第2章 气压元件的基础知识电子课件 中职 气压与液压控制技术基础（第3版）

第2章气压元件的基础知识电子课件中职气压与液压控制技术基础（第3版）（高教版）第2章气压元件的基础知识电子课件中职气压与液压控制技术基础（第3版）（高教版）第2章气压元件的基础知识学习目标1.了解气压传动的工作原理和组成2.了解气源系统的组成3.掌握空气压缩机的工作原理、图形符号及功能4.熟悉气源系统的净化装置5.熟悉气动执行元件的工作原理、图形符号及功能2.1气压传动概述第2章气压元件的基础知识2.2气源设备2.3气源其他辅助元件2.4气缸与气压马达2.5操作训练2.1气压传动概述一.气动剪切机的工作2.1气压传动概述二.气动传动系统的组成名称功能气源装置空气压缩机将原动机供给的机械能转换为气体的压力能，为各类气动设备提供动力执行元件气缸、气压马达将气体的压力能转变为机械能，输出到工作机构上控制元件单向阀、换向阀、减压阀、顺序阀、安全阀、排气节流阀等用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向以及执行元件的工作顺序，使执行元件完成预定的运动规律辅助元件油雾器、消声器、转换器使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需的装置工作介质压缩空气传递能量的载体由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气贮存系统三个主要部分组成。2.2气源设备(一)分类一、空气压缩机1.空气压缩机是气压发生装置。空气压缩机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。2.按工作原理分类：可分为容积式空气压缩机和速度式空气压缩机。容积式空气压缩机的工作原理是压缩空气压缩机中气体的体积，使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度式空气压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。3.空气压缩机分为往复式与回转式两大类。往复式可细分为活塞式与膜片式，回转式可细分为叶片式与螺杆式。

4.按空气压缩机输出压力大小分类低压空气压缩机0．2～1．0MPa中压空气压缩机1．0～10MPa高压空气压缩机10～100MPa超高压空气压缩机＞100MPa5.按空气压缩机输出流量(排量)分类微型＜1m3／Min小型1～10m3／Min中型10～100m3／Min大型＞100m3／Min(一)分类一、空气压缩机(二)空气压缩机的工作原理1.活塞式空气压缩机(1)单级活塞式如图为单级活塞式空气压缩机.它通常用于需要（0.3-0.7）Mpa压力范围的系统。在单级压缩机中，若空气压力超0.6Mpa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时，应采取多级压缩。多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。故工业上常用多级空气压缩机.(2)二级活塞式

由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。如果最终压力为0.7Mpa，第一级通常将它压缩到0.3Mpa，然后经过中间冷却器被冷却，压缩空气通过中间冷却器后温度大大下降，再输送到第二级气缸中压缩到0.7Mpa。因此，相对于单级压缩机提高了效率。最后输出温度可控制在120度左右。2.叶片式空气压缩机

如图为叶片式空气压缩机。在转子的每—次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小.通常情况下，叶片式空气压缩机需采用润滑油对叶片、转子和机体内部进行润滑、冷却和密封，所以排出的压缩空气中含有大量的油份。因此在排气口需要安装油气分离器和冷却器，以便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。3.螺杆式空气压缩机螺杆式压缩机，由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆，油分离器将油与输出空气分开。和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气。虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐，但过去工业上最普遍使用的仍然是往复式压缩机4.离心式压缩机

空气从其中心进入，叶片高速旋转时将气体加速，气体沿径向离开中心点直到涡形内壁，再沿内壁流动直到从出口排出。由于空气流速降低，压力得以升高。

离心式压缩机输出压力不高，故多采用多级式离心压缩机。当气体离开第一级叶片后再被送入第二级叶片的中心，依此类推，直至完成多级压缩。离心式压缩机在高速回转时易产生噪音，必须注意隔音措施。一般常用于冶炼、采矿、化学工业等。 5.轴流式压缩机

叶轮高速回转，高速流动的空气沿着转轴轴线方向流动以获得一定的压力。轴流式压缩机主要由一个略呈圆锥形的转子、与转子形状相配合的机体及两者间的许多小叶片组合而成。在转子圆周上装有许多排列整齐的小叶片，随转子回转，在机体内壁与轴垂直的多个圆周上也装有许多排列整齐的小叶片，与转子上的小叶片交互相隔。轴流式压缩机可输出大量的压缩空气。但高速运转时噪音大。一般常用在矿场、碎石场及喷射引擎等机器需高排量设备上。

(三)空气压缩机的选用1.根据气动系统所需要的工作压力确定空气压缩机的输出压力Pc。

P为气动系统的工作压力（Mpa），是系统中各个气动执行元件工作的最高工作压力。

为气动系统总的压力损失，除了考虑管路的沿程阻力损失和局部阻力损失外，还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所必需的最低输入压力，以及气动元件工作时的压降损失。

2.根据气动系统所需要的流量确定空气压缩机的供气量Qc。包括：目前气动系统中各设备所需的耗气量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数（如避免空气压缩机在全负荷下不停地运转、气动元件和管接头的漏损及各种气动设备是否同时连续使用等）Q为气动系统的最大耗气量（m3／Min）；K为修正系数。一般可取=1.3～1.5。3.按空气压缩机的特性要求，选择空气压缩机的类型和型号。(四)空气压缩机的使用注意事项1.空气压缩机的安装位置。空气压缩机的安装地点必须清洁，无粉尘、通风好、湿度小、温度低且要留有维护保养空间，所以一般要安装在专用机房内。2.噪音。空气压缩机一运转即产生噪音。必须考虑噪音的防治，如设置隔声罩、设置消声器、选择噪音较低的空气压缩机等。一般而言，螺杆式空压机的噪音较小。3.使用专用润滑油并定期更换，启动前应检查润滑油位，并用手拉动传动带使机轴转动几圈，以保证启动时的润滑。启动前和停车后，都应及时排除空气压缩机气罐中水分。二、气源净化装置由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定压力和流量的要求，但还不能被气动装置使用。压缩机从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度高达140°C~170°C，这时压缩机气缸里的润滑油也部分地成为气态。这些油分、水分以及灰尘便形成混合的胶体微雾及杂质，混合在压缩空气中一同排出。这些杂质若进入气动系统，会造成管路堵塞和锈浊，加速元件磨损，泄露增加，缩短使用寿命。水汽和油汽还会使气动元件的膜片和橡胶密封件老化和失效。因此必须设置气源净化处理装置，提高压缩空气的质量。净化装置一般包括：后冷却器、油水分离器、干燥器、空气过滤器、贮气罐等。1.后冷却器(1)作用:空气压缩机输出的压缩空气温度高达120～1800C在此温度下，空气中的水分完全呈气态。后冷却器的作用就是将空气压缩机出口的高温压缩空气冷却到400C，并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，便对将其清除。(2)类型:风冷式1.后冷却器2）水冷式2.油水分离器(1)作用:油水分离器安装在后冷却器之后的管道上，其作用是分离并排除压缩空气中所含的水分、油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。

(2)类型3.干燥器

(1)作用:

进一步除去压缩空气中含有的水蒸气

(2)方法:冷冻法、吸附法冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出空气中的多余水分，从而达到所需要的干燥程度。吸附法的除水效果较好，它是利用硅胶、活性氧化铝、焦炭或分子筛等具有吸附性能的干燥剂来吸附压缩空气中的水分以达到干燥的目的。。

(1)储气罐的作用：1）使压缩空气供气平稳，减少压力脉动。2）作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。4）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。

4.贮气罐(2)安装1)直立式(如图所示)2)平放式5.空气过滤器(1)作用(2)工作原理压缩空气从入口进入过滤器内部后，因导流板1（旋风叶片）的导向，产生了强烈的旋转，在离心力作用下，压缩空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯4的内表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出，进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。挡水板的作用是防止已积存在滤杯中的冷凝水再混入气流中。定期打开排水阀6，放掉积存的油、水和杂质.1.自动排水器(1)作用自动排水器用来自动排出管道、气罐、过滤器滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应用、靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，而且有些场合也不便于人工操作，因此自动排污装置得到广泛应用。自动排水器可作为单独的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置安装在过滤器等元件的壳体内（底部）。(2)安装三、气源系统中的其他必备元件2.减压阀和压力计

所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，而在各种气动系统中，皆可出现或多或少的压力波动。气动与液压传动不同，一个气源系统输出的压缩空气通常可供多台气动装置使用。气源系统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。如果压力过高，将造成能量的损失并增加损耗；过低的压力则出力不足，造成不良效率。例如空气压缩机的开启与关闭所产生的压力波动对系统的功能会产生不良影响。因此每台气动装置的供气压力都需要用减压阀减压，并保持稳定。对于低压控制系统(如气动测量)，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供气压力。(1)直动式减压阀减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。直动式是借助弹簧力直接操纵的调压方式

先导式减压阀是使用预先调整好压力的空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀部分的结构与直动式减压阀相同。先导式减压阀的调压空气一般是由小型的直动式减压阀供给的。若将这个小型直动式减压阀与主阀合成一体，则称为内部先导式减压阀。若将它与主阀分离，则称为外部先导式减压阀，它可以实现远距离控制。

(2)先导式减压阀３．安全阀安全阀用以防止系统内压力超过最大允许压力以保护回路或气压设备的安全。安全阀也有直动式和先导式两种，其工作原理与减压阀相似。

４.单向阀(1)作用(2)工作原理2.3气源其他辅助元件1.油雾器(1)作用:将润滑油雾化并注入空气流中，随着压缩空气流入需要润滑的部位，达到润滑的目的。(2)工作原理(3)使用注意事项油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以和空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组成气源调节装置（通常称之为气动三联件），使之具有过滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为空气过滤器一减压阀一油雾器，不能颠倒，安装时气源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于5m。气动三联件的工作原理图、外形图及图形符号如下图所示。气动三联件2.消声器

(1)作用:降低排气噪音(2)工作原理消声器通过阻尼和增大排气面积来降低排气的速度和压力以降低噪音。

3.气源设备的配置图2.4气缸与气压马达在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件被称为气动执行元件。可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称为气缸；可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为气马达。2.4.1气缸分类功能按活塞的形式活塞式最普通的气缸形式，可分为单动，双动，差动形式柱塞式杆精加工，缸壁不需精加工，一般只能单向运动膜片式膜片变形驱动活塞杆移动按活塞杆的形式单杆活塞的单侧有活塞杆双杆活塞的两侧都有活塞杆按有无缓冲装置无缓冲没有缓冲装置单侧缓冲单侧装缓冲装置双侧缓冲两侧装有缓冲装置一、气缸的分类二、典型气缸的结构特点及工作原理1.单作用气缸

单作用气缸是指压缩空气在气缸的一端进气推动活塞运动，而活塞的返回则借助其他外力，如重力、弹簧力。(1)活塞式气缸结构如右图所示(2)膜片式气缸气缸利用膜片的变形使活塞杆前进，活塞杆的位移较小。2.双作用气缸

(1)单活塞杆双作用气缸2.双作用气缸3.其他常用气缸(1)气液阻尼缸1)结构气液阻尼缸由气缸和液压缸组合而成，它以压缩空气为动力，利用油液的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。2)特点与普通气缸相比，它传动平稳，定位精确、噪音小；与液压缸相比，它不需要液压源，经济性好。由于同时具有气缸和液压缸的优点，因此得到了越来越广泛的应用。⑵摆动式气缸摆动气缸是将压缩空气的压力能转变为气缸输出轴的有限回转机械能的一种气缸。

叶片式摆动气缸可分为单叶片式和双叶片式和多叶片式。叶片越多，摆动角度越小，但扭矩却要增大。单叶片型输出摆动角度小于3600，双叶片型输出摆动角度小于1800.⑶冲击气缸

冲击气缸是一种较新型的气动执行元件，能把压缩空气的压力能转换为活塞、活塞杆的高速运动，输出动能，产生较大的冲击力。4.标准化气缸(1)标准化气缸的主要参数①气缸的缸筒内径D（简称缸径）

②活塞行程L(2)标准化气缸的标记和系列①标记QGA(B、C、D、H)缸径×行程②系列5.气缸的缓冲方式和缓冲原理缓冲方式缓冲原理适合气缸无缓冲无微型缸、小型单作用气缸和中小型薄型缸垫缓冲在活塞两侧设置聚氨酯橡胶垫吸收动能缸速不大于750mm/s的中小型气缸和缸速不大于1000mm/s的单作用气缸气缓冲将活塞运动的动能转换成封闭气室内的压力能缸速V≤500mm/s大中型气缸和V≤1000mm/s的中小型气缸设置液压缓冲器将活塞运动的动能传递给液压缓冲器，转换成热能和油液的弹性能缸速V>1000mm/S的气缸和缸速不大的高精度气缸。6.气缸的维护(1)要使用清洁干燥的压缩空气.空气中不得含有机溶剂的合成油、盐分、腐蚀性气体等，以防缸、阀动作不良。(2)给油润滑气缸,应配置流量合适的油雾器；不给油润滑气缸，因缸内预加了润滑脂，可以长期使用。(3)缸筒和活塞杆的滑动部位不得受损伤，以防止气缸动作不良，损坏活塞杆密封圈等造成漏气。(4)缓冲阀处应流出适当的维护调整空间，磁性开关等应留出适当的安装调整空间。(5)气缸若长期放置不用，应一个月动作一次，并涂油保护以防锈。(6)气缸用于工作频繁、振动大的场合，安装螺钉和各个连接部位要采用防松措施。2.4.2气压马达气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩、驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和齿轮式气马达1.气压马达的分类(1)叶片式气压马达压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部(图中未表示)，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，大部分压缩空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功后的气体由定子上的孔c和B排出。若改变压缩空气的输入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。

(2)齿轮式气压马达

齿轮式气马达有双齿轮式和多齿轮式，而以双齿轮式应用得最多。齿轮可采用直齿、斜齿和人字齿。图示为齿轮式气马达结构原理。这种气马达的工作室由一对齿轮构成，压缩空气由对称中心处输入，齿轮在压力的作用下回转。采用直齿轮的气马达可以正反转动，采用人字齿轮或斜齿轮的气马达则不能反转

(3)活塞式气压马达

活塞式气压马达一般用在中、大容量及需要低速回转的地方，起动扭矩较好

(4)涡轮式气压马达

涡轮式气压马达一般用于高速低扭矩的场合，其速度可达2000~4000rpm。牙医使用的气钻，其转速可达15000rpm。

2.气压马达的特点1、具有过载保护作用。过载时马达降低转速或停止，过载解除后即可重新正常运转。2、可以实现无级调速。通过调节节流阀的开度来控制调节压缩空气的流量，就能控制调节马达的转速。