第12章_ 气压传动元件课件

第12章 气压传动元 件 第12章 气压传动元件 12.1 气源装置-空气压缩机 12.2 气动辅助元件 12.3 气动控制元件 12.3.1 压力控制阀 12.3.2 流量控制阀 12.3.3 方向控制阀 12.4 气动执行元件 12.4.1 气缸 12.4.2 气马达 第12章 气压传动元件 气压传动元件主要有气源装置、气动辅助元件、气动控制元件和气动 执行元件组成。 12.1 气源装置-空气压缩机 气源装置的主体是空气压缩机。是气动系统的动力源。 1、分类 空气压缩机的种类很多，按照工作原理的不同，可分为容积式和动 力式两大类。在气压传动中，多采用容积式空气压缩机。按照结构不同 ，容积式空气压缩机可分为往复式和旋转式，往复式细分为活塞式和膜 片式；旋转式细分为叶片式、螺杆式和涡旋式，其中，最常用的是活塞 式空气压缩机，各种类型的压缩机都有不同的特点，应用日益广泛。如 20世纪90年代末期问世的涡旋式压缩机，其低噪声、长寿命等方面大大 优于其他型式的压缩机，而被誉为“环保型压缩机”，已经得到压缩机行 业的关注和公认。 第12章 气压传动元件 第12章 气压传动元件 2、工作原理 容积式空气压缩机的工作原理类似于容积式液压泵。卧式空气压 缩机的工作原理如图12-1所示，通过曲柄滑块机构使活塞作往复运动 ，使气缸内容积的大小发生周期性的变化，从而实现对空气的吸入、 压缩和排气过程。 3、选用 选择空气压缩机的主要依据是气动系统的工作压力和流量。 选择工作压力时，考虑到沿程压力损失，气源压力应比气动系统 中工作装置所需的最高压力再增大20左右。至于气动系统中工作压 力较低的工作装置，则可采用减压阀减压供气。 空气压缩机的输出流量以整个气动系统所需的最大理论耗气量为 选择依据，再考虑到泄漏等影响加上一定的余量。 第12章 气压传动元件 a） b） a）压缩 机工作原理 b）图形符号 1排气阀 2气缸 3活塞 4活塞杆 5、6十字头与滑道 7连杆 8曲柄 9吸气阀 图12-1 活塞式空气压缩机工作原理 第12章 气压传动元件 气动辅助元件主要有过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。由于 空气压缩机产生的压缩空气含有油污、水分和灰尘等杂质，必须经过 降温、除油、干燥和过滤等一系列处理后才能供气动系统使用。 1、冷却器 由于压缩气体时，气体体积缩小、压强增大、温度随之升高，因 此空气压缩机的排气温度一般可达140C170C。冷却器安装于空 气压缩机的排气口，用来冷却排出的压缩空气，并将其中在高温下汽 化的水汽、油雾等冷凝成水滴和油滴析出。冷却器有风冷式和水冷式 两种，一般采用水冷式。图12-2所示为蛇管式冷却器。热压缩空气在 冷水蛇形管外流动，通过管壁冷却。应注意冷却水与热空气的流动方 向相反，以达到较佳的冷却效果。除蛇管式外，水冷式冷却器还有套 管式、列管式、散热片式和板式等。 12.2 气动辅助元件 第12章 气压传动元件 a）蛇管式冷却器结构原理图 b）图形符号 图12-2 蛇管式冷却器 第12章 气压传动元件 2、除油器 除油器又称为油水分离 器，用于分离压缩空气中凝 聚的水分和油分等杂质，以 初步净化空气。除油器有撞 击挡板式、环形回转式、离 心旋转式和水浴式等。图12 -3所示为撞击挡板式除油器 。压缩空气从入口进入，受 到隔离板的阻挡转而向下流 动，再折返向上回升并形成 环形气流，气体最后通过除 油器上部从出口流出。空气 流动过程中，由于油分和水 分的密度比空气大，在惯性 力和离心力的作用下被分离 析出，沉降于除油器底部， 定期打开阀门排出。 a） b） 图图12-3 撞击挡击挡 板式除油器 a）除油器结构原理图 b）图形符号 第12章 气压传动元件 3、储气罐 储气罐用来储存空气压缩机 排出的脉动气体，可以减小输出 压缩空气的压力脉动，增大其压 力稳定性和连续性，进一步分离 其中的水分和油分等杂质，并在 空气压缩机意外停机时避免气动 系统立即停机。储气罐一般采用 圆筒状焊接结构，有立式和卧式 两种，大多为立式。如图12-4所 示，立式储气罐的高度H为其内 径D的23倍，进气口在下、出 气口在上，而且应尽量使二者间 距离较远，以利于分离油水杂质 。在生产实践中，冷却器、除油 器和储气罐三者一体的结构形式 现在已有应用，使得压缩空气站 的设备大为简化。 a） b） 图图12-4 立式储储气罐 a）储气罐结构原理图 b）图形符号 第12章 气压传动元件 4、干燥器 经过冷却器、除油器和储气罐三者初步净化处理后的压缩空气已能 满足 一般气动系统的使用要求，但对于一些精密机械和仪表等装置，还 需进行进一步的干燥和精过滤处理。目前使用的干燥器主要有吸附式、 冷冻式和潮解式（吸收式）三种。 5、过滤器 过滤器用来清除压缩空气中的水分、油分和固体颗粒杂质，按过滤 效率由低到高可分为一次过滤器、二次过滤器和高效过滤器三种。 一次过滤器也称简易空气过滤器，由壳体和滤芯组成，滤芯材料多 为纸质或金属。空气在进入空气压缩机之前必须先经过一次过滤器的过 滤。 二次过滤器也称空气过滤器或分水滤气器，图12-5所示为其结构简 图。压缩空气由输入口引入带动高速旋转的旋风叶子1，其上开有许多成 一定角度的缺口，迫使空气沿切线方向强烈旋转，从而使空气中的水分 、油分等杂质因离心力而被分离出来，沉降于存水杯3的底部，然后空气 通 第12章 气压传动元件 过中间的滤芯2 ，得到再次过滤 ，最后经输出口 输出。挡水板4 的作用是防止水 杯底部的污水被 卷起，污水可通 过定期打开手动 排水阀5排出。 某些不便手动操 作的场合，可采 用自动排水装置 。 a） b） 图图12-5 手动动式空气过滤过滤 器 a）空气过滤 器结构原理图 b）图形符号 1旋风叶 子 2滤芯 3存水杯 4挡水板 5手动排水阀 第12章 气压传动元件 6、油雾器 气动系统中的气动控制阀、气动马达和气缸等大都需要润滑。油 雾器是一种特殊的润滑装置，它可将润滑油雾化后混合于压缩空气中 ，并随其进入需要润滑的部位。这种润滑方法具有润滑均匀、稳定， 耗油量少和不需要大的贮油设备等优点。过滤器、油雾器和减压阀常 组合使用，统称气动三大件。 图12-6所示为普通油雾器的结构示意图。气动系统正常工作时，压 缩空气经入口1进入油雾器，大部分经出口4输出，一小部分通过小孔2 进入截止阀10，在钢球12的上下表面形成压力差，和弹簧力相平衡， 钢球处于阀座的中间位置，压缩空气经阀10侧面的小孔进入贮油杯5的 上腔A，使油面压力增高，润滑油经吸油管11向上顶开单向阀6，继续 向上再经可调节流阀7流入视油器8内，最后滴入喷嘴小孔3中，被从入 口到出口的主管道中通过的气流引射出来成雾状，随压缩空气输出。 第12章 气压传动元件 当气动系统不工作即没有压缩空气进入油雾器时，钢球在弹簧力 的作用下向上压紧在截止阀10的阀座上，封住加压通道，阀处于截止 状态。 在气动系统正常工作过程中，若需向贮油杯5中添加润滑油时， 可以不停止供气而实现 加油。此时只需拧松油塞9，贮油杯5的上腔A 立即和外界大气沟通，油面压力下降至大气压，钢球在其上方的压 缩空气的作用下向下压紧 在截止阀10的阀座上，封住加压通道；同 时由于吸油管11中的油压下降，单向阀6也处于截止状态，防止压 缩空气反向通过节 流阀7和吸油管11倒灌入贮油杯5，从而实现 气动 系统在不停气的情况下添加润滑油。 第12章 气压传动元件 a） b） a）油雾器结构原理图 b）图形符号 1气流入口 2、3小孔 4出口 5贮油杯 6单向阀 7节流阀 8视油器 9油塞 10截止阀 11吸油管 图12-6 普通油雾器 第12章 气压传动元件 7、消声器和转换器 气动系统用后的压缩空气一般直接排入大气，由于气体体积急剧 膨胀而产生刺耳的噪声。为降低噪声，可在气动装置的排气口安装消 声器。常用的消声器按消声原理不同，可分为吸收型消声器、膨胀干 涉型消声器和膨胀干涉吸收复合型消声器三种。气动控制系统中经常 综合应用到气、电、液三方面，例如利用电产生、处理和输送电信号 ，利用气动进行控制，最后通过液力驱动等。转换器即是实现气、电 、液三者间信号相互转换的辅件。 常用的转换器有：气-电、电-气和气-液等。 消声器和转换器的具体结构形式和原理可参考相关资料，本书不 再赘述。 第12章 气压传动元件 气动控制元件可分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和气动 逻辑元件等。在气动系统中，利用气动控制元件组成的各种气动控制回 路，控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向等，从而使气动执行 元件按设定的程序工作。 12.3.1 压力控制阀 压力控制阀按功能可分为减压阀、溢流阀和顺序阀等。压力控制阀 的工作原理是利用阀芯上压缩空气的作用力和弹簧力相平衡的原理来工 作的。 1、减压阀 气动系统中，一般气源压力都高于每台设备所需的压力，而且许多 情况下是多台设备共用一个气源。利用减压阀可以将气源压力降低到各 个设备所需的工作压力，并保持出口压力稳定。气动减压阀也称调压阀 ，与液压减压阀一样，都是以阀的出口压力作为控制信号。调压阀按调 压方式不同可分为直动式和先导式。 第12章 气压传动元件 图12-7所示为QTY型直动式减压阀及图形符号。阀处于工作状态 时，顺时针旋转手柄1，向下压缩弹簧2和3以及膜片5，迫使阀芯8下 移，从而使阀口10被打开，压缩空气从左端输入，经阀口10减压后从 右端输出。输出气体的一部分经阻尼管7进入膜片气室6，对膜片5产 生向上的推力，当作用在膜片5上的推力略大于等于弹簧力时，阀芯8 便保持在某一平衡位置并保持一定的开度，减压阀也得到了一个稳定 的输出压力值。减压阀工作过程中，当输入压力增大时，输出压力也 随之增大，膜片5所受到向上的推力也相应增大，使膜片5上移，阀芯 8在出口气压和复位弹簧9的作用下也随之上移，阀口10开度减小，减 压作用增强，输出压力下降，输出压力又基本上重新维持到原值。反 之，若输入压力减小，则阀的调节过程相反，平衡后仍能保持输出压 力基本不变。 第12章 气压传动元件 a）结构原理图 b）图形符号 1手轮 2、3、9弹簧 4阀座 5膜片 6气室 7阻尼孔 8阀芯 10阀口 11排气孔 12溢流孔 图12-7 QTY型直动式减压阀 a） b） 第12章 气压传动元件 减压阀应安装在空气过滤器之后，油雾器之前，安装时应注意减 压阀的箭头方向和气动系统的气流方向相符。调节手柄1，可得到不 同的输出压力值。调压时，应从低向高调，直到调至设定压力为止。 阀不用时应将手柄1放松，以避免膜片5变形。 2、溢流阀 当气动系统中的压力超过设定值时，溢流阀自动打开并排气，以 降低系统压力，保证系统安全。因此，溢流阀也称安全阀。溢流阀按 控制形式分为直动式和先导式两种。如图12-8所示为直动式溢流阀的 工作原理图。当气动系统工作时，由P口进入压缩空气，当进气压力 低于弹簧的调定压力ppt时，阀口被阀芯关闭，图a所示，溢流阀不 工作；而当系统压力逐渐升高并作用在阀芯上的气体压力略大于等于 弹簧的调定压力ppt时，阀芯被向上顶开，溢流阀阀芯开启实现溢流 ，图b所示，并保持溢流阀的进气压力稳定在调定压力值上。 第12章 气压传动元件 a） b） c） a）溢流阀原理图ppt b）溢流阀原理图ppt c）图形符号 图12-8 直动式溢流阀工作原理图 第12章 气压传动元件 先导式溢流阀与直动式溢流阀类似，但需加装一个减压阀作为 其先导阀，由减压阀设定压力来代替直动式溢流阀中弹簧的调定压 力，其流量特性更好。 3、顺序阀 顺序阀是依靠气路中压力的大小来使阀芯启闭从而控制系统中 各个执行元件先后顺序动作的压力控制阀，其工作原理与液压顺序 阀基本相同。顺序阀常与单向阀组合成单向顺序阀。如图12-9所示 。若压缩空气自P口进入，当作用在阀芯3上的气体压力产生的作用 力大于等于弹簧力时，阀芯3被向上顶开，气流经A口输出。若气流 反向流动，压缩空气自A口流入时，气体作用力将单向阀6顶开，气 流经P口流出。调节旋钮1即可调节单向顺序阀的开启压力。 第12章 气压传动元件 a） b） c） a）顺序阀原理图ppt b）单向阀原理图 c）图形符号 图12-9 单向顺序阀工作原理图 第12章 气压传动元件 a） b） 图图12-10 圆圆柱斜切型节节流阀阀 a）结构原理图 b）图形符号 在气压传动系统中，执行元件 的运动速度通常是通过改变流量控 制阀的通流面积，以调节压缩空气 的流量来实现的。流量控制阀包括 节流阀、单向节流阀、排气节流阀 和柔性节流阀等，工作原理与液压 节流阀相似。由于气体的可压缩性 ，气动流量控制阀的控制精度较低 ，为提高精度或运动平稳性，可采 用气液联动的方式。 1、节流阀 圆柱斜切型节流阀的结构简图 及图形符号如图12-10所示。压缩 空气自P口流入，从A口流出。旋转 阀芯螺杆即可调节阀芯开口面积， 从而改变气流流量。 12.3.2 流量控制阀 第12章 气压传动元件 a） b） c） 图图12-11 单单向节节流阀阀工作原理图图 a）节流阀原理图 b）单向阀原理图 c）图形符号 1节流口 2阀盖 3弹簧 4阀芯 2、单向节流阀 单向阀和节流阀组合便可组成单向节流阀。图12-11所示为其工作 原理及图形符号。当气流从进口P流向出口A时，经节流阀的节流口1 而受到控制，调节阀芯4的便可改变节流口1的大小；若气流反向流动 ，从A口流向P口时，则气体压力作用力会将单向阀2顶开，从而直接 到达P口流出，此时节流口1不再起节流调速作用。 第12章 气压传动元件 方向控制阀是气动系统中应用最多的一种元件，用以改变压缩空 气的流动方向和气流的通断，从而控制执行元件的起动、停止及其运 动方向。按阀内气体的流动方向分类，方向控制阀可分为单向型和换 向型两种。 1.单向型控制阀 单向型控制阀只允许气流向一个方向流动，包括单向阀、或门型 梭阀、与门型梭阀和快速排气阀等。单向阀的工作原理、结构和图形 符号与液压阀类似，不再赘述。 或门型梭阀 或门型梭阀相当于两个单向阀的组合。如图12-12 所示，当压缩空气从P1口进入时，阀芯2被推向右边，将P2口关闭， 气流从A口流出；反之，当压缩空气从P2口进入时，则阀芯被推向左 边将P1口关闭，气流从P2口流至A口。若P1口和P2口同时进气，则 哪端压力高，A口就与哪端相通，而另一端关闭。或门型梭阀的作用 相当于逻辑或，广泛应用于逻辑回路和程序控制回路中。 12.3.3 方向控制阀 第12章 气压传动元件 与门型梭阀 也称双压阀，相当于两个单向阀的组合。如图 12-13所示，当仅有P1口或P2口单独供气时，阀芯被推向右端或左 端，通入气流的一侧流向A口的通路被关闭，无气流输出，但另一 侧流向A口的通路被打开。当P1口和P2口同时供气时，设P1口气压 高，则阀芯被推向右端，将P1口至A口的通路切断，而P2口至A口 的通路被打开，从P2口流入的压缩空气经A口输出。可见，只有当 P1和P2口都有输入时，才有输出，其作用相当于逻辑与。 快速排气阀 快速排气阀可以实现气动元件的快速排气。图 11-15所示为膜片式快速排气阀结构简图及图形符号。当P口有压缩 空气输入时，膜片1被压下，封住O口，气流经膜片四周小孔流至A 口输出。当P口无压缩空气输入时，在A口和P口的压差作用下，膜 片被立即顶起，封住P口，气流自O口直接流至A口排出，排气速度 很快。 第12章 气压传动元件 a） b） a）结构原理图 b）图形符号 图12-12 或门型梭阀结构图 第12章 气压传动元件 12-13 与门型梭阀结构图 a）结构原理图 b）图形符号 a） b） 第12章 气压传动元件 a） b） a）结构原理图 b）图形符号 12-14 膜片式快速排气阀结构图 第12章 气压传动元件 2.换向型控制阀 换向型控制阀种类很多，基本原理是通过转换气流的通路，改变 压缩空气的流动方向，从而改变气动执行元件的运动方向。与液 压换向阀类似，气动换向型控制阀按切换位置和管路接口的数目 也可分为几位几通阀。另外，根据其控制方式的不同，又可分为 气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制和时间控制阀等。气 动换向型控制阀的结构、工作原理和图形符号都与液压换向阀类 似，此处叙述从略。 气动执行元件用来将压缩空气的压力能转化为机械能，从而 实现所需的直线运动、摆动或回转运动等。与液压系统相似，气 动执行元件主要有气缸和气马达两大类。 12.4 气动执行元件 第12章 气压传动元件 气缸是气动系统中最常用的一种执行元件，用于实现往复直线移动 ，输出推力和位移。 1.气缸的分类 气缸的种类很多，总体上可按如下方法分类： 按气缸活塞的受压状态可分为：单作用气缸和双作用气缸； 按气缸的结构特征可分为：活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式 气缸、叶片式摆动气缸和齿轮齿条式摆动气缸等； 按气缸的安装方式可分为：固定式气缸、轴销式气缸、回转式 气缸和嵌入式气缸等； 按气缸的功能可分为：普通气缸（包括单作用和双作用式气缸 ）和特殊功能气缸。 12.4.1 气缸 第12章 气压传动元件 2.普通气缸 普通气缸有单作用气缸和双作用气缸。 单作用气缸只有一端进气，活塞单方向的直线运动由压缩空气 驱动，而活塞的返回则依靠弹簧力或重力等其他外力实现。其结构原 理见图12-15。单作用气缸结构简单、耗气量小，但由于复位弹簧的 弹力与其变形大小相关，所以活塞杆的推力和运动速度在其行程中是 变化的。故只能用于短行程以及对活塞杆的推力和运动速度要求不高 的场合，如定位和夹紧装置等。 图12-15 单作用气缸 第12章 气压传动元件 双作用气缸两端都可进气，活塞双方向的往复直线运动都由压缩 空气驱动完成。图12-16所示为单杆双作用气缸，是应用最为广泛的一种 普通气缸。由于活塞两侧的受压面积不等，因此其往复运动的速度和输 出力也不相等。对于双杆双作用气缸，则由于活塞两端的活塞杆直径相 同，可以得到相同的往复运动速度和输出力。双杆双作用气缸应用较少 ，常用于气动加工机械及包装机械设备上 图12-16 双作用气缸 第12章 气压传动元件 3.特殊功能气缸 常见特殊功能气缸有薄膜式气缸、气液阻尼缸和冲击气缸等等。 薄膜式气缸如图12-17所示。主要由缸体、膜片、膜盘和活塞 杆等主要零件组成，利用压缩空气通过膜片的变形推动活塞杆作往复 直线运动。其功能类似于活塞式气缸，分单作用式和双作用式两种， 薄膜式气缸的膜片可以做成盘形膜片和平膜片两种形式。膜片材料为 夹织物橡胶、钢片或磷青铜片等。 薄膜式气缸和活塞式气缸相比较，具有结构简单紧凑、制造容 易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏小、效率高等优点。但是由于 膜片的变形量有限，故其行程短，一般4050mm，而且气缸活塞杆 上的输出力随着行程的加大而减小。适用于气动夹具、自动调节阀及 短行程场合。 第12章 气压传动元件 a) b) a) 单作用式 b) 双作用式 1缸体 2膜片 3膜盘 4活塞杆 图12-17 薄膜式气缸结构简图 第12章 气压传动元件 气液阻尼缸如图12-18所示。普通气缸工作时，由于气体的 可压缩性大，当外部载荷变化较大时，会产生“爬行”或“自走”现象 ，使气缸的工作不稳定。为使气缸活塞运动平稳，可采用气液阻 尼缸。 气液阻尼缸由气缸和油缸组合而成，有串联型和并联型两种 形式。它以压缩空气为能源，并利用油液的不可压缩性和控制油 液排量来获得活塞的平稳运动以及调节活塞的运动速度。如图12- 18 a所示，当压缩空气自气缸右端进入时，气缸活塞克服外负载 向左移动。由于两活塞固定在一个活塞杆上，因此同时带动液压 缸活塞向左运动。此时液压缸左腔排油，单向阀关闭，油液只能 经节流阀缓慢流入液压缸右腔，对整个活塞的运动起阻尼作用。 调节节流阀的开度就能调节活塞的运动速度。当气缸左端供气时 ，液压缸右腔排油，顶开单向阀，活塞能快速返回原来位置。 第12章 气压传动元件 a） b） a）串联型 b）并联型 1节流阀 2油箱 3单向阀 4液压缸 5气缸 串联型气液阻尼缸的缸体长，加工与装配的工艺要求高，且两缸 间可能产生油气互串现象，而并联型气液阻尼缸则可以克服这些缺点 。 图12-18 气液阻尼缸 第12章 气压传动元件 冲击气缸如图12-19所示。冲击气缸是一种较新型的气动执行 元件，与普通气缸相比，在结构上增加了一个具有一定容积的蓄能腔 和喷嘴。其结构原理为中盖5和缸体8固定在一起，它和活塞7把气缸 容积分隔成三部分：蓄能腔3、活塞腔2和活塞杆腔1。压缩空气进入 蓄能腔中，通过喷嘴作用在活塞上。由于此时活塞上端气压作用面积 为较小的喷嘴口4面积，而活塞下端受压面积较大（一般设计成喷嘴 口面积的9倍），活塞杆腔的压力虽因排气而下降，但此时活塞下端 向上的作用力仍然大于活塞上端向下的作用力。蓄能腔进一步充气， 压力继续增大，活塞杆腔的压力继续降低，活塞上下端的压差逐渐达 到能够驱使活塞向下移动，活塞一旦离开喷嘴，蓄能腔内的高压气体 突然通过喷嘴口作用在活塞上端的全面积上，使活塞在很大的压差作 用下迅速加速，在很短的时间内获得很大的动能，在冲程达到一定时 ，获得最大冲击速度和能量，利用这个能量对工件进行冲击做功，可 以产生很大的冲击力。冲击气缸广泛应用于锻造、冲压、下料及压坯 等方面。 第12章 气压传动元件 1活塞杆腔 2活塞腔 3蓄能腔 4喷嘴口 5中盖 6泄气口 7活塞 8缸体 图12-19 冲击气缸工作原理图 第12章 气压传动元件 4.标准气缸简介 标准化气缸按如下方法标记： QGA、B、C、D、H 缸径D行程L 其中 QG表示气缸； A无缓冲普通气缸； B细杆缓冲气缸； C粗杆缓冲气缸； D气液阻尼缸； H回转气缸； D标准化气缸的缸筒内径； L行程（mm），对无缓冲气缸： L（0.52）D，对有缓冲气缸： L（110）D。 如：QGA100125表示直径为100mm、行程为125mm的无 缓冲普通气缸。 第12章 气压传动元件 气马达的作用相当于电动机或液压马达，将压缩空气的压力 能转换成机械能，输出力矩和旋转运动。气马达按结构形式可分 为：叶片式、活塞式和薄膜式等，最为常见的是活塞式和叶片式 气马达。 1、叶片式气马达 如图12-20a所示。当压缩空气从A口进入气室时，驱使叶片带 动转子作逆时针旋转，产生转矩。废气从排气口C排出；而残留气 体则从B口排出。如需改变气马达旋转方向，只需改变进、排气口 即可。叶片式气马达制造简单，结构紧凑，但低速转动时转矩小 ，低速性能不好，适用于中、低功率的机械，目前在矿山及风动 工具中应用普遍。 12.4.2 气马达 第12章 气压传动元件 2、活塞式气马达 图12-20b是径向活塞式马达的原理图。压缩空气由进气口 经配气阀配气后再进入气缸，推动活塞及连杆组件运动，使曲 轴旋转。同时带动固定在曲轴上的配气阀同步转动，使压缩空 气随着配气阀角度位置的改变而进入不同的活塞缸内，依次推 动各个活塞运动，从而带动曲轴连续运转。与此同时，与进气 缸相对的气缸则处于排气状态。活塞式气马达在低速情况下有 较大的输出功率，它的低速性能好，适宜于载荷较大和要求低 速转矩的机械，如起重机、绞车、绞盘、拉管机等。 3、薄膜式气马达 如图12-20c所示，实际上相当于薄膜式气缸与棘轮机构的 组合，当气缸活塞作往复运动时，通过推杆端部的棘爪使棘轮 作间歇转动。 第12章 气压传动元件 a）叶片式 b）活塞式 c）薄膜式 图12-20 气马达工作原理图 第12章 气压传动元件 围 型式 转矩速度 功率 kW 每千瓦耗气量 Q /(m3/min) 特点及应用范围 叶 片 式 低 转 矩 高 速 13 小型：1.82.3 大型：1.01.4 制造简单，结构紧凑，但低速起动转矩小 ，低速性能不好。适用于要求低、中功率的 机械，如手提工具、复合工具、传送带、升 降机、泵、拖拉机等 活 塞 式 中 高 转 矩 低 速 或 中 速 0.725 小型：1.92.3 大型：1.01.4 低速时有较大的功率输出和较好的转矩特 性。起动准确，且起动和停止特性均较叶片 式好，适用于载荷较大和要求低速转矩较高 的机械，如手提工具、起重机、绞车、绞盘 、拉管机等 薄 膜 式 高 转 矩 低 速 11.21.4 适用于控制要求很精确、启动转矩极高和速 度低的机械 4、气马达的选用及使用要求 各种气马达的特点及应用范围见表12-1，可供选用时参考。 表12-1 各种气马达的特点及应用范围 第13章 气动基本回路与系统 13.1 压力控制回路 13.1.1 一次压力控制回路 13.1.2 二次压力控制回路 13.1.3 高低压转换回路 13.2 速度控制回路 13.2.1 单作用气缸速度控制回路 13.2.2 双作用气缸速度控制回路 13.3 方向控制回路 第13章 气动基本回路与系统 13.3.1 单作用气缸换向回路 13.3.2 双作用气缸换向回路 13.4 其他常用回路 13.4.1 安全保护回路 13.4.2 顺序动作控制回路 13.5 气动系统实例 13.5.1 气液动力滑台气动系统 13.5.2 气动夹紧系统 第13章 气动基本回路与系统 气压传动基本回路是由一些气动元件组 成，并且能够完成气动系统的某一特定的功能 。气动基本回路主要有压力控制回路、速度控 制回路和方向控制回路等。 第13章 气动基本回路与系统 第13章 气动基本回路与系统 一次压力控制回路主 要是用来控制储气罐内的 压力，使其不超过规定值 。如图13-1所示，在空压 机的出口安装溢流阀1， 当储气罐内压力达到调定 值时，溢流阀即开启排气 。或者也可在储气罐上安 装电接点压力计，当压力 达到调定值时，用其直接 控制空气压缩机的停止或 启动。 13.1.1 一次压力控制回路 图图13-1 一次压压力控制回路 13.1 压力控制回路 第13章 气动基本回路与系统 图13-2 二次压力控制回路 二次压力控制回路主要用来控制气动系统中设备进 口处的压力 。如图13-2所示，该回路通过安装一个减压阀 来实现压 力控制，提 供给气动设备稳 定的工作压力。 13.1.2 二次压力控制回路 第13章 气动基本回路与系统 图图13-3 高低压转换压转换 回路 气动系统中，各气动设备所需的工作压力可能不同。如图13- 3所示的高低压转换回路，采用两个减压阀得到两个不同的控制压 力，并用换向阀控制输出气动系统所需的压力。 13.1.3 高低压转换回路 第13章 气动基本回路与系统 1.调速回路 如图13-4所示，通过两个反向安装的单向节流阀，可实现对气 缸活塞伸出和缩回速度的双向控制。 2.快速返回回路 如图13-5所示，气缸活塞上升时，可通过节流阀实现节流调速 ，而活塞下降时，则可通过快速排气阀快速排气，使活塞杆快速返 回。 13.2.1 单作用气缸速度控制回路 图图13-4 单单作用气缸调调速回路 图图13-5 快速返回回路 13.2 速度控制回路 第13章 气动基本回路与系统 1调速回路 图13-6所示为双作用气缸单向调 速回路。图a为进口节流调速回路， 图b为出口节流调速回路，通常也称 为节流供气和节流排气调速回路。由 于采用节流供气时，节流阀开度较小 ，造成进气流量小，不能满足因活塞 运动而使气缸容积增大所需的进气量 ，所以易出现活塞运动不平稳及失控 现象。故节流供气调速回路多用于垂 直安装的气缸，而水平安装的气缸则 一般采用节流排气调速回路。在气缸 的进、排气口都装上节流阀，则可实 现进、排气的双向调速，构成双向调 速回路。 13.2.2 双作用气缸速度控制回路 a） b） 图图13-6 双作用气缸单单向调调速回路 a）进口节流调速回路 b）出口节流调速回路 第13章 气动基本回路与系统 图图13-7 缓缓冲回路 2缓冲回路 如图13-7所示，当活塞向 右伸出时，气缸左端进气，右 端排气通过机控换向阀再经三 位五通阀排出；当活塞向右运 动到接近行程末端时，活塞压 下机控换向阀，切断了机控换 向阀到三位五通阀的排气通路 ，气缸右端排气只能通过节流 阀再经三位五通阀排出，起到 活塞行程末端缓冲变速的作用 。改变机控换向阀的安装位置 ，即可改变缓冲的开始时刻， 以达到良好的缓冲效果。 第13章 气动基本回路与系统 图13-8 气液联动速度控制回路 如图13-8所示。该回 路利用气液转换器1和2将 气压转换成液压，通过液 压油驱动液压缸3运动， 从而获得平稳的运动速度 。分别调节液压缸进出油 路上的两个节流阀，即可 改变活塞杆伸出和缩回两 个方向的运动速度。在选 用气液转换器时，一般应 使其储油量大于液压缸3 容积的1.5倍，同时应注 意气、油间的密封，避免 气油互串。 3气液联动速度控制回路 第13章 气动基本回路与系统 4气液阻尼缸速度控制回路 图13-9a所示为慢进快退回路。当气缸右端进气、左端排气时 ，活塞杆向左移动，液压缸有杆腔的油液经节流阀缓慢流向无杆腔 ，活塞杆只能慢速前进；反之，当活塞杆向右缩回时，液压缸无杆 腔的油液可经单向阀快速流向有杆腔，从而使活塞杆快速回退。 （图13-9b）所示为实现快进-工进-快退的回路。当活塞杆刚开 始向左前进时，液压缸无杆腔的油液可经a口快速流向有杆腔，实 现活塞杆的快进；当活塞杆向左移动到封住a口时，液压缸无杆腔 的油液只能经b口通过节流阀慢速流向有杆腔，此时活塞杆为慢速 工进；当活塞杆向右退回时，液压缸有杆腔的油液可顶开单向阀快 速流回无杆腔，实现活塞杆的快退。 第13章 气动基本回路与系统 图图13-9 气液阻尼缸速度控制回路 a)慢进快退回路 b）快进-工进-快退回路 第13章 气动基本回路与系统 图13-10 单单作用气缸换换向回路 a）二位三通换向回路 b）三位五通阀换向回路 13.3.1 单作用气缸换向回路 图13-10所示为单 作用气缸 换向回路。图a为由二位三通电 磁换向阀控制的换向回路。当换 向阀电 磁铁通电时 ，活塞杆在气 压作用下伸出，而断电时换 向阀 复位，活塞杆在弹簧力作用下缩 回。图b为由三位五通电磁阀控 制的换向回路。与前者不同的是 ，它能在换向阀两侧电 磁铁均断 电，即中位工作时，使气缸停留 在任意位置。但由于气体的可压 缩性，活塞的定位精度不高，而 且停止时间 不能过长 。 13.3 方向控制回路 第13章 气动基本回路与系统 a） b） 图图13-11 双作用气缸换换向回路 a）二位五通阀换向回路 b）三位五通阀换向回路 双作用气缸换向回路如图13-11所示。图a和图b分别为 由双气控二 位五通阀和中位封闭式双气控三位五通阀控制的换向回路，其实现 的 功能与上面的单作用气缸换向回路相似，但应注意不能在换向阀两侧 同时加等压气控信号，否则气缸易出现误动 作。 13.3.2 双作用气缸换向回路 第13章 气动基本回路与系统 图图13-12 过载过载 保护护回路 1手动换 向阀 2气控换向阀 3顺序阀 4气控换向阀 5机控换向阀 13.4.1 安全保护回路 1过载保护回路 如图13-12所示。正 常工作时，按下手动换向 阀1,压缩空气作用在换向 阀4的左侧，使其左位工 作，气缸活塞杆伸出，行 至将机控换向阀5压下， 换向阀4左侧控制气体经 阀5排气，在弹簧力作用 下阀4复位，活塞杆自动 缩回。 若活塞杆伸出行程中，遇到障碍或其他偶然因素，使负载过大，则气 缸无杆腔气压升高，当超过设定值时，使顺序阀3打开，压下换向阀2，同 样使阀4复位，活塞杆自动缩回，实现过载保护功能。 13.4 其他常用回路 第13章 气动基本回路与系统 2.互锁回路 图13-13所示为互锁回 路，能实现三个气缸的互锁 ，即三者不能同时动作，保 证只有一个活塞动作。例如 ：操纵换向阀7换位，则换 向阀4随即换向，使气缸A活 塞杆伸出；同时，A缸进气 通路的高压气体通过梭阀1 、2作用在换向阀5、6 右侧 ，将其锁住，保证此时即使 换向阀8、9有气控信号输入 ，B、C缸也不会动作。若要 使B缸或C缸动作，必须先将 控制A缸的气控阀7复位。 图图13-13 互锁锁回路 1、2、3梭阀 4、5、6气控换向阀 7、8、9换向阀 第13章 气动基本回路与系统 3.双手同时操作回路 图13-14a所示回路，只有在两手同时按下手动阀1、2时，才能 使主阀3换向，从而使气缸活塞下落。此回路中，如果阀1或阀2因弹 簧折断而不能复位，则单独按下另一手动阀，活塞也可下落。因此 该回路并不十分安全。 图13-14b所示回路，在图示位置时，系统向储气罐6充气。当两 手同时按下手动阀1、2时，储气罐6内预先充满的压缩空气经气阻5 延迟一定时间后，作用在主控阀3上，使其换向，活塞下落。若只按 下1和2其中一个手控阀，或二者之一因弹簧折断而不能复位，则储 气罐6内储存的压缩空气都会经手动阀2的排气口排空，此时即使再 按下另一手控阀，也因不能建立起控制压力而不能使主控阀3切换， 活塞不能下落。该回路克服了图a所示回路的缺点，增加了操作安全 性，常用于冲压或锻造等作业中。 在双手操作回路中，两个手动阀间的安装距离必须保证使单手 不能同时操作。 第13章 气动基本回路与系统 图图13-14 双手同时时操作回路 a）串联型双手同时操作回路 b）并联型双手同时操作回路 1、2手控换向阀 3气控换向阀 4工件 5节流阀 6储气罐 第13章 气动基本回路与系统 1.顺序动作回路 指气动回路中，各气缸按一 定程序完成各自的先后动作。常 用的有单往复和连续往复动作回 路等。实际上，在图13-12所示 的过载保护回路中，就利用行程 阀5实现了气缸的单往复动作。 图13-15所示为一种常用的连续 往复动作回路。按下手控换向阀 1后，随着活塞杆的移动，行程 阀2和3不断改变工作位置，使换 向阀4相应换向，实现气缸活塞 杆在行程阀2和3之间的往复运动 。 图图13-15 连续连续 往复动动作回路 1手控换向阀 2、3行程阀 4气控换向阀 13.4.2 顺序动作控制回路 第13章 气动基本回路与系统 2同步回路 同步回路是指保证使两个以上气动执行元件在运动过程中保持同 步。 图13-16a所示回路采用刚性连接部件C连接两气缸A和B，迫使二 者保持同步。 图13-16b所示为气液缸串联同步回路。气液缸1的下腔和气液缸2 的上腔注满液压油，两腔相串联。在图示位置工作时，缸2活塞上升 ，将缸2上腔中的油液压入缸1下腔中，使缸1同时上升。只要使缸2上 腔和缸1下腔的活塞作用面积相等，就可实现同步。回路中3处接放气 装置，用于排除混入液压油中的气体。 第13章 气动基本回路与系统 a） b） 图图13-16 同步回路 a）刚性连接同步回路 b）气液缸串联同步回路 第13章 气动基本回路与系统 3.延时回路 图13-17a所示气控延时回路，阀4输入气控信号后换向，压缩 空气经单向节流阀3向气罐2缓慢充气，经一定延迟时间t后，充气压 力达到设定值，使阀1换向，输出压缩空气。改变阀3的节流口开度 即可调整延时时间长短。 图13-17b所示手控延时回路，按下阀8后，阀7换位，活塞杆伸 出，行至将行程阀5压下，系统经节流阀缓慢向气罐6充气，延迟一 定时间后，达到设定压力值，阀7才能复位，使活塞杆返回。 第13章 气动基本回路与系统 图图13-17 延时时回路 a）气控延时回路 b）手控延时回路 1换向阀 2、6储气罐 3单向节流阀 4、7气控换向阀 5行程阀 8手控换向阀 第13章 气动基本回路与系统 气动技术是实现工业生产机械化、自动化的方式之 一，在生产实践中应用广泛。本节简要介绍两种典型的 气动系统。 13.5.1 气液动力滑台气动系统 气液动力滑台气动系统如图13-18所示。该系统采 用气液阻尼缸作为执行元件，实现机床设备的进给动作 。该系统利用手动阀4的两个工作位置能完成如下两种 工作循环。 13.5 气动系统实例 第13章 气动基本回路与系统 图图13-18 气液动动力滑台气动动系统统 1、3、4手控换向阀 2、6、8行程阀 5节流阀 7、9单向阀 10油箱 第13章 气动基本回路与系统 1.快进-工进-快退-停止工作循环 当气动系统各元件处于图示工作位置时，将阀3手动切换到右位 ，压缩空气经阀1和阀3进入气缸上腔，活塞下移，液压缸下腔的油 液经阀6和阀7快速流回液压缸上腔，实现快进；当快进至活塞杆上 的挡铁B压下行程阀6后，液压缸下腔的油液只能经节流阀5和阀7流 回液压缸上腔，实现工进，调节节流阀5的开度即可调节工进速度； 活塞杆继续进给至其上的挡铁C压下行程阀2后，阀3左侧收到气控信 号并切换到左位，压缩空气转而进入气缸下腔，使活塞上移，液压 缸上腔的油液经阀8左位（此时挡铁A已运动到将阀8松开的位置，阀 8已复位）和阀4右位中的单向阀快速流回液压缸下腔，实现快退； 当快退至挡铁A将阀8压下时，截断液压缸上下腔间的回油油路，活 塞停止运动。挡铁A的位置决定了活塞“停”的位置，而挡铁B的位 置则决定了何时由快进转换为工进。 第13章 气动基本回路与系统 图中的油箱10用来给液压缸补油，以弥补泄漏损失，一般可用油杯 代替。 2.快进-工进-慢退-快退-停止工作循环 将系统中的手动阀4切换至左位工作，则可实现快进-工进-慢退-快 退-停止的双向进给运动。其中的快进和工进动作原理与上相同，在换向 阀3切换到左位工作时，活塞开始上行。此时，行程阀6已被挡铁B压下 处于关闭位置，由于阀4也处于关闭位置，液压缸上腔的油液只能经节 流阀5流回液压缸下腔，实现慢退；当慢退至挡铁B离开了行程阀6时， 阀6复位，液压缸上腔的油液可经阀6快速流回下腔，实现快退。 第13章 气动基本回路与系统 机床夹具气动夹 紧系统如图13-19所 示，其工作循环为 ： 垂直缸A活塞杆下降将 工件压紧 、两侧气缸 B和C活塞杆伸出并夹 紧工件两侧、停止一 段时间 （钻削加工） 、各夹紧 缸退回并松 开工件。 图图13-19 机床夹夹具气动夹紧动夹紧 系统统 1手控换向阀 2行程阀 3、4气控换向阀 5、6单向节流阀 13.5.2 气动夹紧系统 第13章 气动基本回路与系统 工作原理如下：用脚踏下阀1，压缩空气进入气缸A的上腔，使 夹紧头下降夹紧工件。当夹紧头下降过程中压下行程阀2时，压缩空 气经单向节流阀6作用于气控换向阀4右侧，使阀4换向，压缩空气 通过主阀3进入两侧气缸B和C的无杆腔，使活塞杆伸出夹紧工件。 夹紧后即开始钻削加工，同时流过主阀3的一部分压缩空气经单向节 流阀5延时一段时间后作用于主阀3右端，使其切换为右位工作，压 缩空气转而进入两侧气缸B和C的有杆腔，使活塞杆缩回到原来位置 。同时，一部分压缩空气作用于脚踏阀1的右端，使阀1右位接通， 压缩空气进入缸4的下腔，使夹紧头退回原位，松开行程阀2并使其 复位，气控换向阀4和主阀3也相继复位到左位，完成一个工作循环 。再次踏下阀1即可开始下一个工作循环。调节单向节流阀5和6的 开口，可以分别控制阀3和阀4的换位延时时间。 第14章 气动系统安装调试和维护 14.1 管道的安装与调试 14.1.1 管道的安装 14.1.2 管道的调试 14.2 气控元件的安装 14.3 气控系统的调试 14.3.1 调试前的准备工作 14.3.2 空载试运转 14.3.3 负载试运转 14.4 气动系统的使用和维护 14.4.1 气动系统使用注意事项 14.4.2 气动系统的定期维护 第14章 气动系统安装调试和维护 气动系统安装调试和维护 第 14 章 第14章 气动系统安装调试和维护 14.1.1 管道的安装 安装前应彻底检查、清洗管道中的粉尘等杂物，经检查合格的 管道需吹风后才能安装。安装时应按管路系统安装图中标明的安装 、固定方法安装，并要注意如下问题： 1）管道接口部分的几何轴线必须与管接头的几何轴线重 合 。否则会产生安装应力或造成密封不好； 2）螺纹连接头的拧紧力矩要适中。既不能过紧使管道接口部 分损坏，也不能过松而影响密封； 3）为防止漏气，连接前螺纹处应涂密封胶。螺纹前端23牙不 涂密封胶或拧入23牙后再涂密封胶，以防止密封胶进入管道内； 14.1 管道的安装与调试 第14章 气动系统安装调试和维护 4）软管安装时应避免扭曲变形。在安装前，可在软管表面沿软管 轴线涂一条色带，安装后用色带判断软管是否被扭曲。为防止拧紧时 软管的扭曲，可在最后拧紧前将软管向相反方向转动1/81/6圈； 5）软管的弯曲半径应大于其外径的910倍。可用管接头来防止 软管的过度弯曲； 6）硬管的弯曲半径一般情况下应不小于其外径的2.53倍。在弯 管过程中，管子内部常装入填充剂支承管壁，从而避免管子截面变形 ； 7）管路走向要合理。尽量平行布置，减少交叉，力求最短，弯曲 要少，并避免急剧弯曲。短软管只允许作平面弯曲，长软管可以作复 合弯曲； 8）安装时应注意保证系统中的任何一段管道均能自由拆装; 9）压缩空气管道要涂标记颜色，一般涂灰色或蓝色，精滤管道涂 天蓝色。 第14章 气动系统安装调试和维护 管路系统的调试主要包括密封性试验和工作性能试验，调试前 要熟悉管路系统的功用、工作性能指标和调试方法。 密封性试验前，要连接好全部管路系统。压力源可采用高压气 瓶，其输出气体压力不低于试验压力。用皂液涂敷法或压降法检查 密封性。当发现有外部泄漏时，必须先将压力降到零，方可进行拆 卸及调整。系统应保压2小时。 密封性试验完毕后，即可进行工作性能试验。这时管路系统具 有明确的被试对象，重点检查被试对象或传动控制对象的输出工作 参数。 14.1.2 管道的调试 第14章 气动系统安装调试和维护 1) 安装前应查看阀的铭牌，注意型号、规格与使用条件是否相符 ，包括电源、工作压力、通径和螺纹接口等。 2) 安装减压阀之前的管路系统必须经过清洗，减压阀安装时必须 使其后部靠近需要减压的系统，并保证阀体上的箭头方向与系统气体 的流动方向一致。阀的安装位置应方便操作以及便于观察压力表。减 压阀不用时应旋松调压手柄，以免膜片长期受压引起塑性变形。在环 境恶劣粉