机械相关设计基础

第九章 液压传动与气压传动第一节液压传动概述

第二节液压泵、液压马达和液压缸

第三节液压控制元件

第四节液压基本回路与系统实例分析

第五节液压传动的应用

第六节气压传动1机械相关设计基础第一节 液压传动概述一、液压传动原理和组成

1、液压传动工作原理液压传动是以油液为工作介质进行运动和动力传递的一种传动方式。图9-1 液压千斤顶工作原理示意图

液压传动装置中，密封容积的变化实现运动的传递，液体压力的变化实现动力的传递。液压传动装置实际上是一种能量转换装置，它首先把机械能转换为液体的压力能，然后把液体的压力能转换为机械能。2机械相关设计基础2、液压传动的组成

一个完整的液压传动系统由以下几个部分组成：

1）动力元件即液压泵。其作用是将原动机输入的机械能转换为油液的压力能。

2）执行元件即液压缸或液压马达。其作用是将液压泵供给的油液的压力能转换为机械能。

3）控制元件即各种液压阀，如换向阀、压力阀、流量阀等。其作用是改变油液流动的方向、调节油液的压力或流量。

4）辅助元件包括油箱、油管、接头、滤油器、压力表等。

5）工作介质即液压油，是传递能量的物质。3机械相关设计基础图9-2 机床工作台往复移动的液压系统结构图4机械相关设计基础

用结构或半结构形式画出的图直观易懂，但复杂难绘。为简单明了，易画易读，通常将各种标准液压元件用国家标准（GB786．1-1993）规定的液压图形符号表示；管道可用粗实线和虚线表示，粗实线表示工作油路，虚线表示控制油路，如图9-3所示。图9-3 用图形符号表示的液压传动系统示意图5机械相关设计基础二、液压传动的基本参数

1、压力

液体单位面积上所受的法向力称为压力（物理学中称压强）。压力用p表示，在国际单位制中的单位是帕斯卡（Pa）；在工程单位制中，压力的单位是kgf／cm2，

lkgf／cm2=98067Pa≈105Pa

液压传动中所讲的压力值，通常是指比大气压高出的部分，称为相对压力或表压力。

6机械相关设计基础2、流量单位时间内通过管道某一截面液体的体积称为流量，用q表示。若在时间T内通过的液体体积为V，则流量为:

q=V／T

流量的单位为m3／s，有时还使用L／min。

1m3／s=6×104L／min

如图9-4所示，设液体流入液压缸的流量为q，活塞的有效作用面积为A。由于液体的作用，使活塞在时间T内以速度v向右移动了L，则流入缸中的液体的体积是qT或AL，即

qT=AL或q=AL/T=Av图9-4 流量与活塞移动速度的关系。7机械相关设计基础3、压力损失和流量损失

液体是压力差的作用下产生流动。这种压力差表现为液体内部之间压力的降低，叫做压力损失，用Δp表示，分为沿程损失和局部损失。压力损失与流过管道中的液阻和通过管路的流量有关。通常液阻增大，引起的压力损失也增大；流量增大，引起的压力损失也增大。只要间隙两端存在着压力差，就会造成泄漏。压力差越大，泄漏也越大。泄漏是造成流量损失的主要原因，它不仅使液压系统的效率降低，同时也影响液压执行元件运动的速度，还会污染环境。所以应尽量减小液压系统及各元件的泄漏量。8机械相关设计基础三、液压油

液压油主要是石油型液压油，其润滑性能好，化学稳定性高；有时也用普通机械油，其性能较差，但价格便宜。各种液压油的主要技术指标是黏度。

液压油在温度升高时，黏度会降低，泄漏增大。加剧液压油的氧化变质，缩短密封圈的寿命，温度过低会使油液黏度增大，运动部件受到的摩擦阻力增大，启动困难。此外，黏度大的液压油流动时还会造成较大的能量损失，通常液压系统中的油液在30～50℃时工作较为适宜。9机械相关设计基础四、液压传动的特点与应用

主要优点：

(1)可以在运行过程中实现大范围无级调速。

(2)传动装置的体积小、质量轻。

(3)运动平稳。

(4)便于实现自动工作循环和自动过载保护。

(5)很多液压元件都是“三化”产品，便于设计推广。但液压传动也存在着工作性能受温度变化的影响大、不能避免泄漏、效率低、成本高等缺点。液压传动在航空、军械、机床和工程机械轻工、农机、冶金、化工、起重运输等设备上广泛应用，甚至在宇航、海洋开发、机器人等高科技领域中也占有重要地位。10机械相关设计基础一、液压泵液压泵是将电动机（或其他原动机）提供的机械能转换为液体压力能的一种能量转换装置，其作用是向液压系统输送具有一定压力和流量的液压油。液压泵按结构可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等：按泵的额定压力又可分为低压泵、中压泵和高压泵；按工作过程中输出的流量是否可调可分为变量泵和定量泵。第二节液压泵、液压马达和液压缸11机械相关设计基础1、液压泵的工作原理（见图）

容积式泵正常工作有如下条件：（1）必须有一个或若干个可以周期变化的密封容积。

（2）必须有一个相应的配流装置。

（3）油箱必须和大气相通。12机械相关设计基础2、常用液压泵

1）齿轮泵齿轮泵结构简单，不需要专门的配流装置，制造容易，工作可靠，价格便宜，维护也很方便。其主要缺点是泄漏较多(主要指从压油腔到吸油腔的内泄），效率低。普通齿轮泵的工作压力不高，常用于低于低压、轻载系统。13机械相关设计基础2）叶片泵叶片泵按其工作方式的不同可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。所谓双作用叶片泵是指泵轴转动1周能完成两次吸油和压油的工作循环。双作用叶片泵的流量不可调。而单作用叶片泵多为流量可调的变量泵。

（1）双作用叶片泵双作用叶片泵流量均匀；泄漏少，效率高；由于吸油腔和压油腔对称分布，转子承受力能自相平衡。但结构比较复杂，零件加工困难且对油液的清洁度要求较高。在机床的液压系统中广泛应用图9-8 双作用叶片泵的工作原理图14机械相关设计基础

（2）单作用叶片泵单作用叶片泵的偏心距越大，容积变化越大，泵的流量也就越大。若偏心距e做成可调的，就成了单作用变量叶片泵。但泵的结构复杂，价格也较高。图9-9单作用叶片泵的工作原理图15机械相关设计基础3）柱塞泵柱塞泵按柱塞排列方向可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。

（1）径向柱塞泵径向柱塞泵流量大，压力高，流量调节方便，工作可靠。但这种泵结构复杂，径向尺寸大，体积大，制造较难。图9-10 径向柱塞泵的工作原理图16机械相关设计基础

（2）轴向柱塞泵轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小。由于柱塞孔都是圆柱面，容易得到高精度的配合，密封性好，泄漏少，因此效率和工作压力都较高，适用于高压系统。但结构复杂，价格较贵。图9-11 轴向柱塞泵的工作原理图17机械相关设计基础二、液压马达

液压马达是将输入的液压能转换为转动形式的机械能的执行元件，它是在油压作用下转动的。从原理上讲，液压马达和液压泵的作用是可逆的，但实际上，二者在结构上还是存在一定差异的。同液压泵相同，液压马达按结构也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式等，根据排量是否可调。可分为定量马达和变量马达。其中排量不能调节的称为定量马达。18机械相关设计基础三、液压缸同液压马达相类似，液压缸也是将输入的液压能转变为机械能输出的执行元件。

区别：

液压马达输出角速度和转矩，实现的是连续转动；

液压缸输出推力和速度，实现往复直线运动或往复摆动。液压缸按结构可分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸等。

19机械相关设计基础1、活塞式液压缸

1）双杆活塞式液压缸

2）单杆活塞式液压缸20机械相关设计基础2、柱塞式液压缸

柱塞式液压缸的柱塞和缸体的内表面不接触，缸体内表面不需要精加工，故结构简单，制造容易，多用于工作行程较长的场合。21机械相关设计基础3、摆动液压缸图9-17 摆动液压缸22机械相关设计基础

液压控制元件是对油液流动方向、压力和流量进行控制的液压阀。按其控制功能可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。尽管各种阀的功用、形状不同，但在结构上大都由阀体、阀芯、弹簧和操纵机构等组成。第三节 液压控制元件23机械相关设计基础一、方向控制阀方向控制阀是用来控制油液流动方向的液压阀。方向控制阀主要有单向阀和换向阀两类。

1、单向阀单向阀是控制油液单方向流动的液压阀。单向阀中有普通单向阀和液控单向阀两种。

1）普通单向阀24机械相关设计基础图9-18 单向阀的结构原理图和符号25机械相关设计基础26机械相关设计基础2）液控单向阀图9-19 液控单向阀的结构图和符号27机械相关设计基础28机械相关设计基础2、换向阀换向阀的作用是利用阀芯和阀体间相对位置的改变来变换油液流动的方向，接通和关闭油路，从而控制执行元件的运动状态。换向阀的种类较多。按阀芯在阀体内的工作位置数，可分为二位、三位和多位(三位以上)阀；按阀体与系统连通的油口数，可分为二通、三通、四通和五通阀；按阀芯在阀体内运动时的操纵方式，可分为手动、机动、电磁、液动和电液动等换向阀。换向阀的全称通常包括以上三个内容，如二位三通电磁换向阀、三位五通电液换向阀等。29机械相关设计基础表9-1 换向阀的主体结构和图形符号30机械相关设计基础表9-2 三位四通换向阀常见的中位机能31机械相关设计基础1）电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁的吸合与放松来操纵阀芯移动，以实现油液流动方向变换的换向阀。电磁铁使用的电源有交流（D型）和直流（E型）两种，电磁铁用“YA”表示。

（1）二位四通电磁换向阀图9-20 二位四通电磁换向阀的工作原理图及符号32机械相关设计基础（2）三位四通电磁换向阀图9-21 三位四通电磁换向阀的工作原理图及符号1—阀体；2—弹簧；3—弹簧座；4—阀芯；5—线圈；6—衔铁；7—隔套；8—壳体；9—插头组件33机械相关设计基础

2）液动换向阀液动换向阀是依靠控制油路的压力油来改变阀芯工作位置，以实现油路的切换的。液动换向阀体积小、寿命长、工作可靠，且切换速度可以调节，所以换向时阀芯的冲击和噪声也较小。 图9-22 液动换向阀的符号34机械相关设计基础3）电液换向阀电液换向阀是由电磁阀和液动换向阀组合而成的组合阀。电磁换向阀用来改变液动换向阀的控制油液的流向，以完成液动换向阀的阀芯换位。其目的是用小规格的电磁换向阀来控制大流量液体的流动方向，实现电磁换向阀由于电磁吸力有限而难以实现的功能。

电磁阀用来操纵液动换向阀的阀芯的动作，称为先导阀；而液动换向阀控制主油路的切换，称为主阀。图9-23 电液换向阀的符号35机械相关设计基础4）手动换向阀36机械相关设计基础5）机动换向阀机动换向阀是利用机械行程挡块或凸轮推动阀芯移动的换向阀，也称行程换向阀。通常有二通、三通、四通和五通几种。它们的图形符号如图9-25所示。机动换向阀工作可靠、寿命长，多用在换向频繁的机械中。37机械相关设计基础二、压力控制阀

压力是液压传动中的一个重要参数。在不同的液压系统中，要求的工作压力不相等。即使在同一个液压系统中，在不同的部位和不同的元件中，要求的压力也不尽相同。这就需要对系统工作压力进行某些调节和控制，以适应工作的要求。用来控制液压系统压力的液压阀，称为压力控制阀。按照用途不同，分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。38机械相关设计基础1、溢流阀主要功用是调整和控制液压系统的压力，以保证系统在一定压力下工作。常用的溢流阀有直动型和先导型两种，前者结构简单、性能较差。多用于低压系统；后者结构复杂，性能较好，常用于中、高压系统。

1）直动型溢流阀39机械相关设计基础2）先导型溢流阀先导型溢流阀灵敏度高，噪声小，压力稳定，调节范围大，应用广泛。图9-27 先导型溢流阀的工作原理图40机械相关设计基础3）溢流阀的应用在液压系统中，溢流阀常用于稳定系统压力，防止系统过载等场合。图9-29 溢流阀的应用实例41机械相关设计基础2、减压阀减压阀可用来减压、稳压，通常将较高的进口油压降为较低而稳定的出口油压。减压阀的降压原理是靠油液流过缝隙造成压力差，而使出口压力低于进口压力的。缝隙越小，压力差越大，减压作用也就越强。图9-30 先导型减压阀的工作原理图和符号42机械相关设计基础43机械相关设计基础

减压阀和先导型溢流阀在外形、工作原理上有相似之处，但它们却存在很大的区别：

（1）减压阀利用出口油压与弹簧力平衡，而溢流阀则是利用进口油压与弹簧力平衡。减压阀控制着阀的出口压力，而溢流阀则控制阀的入口压力。

（2）减压阀进、出油口均有压力，所以先导阀弹簧腔的泄油要单独接回油箱。而溢流阀的泄油可以从内部通道流至阀的回油口，经回油管道流回油箱。

（3）非工作状态时，减压阀的进、出油口是相通的，而溢流阀则是关闭的。44机械相关设计基础3、顺序阀顺序阀是利用液压系统中压力的变化来控制各执行元件按先后顺序动作的液压阀。和溢流阀一样，也有直动型和先导型两种结构；另外，根据使阀开启的控制油路的不同，又分为内控顺序阀和外控顺序阀两种。(a:P1至P2缓开；b：外控K)

1）内控顺序阀

2）外控顺序阀图9-31 顺序阀的工作原理图和符号45机械相关设计基础3）顺序阀的应用图9-32顺序阀的应用实例46机械相关设计基础4、压力继电器一种液－电信号转换元件，通过将液压信号转变为电信号来控制电气元件，以实现系统的程序控制和安全控制。图9-33 压力继电器的符号47机械相关设计基础三、流量控制阀

流量控制阀是用来控制液压系统中油液的流量。它是通过改变阀芯与阀体的相对位置来改变油液的通流截面积。流量阀多用于调速系统，常见的有节流阀、调速阀。

1、节流阀图9-34节流阀的工作原理图和符号48机械相关设计基础2、调速阀调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成的一个组合阀。它是通过保持节流阀两端的压力差基本不变，使节流阀的流量不变，改善了节流阀的调速稳定性，从而使执行机构获得稳定的运动速度。图9-35 调速阀的工作原理图和符号49机械相关设计基础四、新型液压控制元件简介——自学五、液压辅件简介液压辅件主要有管系元件、滤油器、蓄能器、油箱等，是液压系统不可缺少的组成部分。这些辅件若选用、安装、使用不当则同样会影响整个液压系统的正常工作。50机械相关设计基础1、油管及管接头在液压机械中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管（有高压和低压两种），尼龙管和塑料管等。钢管常用冷拔无缝钢管，它能承受高压，但装配时不易弯曲成所需的形状。铜管一般是紫铜管，容易弯曲，安装方便，但价格高，耐压低。尼龙管适用于低压系统。橡胶软管(由耐油橡胶夹1～3层钢丝编织网制成)能吸收振动和冲击，管道可随部件运动，适用于中高压系统，但价格高。51机械相关设计基础图9-36 管接头52机械相关设计基础2、滤油器滤油器的作用是使油液经过过滤以保持其高清洁度，以防脏物侵入液压系统和液压元件，确保系统正常工作。滤油器大都安装在油泵吸油管的端部，或重要元件的进油口的前面。按滤芯材料和结构形式的不同，滤油器可分为网式、线隙式、烧结式和纸芯式等。53机械相关设计基础3、蓄能器蓄能器是既能储存又能释放压力油的一种容器。蓄能器有重锤式，弹簧式和充气式(又分为活塞式和气囊式)等类型。图9-37 活塞式蓄能器图9-38 蓄能器的应用54机械相关设计基础4、压力计和压力计开关

压力计用于测量和观察系统压力，压力计开关用于接通和切断压力计和油路的通道。5、油箱用来储油、散热，分离油中的杂质和空气。55机械相关设计基础换向阀小结

职能符号:位:阀芯的工作位置;通:阀体上油路的通道数;机能:中位时油路的连通方式。O型M型H型P型Y型K型双向锁紧，系统保压双向锁紧，油泵卸荷油缸浮动，泵卸荷差动连接油缸浮动，系统保压单向锁紧，油泵卸荷56机械相关设计基础控制方式:手动机动电磁液动电液57机械相关设计基础58机械相关设计基础一、方向控制回路方向控制回路是指控制液压系统油路的通断或换向，以实现执行机构的起动、停止或变换运动方向的回路。组成方向控制回路的主要液压元件是方向控制阀。

1、换向回路换向回路是利用换向阀来改变油液流动的方向，以实现液压执行元件的往复运动。

2、锁紧回路锁紧回路是使液压执行元件停止在其行程中的任一位置上，防止外力作用下发生移动的液压回路。第四节 液压基本回路与系统实例分析59机械相关设计基础二、压力控制回路压力控制回路是指能够控制、调节液压系统或系统中某一部分油液压力的回路。常用的压力控制回路有调压、保压、减压、增压和卸荷等回路。

1、调压回路调压回路是使系统的压力保持稳定或限定系统的最高安全压力。调压回路一般由溢流阀组成。1、2、3共同调节系统溢流压力。图9-39 多级调压回路60机械相关设计基础

2、保压回路保压回路是当泵处于卸荷状态时保持系统压力基本不变的液压回路。图9-40 采用蓄能器的保压回路61机械相关设计基础3、减压回路和增压回路减压回路是将主系统较高的工作压力，通过减压阀减为某个子系统需要较低工作压力的液压回路。增压回路是能够使泵输出的低压油增高压力的液压回路。这种回路中的关键元件是增压器(也称增压缸)。图9-41采用减压阀的液压回路图9-42 采用增压缸的增压回路62机械相关设计基础63机械相关设计基础4、卸荷回路泵的卸荷是液压泵在无压力或压力很小的情况下运转的状态。卸荷的方法是使泵的出口油液与油箱直接接通，目的是节省能量消耗，减少系统发热。图9-43 用三位换向阀使泵卸荷的回路64机械相关设计基础三、速度控制回路速度控制回路是控制或变换液压执行元件运动速度的回路。主要包括调速回路、速度换接回路和快速运动回路等。

1、调速回路65机械相关设计基础2、速度换接回路速度换接回路是能使液压执行元件在同一方向运动时实现速度变换的回路。（调节流量调速）图9-46 速度换接回路66机械相关设计基础3、快速运动回路为了提高生产效率，液压缸的空行程一般都要求做快速运动。利用双泵供油可实现快速运动，液压缸的差动连接也可实现快速运动。图9-47 差动连接的快速运动回路67机械相关设计基础四、多缸工作控制回路多缸工作控制回路是控制液压系统中各液压缸之间按一定要求进行动作（如按一定顺序动作或同步动作）的回路。

1、顺序动作回路顺序动作回路通常有行程控制和压力控制两种方式。图9-48 行程阀控制的顺序动作回路图9-49 顺序阀控制的顺序动作回路68机械相关设计基础2、同步回路同步回路是使几个液压执行元件同时运动并保持相同位移或相等速度的回路。图9-50串联液压缸的同步回路9-51调速阀控制的同步回路69机械相关设计基础五、液压传动系统实例分析

对液压传动的机械，不论其结构如何复杂，它的液压系统都可看成是由一些基本回路组成的。在了解了液压基本元件及符号、液压基本回路的基础上，便可阅读一些较复杂的液压系统图。阅读液压系统图的大致方法和步骤是：①了解液压系统的工作任务、工作循环和需要满足的要求；②查阅系统图中所有的液压元件及其连接关系，分析它们的作用；③分析系统图中的基本回路，了解系统的工作原理及特点。70机械相关设计基础图9-52 YT4543型液压滑台的液压传动系统图1、主要元件及其作用（1）液压泵1（2）电液换向阀3（3）外控顺序阀5（4）背压阀4（5）调速阀7和8（6）二位二通电磁阀10和调速阈8并联。（7）二位二通行程阀11和调速阀7，8并联。（8）液压缸13是缸体移动式单杆活塞液压缸。（9）压力继电器9（10）单向阀2、6、12的作用是防止油液倒流。工作流程71机械相关设计基础图9-29 溢流阀的应用实例表9-3 电磁铁和行程阀动作情况表注：“＋”表示电磁铁通电或行程阀被压下，“－”则相反。72机械相关设计基础一、液压传动系统图及其分析

1、圆锥破碎机排矿口的调整及锁紧装置由于动锥衬板和固定锥衬板的磨损或其他原因，必须及时对排矿口进行调整。为防止调整后排矿口自己产生变动，要在破碎机上设有锁紧装置。图9-53 液压系统示意图第五节液压传动的应用73机械相关设计基础2、液压圆锥破碎机

图9-55液压系统示意图1—油箱；2—油泵；3—单向阀；4—高压溢流阀；5—手动换向阀；6—截止阀；7—压力表；8—蓄能器；9—单向节流阀；10—放气阀；11—机器油缸；12—高压溢流阀图9-54 液压圆锥破碎机原理示意图74机械相关设计基础3、分段启动颚式破碎机颚式破碎机的胶带轮、飞轮、曲轴和动颚等的重量较大，要使这样的机构由电动机直接起动，启动力矩就要很大。由于电机性能的限制，往往给起动带来困难。所谓分段启动，就是用电动机先驱动胶带轮，再驱动曲轴与动颚，最后驱动飞轮。它的工作原理如图9-56所示。75机械相关设计基础图9-56 分段启动颚式破碎机(a)液压传动系统图；(b)磨擦离合器结构1—油箱；2—电机；3—油泵；4、5—换向阀；6—截止阀；7—压力表；8—行程开关；9—磨擦离合器；10—皮带轮；11—飞轮；12—节流阀；13、14—换向阀；15—溢流阀；16—螺钉；17—弯角接头；18—弹簧；19—联接螺钉；20—柱塞；21—压力盘；22—外壳；23—外磨擦片；24—内磨擦片；25—偏心轴；26—键；27—内套筒；28—外套筒；29—皮带轮；30—柱塞油缸76机械相关设计基础4、压滤机滤板压紧力的自动调节装置自动板框压滤机的滤板（或滤板与滤框），大都用油缸压紧。但是当滤室中充满带压滤浆后，滤板面之间的压紧力或滤板与滤框面间的压紧力便降低了，滤浆容易泄漏出来。为了避免这样的泄漏，可以加大油缸压力，以便产生非常大的压紧力。可是这种对策并不理想，往往引起一系列问题，如滤板或滤框的变形增大、滤布容易损伤、滤板之间或滤板与滤框之间的密封填料容易疲劳和破损。因此，这些问题是互相矛盾的，故必须使滤板面间的压紧力能依照过滤压、压榨压的变化而自动调节，并保持恒定。图9-57所示为滤板压紧力的自动调节装置。77机械相关设计基础图9-57 滤板压紧力的自动调节装置1-尾板；2-滤板；3-滤框；4-头板；5-活塞杆；6-主梁；7-油缸；8、16-油管；9-压力开关；10-逆止阀；11-电磁阀；12-油槽；13—油泵；14—控制管线；15、26—机架；17—管路；18、22—油压缸缸室；19—小活塞杆；20—泄液室；21—泄液口；23—滤浆槽；24—滤浆泵；25—滤浆供给管78机械相关设计基础二、液压系统的运行

1、液压油的性质及选择粘性是液压油的主要性质，其次还有稳定性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性等。粘性以粘度表示，粘度有动力粘度、运动粘度和条件粘度几种，其中运动粘度的单位是厘斯（厘沲）——cst较为常用，它是油液在50℃时的粘度值。常用液压油的性质见表9-4。表9-4 液压油的性质79机械相关设计基础

对液压油的要求是：合适的粘度，粘度随温度变化小，有良好的润滑性、防腐性和化学稳定性，杂质少、闪点高、凝固点低等。其中以选择适当的粘度为主。温度高压力大，宜选择粘度较高的油；温度低，压力小，则选用粘度较低的油。常用的液压油为20号和30号液压油，或用20号和30号机械油代替。也可按油泵类型来推荐油的粘度（见表9-5）。表9-5 按油泵类型推荐用油粘度表2、液压系统常见故障分析及排除——自学80机械相关设计基础一、概述

1、气压传动系统的组成图9-58 剪切机气动系统工作原理示意图1—空气压缩机；2—冷却器；3—分水排水器；4—气罐；5—干燥器；6—过滤器；7—减压阀；8—油雾器；9—机动阀；10—气控换向阀；11—气缸；12—工件第六节 气压传动81机械相关设计基础2、气压传动的特点和应用鉴于气压传动的工作介质是空气，空气的压缩性大、黏性小、清洁度和安全性高，故气压传动具有动作迅速、反应快，调节控制方便，维护简单，不存在介质变质及补充等问题；气体流动阻力小，能量损失小，易于实现集中供气和远距离输送；空气不仅易于取得，而且用后可直接排入大气，处理方便且不污染环境；对工作环境适应性好，工作安全可靠，过载时能自动保护；气动元件结构简单，成本低，寿命长，易于标准化、系列化和通用化等优点。但气压传动平稳性较差；输出的力或转矩较小；排气噪声较大。82机械相关设计基础二、气动元件

1、气动执行元件

1）气缸的分类气缸的结构形式很多。按压缩空气的作用方向可分为单作用气缸(压缩空气只能使活塞往一个方向运动，反方向的运动则需借助外力或重力)和双作用气缸(压缩空气可使活塞向两个方向运动)。按气缸的结构特征可分为活塞式气缸、叶片式(摆动式)气缸、薄膜式气缸及组合式气缸等。83机械相关设计基础2）常用气缸（1）普通气缸图9-59 普通气缸84机械相关设计基础（2）气体缓冲气缸气体缓冲气缸是在普通气缸上设置缓冲装置，以避免活塞运动到行程端点时撞击缸盖。图9-60气体缓冲气缸85机械相关设计基础

（3）气液阻尼缸（4）薄膜式气缸图9-61 气液阻尼缸图9-62 薄膜式气缸86机械相关设计基础（5）冲击气缸冲击气缸可把压缩空气的能量转化为活塞高速运动的动能，来完成型材下料、打印、破碎、冲孔、锻造等多处作业。（6）无油润滑气缸（结构与普通气缸基本相同）图9-63 冲击气缸87机械相关设计基础2、气缸控制元件

1）压力控制阀压力控制阀按其功能分为减压阀（调压阀）、安全阀（溢流阀）和顺序阀，其图形符号如图9-64所示（从左至右依次为调压阀、顺序阀、安全阀）。图9-65 QFJ型减压阀工作原理图1—调节手柄；2—中心阀孔；3—输出腔；4—平衡进气阀；5—排气孔；6—膜片88机械相关设计基础2）流量控制阀用于调节流量的控制阀有：节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。图9-66排气消声节流阀89机械相关设计基础3）方向控制阀主要有单向型控制阀和换向型控制阀。

（1）单向型控制阀：通常有单向阀、梭阀、快速排气阀等。单向阀的结构原理和符号与液压阀中的单向阀基本相同。梭阀是构成逻辑回路的重要元件。

①或门型梭阀（相当于两个单向阀组合，输出与高压输入同）图9-67 或门型梭阀的工作原理图和符号图9-68或门型梭阀在换向回路中的应用90机械相关设计基础②与门型梭阀（相当于两个单向阀组合，只有两端同时输如时才有输出，且与低压同）图9-69 与门型梭阀的工作原理图和符号图9-70 与门型梭阀在钻床进给控回路中的应用91机械相关设计基础（2）换向型控制阀图9-71 气压控制换向阀的符号图9-72 二位三通电磁换向阀的工作原理图和符号92机械相关设计基础（3）二位五通电磁换向阀：电磁—气控换向阀采用压缩空气控制主阀的配气机构，因而先导阀的衔铁行程可大大减小，一般为4~8mm，（直动式电磁阀行程一般在15mm左右），同时电磁吸力可比直动式小得多，冲击噪音也就显著降低。与气控阀相比，电磁气控换向阀可直接用于远距离或自动控制的气动回路。图9-73 电控气阀结构原理图

1－阀座；2—小活塞组件；3—阀杆；4—E形密封环；5—阀体组件；6—手动杆；7—动铁芯组件；8—复位小弹簧；9—静铁芯组件；10—组合形密封环；11—线圈组件；12—隔磁套筒组件；13—大活塞组件；14—气道隔环93机械相关设计基础3、气源装置气源装置是生产压缩空气并净化气源的装置。如图9-58所示，生产压缩空气的主体是空气压缩机1，是气压传动系统的动力元件；净化气源的装置主要有后冷却器2、油水分离器3和气罐4等。后冷却器主要作用是冷却空气和除水除油。油水分离器的作用是分离并排除空气中凝聚的水分、油分和灰尘等杂质。气罐的主要作用是储存一定量的压缩空气。维持供需气量之间的平衡；消除压力波动；进一步分离