《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》模塊四-氣壓傳動(dòng)

氣壓傳動(dòng)項(xiàng)目目標(biāo)：應(yīng)知?dú)鈮簜鲃?dòng)的組成及特點(diǎn)；應(yīng)理解氣動(dòng)元件，含氣源裝置、氣馬達(dá)、氣缸、氣壓控制方向閥、氣壓控制壓力閥、氣壓控制流量閥和附件，要掌握這些元件的工作原理、圖形符號(hào)、結(jié)構(gòu)形式等；應(yīng)會(huì)氣動(dòng)回路的分析。任務(wù)一一、氣壓傳動(dòng)的組成及工作原理

氣壓傳動(dòng)，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和信號(hào)傳遞的一門技術(shù)。氣壓傳動(dòng)的工作原理是利用空壓機(jī)把電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械能，從而完成各種動(dòng)作，并對(duì)外做功。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)類似，也是由四部分組成的，它們是：

(1)氣源裝置獲得壓縮空氣的裝置。其主體部分是空氣壓縮機(jī)，它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能；

(2)控制元件用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向的，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的工作循環(huán)。它包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等；

(3)執(zhí)行元件是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。包括氣缸、氣馬達(dá)、擺動(dòng)馬達(dá)；

(4)輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤(rùn)滑、元件間的連接及消聲等所必須的，它包括過濾器、油霧氣、管接頭及消聲器等。

氣動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門。在我們公司使用氣動(dòng)技術(shù)的設(shè)備也非常多，比如(900線,氣墊車，數(shù)控加工中心，氣象干燥等等）。在提高生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實(shí)現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這主要是因?yàn)闅鈮簜鲃?dòng)與機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)相比有以下特點(diǎn)：二、氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動(dòng)通道，用過后可將其隨時(shí)排入大氣中，不污染環(huán)境。

(2)空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時(shí)，對(duì)空氣的粘度影響極小，故不會(huì)影響傳動(dòng)性能。

(3)空氣的粘度很?。s為液壓油的萬分之一），所以流動(dòng)阻力小，在管道中流動(dòng)的壓力損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。

(4)相對(duì)液壓傳動(dòng)而言，氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快，一般只需0.02~0.3秒就可達(dá)到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動(dòng)速度一般為1~5m/s，而氣體的流速最小也大于10m/s，有時(shí)甚至達(dá)到音速，排氣時(shí)還達(dá)到超音速。(5)氣體壓力具有較強(qiáng)的自保持能力，即使壓縮機(jī)停機(jī)，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個(gè)穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變。

(6)氣動(dòng)元件可靠性高、壽命長(zhǎng)。電氣元件可運(yùn)行百萬次，而氣動(dòng)元件可運(yùn)行2000-4000萬次。

(7)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動(dòng)和控制優(yōu)越。

(8)氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便、過載能自動(dòng)保護(hù)。2、

氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)(1)因空氣的可壓縮性較大，氣動(dòng)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性較差。

(2)氣動(dòng)裝置工作壓力低，輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動(dòng)裝置比液壓傳動(dòng)裝置輸出的力要小得多。

(3)氣動(dòng)裝置中的信號(hào)傳動(dòng)速度比光、電控制速度慢，所以不宜于信號(hào)傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中。同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遙控也比較困難，但對(duì)一般的機(jī)械設(shè)備，氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度是能滿足工作要求的。

(4)

噪聲較大，尤其是在超音速排氣時(shí)要加消聲器。

氣壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)的性能比較：

操作力動(dòng)作快慢環(huán)境要求構(gòu)造負(fù)載變化影響操作距離無級(jí)調(diào)速工作壽命維護(hù)價(jià)格氣壓傳動(dòng)中等較快適應(yīng)性好簡(jiǎn)單較大中距離較好長(zhǎng)一般便宜液壓傳動(dòng)最大較慢不怕振動(dòng)復(fù)雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動(dòng)電氣中等快要求高稍復(fù)雜幾乎沒有遠(yuǎn)距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求特高最復(fù)雜沒有遠(yuǎn)距離良好短要求更高最貴機(jī)械傳動(dòng)較大一般一般一般沒有短距離較困難一般簡(jiǎn)單一般1、氣壓縮機(jī)的工作原理

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中最常見的空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式。往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理圖1-排氣閥；2-汽缸；3-活塞；4-活塞桿；5、6-十字頭與滑道；7-連桿；8-曲柄9-吸氣閥10-彈簧任務(wù)二一、氣源裝置

當(dāng)活塞3向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，左腔壓力低于大氣壓力，吸氣閥9被打開，空氣在大氣壓力作用下進(jìn)入氣缸2內(nèi)，這個(gè)過程稱為“吸氣過程”。當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥9在缸內(nèi)壓縮氣體的作用下關(guān)閉，缸內(nèi)氣體被壓縮，這個(gè)過程稱為“壓縮過程”。當(dāng)氣缸內(nèi)空氣壓力增高到略高于輸氣管內(nèi)壓力后，排氣閥1被打開，壓縮空氣進(jìn)入輸氣管道，這個(gè)過程稱為“排氣過程”。其工作原理:二、氣動(dòng)輔助元件1、氣源凈化裝置氣動(dòng)輔助元件分為氣源凈化裝置和其它輔助元件兩大類。

壓縮空氣凈化裝置一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器、過濾器等。2、其他輔助元件

油霧器、消聲器、轉(zhuǎn)換器。一、氣缸氣動(dòng)執(zhí)行元件

氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一。除幾種特殊氣缸外，普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。QGA系列為無緩沖普通氣缸；QGB系列為有緩沖普通氣缸。其它幾種較為典型的特殊氣缸有氣液阻尼缸、薄膜式氣缸和沖擊式氣缸等。下面以薄膜式氣缸為例進(jìn)行講解：

氣動(dòng)執(zhí)行元件包括氣缸和氣馬達(dá)。薄膜式氣缸：

薄膜式氣缸是一種利用壓縮空氣通過膜片推動(dòng)活塞桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。它由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等主要零件組成。其功能類似于活塞式氣缸，它分單作用式和雙作用式兩種。薄膜式氣缸式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖a)單作用式b)雙作用式1-缸體2-膜片3-膜盤4-活塞桿二、氣馬達(dá)

氣馬達(dá)也是氣動(dòng)執(zhí)行元件的一種。它的作用相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。即輸出力矩，拖動(dòng)機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1、氣馬達(dá)的分類及特點(diǎn)

氣馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式可分為：葉片式氣馬達(dá)、活塞式氣馬達(dá)和齒輪式氣馬達(dá)等。目前在我們公司能見到的有活塞式氣馬達(dá)和葉片式氣馬達(dá)，但葉片式馬達(dá)比較多。葉片式氣馬達(dá)制造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，但低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、低速性能不好，適由于中低功率的機(jī)械，目前在礦山及風(fēng)動(dòng)工具中應(yīng)用普遍?；钊綒怦R達(dá)在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜于載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩的機(jī)械，如起重機(jī)、鉸車、鉸盤、拉管機(jī)等。工作安全。可以在易燃易爆場(chǎng)所工作，同時(shí)不受高溫和振動(dòng)的影響?？梢蚤L(zhǎng)時(shí)間滿載工作而溫升較小。可以無級(jí)調(diào)速?？刂七M(jìn)氣流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和功率。額定轉(zhuǎn)速以每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾十萬轉(zhuǎn)。具有較高的啟動(dòng)力矩?？梢灾苯訋ж?fù)載運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱方便、維護(hù)容易、成本低。輸出功率相對(duì)較小，最大只有20KW左右。耗氣量大、效率低、噪聲大。與液壓馬達(dá)相比，氣馬達(dá)具有以下特點(diǎn)：2、氣馬達(dá)的工作原理葉片式氣馬達(dá)。與液壓葉片馬達(dá)相似，主要包括一個(gè)徑向裝有3~10個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子，偏心安裝在定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)有前后蓋板，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可徑向滑動(dòng)，葉片底部通有壓縮空氣，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是靠離心力和葉片底部氣壓將葉片緊壓在定子內(nèi)表面上。定子內(nèi)有半圓形的切溝，提供壓縮空氣及排出廢氣。a)葉片式

當(dāng)壓縮空氣從A口進(jìn)入定子內(nèi)，會(huì)使葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。廢氣從排氣口C排出；而定子腔內(nèi)殘留氣體則從B口排出。如需改變氣馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，只需改變進(jìn)、排氣口即可。徑向活塞式馬達(dá)。壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入分配閥后再進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞及連桿組件運(yùn)動(dòng)，再使曲柄旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)固定在曲軸上的分配閥同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓縮空氣隨著分配閥角度位置的改變而進(jìn)入不同的缸內(nèi)，依次推動(dòng)各個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，由各活塞及連桿帶動(dòng)曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，與進(jìn)氣缸相對(duì)應(yīng)的氣缸則處于排氣狀態(tài)。b)活塞式

在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向的各類控制閥，其作用是保證氣動(dòng)執(zhí)行元件（如氣缸、氣馬達(dá)等）按設(shè)計(jì)的程序正常地進(jìn)行工作。

氣壓控制閥按作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。氣動(dòng)控制元件2、安全閥（溢流閥）安全閥的工作原理3、順序閥AAP（2）開啟狀態(tài)（1）關(guān)閉狀態(tài)順序閥的工作原理P一、壓力控制閥

1、減壓閥（調(diào)壓閥）POA職能符號(hào)AAPO（1）開啟狀態(tài)（2）關(guān)閉狀態(tài)單向順序閥的工作原理1、旋鈕2、7彈簧3、8活塞4、5氣腔6單向閥鋼球

排氣節(jié)流閥，是安裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)排入大氣中氣體流量的一種控制閥。排氣節(jié)流閥不僅能調(diào)整執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，由于它帶有消聲器，因此也起減小排氣噪聲的作用。

二、流量控制閥

1、節(jié)流閥、單向節(jié)流閥

2、排氣節(jié)流閥（消聲節(jié)流閥）

職能符號(hào)排氣節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)及其職能符號(hào)1.閥座2.墊圈3.閥芯4.消聲器5.閥套6.鎖緊法蘭7.鎖緊螺母8.旋鈕12345678三、方向控制閥

1、換向閥

1）單氣控?fù)Q向閥KOPA單氣控?fù)Q向閥的工作原理圖OPA(a)OPAK(b)2）雙氣控?fù)Q向閥ABPO2O1K1（a）ABPO2O1K2（b）PABK1K2職能符號(hào)3）直動(dòng)式電磁換向閥ABP職能符號(hào)直動(dòng)式雙電控電磁換向閥的工作原理圖ABPO1O2（b）ABPO2O1（a）4）先導(dǎo)式電磁換向閥

先導(dǎo)式電磁換向閥是由電磁鐵首先控制氣路，產(chǎn)生先導(dǎo)氣體壓力，再由先導(dǎo)氣體壓力去推動(dòng)主閥閥芯，使其換向。ABPO1O2P1O3O4P2PAB職能符號(hào)PABP2O3PO1O2P15）其它換向閥2、單向型控制