smc气动培训教程-气动理论基础

品质管理课培训教材主讲：张亚东,气动（Pneumatic)理论知识,第一章概论,气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。发展原因：,1加工技术的提高，材料和密封技术的发展、新工艺的出现以及电子技术的结合,2工业机械化、自动化发展，生产效率和产品质量的需求（市场的需求）,第一节气动技术的应用现状,1汽车制造业：车身外壳的吸起和放下、点焊。2电子、半导体制造业：显象管的吸起，芯片的搬运、寿命实验3生产自动化的实现：搬运、转位、定位、加紧、进给、装卸、装配4包装自动化的实现：化肥的计量、粘稠、有毒气体包装,高频、准确、平稳、省人,第二节气动技术的特点,机械方式：凸轮、杠杆、连杆、齿轮和转动轴电气方式：限位开关、继电器、延时器、电磁离合器电子方式：半导体元件液压方式：液压阀、缸气动方式：气动阀、缸,从驱动、环境、操作、价格等方面考虑，扬长避短结合使用,自动化方式:,气动方式优点：1气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，故使用安全。工作介质是取之不尽、用之不完的空气，空气本身不花钱。输出力及工作速度的调节非常容易。可靠性高，使用寿命长。利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。全气动控制具有防火、防暴、耐潮的能力。7由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。,气动方式缺点：由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸稳定性不如液压缸。气缸的输出力比液压缸小。,第三节气动技术发展动向,高质量：阀3000万次缸（20005000）KM高精度：0.50.1mm0.01m0.1mg高速度:10hz3m/s低功耗:10.5w小型化轻量化:铝合金、塑料无给油化：低成本、寿命长复合集成化机电一体化：可编程控制器+传感器+气动元件,第二章气动执行元件,将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动、夹持的元件称为气动执行元件。,第一节气动元件与系统的基本构成,气源设备：空气压缩机、后冷却器、气罐气源处理元件：过滤器、干燥器气动控制元件：压力、方向、速度控制阀气动执行元件：气缸、气马达、气爪气动辅助元件：油雾器、消音器、管接头,1-增压阀2-五通电磁阀3-储气罐,第二节气缸的分类,按结构分：有活塞式、非活塞式,标准型：CJ、CQ2、CM2、CG1、MB省空间型：CU、CQ2高精度型：CX、CXS、MGP/Q带导杆型：MGP/Q带阀型、无杆型、止动性、中停型、落下防止型、计测型(以上机种为中国工厂常加工的机种）,按功能分类：,基本型：不带安装件的气缸有S、B、A型脚座型：L型法兰型：F、G型,按安装方式分类：,耳环型：C、D、E型耳轴型：T、U型,固定式,摆动式,按缓冲方式分类：无缓冲垫缓冲：设置聚氨酯橡胶垫气缓冲设置液压缓冲器,给油气缸：由压缩空气带入油雾不给油气缸：靠预先在密封圈内添加的润滑脂来保证。,按润滑方式分类：,目前，绝大多数系列的气缸都是不给油式。需注意的是，它也可给油使用，单一旦给油，就必须保持给油，如中途停止给油，因润滑脂已被油冲洗掉而是它处于无润滑状态，使密封件过快磨损。,限位开关式很少用磁性开关式常用,按位置检测方式分类：,按驱动方式分类,单作用气缸双作用气缸,请看样品,第三节气缸的基本构造,由于气缸的使用目的不同，气缸的构造是多种多样的，但使用最多的是单杆双作用气缸。,缸筒内径的大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内作平稳的往复运动，缸筒内表面的表面粗糙度应达Ra0.8m。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减少摩擦阻力和磨损，并能防止腐蚀。缸筒材质：高碳钢管、高强度铝合金、黄铜、不锈钢。注意：带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸缸筒材质：不锈钢、铝合金或黄铜。,缸筒,进排气通口：缓冲机构（部分）密封圈、防尘圈（杆侧端盖）：防止漏气、防尘。导向套（杆侧端盖）：提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向载荷，减少活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命；材质：烧结含油合金、铅青铜铸件。材质：可锻铸铁、铝合金压铸（轻、防锈）、黄铜（微型缸）,端盖,气缸中的受力元件。活塞密封圈：防止活塞左右两腔相互串气；活塞耐磨环：提高气缸导向性；聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂活塞的宽度：由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。（滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死）材质：铝合金、铸铁、黄铜（小缸径）,活塞,气缸中的重要受力元件材质：高碳钢、表面经镀硬铬处理，不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。,活塞杆,第四节缸筒与端盖的连接方法,整体型：采用锻造工艺把缸筒与一侧端盖作成一体，另一侧端盖与缸筒使用铆接或用卡圈固定。用于微型缸和中小型缸。,铆接型：在端盖上开有沟槽，将缸筒两端压铆入端盖沟槽内，形成一体，用于中小型缸。CJ2、CM2螺纹连接型：缸筒与端盖上有连接螺纹，将它们连接在一起。用于中小型缸。CG1法兰型：缸筒和端盖上都有法兰，用螺栓将它们连在一起，用于省空间的中小型缸。CUW拉杆型：用四根拉杆将两端盖与缸筒夹紧在一起，端盖与缸筒之间有密封圈。用于行程不太长也不太短的大中型气缸。MB、C95、CA,第五节密封,动密封：回转或往复运动的部件密封；静密封：静止件部分的密封；,要求：既能保证密封，滑动摩擦力又小。,压缩密封圈：将密封圈放入密封沟槽内时，便有一定的预压缩量，靠密封面上的接触面压力阻塞泄露通路。气压密封圈：靠气压力将密封圈的唇部压紧在密封面上以保证密封。,指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。,第三章标准气缸,第一节单作用气缸,S型气缸：弹簧压回型T型气缸：弹簧压出型,特点：气缸结构简单，耗气量少；缩短了气缸的有效行程；作用力随压缩行程而变化；弹簧具有吸收动能的能力，可减少行程终端的撞击作用。,在弹簧侧设有呼吸孔，最好有过滤片,应用范围：行程短，对输出力和运动速度要求不高的场合。,分类：单活塞杆型：普通常用型双活塞杆型：活塞两侧受压面积相等，两侧运动行程和输出力相等。工作台,第二节双作用气缸,特点：1、活塞前进或后退都能输出力；2、结构简单,前因：运动速度大时，紧靠缓冲垫已不足吸收活塞对端盖的冲击力构成：气缓冲装置是由缓冲套、缓冲密封圈和缓冲阀等组成。,第三节气缓冲气缸,1、当活塞向右运动时，右缓冲套接触右缓冲密封圈，活塞右侧便形成一个封闭气室（称为缓冲腔）。2、缓冲腔气体根据缓冲阀开度向外排气；3、活塞继续右行，气体绝热压缩，压力上升；4、压力对活塞产生反作用力，使活塞减速，停止，避免撞击注意：弹跳现象,工作原理,可调缓冲气缸：带缓冲阀，通过调节缓冲阀的开度，可改变缓冲能力。缓冲行程不宜太长：因缓冲密封圈有节流作用，活塞动作反应慢。不可调缓冲气缸：开有恒节流孔，形成背压，起到缓冲作用。加大恒节流孔，可使气缸的运动速度增大。,分类,提示：液压缓冲器运动件质量大，运动速度很高的气缸。,要求：缸筒必须是导磁性弱，隔磁性强的材料（硬铝、不锈钢、黄铜）。有触电舌簧型（AC、DC）、无触电固态电子型（DC）,第四节带磁性开关的气缸,工作原理：1、在非磁性体的活塞上安装一个永久性磁铁磁环：橡胶磁铁、塑料磁铁；2、随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合，反之，断开，发出电信号。3、信号控制相应电磁阀切换。,特点：1、使用方便，结构紧凑，2、可靠性好，寿命长，成本低、反映快安装方法：1、用钢带固定2、固定在导轨上3、卡固在拉杆上4、直接安装,安装位置：在活塞应停止位置使活塞固定，让开关在活塞的上方左右移动，找出开关吸合时位置，左右吸合位置的中间位置。最高灵敏位置。,使用注意事项1、从安全考虑，间距应比最大磁滞距离大3mm;2、不得装在强磁场;3、两缸筒间距大于40mm;4、速度不得大于磁性开关能检测的最大速度Vmax=Lmin/Tc（当速度过大时，选用带延时功能的磁性开关）5、拧紧安装螺钉扭矩要适当：偏移、损坏,第五节气缸的特性,1、当活塞两侧的压力差达到气缸的最低工作压力以上时，活塞开始移动。静摩擦力降为动摩擦力，稍有抖动2、随外负载和排气回路的阻抗大小等因素的不同，导致活塞的运动速度及气缸的有效输出力的变化规律也不同。P1、p2、u,一、气缸的瞬态特性(气缸的运动状态),延迟时间、到达时间,u0理论基准速度，mm/s;S排气回路的合成有效面积，mm2；A排气侧活塞的有效面积，cm2；最大速度:um平均速度：v,二、气缸的速度特性：,u0=1920*S/A,当速度小于50mm/s时，摩擦阻力和气体的可压缩性，出现“爬行”当速度大于500mm/s时，摩擦生热加剧，加速密封件的磨损，加大冲击力。,气缸活塞杆受到的轴向负载力F与气缸的理论值之比。负载率由负载的运动状态而定。,三、气缸的理论输出力,气缸的使用压力作用在活塞有效面积上产生的推力或拉力。F0=/4D2p,四、气缸的负载率,气缸的最低使用压力至最高使用压力的范围。0.150.25，11.5MP,五、使用压力范围,七、环境温度和介质温度：（软化、硬化脆裂）非磁性开关气缸：5700C磁性开关气缸：5600C,六、耐压性能：气缸的最高使用压力为1.5倍，保压1min时气缸状况。,八、泄漏量：气缸处于静止状态，从无杆侧和有杆侧交替输入最低压力和最高压力，从活塞处（内泄漏）及活塞杆和管接头等处（外泄漏）的泄漏流量。根据JISB8377标准，外（内）泄漏不得大于3+0.15d（D）mL/min,九、耐久性:在活塞杆的轴向施加负载率为50%的负载，向气缸通入最高使用压力，调节速度控制阀，使活塞运动速度达到200mm/s,活塞沿全行程作往复运动，气缸仍保证合格的累计行程。不低于3000km,十、气缸的耗气量:用于选用其他处理元件,第六节气缸的选用,一、预选气缸的缸径,1、根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F2、根据负载的运动状态，预选气缸的负载率、根据气源提供条件，确定气缸使用压力,三、选择气缸的品种,二、预选气缸行程,1、根据气缸的运动状态是输出力还是拉力、负载率、气缸的行程L和气缸的动作时间t,可查得气缸的理论基准速度u0；2、根据气缸的运动状态是输出推力还是拉力以及负载率，可查得气缸的最大速度um与理论基准速度u0之比，从尔求出气缸的最大速度um；3、负载运动的动能1/2Mum2和缓冲力的比较；,四、演算缓冲能力,七、计算气缸的空气消费量和所要空气量；八、选择磁性开关；九、选择活塞杆端部接头；十、确定充（放）气回路中的各种气动元件；,五、选择安装方式,六、活塞杆长度的演算；活塞杆端承受的横向负载大小与气缸行程的关系；,用气缸水平推动台车，负载质量M=150kg，台车与床面间的摩擦系数=0.3，气缸行程L=300mm,要求气缸的动作时间t=0.8s,供给压力p=0.5MPa,配管长l=3m,选择缸径及其充（放）气回路的元件组合。,例题,答案,解：轴向负载力F=mg=0.3*150*9.8=450KN根据表，预选负载率=25%，得气缸的理论输出力F0=1800N由p=0.5MPa,算出缸径为67.7mm,故应选缸径D=80mm,已知L=300mm,t=0.8s,=25%，查出理论基准速度u0=500mm/s,=1.05，则气缸的最大速度um=525mm/s.故负载运动的最大动能Em=1/2Mum2=20.7J,查图，MB80不能满足缓冲能力的要求，故选用MB100。,常见的气缸是由五部分组成的，试分析各部分的主要作用和基本功能。,考试题1,答：常见的气缸由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封圈等组成；其中1）缸筒内径的大小代表了气缸输出力的大小，支撑活塞在缸筒内作平稳的往复滑动；2）端盖上设有进排气通孔，有的在端盖设有缓冲机构，杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内，杆侧端盖上设有缓冲套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向载荷，减少活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命；3）活塞是气缸中的受压力零件，为防止活塞左右两腔相互串气，设有活塞密封圈，活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度决定；4）活塞杆是气缸中重要的受力零件。,气缸里面存在两个滑动接触面，试分析为防止出现密封不良，工艺上都采取了什么措施。,考试题2,答：气缸里面的两个滑动接触面分别是活塞杆和端盖之间的密封和活塞和缸筒之间的密封；其中1）造成活塞杆处密封不良的原因主要包括导向套、杆密封圈磨损，活塞杆偏磨；活塞杆有伤痕、腐蚀；活塞杆与导向套之间有杂质。为了防止导向套的磨损，一般使用烧结含油合金、铅青铜铸件，并在导向套内壁上开有含油槽；为了防止活塞杆偏磨，通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀；使用防尘密封圈等。2）造成活塞处密封不良的主要原因活塞密封圈损坏；活塞密封面有缺陷；杂质挤入密封圈；活塞被卡住。为了防止活塞密封不良，缸筒内表面的表面粗糙度应达Ra0.8m，内表面镀硬铬或使用高强度铝合金、黄铜或不锈钢管等，以减少阻力和磨损；活塞上安装耐磨环，以提高气缸导向性；提供必要的活塞宽度等。,气缸里的密封主要分为弹性“O”形圈密封和“Y”形圈密封，试分析它们的工作原理和特点，以MB气缓冲气缸为例，分析在各主要部位都采