮空氣中所含的水分、油分等雜質(zhì),使壓縮空氣得到初步凈化。③儲(chǔ)氣罐。儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-7所示,主要作用是儲(chǔ)存一定量的壓縮空氣,減少氣源輸出氣流脈動(dòng),增加氣流連續(xù)性和平穩(wěn)性,減弱空壓機(jī)排出氣流脈動(dòng)引起的管道振動(dòng),進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水分和油分。⑤過(guò)濾器?？諌簷C(jī)吸入口的空氣過(guò)濾器對(duì)于空壓機(jī)工作可靠性是十分重要的,必須提供合適有效的過(guò)濾器,以免氣缸和活塞環(huán)受空氣中微粒的影響而損耗。一次過(guò)濾器(也稱簡(jiǎn)易空氣過(guò)濾器):由殼體和濾芯組成,按濾芯所采用的材料不同可分為紙質(zhì)、織物(麻布、絨布、毛氈)、陶瓷、泡沫塑料和金屬(金屬網(wǎng)、金屬屑)等過(guò)濾器。二次過(guò)濾器(也稱空氣過(guò)濾器):在空壓機(jī)的輸出端使用的為二次過(guò)濾器。空氣過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-9所示。④空氣干燥器。吸附式空氣干燥器的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-8所示,空氣干燥器的作用是進(jìn)一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、雜質(zhì)顆粒等,使壓縮空氣干燥。⑦消聲器。氣動(dòng)裝置的噪聲一般都比較大,尤其當(dāng)壓縮氣體直接從氣缸或換向閥排向大氣時(shí)吸收型消聲器:主要利用吸聲材料(玻璃纖維、毛氈、泡沫塑料、燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷及燒結(jié)塑料等)來(lái)降低噪聲。膨脹干涉型消聲器:膨脹干涉型消聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,相當(dāng)于一段比排氣孔口徑大的管件。

高效過(guò)濾器的過(guò)濾效率更高,適用于要求較高的氣動(dòng)裝置和射流元件等。⑥油霧器。氣壓傳動(dòng)中的各種閥和氣缸一般都需要潤(rùn)滑,油霧器是一種特殊的注油裝置,普通型油霧器的結(jié)構(gòu)圖如圖3-10所示。2.氣動(dòng)執(zhí)行元件

氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置,包括氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)。①普通氣缸。單作用式氣缸:壓縮空氣作用在活塞端面上,推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),而活塞的反向運(yùn)動(dòng)依靠復(fù)位彈簧力、重力或其他外力。雙作用式氣缸:活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都是依靠壓縮空氣的作用而實(shí)現(xiàn)的。②薄膜氣缸。薄膜氣缸分為單作用式和雙作用式兩種。③沖擊氣缸。普通型沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)圖如圖3-16所示。④氣-液阻尼缸。在機(jī)械加工中實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的氣缸,因?yàn)闅怏w的可壓縮性,使氣缸容易產(chǎn)生“爬行”“自走”現(xiàn)象。串聯(lián)式氣-液阻尼缸如圖3-17(a)所示,由氣缸和液壓缸兩部分組成,氣缸和液壓缸的活塞被固定在同一個(gè)活塞桿上，并聯(lián)式氣-液阻尼缸如圖3-17(b)所示。①安裝形式的選擇由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場(chǎng)合中,多用固定式氣缸。②作用力的大小根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。③氣缸行程的長(zhǎng)短氣缸行程的長(zhǎng)短與使用場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān),也受加工和結(jié)構(gòu)的限制。氣缸的選擇的要點(diǎn)④活塞(或缸)的運(yùn)動(dòng)速度主要取決于氣缸進(jìn)、排氣口及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。①氣缸一般正常工作條件周圍的介質(zhì)溫度為-35~+80℃,工作壓力為0.4~0.6MPa。③裝配時(shí),所有密封件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)工作表面應(yīng)涂以潤(rùn)滑脂。②安裝前,應(yīng)在1.5倍工作壓力下進(jìn)行試驗(yàn),不應(yīng)漏氣。④安裝的氣源進(jìn)口處必須設(shè)置油霧器,以便于工作中潤(rùn)滑。氣缸的使用的要求⑤安裝時(shí),要注意動(dòng)作方向,活塞桿不允許承受偏心負(fù)載或橫向負(fù)載。⑥負(fù)載在行程中有變化時(shí),應(yīng)使用輸出力有足夠余量的氣缸,并要附加緩沖裝置。⑦不使用滿行程。特別是當(dāng)活塞桿伸出時(shí),不能使活塞與缸蓋相碰擊,否則容易破壞活塞和缸蓋等零件。(2)氣動(dòng)馬達(dá)。氣動(dòng)馬達(dá)是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。①氣動(dòng)馬達(dá)的選擇。選擇氣動(dòng)馬達(dá)主要從負(fù)載狀態(tài)出發(fā)。②氣動(dòng)馬達(dá)的應(yīng)用。由氣動(dòng)馬達(dá)的工作特性及特點(diǎn)可見(jiàn),氣動(dòng)馬達(dá)工作適應(yīng)性很強(qiáng),可適用于無(wú)級(jí)調(diào)速、啟動(dòng)頻繁、經(jīng)常換向、高溫潮濕、易燃易爆、負(fù)載啟動(dòng)、不便人工操縱及有過(guò)載可能的場(chǎng)合。③氣動(dòng)馬達(dá)的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑是保證氣動(dòng)馬達(dá)正常工作不可缺少的一環(huán)。(1)高壓截止式邏輯元件

高壓截止式邏輯元件是依靠氣動(dòng)信號(hào)推動(dòng)閥芯動(dòng)作,改變氣流的流動(dòng)方向,以實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件。①“是門”和“與門”元件②“或門”元件③“非門”元件(2)滑閥式邏輯閥

滑閥式邏輯閥的工作原理和滑閥式氣動(dòng)換向閥的工作原理基本上是一樣的,只是具體結(jié)構(gòu)和工藝有所不同,二位三通滑閥式邏輯閥的工作原理圖及圖形符號(hào)如圖3-23所示。(3)邏輯回路

滑閥式邏輯閥是一種多功能邏輯閥,根據(jù)不同的連接方法可以組成多種邏輯回路,由邏輯閥組成的邏輯回路如圖3-24所示。3.氣動(dòng)邏輯元件三、氣動(dòng)元件符號(hào)

除上述介紹的有關(guān)元件及符號(hào)外,在氣動(dòng)回路中還有其他常用元件,其符號(hào)如圖3-25所示。PARTTHREE任務(wù)三氣動(dòng)控制閥一、氣動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)與原理1.方向控制閥及換向回路

方向控制閥按氣流在閥內(nèi)的作用方向,可分為單向型控制閥和換向型控制閥。(1)單向型控制閥①單向閥②梭閥(“或門”閥)③雙壓閥(“與門”閥)④快速排氣閥(2)換向型控制閥①氣壓控制換向閥②電磁控制換向閥③機(jī)械控制換向閥、人力控制換向閥④時(shí)間控制換向閥(3)換向回路。單作用式氣缸的換向回路如圖3-39所示。

梭閥是兩個(gè)單向閥反向串聯(lián)的組合閥。由于閥芯像織布梭子一樣來(lái)回運(yùn)動(dòng),因而稱為梭閥。

“或門”型梭閥的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-26所示。其工作原理是當(dāng)P1進(jìn)氣時(shí),將閥芯推向右邊,P2被關(guān)閉,于是氣流從P1進(jìn)入A腔,如圖3-26(b)所示;

反之,從P2進(jìn)氣時(shí),將閥芯推向左邊,于是氣流從P2進(jìn)入A腔,如圖3-26(c)所示;

當(dāng)P1、P2同時(shí)進(jìn)氣時(shí),哪端壓力高,A就與哪端相通,另一端就自動(dòng)關(guān)閉。

可見(jiàn)該閥兩輸入口中只要有一個(gè)輸入,輸出口就有輸出,輸入和輸出呈現(xiàn)邏輯“或”的關(guān)系。

雙壓閥的工作原理圖及圖形符號(hào)如圖3-28所示。

當(dāng)P1進(jìn)氣時(shí),將閥芯推向右端,A無(wú)輸出,如圖3-28(a)所示;當(dāng)P2進(jìn)氣時(shí),將閥芯推向左端,A無(wú)輸出,如圖3-28(b)所示;

只有當(dāng)P1、P2同時(shí)進(jìn)氣時(shí),A才有輸出,如圖3-28(c)所示;

當(dāng)P1和P2氣體壓力不等時(shí),氣壓低的通過(guò)A輸出。

由此可見(jiàn),該閥只有在兩輸入口中同時(shí)進(jìn)氣時(shí)A才有輸出,輸入和輸出呈現(xiàn)邏輯“與”的關(guān)系。

快速排氣閥的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-30所示。

當(dāng)P進(jìn)氣時(shí),膜片被壓下封住排氣口O,氣體經(jīng)膜片四周的小孔向A腔流入,A有輸出,如圖3-30(b)所示;

當(dāng)P腔氣體排空時(shí),A腔壓力將膜片頂起,P與A不通,A與O相通,A腔氣體快速排向大氣中,如圖3-30(c)所示。

直動(dòng)式單電磁鐵二位三通電磁換向閥的工作原理圖及圖形符號(hào)如圖3-34所示。

如果將閥中的彈簧改成電磁鐵,則成為直動(dòng)式雙電磁鐵二位五通電磁換向閥,其工作原理圖及圖形符號(hào)如圖3-35所示。

單電磁鐵控制的先導(dǎo)式電磁換向閥的工作原理圖及圖形符號(hào)如圖3-36所示,其中控制的主閥為二位閥。同樣,主閥也可為三位閥。

延時(shí)閥:二位三通延時(shí)閥結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-37所示,它是由延時(shí)部分和換向部分組成的。

延時(shí)閥的應(yīng)用回路如圖3-38所示,它是一個(gè)壓注機(jī)的使用回路。按下手動(dòng)閥A,氣缸下壓工件,工件受壓時(shí)間長(zhǎng)短由B、C、D組成的延時(shí)閥完成。單作用式氣缸的換向回路如圖3-39所示。雙作用式氣缸的換向回路如圖3-40所示。2.壓力控制閥

壓力控制閥可分為減壓閥(也稱調(diào)壓閥)、安全閥(也稱溢流閥)和順序閥等。(1)減壓閥

減壓閥的作用是降壓且穩(wěn)壓。①直動(dòng)式減壓閥②先導(dǎo)式減壓閥(2)安全閥

安全閥在系統(tǒng)中能夠限制系統(tǒng)的最高工作壓力,起安全保護(hù)作用。(3)順序閥

一般順序閥都與單向閥組合到一起,稱為單向順序閥。(4)壓力控制回路①一次壓力控制回路②二次壓力控制回路

QTY型直動(dòng)式減壓閥的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)如圖3-41所示。

外部先導(dǎo)式減壓閥的主閥如圖3-42所示,主閥的工作原理與直動(dòng)式減壓閥相同。

一次壓力控制回路如圖3-43所示,常用電接觸點(diǎn)壓力表或溢流閥來(lái)控制。

二次壓力控制回路如圖3-44所示,用氣源三聯(lián)件(空氣過(guò)濾器—減壓閥—油霧器)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力為穩(wěn)定值。(1)流量控制閥。流量控制閥就是通過(guò)改變閥的通流截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制的元件,它包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥等。(2)速度控制回路。速度控制回路用來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)