气动入门到高级培训PPT

气压传动气压传动定义

以空气为传动介质，通过空气的压力能来传递动力。

传递过程中有2次能量转化，第一次是空气压缩机将机械能转变为气体的压力能，第二次是气缸或气马达将压力能转换为机械能。

一.空气概述

1.空气的成分在0℃，101.325Kpa下的干空气体积比例：

氮气：78.03％.

氧气：20.93％.

其它气体：（氩0.932％，二氧化氮0.07％，其余0.078％）

2.空气的主要性能

1）密度ρ=m／v（单位体积气体的质量）单位：kg／m3

基准状态下（温度为0℃、压力为101.325Kpa时）ρ=1.293kg／m3

标准状态时（温度为20℃，压力为0.1Mpa,相对湿度65％）ρ=1.185kg／m3

空气的密度与温度、压力、含水（蒸气）量的关系

干空气密度；

ρg——在绝对温度T和绝对压力p下的干空气密度（kg／m3

）

ρ0—一标准状态下干空气密度，ρ0=1.293kg／m3；

T——绝对温度（K）T＝273.16＋t；

t——温度（℃）；

p——绝对压力（MPa）；

p0——标准状态下干空气的压力，p0=0.1013MPa。

2）空气粘度

气体流动过程中，由于质点之间的相对运动产生阻力的性质称为气体的粘性。粘性的大小用粘度表示。

粘度：动力粘度、运动粘度。

粘度与温度的关系：

（见表1-2）。

3）湿空气

①绝对湿度x1立方米湿空中含水蒸气的质量

x=m／v（kg／m3）

②饱和绝对湿度xb一定温度下，空气中含水蒸气的量达到饱和，此时的绝度湿度称为饱和绝对湿度

③相对湿度φ=x／xb

4）露点空气冷却降温，使湿度达到饱和并开始凝结形成水珠的温度，称为该湿度的露点。

（压力降低露点降低。压力不变，温度降低，露点降低）3.气体状态方程

1）理想气体状态方程气体温度、压力、体积三个参数表征气体所处的状态

PV／T=常数

Pν=RTP=ρRT

P-气体绝对压力（Pa）、V--气体体积（m3）、T--气体绝对温度（K）、ρ-气体密度（kg／m3）

ν--气体的比体积（单位质量气体的体积m3／kg）=1／ρ

R--气体常数［N·m／（kg·K）］干空气R=287.1湿空气R=462.052）气体状态变化过程

①等容过程P／T=常数或P1／T1=P2／T2

②等压过程

V／T=常数或V1／T1=V2／T2

③等温过程

PV=常数

或

P1V1=P2V2

④绝热过程PVk=常数

或

P1V1k=P2V2kPV／T=常数③等温过程4.气体的流动规律（方程）

1）连续性方程（质量守恒）Qm=ρν

A=常数

ρ1ν1A1=ρ2ν2A2

2）伯努利方程（能量守恒）

P／ρg+ν2／2g+z=常数

P1／ρg+ν12／2g+z1=P2／ρg+ν22／2g+z25.声速与马赫数

1）声速

声波在空气中的传播速度a=（kRT)0.5≈20T0.5

a--声速（m／s）

R--气体常数［N·m／（kg·K）］干空气R=287.1湿空气R=462.05T--空气绝对温度（K）

k--绝热指数（对于空气k=1.4）介质温度越高，声速越快。15℃时，声速约为340（m／s）2）马赫数气流在某处的速度ν与当地声速a之比称为马赫数，用符号Ma表示。Ma=ν／a

Ma＜1，气流为亚声速流动Ma＝1，气流为声速流动Ma＞1，气流超声速流动6.气体在管道中的流动特性1）亚声速（Ma＜1）流动时与不可压缩流体特性相同，通道变小速度加大，压力变小。

2）处于超声速（Ma＞1）流动时与不可压缩流体特性相反，通道变小速度减小，压力变大。

3）处于声速（Ma=1）流动时气体在管道中处于声速流动时，其流动特性处于临界状态。声速流动时的截面是一个临界截面，且是最小截面。声速流动状态下的截面面积、流速和压力都不变。要使亚声速气流加速到超声速，管道必须做成先收缩后扩张，这种管称为拉瓦尔喷管。

二.气压传动系统组成

1）气源装置：压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。

2）执行元件：将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达、真空吸盘等。

3）控制元件：控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。

4）气动辅件：气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。气动系统组成

气源装置（压缩机、冷却器、脱水、干燥器、过滤器、气动三大件）

气动控制元件（方向阀、压力阀、流量阀、逻辑阀）

气动执行元件（气缸、气马达、真空吸盘）

气动辅助元件（消声器、管路元件、密封件、仪表类等）三.气源装置及气动辅件气源装置由以下四部分组成气压发生装置——空气压缩机；

净化、贮存压缩空气的装置和设备；

气动三大件1.气源装置1.1空气压缩机

空气压缩机是气动系统的动力源，是气压传动的心脏部分，它是把电动机输出的机械能转换成气体压力能的能量转换装置。容积型速度型活塞式往复式旋转式离心式轴流式膜片式滑片式螺杆式空气压缩机的分类空气压缩机工作原理1一排气阀；2一气缸；3一活塞；4一活塞杆；5一滑块；6一连杆；

7一曲柄；8一吸气阀；9一阀门弹簧。空气压缩机的分类及选用原则

按输出压力大小可分为：

低压空压机(0.2-MPa)

中压空压机(1.0-10Mpa)

高压空压机(10-100Mpa)

超高压空压机(>100Mpa)

按输出流量（排量）可分为：微型(<1m3/min)

小型(1-10m3/min)

中型(10-100m3/min)

大型空气压缩(>100m3/min)1.2气源净化装置

①后冷却器

功能：降低压缩空气温度，析出液态水。1－热空气进口2－冷却水入口3－冷空气出口4－冷却水出口②油水分离器

油水分离器安装在后冷却器出口管道上，的作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分和灰尘杂质等，使压缩空气得到初步净化。

。

③贮气罐

功能：贮存一定数量的压缩空气，减少气流脉动，减弱气流脉动引起的管道振动，进一步分离压缩空气的水分和油分。

④干燥器

作用：进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。吸附式干燥器结构示意图1－空气源2－油水分离器3、6－电磁阀4、8－干燥剂筒5、9－固定节流过滤器7－消声器10－湿度显示器⑤过滤器一次过滤器结构图1-密孔网2-目细钢丝网3-焦炭4-硅胶等工作原理：

气流由A口进入筒内，在离心力的作用下分离出液滴，由C口排出，然后气体由下而上通过多片钢板/毛毡、硅胶、焦炭、滤网等过滤吸附材料，干燥清洁的空气从筒顶B口输出。

1.3气动三大（联）件

分水滤气器、减压阀、油雾器①分水过滤器

作用：除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。

原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性普通分水滤气器结构图1-复位弹簧2-保护罩3-水杯4-挡水板5-滤芯6-导流片7-卡圈8-锥形弹簧9-阀芯10-手动放水按钮②直动式减压阀溢流式减压阀③油雾器

特殊的注油装置。

原理：当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。普通油雾器的结构简图1-立杆2-截止阀3-储油杯4-吸油管5-单向阀6-节流针阀7-视油器8-油塞9-螺母

气动三联件气动三联件符号1.4.气动辅助元件

①消声器气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排气量和空气通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大，一般可达100～120dB，为了降低噪声在排气口要装设消声器。

气动元件使用的消声器一般有三种类型：

1）吸收型消声器

2）膨胀干涉型消声器

3）膨胀干涉吸收型消声器吸收型消声器结构简图

1-连接螺丝；2-消声罩

②管道连接件

管道（压缩气体通道）

硬管：钢管、铜管、铝管、PVC管等。

软管：塑料、尼龙、橡胶、金属编织塑料等。管接头

作用：连接输气管道。

要求：连接可靠，快捷，使用寿命长。

种类：焊接式、卡套式、卡箍式、扩口式、插入快换式焊接式管接头焊接式管接头是把相连管于的一端与管接头的接管2焊接在一起，通过螺母3将接管2与接头体1压紧。焊接管接头制造工艺简单，工作可靠，安装方便，对被联接的管道尺寸及表面精度要求不高。工作压力可达32MPa以上，是目前应用最广泛的一种形式。1.接头体；2.接管；3.螺母；4.O形圈；5.组合垫圈；A.焊接处扩口式管接头扩口式管接头适用于铜、铝管或薄壁钢管。接管2穿入导套4后扩成喇叭口(约74o～90o)。1.接头体；2.接管；3.螺母；4.导套卡套式管接头卡套式管接头由接头体1、卡套4和螺母3这三个基本零件组成。这种管接头轴向尺寸要求不严、拆装方便，不需焊接或扩口；但对管道的径向尺寸精度要求较高。采用冷拔无缝钢管。1.接头体；2.接管；3.螺母；4.卡套；5.组合垫圈③密封元件作用：防止传动介质泄漏（外泄和内泄）。要求：1.在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。2.密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。3.抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。4.结构简单，使用、维护方便，价格低廉

密封材料常用的液压系统密封材料有以下几种：

(1)丁腈橡胶。这是一种最常用的耐油橡胶,具有良好的弹性与耐磨性,工作温度一般为-20～100℃，有一定的强度，摩擦系数较大。

(2)聚氨酯。它的耐油性能比丁腈橡胶好，既具有高强度又具有高弹性。拉断强度比一般橡胶高。它有很好的耐磨性，目前被广泛用作动密封的密封材料，适应温度范围为-30～90℃。密封元件种类“O”型密封圈

O形密封圈一般用丁腈橡胶制成，其横截面呈圆形，它具有良好的密封性能。唇形密封圈唇形密封圈根据截面的形状可分为Y形、V形、U形、L形等。组合式密封装置

上述各种形状的密封圈和各种不同的密封材料均有其各自的优点。新近出现的组合密封结构就是基于利用其各自优点而制成的。例如，聚四氟乙烯是一种新型塑料材料，它的摩擦系数极低，耐磨性好，但是弹性差;而丁腈橡胶弹性很好。将两者结合起来，互相取长补短、构成新式的组合式密封.其它辅助元件温度计流量计压力表和真空表1.弹簧弯管;2.放大机构;3.指针;4.基座压力表开关常设的压力表应设压力表开关或限压器加以保护。最常见的压力表开关为KF型。旋转手轮3可打开或关闭压力表管路，也可适当调节手轮由针阀2调节管路开口，起到阻尼缓冲作用，使压力表指针动作平稳。1.压力表开关体;2.针阀;3.手轮;A.接压力表;B.接管路

四.气动执行元件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达（又称旋转气缸）。

1.普通气缸单作用气缸和双作用气缸

单活塞气缸和双活塞气缸

原理、输出速度及输出力、职能符号。双作用气缸原理（符号）双作用-----往复运动都由压力空气驱动双作用（单杆缸）结构图双作用（单杆）气缸实物单作用气缸

一个方向运动由气压驱动，反方向运动由其它动力（弹簧、重力等）驱动。双作用气缸活塞的双向运动均由气压驱动2.无活塞杆气缸气缸只有活塞杆，缸径范围25～63mm，行程最大10m。

3.膜片式气缸4.摆动气缸摆动气缸动作

5.叶片式气马达的工作原理及特性

叶片式气马达的工作原理与叶片式液压马达相似。特性曲线最大特点是具有软特性：当气压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载的变化而变化。叶片气马达三.真空元件

1.真空及真空度压力比大气压低的环境称之为真空。

真空的量化指标称之为真空度。

2.真空发生器1）原理：利用气体的高速流动来产生真空（负压）2）.真空发生器（元件1）

组合真空发生器（元件2）1一进气口2一真空口（输出口）3一排气口典型真空回路1.过滤器2.精密过滤器3.减压阀4.压力表5.电磁阀6.真空发生器7.消声器8.真空过滤器9.真空压力开关10.真空表11.吸盘12.工件3.真空发生器的主要性能指标1）耗气量2）真空度4.真空吸盘

真空吸盘是吸附、抓取物件的执行元件，通常由橡胶材料和金属骨架压制而成。1）真空吸盘结构2）真空吸盘的主要性能指标

真空吸盘的理论吸力

F=PZπD2／4

PZ---真空度（Pa）D---吸盘的有效直径（m）

F---理论吸力（N）

实际吸力：Fr=F／nn---安全系数（水平吸盘n=4、垂直吸盘n=8）

五

气动控制元件

1.压力控制阀减压阀—气动三大件之一，用于稳定用气压力。溢流阀—只作安全阀用。顺序阀—由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作。溢流阀结构及原理a）球阀式

b）膜片式

先导式溢流阀溢流式减压阀减压阀结构及原理单向顺序阀

2.流量控制阀用于控制执行元件运动速度。

节流阀

单向节流阀

排气节流阀节流阀和单向节流阀快速排气阀原理及结构a）膜叶式b）截止式c）消声排气式快速排气阀应用

3.方向控制阀

1.换向阀气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、差压控制）电磁控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀换向阀（Selector)

作用：控制执行元件的运动方向（通过控制液体的流动方向）滑阀式换向阀概述结构及工作原理滑阀主要由阀芯（阶梯轴）和阀体（阶梯孔）组成。阀芯在阀体内移动，阀芯与阀体之间的不同相对位置，就决定了气管的连接方式二位五通二位四通二位三通二位二通名称结构原理图图形符号三位五通三位四通滑阀的“位”和“通”：通---该阀外接管路的根数。位---阀芯与阀体的相对位置数（外接管路的连接种类数）。

阀芯移动的动力来源人力（手，脚），机动，电动（电磁铁），气动，电气动换向阀驱动方式及符号手动换向阀机动换向阀电磁换向阀三位五通电磁换向阀气动换向阀双电控直动式电磁换向阀a）1通电、2断电状态b）l断电、2通电状态先导式电磁换向阀(电气组合式）

图示为先导式单电控换向阀的工作原理图断电状态单电控（电气组合）换向阀通电状态它是利用直动式电磁阀输出的先导气压来操纵大型气控换向阀（主阀）换向的，该阀的电控部分又称电磁先导阀双电控电气换向阀1带电状态双电控电气换向阀2带点状态单向阀结构及工作原理a）锥形阀芯b）平面阀芯c）球形阀芯梭阀结构及原理

气动产品

六.气动基本回路

1.压力控制回路

1）.一次压力控制回路

电接触式压力表根据贮气罐压力控制空压机的起、停，一旦贮气罐压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。

2）.简单压力控制回路采用溢流式减压阀对气源实行定压控制。

高低压控制回路高低压切换回路

气源回路气源回路

换向回路

3.速度控制回路

4.安全保护回路

1）.双手操作回路只有同时按下两个手动换向阀，气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用。应用在冲床、锻压机床上。

2）.互锁回路

该回路利用梭阀1、2、3和换向阀4、5、6实现互锁，防止各缸活塞同时动作，保证只有一个活塞动作。

5.往复动作回路

单往复动作回路

按下手动阀，二位五通换向阀处于左位，气缸外伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，二位五通换至右位，气缸缩回，完成一次往复运动

连续往复动作回路

手动阀1换向，高压气体经阀3使阀2换向，气缸活塞杆外伸，阀3复位，活塞杆挡块压下行程阀4时，阀2换至左位，活塞杆缩回，阀4复位，当活塞杆缩回压下行程阀3时，阀2再次换向，如此循环往复

气动逻辑元件及回路

1.逻辑关系及解析式（逻辑自变量与逻辑函数关系）

基本关系及解析式

1）是s=a

（a=0s=0a=1s=1）

2）非s=ã（a=0s=1a=1s=0）

3）或s=a+b（相当于两个开关并联控制一个电器）a=0b=0s=0

a=0b=1s=1a=1b=0s=1

a=1b=1s=14）与s=a·b（相当于两个开关串联控制一个电器）a=0b=0s=0

a=0b=1s=0a=1b=0s=0

a=1b=1s=1

复合关系及解析式5）或非

6）与非

7）禁2.气动逻辑符号

是

非

或

与

或非

与非

禁3.气动逻辑元件（1）是（门元件）s=a

（2）与（门元件）s=a·b

（3）或（门元件）s=a+b

（4）非（门元件）s=ˉa

（5）禁（门元件）s=ˉab

（6）或非（门元件）s=a+bˉ

气动逻辑元件：与(双压阀）气动逻辑元件（是、与）气动逻辑元件（或）梭阀（或）气动逻辑元件（非、禁）气动逻辑元件（或非）逻辑函数计算公式

4.逻辑气动原理图5.逻辑代数运算及化简（1）运算规律

（2）化简

①真值表化简

积和式：对应于s=1的变量组，先取积式，再取这些积式之和。和积式

对于s=0的变量组，先取和式，再取这些和式之积。

②解析式化简

6.气动逻辑系统设计

（1）非时序逻辑系统设计非时序逻辑问题的特点是：输入变量取值是随机的，没有时间顺序。系统输出只与输入变量的组合有关，与输入变量取值的先后顺序无关。

设计步骤：分析问题——列真值表——写逻辑函数——化简逻辑函数——绘制逻辑原理图——绘控制回路图

公共汽车门用气动控制，司机和售票员各有一个气动开关控制汽车门，要求：为安全起见，司机和售票员都发出关门信号，门才关；车到站，一人发出开门信号，门就开。若汽车门用单作用缸驱动，控制阀用手动二位三通换向阀。试设计该气控回路。

设：司机和售票员的气动开关为a、b，开门信号记为“1”，关门信号为“0”，门开S记为“1”。

列真值表

abs000011101111

写逻辑函数并化简积和式S=ab+ab+ab=a+b绘逻辑原理图绘气动系统原理图abs

非时序逻辑系统设计举例二某生产自动线上要控制温度、压力、浓度三个参数，任意两个或两个以上达到上限，生产过程将发生事故，此时应自动报警。设计自动报警气控回路。设：温度、压力、浓度为三个输入的逻辑变量a、b、c。达到上限记“1”，低于下限记“0”，报警记s=1，不报警记s=0。列真值表

abcs00001000010000101101101101111111

写逻辑解析式并化简

S=ab+bc+ac=b（a+c）+ac

画逻辑原理图

画气动系统原理图

时序逻辑系统设计

1.时序逻辑系统概述

两个或两个以上汽缸动作及其信号1）动作程序:

［A1B1A0B0］［A1B1C1A0B0C0］［A1B1C0A0B0B1B0C1］等2）终端信号:

a1a0b1b0c1c0

3）执行信号:

A1※A0※B1※B0※

C1※C0※

程序动作、相位、信号

2.时序逻辑系统设计步骤

1）判定程序是否标准，如不标准加以修正。

2）作x-D线图，写出执行信号。

3）绘制逻辑原理图。

4）绘制气动系统原理图。

3.标准程序与非标准程序

1)标准程序与非标准程序的判定

A1B1A0B0a0a1a1a0a0

b0b0b1b1b00010110100

没有重复小项的为标准程序。

A1A0B1B0a0a1a0a0a0

b0b0b0b1b00010000100

有重复小项的为非标准程序

2）非标准程序的修正

练习：判断下列程序是否标准

[A1B1B0A0]

[A1B1C1B0A0B1C1B0]

[A1B1A0B0C1B1C0B0]

2）.非标准程序的修正

在[A1B1B0A0]程序中，a1b1控制A0

、B1，产生二义性。解决办法将程序校正，破坏二义性。具体办法是在重复小项中间插入记忆元件，将连接重复小项的区间全部切断。

插入元件的具体做法：

插入记忆元件后的程序[A1B1X1B0A0X0]

可以再校核一下，以证明修正后的程序是标准程序。

插入的记忆元件就是一个2位4通气动换向阀。

4.x-D线图的画法及障碍信号消除［A1B1A0B0］气动原理图

1)画动作线（D线）

动作线是指按程序动作从起点到终点的横线。动作线的起点用“Ο”表示，动作线的终点是在该动作的结束处，用“×”表示。

2)画信号线（X线）

信号线是指按程序顺序其信号从起点到终点的横线。信号线的起点是在该信号所控制动作的开始处开始，用“Ο”表示，信号线的终点是在产生该控制信号的动作的对立动作开始处结束，用“×”表示。

3)确定障碍信号

利用X—D线图确定障碍信号(信号线长于动作线部分为障碍信号，应予消除。用“逻辑与”的办法消除。

4)确定执行信号

按照上述方法将主控信号排除障碍信号后填入X-D线图“执行信号表达式”一栏。另外应考虑程序启动信号q共同成为第一个动作的执行信号。

应该注意的是，标准程序可以直接做X—D线图，并用“逻辑与”排除障碍；非标准程序则必须先进行程序的校核与校正，插入记忆元件后，才可以做X—D线图，并用“逻辑与”排除障碍

5.绘制气动控制系统逻辑原理图1）气动逻辑原理图的基本组成①逻辑控制回路主要是用“或”、“与”、“非”、“记忆”等逻辑符号来表示。

②行程发信装置主要是行程阀，也包括启动阀、复位阀等。在各个控制信号上加上小方框表示各种原始信号而画在小方框上方的符号表示阀的操纵方式.

③执行元件（如气缸）的操纵由主控阀的输出表示。主控阀常采用双气控阀，可以用逻辑元件中的记忆符号表示。①把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相连后，自上而下一个个画在图的右侧。

②把发信器（如行程阀）大致对应其所控制的执行元件，一个个画在图的左侧。

③在图上要反映出执行信号的逻辑表达式与逻辑符号之间的关系，并画出操作必须增加的阀（如启动阀）。2）气动逻辑原理图的画法

6.绘制气动控制系统回路原理图

气动控制系统回路原理图绘制时应注意以下几点：

1）.要根据具体情况选用气阀、逻辑元件来实现。

2）.回路原理图上行程阀等的供气及进出口连接位置，应按回路初始静止位置的状态连接。3）.控制回路的连接一般用虚线表示，对较复杂的气控系统为防止连线过乱，建议用细实线代替虚线。

4）.“与”、“或”、“非”、“记忆”等逻辑关系的连接。

5）.绘制回路原理图时，应在图上写明工作程序对操作要求的说明。

6）.气控回路绘制时，习惯将系统全部执行元件都水平或垂直排列，执行元件下面画出相应的主控阀及控制阀，行程阀直观地画在气缸的活塞杆伸出、缩回对应的位置上。

下图为程序[A1B1B0A0]的气动系统原理图

气控机械手模拟人手的部分动作，按预先给定的程序、轨迹和工艺要求实现自动抓取、搬运，完成工件的上料或卸料。为了完成这些动作，系统共有四个气缸，可在三个坐标内工作，其结构示意图如左