气动与液压技术中职PPT完整全套教学课件

气动与液压技术全套可编辑PPT课件目录CONTENTS01项目一气源装置的应用气动与液压技术02项目二气动执行元件的应用03项目三气动控制元件的应用与回路设计04项目四气动系统分析与维护05项目五液压传动系统输出力的确定目录CONTENTS06项目六液压动力元件与执行元件的认识07项目七液压控制元件的应用与基本回路设计08项目八液压传动系统的分析与维护09附录常用流体传动系统与元件图形符号气动与液压技术气源装置的应用气动与液压技术项目一项目一气源装置的应用

学习目标1.了解气压传动的应用与发展。2.掌握气压传动系统的基本组成。3.掌握空气压缩机的工作原理。4.理解气源装置的系统构成以及工作原理和特点。5.掌握各气动辅助元件的作用。任务一认识气压传动任务二气源装置的组建项目一气源装置的应用认识气压传动一、项目一气源装置的应用一般来讲，机器是由原动机、传动装置和工作机构三部分组成的。其中传动装置最常见的类型有机械传动、电气传动、电子传动和流体传动。流体传动是以受压的流体作为工作介质对能量进行转换、传递、控制和分配的，它可以分为气压传动、液压传动和液力传动。气压传动的工作原理是利用空气压缩机把电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或者回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。近年来随着气动技术的飞速发展，气压传动在工业中得到了越来越广泛的应用，已成为当今工业科技的重要组成部分。本任务以工厂里常用的气动剪切机为例进行阐述，使读者对气压传动有初步的认识和理解。任务一认识气压传动任务引入根据国家标准《流体传动系统及元件图形符号和回路图第1部分：图形符号》（GB/T786.1-2021），把常用气压控制元件图形符号摘录于本教材附录中。下面以气动剪切机为例，介绍气动系统是如何进行能量与信号的传递、实现自动控制的。图所示为气动剪切机的气压传动系统，图示位置为剪切前的情况。任务一认识气压传动任务分析气动剪切机的气压传动系统工作过程：空气压缩机9产生的压缩空气—后冷却器8—油水分离器7、储气罐6—空气过滤器5—减压阀4—油雾器3—气控换向阀10，部分气体经节流通路进入气控换向阀10的下腔，使上腔弹簧压缩，气控换向阀10阀芯位于上端；大部分压缩空气经气控换向阀10后进入气缸11的上腔，而气缸的下腔经气控换向阀与大气相通，故气缸活塞处于最下端位置。任务一认识气压传动任务分析1—工料；2—行程阀；3—油雾器；4—减压阀；5—空气过滤器；6—储气罐；7—油水分离器；8—后冷却器；9—空气压缩机；10—气控换向阀；11—气缸。当上料装置把工料1送入剪切机并到达规定位置时，工料压下行程阀2，此时气控换向阀10阀芯下腔压缩空气经行程阀2排入大气，在弹簧的推动下，气控换向阀10阀芯向下运动至下端；压缩空气则经气控换向阀10后进入气缸的下腔，上腔经气控换向阀10与大气相通，气缸活塞向上运动，带动剪刀上行剪断工料。工料剪下后，即与行程阀2脱开。行程阀2阀芯在弹簧的作用下复位、出路堵死。气控换向阀10阀芯上移，气缸活塞向下运动，恢复到剪断前的状态。任务一认识气压传动任务分析1—工料；2—行程阀；3—油雾器；4—减压阀；5—空气过滤器；6—储气罐；7—油水分离器；8—后冷却器；9—空气压缩机；10—气控换向阀；11—气缸。1．气动技术的应用范围1776年，气动技术的应用真正开始。这时，约翰·威尔金森（JohnWilkinson）发明了能产生一个大气压左右的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动制动装置，将它成功应用到火车的制动上。20世纪30年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。20世纪70年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术广泛应用于生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。近几十年，我国气动技术得到了快速的发展，它不仅用于做功，而且发展到用于检测和数据处理，广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个领域。一、气动技术的应用与发展知识链接一、气动技术的应用与发展知识链接气动技术在各方面的应用近年来，随着气动技术的飞速发展，气压传动在工业中得到了越来越广泛的应用，已成为当今工业科技的重要组成部分。2．气动技术的发展趋势（1）高质量：采用新材料和新工艺制造的电磁阀的寿命可达3000万次以上，气缸的寿命可达5000km。（2）高精度：定位精度达0.1mm，过滤精度可达0.01μm。（3）高速度：小型电磁阀的换向频率可达数十赫兹，气缸最大速度可达3m/s。（4）低功耗：电磁阀的功耗可降至0.1W。（5）小型化：元件制成超薄、超短、超小型。（6）轻量化：元件采用铝合金及塑料等新型材料制造，强度不变，质量大幅度减小。（7）集成化：减少配线、配管和元件，节省空间，简化拆装，提高工作效率。一、气动技术的应用与发展知识链接根据气动元件和装置的不同功能，一个完整的气压传动系统可以分为以下四个组成部分。二、气动系统的组成知识链接气压传动系统控制元件气源装置执行元件辅助元件二、气动系统的组成知识链接气源装置气压传动系统气源装置是获取压缩空气的设备，如空气压缩机和储气罐等。执行元件执行元件驱动工作机构做直线运动或旋转运动，主要为气缸和气动马达。控制元件控制元件控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证系统各执行机构具有一定的输出动力和速度，包括压力阀、流量阀、方向阀、真空压力开关等。辅助元件辅助元件用于清除压缩空气中的水分、灰尘和油污，解决元件内部润滑、排气噪声、信号转换与显示等问题，如油水分离器、油雾器、消声器、压力开关、管接头及连接管、气动显示器、气动传感器等。知识链接气压传动系统的组成二、气动系统的组成知识链接三、气压传动的特点1．气压传动的主要优点（1）工作介质是空气，用后直接排入大气，不会污染环境，成本低。（2）气动元件结构简单，制造容易，价格便宜。（3）系统反应快速，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。（4）环境适应性好，具有防火、防爆、耐潮湿的性能，能适应各种条件恶劣的场合。（5）空气黏度小，在管路中流动时压力损失小，有利于集中供气和远距离输送。（6）空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载自动保护，也便于储气罐储存能量。（7）系统可实现无级调速。知识链接三、气压传动的特点2．气压传动的主要缺点（1）空气具有压缩性，因此气缸的动作速度易受负载的影响，平稳性不好。（2）工作压力低，不易获得很大的输出力。（3）系统在工作时存在较大的排气噪声，必须通过消声器来降低。（4）气压信号传递速度比光电信号慢，不适用于对信号传递速度要求高的场合。（5）系统不容易实现精确的位置和速度控制。压缩空气是气压传动的主要工作介质，有必要对其特性加以了解。空气来源于大气，其成分、性能、主要参数等直接影响气动系统的工作情况。1．空气的成分空气是由多种气体混合而成的，主要成分是氮气和氧气，其次是氩气和少量的二氧化碳及其他气体，此外还含有一定量的水蒸气及尘土等细小固体。空气中氮气所占比例最大，其化学性质不活跃，具有稳定性，不会自燃，因此以压缩空气作为工作介质可以用在易燃、易爆的场所。一、空气的特性知识延伸2．空气的湿度空气中含有水分的多少对气动系统的稳定性有直接的影响，因此气动元件对空气含水量有明确的规定，并且要采取一些措施防止水分的带入。空气中水蒸气的含量通常以湿度来表示，表示方法有绝对湿度和相对湿度。一、空气的特性知识延伸绝对湿度相对湿度一、空气的特性知识延伸1）绝对湿度绝对湿度：在标准状态下，单位体积的湿空气中所含水蒸气的质量。空气中水蒸气的含量是有极限的。在一定温度和压力下，空气中水蒸气含量达到最大可能时，称为饱和湿空气。将饱和湿空气所处的状态称为饱和状态，又衍生出饱和绝对湿度的概念。饱和绝对湿度：在一定温度下，单位体积饱和湿空气所含水蒸气的质量。压力小于2MPa的饱和湿空气中水蒸气的密度与压力大小无关，只取决于温度。一、空气的特性知识延伸2）相对湿度相对湿度：在某温度和压力下，湿空气的绝对湿度与饱和绝对湿度之比。湿空气饱和时，饱和空气吸收水蒸气的能力为零，此时的温度为露点温度，简称露点。温度降至露点温度以下，湿空气中便有水滴析出。气动技术规定，工作介质的相对湿度不得大于90%，并且相对湿度越低越好。一、空气的特性知识延伸绝对压力、表压力、真空度的关系如图所示。由图可知：绝对压力、表压力、真空度的关系表压力=绝对压力-当地大气压力真空度=当地大气压力-绝对压力在工程计算中，常将当地大气压力用标准大气压力代替。3）气体的压缩性一定质量的静止气体在压力变化时，其体积随之改变的性质称为气体的压缩性。气体的压缩性远远大于液体的压缩性。压力为0.2MPa的气体，当温度不变而压力增加0.1MPa时，空气的体积减小1/2，相同条件下液压油的体积只变化1/20000。因此，气体比液体容易压缩，有利于储存，但是不利于执行元件的平稳运动和低速运动。一、空气的特性知识延伸4）黏性流体具有的抗拒流动的性质称为流体的黏性。气体的黏性是导致气体在流动时产生能量损失的直接原因，但气体的黏性比液体小得多，因此气动系统能够进行更远距离的传动。一、空气的特性知识延伸1．气体的流速气体在系统中有时是以声速甚至超声速流过元件的，故而有时把声速作为计算气体流速的基准。通常用符号a表示声速。在0℃时，空气中的声速a=311m/s。随着空气温度上升，声速也增大。压缩空气以声速流动的过程可以看作与外部没有热量交换的流动过程。将气流速度与声速之比称为马赫数，用符号Ma表示，即二、气体流动的规律知识延伸Ma=u/au为气流的平均速度知识延伸当u<a时，Ma<1，为亚声速流动；当u>a时，Ma>1，为超声速流动；当u=a时，Ma=1，为临界状态。由于气体的可压缩性，当压缩气体流经变截面管道时，压力会发生变化，并导致气流速度发生变化，如图所示。缩放管原理图二、气体流动的规律知识延伸（1）当气流速度低于声速（Ma<1）时，即气流以亚声速流动时，若沿气流方向管道截面面积逐渐增加，则气流速度逐渐减小而压力逐渐增大。（2）当气流速度高于声速（Ma>1）时，即气流以超声速流动时，若沿气流方向管道截面面积逐渐增加，则气流速度也增加。反之，若管道截面面积逐渐减小，则气流速度也减小。（3）气流速度等于声速（Ma=1）的情况常发生在缩放管的最小截面上，是一种临界状态。要使气流达到超声速流动，管道的截面形状必须先收缩后扩张。先收缩是为了使低于声速的气流加速，当气流速度达到声速后，管道截面逐渐扩张，使气流进一步加速得到超声速流动。二、气体流动的规律2．气体在管道中流动时的压力损失由于气体的可压缩性、黏性，加上管道内壁的表面粗糙度以及管道截面形状等因素的影响，一定的压力能损失掉了。系统的总压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。知识延伸沿程压力损失二、气体流动的规律局部压力损失知识链接沿程压力损失系统的总压力损失沿程压力损失指气体在等径直管中流动时由于摩擦阻力的作用而产生的压力损失。二、气体流动的规律气体的流速、黏性越大，管路的长度越长，沿程压力损失越大；管路内径越大，沿程压力损失越小。局部压力损失局部压力损失指气体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口时，气流的方向和大小发生剧烈变化，产生撞击、旋涡等现象，从而造成的能量损失。3．气阻与气容1）气阻气流通过管道及各种元件时都会受到阻碍作用，产生压降。工程上用气流通过某元件时的压力差与流量之比来表示该元件的气阻，用符号R表示，即知识延伸二、气体流动的规律R=Δp/QvR为气阻（Ns/m5）；Δp为气阻前后的压力差（Pa）；Qv为通过的气体体积流量（m3/s）2）气容气动系统中储存或放出气体的空间为气容。管道、气缸、气罐等都是气容。气容在气动系统的设计、安装、调试及维修中起着重要的作用。如为了提高气压信号的传输速度，提高系统的工作频率和运行的可靠性，应限制管道气容，消除气缸等执行元件气容对控制系统的影响；为了达到延时、缓冲等目的，应在一定的部位设置适当的气容。尤其在调试及维修中，不适当的气容往往会造成系统工作不正常。知识延伸二、气体流动的规律4．气体的高速流动及噪声气动系统中气缸、气阀的高速排气会使气体高速流动，排气口处的气体急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱与排气速度、排气量和排气通道的形状有关。排气的速度和功率越大，噪声也就越大。知识延伸二、气体流动的规律任务一认识气压传动任务实施气源装置的组建二、项目一气源装置的应用通过冬日里玻璃窗上的水珠和使用后脏污的空调滤网，我们清楚地知道空气中存在水蒸气和灰尘，而未经处理的压缩空气会导致气动元件生锈或卡阻，致使机械动作失灵。那么，如何准备干净的气源作为动力源提供给气动系统呢？气源装置是用于产生、处理和储存压缩空气的设备，给气动系统提供清洁、干燥且具有一定压力和流量的压缩空气，其主体部分是空气压缩机。但经空气压缩机输出的空气常含有灰尘、水蒸气及油分等各种杂质成分，不能直接为设备所用，因此气源装置中还应包括净化装置。气动辅助元件具有提高系统元件连接可靠性、延长使用寿命以及改善工作环境等功能。本任务主要讲解气源装置各组成部分的作用和原理，通过对相关知识的介绍，使读者具备组建气源装置的能力。任务二气源装置的组建任务引入通过电动机驱动的空气压缩机，将大气压力状态下的空气压缩到较高的压力状态，输送到气动系统。压力开关根据压力的大小来控制电动机的启动和停止。任务分析气源装置的组成任务二气源装置的组建当小气罐内压力上升到调定的最高压力时，压力开关发出信号让电动机停止工作；当小气罐内压力降至调定的最低压力时，压力开关又发出信号让电动机重新工作。当小气罐内压力超过允许限度时，安全阀自动打开向外排气，以保证空气压缩机的安全。当大气罐内压力超过允许限度时，安全阀自动打开向外排气，以保证大气罐的安全。单向阀在空气压缩机不工作时，用于阻止压缩空气反向流动。后冷却器通过降低压缩空气的温度，将水蒸气及污油雾冷凝成液态水滴和油滴。油水分离器用于进一步将压缩空气中的水、油等污染物分离出来。在后冷却器、油水分离器、空气压缩机和气罐等的最低处，都需设手动或自动排水器，以便于排除各处冷凝的液态油、水等污染物。任务分析任务二气源装置的组建1．空气压缩机的作用空气压缩机简称空压机，是气源装置的核心，是气动系统的动力源，是将原动机的机械能转换为气体压力能的装置，为气动设备提供符合要求的压缩空气。2．空气压缩机的类型空气压缩机的种类很多，按照工作原理主要可分为容积型和速度型两类。一、空气压缩机知识链接知识链接容积型空气压缩机容积型空压机依靠变化的工作容积来压缩空气。速度型一、空气压缩机速度型空压机利用高速气流突然受阻而停滞，将动能转换为压力能来工作。容积型空压机分为活塞式、叶片式和膜片式等。速度型空压机分为离心式和轴流式等知识链接空压机及对应铭牌图所示为实验室中常用的空压机，其属于活塞式空压机。一、空气压缩机知识链接3．空气压缩机的工作原理应用最广泛的是活塞式空压机，其通过曲柄连杆机构使活塞往复运动而实现吸气、压气，并达到提高气体压力的目的。活塞式空压机分为单级式和多级式。单级活塞式空压机常用于0.3～0.7MPa压力的气动系统，其工作原理如图（a）所示，其图形符号如图（b）所示。活塞向右运动时，左腔容积增加，压力下降，而当压力低于大气压（Pa）时，吸气阀被打开，气体进入气缸内，此为吸气过程。当活塞向左运动时，吸气阀关闭，缸内气体被压缩，压力升高，此过程即为压缩过程。当缸内气体压力高于排气管道内的压力时，顶开排气阀，压缩空气被排入排气管内，此过程为排气过程。至此，完成一个工作循环。电动机带动曲柄做回转运动，通过连杆、滑块、活塞杆，推动活塞做往复运动，空气压缩机就连续输出高压气体。一、空气压缩机知识链接单级活塞式空压机一、空气压缩机知识链接当单级活塞式空压机的供气压力超过0.6MPa时，产生的大量热量将大大降低空压机的效率，因此常采用二级活塞式空压机，如图所示。若最终压力为0.7MPa，通常第一级活塞将空气压缩到0.3MPa，第二级活塞将空气压缩到0.7MPa。为了提高工作效率，空压机设置了中间冷却器，用来降低第二级活塞的进口空气温度。一、空气压缩机二级活塞式空压机知识链接4．空气压缩机的使用注意事项空压机使用时应注意以下几个方面：（1）必须使用厂家指定的不易氧化和不易变质的空压机油，并定期更换。（2）空压机必须安装在周围空气清洁、粉尘少、湿度小的地方，根据实际情况，采用隔音箱或隔音室降低噪声，以符合现场环境的噪声要求。（3）空压机启动前，应检查润滑油位是否正常，用手拉动传动带使活塞往复运动1～2次；启动前和停车后，应将小气罐中的冷凝水排除；定期检查过滤器的堵塞情况并及时处理。一、空气压缩机知识链接二、气源净化装置1后冷却器常用的气源净化装置2油水分离器3储气罐4干燥器5空气过滤器知识链接1．后冷却器1）后冷却器的作用后冷却器安装在空压机出口管道上，对空压机产生的压缩空气进行冷却降温处理。空压机的排气温度通常为70～180℃，且含有大量的水蒸气和油雾，经过后冷却器，可以使压缩空气的温度降至40～50℃，使其中的大部分水分和油雾冷凝析出，以便去除，避免对气动元件造成不良影响。二、气源净化装置知识链接2）后冷却器的类型和工作原理后冷却器的结构形式有蛇形管式、列管式、散热片式、管套式。按冷却方式不同，后冷却器又可分为风冷式和水冷式两种。二、气源净化装置蛇形水冷式后冷却器知识链接水冷式后冷却器的散热面积大，热交换均匀，分水效率高，常用于中型和大型空压机，适用于进口压缩空气温度低于200℃、空气处理量大、湿度大、粉尘多的场合。蛇形水冷式后冷却器工作原理图如图（a）所示，图形符号如图（b）所示。热空气在蛇形管内流动，冷却水在管外的水套中流动，冷却水与热空气反方向流动，可以提高冷却效率。降温后的压缩空气温度一般比冷却水的温度高10℃。二、气源净化装置蛇形水冷式后冷却器知识链接3）后冷却器的使用注意事项后冷却器使用时应注意以下几个方面：（1）应安装在容易维修和保养的位置，离墙体或其他设备至少5～20cm。（2）应设置断水报警装置，及时发出冷却故障信号。（3）为避免污染物降低冷却效能或者冷却管道被腐蚀，应在冷却水的进口处设置过滤器。（4）要定期排放冷凝水。（5）后冷却器都应安装在空气压缩机出口处的管道上。二、气源净化装置知识链接2．油水分离器1）油水分离器的作用油水分离器安装在后冷却器的出气管路上，作用是将冷却的压缩空气中的水分、油分和灰尘等杂质分离出来，初步净化压缩空气。二、气源净化装置知识链接2）油水分离器的类型和工作原理油水分离器的结构形式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式及以上形式的组合等。油水分离器主要利用回转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。二、气源净化装置撞击折回式油水分离器知识链接撞击折回式油水分离器应用较多，其工作原理图如图（a）所示，压缩空气由进气管进入油水分离器，气流受到隔板的阻挡转折向下，然后上升，产生环形回转。气流在回转过程中，压缩空气中凝结的水滴、油滴等杂质受到离心力和惯性的作用被“甩”出来，沉降于壳体底部，通过下部的油水排放口自动或手动排出。其图形符号如图（b）所示。二、气源净化装置撞击折回式油水分离器知识链接3．储气罐储气罐也称气罐。1）储气罐的作用（1）储存一定数量的压缩空气，当出现意外情况时，可做短时应急使用。（2）消除空气压缩机断续排气导致的系统压力波动，保证输出气流的连续性和平稳性。（3）进一步分离压缩空气中的水、油和杂质。二、气源净化装置知识链接2）储气罐的结构储气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，通常立式居多，如图（a）所示。立式储气罐的高度为其直径的2～3倍，同时应使进气管在下，出气管在上，并尽可能加大两气管之间的距离，以利于分离空气中的水和油。储气罐应配置安全阀、压力表、排水阀和检查孔等。其图形符号如图（b）所示。二、气源净化装置立式储气罐知识链接3）储气罐的使用注意事项（1）储气罐属于压力容器，应遵守压力容器的有关规定，必须有合格证。（2）最低处应设排水阀，每天排水一次。（3）储气罐上必须装有安全阀、压力表，安全阀的设定压力比正常工作的最高压力高10%，且安全阀与储气罐之间不得再装其他阀。二、气源净化装置知识链接4．干燥器1）干燥器的作用压缩空气经后冷却器、油水分离器、储气罐、主管过滤器得到初步净化后，仍含有一定量的水蒸气。气动回路在充、排气过程中，元件内部存在气体高速流动处或气流发生绝热膨胀处，温度要下降，空气中的水蒸气就会冷凝成水滴，这会对气动元件的工作产生不利的影响。对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等，必须进一步清除水蒸气。干燥器就是用来进一步清除水蒸气的，但不能依靠它清除油分。二、气源净化装置知识链接2）干燥器的类型压缩空气的干燥方法主要有吸附法、离心法、机械降水法和冷却法。二、气源净化装置冷冻式干燥器干燥器的类型吸附式干燥器吸收式干燥器根据滤出水分的方法不同知识链接二、气源净化装置（1）冷冻式干燥器。冷冻式干燥器利用冷媒与压缩空气进行热交换，把压缩空气冷却至2～5℃，以去除压缩空气中的水分。其结构如图示。冷冻式干燥器的结构知识链接二、气源净化装置（2）吸附式干燥器。吸附式干燥器利用某些对水具有良好吸附性能的吸附剂来吸附压缩空气中的水分。图所示为加热再生吸附式干燥器的结构。加热再生吸附式干燥器的结构知识链接二、气源净化装置（3）吸收式干燥器。吸收式干燥属于纯化学干燥，空气中的湿气与干燥器内的干燥剂化合，形成新的化合物，并通过干燥剂的衬层沉积在容器底部，原来的干燥剂使用后会完全失效。吸收式干燥器的结构图干燥器的图形符号知识链接5．空气过滤器空气过滤器主要过滤压缩空气中的杂质，同时具有分离水分和油分的功能，属于二次过滤器，大多与减压阀、油雾器一起构成气动三联件，安装在气动系统的入口处。空气过滤器的选用是根据气动设备要求的过滤精度和自由空气流量来决定的。二、气源净化装置知识链接图（a）所示为空气过滤器（二次过滤器）的结构原理图。其工作原理是压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子，旋风叶子上有许多成一定角度的缺口，迫使空气沿切线方向进行强烈旋转。这样夹杂在空气中的较大水滴、油滴和灰尘便依靠自身的惯性与存水杯的内壁碰撞，并从空气中分离出来沉到杯底。而微粒灰尘和雾状水汽则由滤芯滤除。为防止气体旋转将存水杯中积存的污水卷起，滤芯下部设有挡水板。为保证其正常工作，存水杯中的污水必须及时通过手动排水阀放掉。空气过滤器的图形符号如图（b）所示，其实物如图（c）所示。二、气源净化装置知识链接空气过滤器二、气源净化装置知识链接1．油雾器油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使压缩空气具有润滑气动元件的能力。目前气动控制阀、气缸和气动马达主要是依靠这种带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。普通型油雾器的结构原理图（a）所示，图形符号如图（b）所示。三、气动辅助元件普通型油雾器知识链接2．消声器一般情况下，气动系统用后的压缩空气直接排入大气。当气缸、气阀等元件的排气速度与余压较高时，空气急剧膨胀，产生强烈的噪声。噪声的大小随排气速度、排气量和排气通道形状的变化而变化，排气速度和功率越大，噪声也越大。为降低噪声，通常在气动系统的排气口装设消声器。消声器通过增加气流的阻尼或增大排气面积等措施来降低排气速度和功率，从而降低噪声。常用的消声器有吸收型消声器、膨胀干涉型消声器、膨胀干涉吸收型消声器，如图所示。三、气动辅助元件知识链接消声器三、气动辅助元件知识链接目前，使用最广泛的消声器是吸收型消声器，其结构简单，常装于换向阀的排气口，对于中高频噪声一般可降低20dB。其原理是让气流通过多孔的吸声材料，靠流动摩擦生热而使气体压力能转换为热能耗散，从而降低排气噪声。消声套大多用聚氯乙烯纤维、玻璃纤维、铜粒等烧结而成。膨胀干涉型消声器的内径比排气孔径大很多，气流在消声器内扩散、减速，碰撞反射，互相干涉而消耗能量，降低噪声，最后排入大气。膨胀干涉型消声器结构简单，排气阻力小，不易堵塞，主要用于消除中低频噪声，尤其是低频噪声。但它体积较大，不适宜在换向阀排气口安装，故常用于集中排气的总排气管。三、气动辅助元件知识链接膨胀干涉吸收型消声器是前两种消声器的组合应用。气流由上方孔引入，在A室扩散、减速并与器壁碰撞，反射至B室；在B室内气流进一步扩散、干涉，互相撞击，进一步降低速度、消耗能量，最后通过敷设在消声器内壁的吸声材料被阻尼降低噪声后排入大气。这种消声器消声效果较好，低频噪声约可降低20dB，高频噪声可降低45dB，但结构复杂，排气阻力较大，且需定期清洗更换，只适用于集中排气的总排气管。三、气动辅助元件知识链接3．转换器将空气压力转换成相等压力的液压力的元件称为气液转换器，简称转换器。图所示为一种隔离式气液转换器，上部进气口接气源，压缩空气先经过缓冲板缓冲，再通过浮子作用于液体（多为液压油），推压液体以同样压力从出油口输出，以推动气液联动缸运动。缓冲板还可以防止空气流入时冷凝水混入、排气时流出油沫。浮子用于防止油、气直接接触，避免空气混入油中。在具有压缩空气源的地方，采用气液转换器和空气压力驱动气液联动缸的方式，既不用配备液压泵装置，又避免了空气可压缩的缺陷，发挥了液压系统的优势，使控制速度和位置更平稳、更精确。系统结构简单、经济、可靠，适用于对运动稳定性和精度要求较高的场合。三、气动辅助元件知识链接隔离式气液转换器三、气动辅助元件任务实施任务二气源装置的组建项目学习评价1．填空题（1）气压传动系统一般由

、

、

和

四部分组成。（2）空气压缩机简称

，是气源装置的核心，用于将原动机输出的机械能转化为气体的压力能。空气压缩机的种类很多，但按工作原理主要可分为

和

（叶片式）两类。（3）储气罐的三个显著作用是

、

、

。（4）干燥器用于精密过滤，分为

、

和

三种。（5）

、

、

一起称为气动三联件，是多数气动设备必不可少的气源装置。项目一气源装置的应用项目学习评价2．判断题（1）空气必须先经过滤器过滤后，才能由空压机进行压缩。（）（2）空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所要求的净化程度，它属于二次过滤器。（）（3）空压机是通过改变工作容积实现对空气压缩的。（）（4）油水分离器将冷却的压缩空气中的水分、油分和灰尘等杂质分离出来，通常安装在储气罐后。（）（5）在大多数情况下，气动三联件组合使用，其安装次序依进气方向为空气过滤器、后冷却器和油雾器。（）项目一气源装置的应用项目学习评价3．选择题（1）以下不属于储气罐作用的是（）。A．减少气源输出气流脉动B．进一步分离压缩空气中的水分和油分C．冷却压缩空气（2）气源装置的核心元件是（）。A．气动马达B．空气压缩机C．油水分离器（3）油水分离器安装在（）后的管道上。A．后冷却器B．干燥器C．储气罐项目一气源装置的应用项目学习评价3．选择题（4）不属于气源净化装置的是（）。A．后冷却器B．减压阀C．干燥器D．空气过滤器（5）压缩空气站是气动系统的（）。A．辅助装置B．执行装置C．控制装置D．动力源装置（6）符号代表（）。A．空压机B．储气罐C．干燥器D．油水分离器项目一气源装置的应用项目学习评价4．简答题（1）气源装置一般由哪几部分组成？（2）活塞式空气压缩机有哪些类型？它们分别是如何工作的？（3）空气压缩机在使用中要注意哪些事项？（4）油水分离器和空气过滤器在功能上有什么区别？（5）冷冻式干燥器和吸附式干燥器有什么区别？项目一气源装置的应用欢迎大家提问项目一气源装置的应用气动执行元件的应用气动与液压技术项目二项目二气动执行元件的应用

学习目标1.了解气动执行元件的分类。2.熟悉常用气缸的结构特点和工作原理。3.熟悉常用气动马达的结构特点和工作原理。任务一认识气动执行元件任务二气动执行元件的选用项目二气动执行元件的应用认识气动执行元件一、项目二气动执行元件的应用公共汽车及客车门的开、关，机械手搬运工件，液体药品灌装生产线，工件夹紧等都是由气动执行元件来完成的，如图所示。了解气动执行元件的工作原理及安装维护方法，是从事机电一体化工作的基础之一。任务一认识气动执行元件任务引入气动执行元件的应用气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构做往复直线运动、往复摆动或连续回转运动的元件。气动执行元件包括气缸和气动马达两大类，其中气缸又分为直线往复运动的气缸和摆动气缸，用于实现直线运动和摆动；气动马达用于实现连续回转运动。以气动夹具为例，其气缸将压缩空气的压力能转换成往复直线运动的机械能。任务分析任务一认识气动执行元件气缸的种类很多，结构各异，分类方法也较多，常见的有以下几种。（1）按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同，气缸分为单作用气缸和双作用气缸。（2）按结构特点不同，气缸分为活塞式、薄膜式、柱塞式和摆动式等。（3）按安装方式不同，气缸分为耳座式、法兰式、轴销式、凸缘式、嵌入式和回转式等。（4）按功能不同，气缸分为普通式、缓冲式、气-液阻尼式、冲击和步进气缸等。一、气缸的分类知识链接知识链接表2-1-1常见气缸的图形符号一、气缸的分类知识链接1．单作用气缸单作用气缸是指在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回），而另一端靠弹簧、自重或其他外力等使活塞杆恢复到初始位置的气缸。单作用气缸只需要在动作方向加压缩空气，故可节约一半压缩空气，主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。单作用气缸的典型结构和实物如图所示。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接单作用气缸实物二、常用气缸的结构特点和工作原理单作用气缸的典型结构1—后缸盖；2—橡胶缓冲垫；3—活塞密封圈；4—导向环；5—活塞；6—弹簧；7—缸筒；8—活塞杆；9—前缸盖；10—螺母；11—导向套。知识链接单作用气缸有如下特点：（1）因为单边进气，所以结构简单，耗气量小。（2）由于采用弹簧复位，故压缩空气的一部分能量用来克服弹簧的反力，因而减小了活塞杆的输出推力。（3）缸筒内因安装弹簧而减小了空间，缩短了活塞的有效行程。（4）气缸复位弹簧的弹力是随其变形的大小而变化的，因此活塞杆的推力和运动速度在行程中是变化的。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接2．双作用气缸在各类气缸中，使用最多的是单活塞杆式气缸，也称普通气缸。单活塞杆双作用气缸简称双作用气缸，所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。在单活塞杆的动力缸中，因活塞左边面积比较大，当空气压力作用在左边时，提供一个慢速的作用力大的工作行程；返回行程时，由于活塞右边面积较小，因此速度较快而作用力变小。此类气缸使用最广泛，一般应用于包装机械、食品机械和加工机械等设备上。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接单活塞杆双作用气缸实物二、常用气缸的结构特点和工作原理单活塞杆双作用气缸的结构1—后端盖；2—活塞；3—缸筒；4—活塞杆；5—缓冲密封圈；6—前端盖；7—导向套；8—防尘组件；9、10—工作气口。知识链接3．特殊气缸1）气-液阻尼缸气-液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成的一种特殊气缸。气缸部分用于产生驱动力，液压缸部分用于阻尼调节，以获得平稳的运动。液压缸部分的阻尼作用解决了气缸运动稳定性差和速度控制困难的问题。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接气-液阻尼缸按照结构形式可分为串联式和并联式两种。气缸2两腔的工作气口接气源，用于产生驱动力；液压缸3两腔的油液用于阻尼调节；气缸和液压缸的活塞通过一根活塞杆串联起来；隔板8用于分隔油液腔和空气腔，防止空气与油液互串。节流阀4和单向阀5用于实现有杆腔油液向无杆腔流动时的流量调节，使阻尼缸的活塞杆伸出时的速度可调并可以快速退回。单向阀6和油杯7用于液压回路的油液补充。这种调速特性的结构形式常用于慢进快退的场合。二、常用气缸的结构特点和工作原理串联式气-液阻尼缸的结构原理图1—负载；2—气缸；3—液压缸；4—节流阀；5、6—单向阀；7—油杯；8—隔板。知识链接2）薄膜式气缸薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。按作用方式，薄膜式气缸分为单作用式和双作用式两种。薄膜式气缸的优点是结构简单、紧凑，成本低，维修方便，寿命长和效率高等。但是由于膜片的变形量有限，故其行程较短（一般不超过50mm），适用于阀门开启、关闭或气动夹具的开启、关闭等短行程的场合。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接薄膜式气缸的结构简图二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接3）冲击气缸冲击气缸是一种将压缩空气的压力能转换成活塞的高速动能的特殊气缸。与普通气缸相比，冲击气缸的结构特点是增加了一个具有一定容积的蓄能腔和喷嘴。冲击气缸在工程上用于冲孔、压印、折弯、破碎、模锻等作业。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接冲击气缸的结构二、常用气缸的结构特点和工作原理1—工作气口；2—气缸有杆腔；3—活塞；4—排气口；5—蓄能腔；6—工作气口；7—后端盖；8—喷嘴；9—中盖；10—气缸无杆腔；11—密封垫；12—前端盖。知识链接冲击气缸的整个工作过程可简单地分为初始状态、蓄能状态和冲击状态三个阶段。二、常用气缸的结构特点和工作原理冲击气缸的工作过程知识链接（1）初始状态：压缩空气由孔A输入冲击缸的下腔，蓄能腔经孔B排气，活塞上升并用密封垫封住喷嘴，中盖和活塞间的环形空间经排气孔与大气相通，如图（a）所示。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接（2）蓄能状态：压缩空气改由孔B进气，输入蓄能腔中，冲击缸下腔经孔A排气，由于活塞上端气压作用在面积较小的喷嘴上，而活塞下端受力面积较大（一般设计成喷嘴面积的9倍），因而冲击缸下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，如图（b）所示。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接（3）冲击状态：蓄能腔的压力继续增大，冲击缸下腔的压力继续降低，当蓄能腔内压力高于活塞下腔压力9倍时，活塞开始向下移动，活塞一旦离开喷嘴，蓄能腔内的高压气体便迅速充入活塞与中盖间的空间，使活塞上端受力面积突然增加9倍，于是活塞将以极大的加速度向下运动，气体的压力能转换成活塞的动能。在冲程达到一定时，活塞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，产生很大的冲击力，如图（c）所示。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接4）制动气缸带有制动装置的气缸称为制动气缸，也称锁紧气缸。制动装置一般安装在普通气缸前端，其结构有锥面卡套式、弹簧式和偏心式等多种形式。制动装置由制动体、制动闸瓦、制动活塞、弹簧、活塞杆和活塞等构成。C口和D口为工作气口，A口和B口为制动气口。制动气缸有放松和工作制动两个正常工作状态以及一个保护制动状态。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接锥面卡套式制动气缸结构图二、常用气缸的结构特点和工作原理1—制动体；2—制动闸瓦；3—制动活塞；4—制动弹簧；5—活塞杆；6—活塞；A、B—制动气口；C、D—工作气口。知识链接（1）放松状态：当制动气口A进气、制动气口B排气时，气压力克服制动弹簧的压力，使制动活塞右移，松开制动闸瓦，制动闸瓦和活塞杆之间处于间隙状态，气缸的活塞和活塞杆可以正常运动。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接（2）工作制动状态：当制动气口B进气、制动气口A排气时，气压力和制动弹簧的压力共同作用在制动活塞上，制动活塞左移，压紧制动闸瓦，制动闸瓦变形，巨大的夹紧力锁紧活塞杆，使活塞杆无法运动，达到可靠制动和安全定位的目的。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接（3）保护制动状态：在锁紧气缸工作过程中，如果气源突然出现故障，制动气口失去压力气体，此时，在制动弹簧的作用下，制动活塞也会挤压制动阀瓦，活塞杆仍然被锁紧。因此，制动气缸具有断气保护的作用。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接5）摆动气缸摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内做往复摆动的气动执行元件。叶片式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式两种，多用于安装位置受到限制或转动角度不大的场合，如夹具的回转、阀门的开启、车床转塔刀架以及自动上料装置的转位等。二、常用气缸的结构特点和工作原理知识链接图（a）所示为单叶片式摆动气缸，其定子与缸体固定在一起，叶片和转子（输出轴）连接在一起。当左腔进气、右腔排气时，转子逆时针转动；反之，转子则顺时针转动。单叶片式摆动气缸的输出转角通常小于330°。图（b）所示为双叶片式摆动气缸，其输出转角通常小于150°。二、常用气缸的结构特点和工作原理摆动气缸的结构知识链接（1）使用时应满足气缸的正常工作条件，如气源的清洁程度、温度、湿度、工作压力范围、承载能力、动作速度范围和润滑条件等。（2）活塞杆只能承受轴向负载，不允许承受其他方向的负载，安装时要保证负载方向与气缸轴线一致。（3）避免气缸在行程终端发生大的碰撞，以防损坏气缸部件和影响气缸的动作精度。除缓冲气缸外，可采用附加缓冲装置或缓冲回路的方式进行缓冲。（4）除不给油润滑气缸外，都应对气缸进行给油润滑。（5）工作频率高、承受振动大的气缸，其安装螺钉和各连接部位应采取防松措施。（6）长行程的气缸，在其中间应有适当的支承，保证支承轴线与气缸活塞杆轴线平行。（7）气动设备如果长期闲置，应定期通气运行或者拆下涂油保养，以防锈蚀和损坏。三、气缸的使用注意事项四、气动马达的分类知识链接叶片式气动马达气动马达活塞式气动马达齿轮式气动马达按结构形式气动马达是将压缩空气的压力能转换成连续回转的机械能的气动执行元件。气动马达具有工作安全、无级调速、扭矩大、可带载启动、不产生火花、不发热等优点，但也有输出功率小、耗气量大、效率低、噪声大和易产生振动等缺点。气动马达普遍用于包装机械、旋盖机、鼓风机、阀门驱动等。知识链接1．叶片式气动马达图所示为叶片式气动马达的结构原理图，其转子上开有径向长槽，槽内装有3～10个叶片，定子上的工作气口A和B用于进气和排气，定子两端有密封盖，密封盖上有弧形槽，弧形槽与工作气口A、B及叶片底部相连通，转子和定子必须偏心安装。转子外表面、定子内表面、相邻两叶片及两端的密封盖之间形成了若干个变化的密封工作空间。五、各类气动马达的结构特点和工作原理叶片式气动马达的结构原理图知识链接当A口进气时，一路压缩空气经过定子两端密封盖的弧形槽进入叶片底部，将叶片推出，叶片紧紧地抵在定子内壁上；另一路压缩空气进入某个密封工作空间，由于构成密封空间的两叶片伸出长度不同，因而气体压力的作用面积不相等，其合力矩使转子产生逆时针方向的转动。转子转过大半圈后，残余气体从工作气口B排出。所有密封工作空间交替做功，叶片就带动转子连续回转起来。当B口进气、A口排气时，叶片上产生相反的合成转矩，叶片带动转子反向旋转。叶片式气动马达主要用于矿山机械和气动工具中。五、各类气动马达的结构特点和工作原理知识链接2．活塞式气动马达活塞式气动马达是一种利用曲柄将若干个活塞的直线运动转变为曲轴回转运动的气动马达，分为径向活塞式气动马达和轴向活塞式气动马达两种。图所示为径向活塞式气动马达的结构原理图。五、各类气动马达的结构特点和工作原理径向活塞式气动马达的结构原理图知识链接A口为工作气口，4个气缸绕着曲轴轴线呈放射状均匀分布，每个气缸的活塞连杆与曲轴相连，曲轴偏心连接在气动马达输出轴上，配气阀用于向各气缸顺序供气。工作时，压缩空气推动活塞运动，活塞连杆带动曲轴转动，曲柄带动气动马达输出轴旋转。当配气阀转到某个角度时，气缸内的余气经过排气口（图中未画出）排出。改变工作气口A的气流方向，就可以改变气动马达的转向。活塞式气动马达主要应用于矿山机械，也可用作传送带等的驱动马达。五、各类气动马达的结构特点和工作原理知识链接3．齿轮式气动马达齿轮式气动马达有双齿轮式和多齿轮式，而以双齿轮式应用最广。齿轮可采用直齿、斜齿和人字齿。图所示为齿轮式气动马达结构原理图，这种气动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，齿轮在压力作用下回转。采用直齿轮的气动马达可以正反转动，采用人字齿轮或斜齿轮的气动马达则不能反转。五、各类气动马达的结构特点和工作原理齿轮式气动马达结构原理图知识链接采用直齿轮的气动马达，供给的压缩空气通过齿轮时不膨胀，因此效率低。若采用人字齿轮或斜齿轮，则压缩空气膨胀60%～70%，效率有所提高。齿轮式气动马达与其他类型的气动马达相比，具有体积和质量小、结构简单、对气源质量要求低、耐冲击及惯性小等优点，但缺点是转矩脉动较大，效率较低。小型齿轮式气动马达的转速高达10000r/min，大型的能达到1000r/min，功率可达50kW。齿轮式气动马达主要应用于矿山机械。五、各类气动马达的结构特点和工作原理任务实施任务一认识气动执行元件气动执行元件的选用二、项目二气动执行元件的应用图所示为机床夹紧机构示意图。机床夹紧机构采用气动执行元件来实现工件的夹紧和松开，试确定该选择哪种类型的气动执行元件。如果所需的夹紧力为4600N，供气压力为0.7MPa，行程为600mm，试确定该气动执行元件的种类及主要参数。任务二气动执行元件的选用任务引入机床夹紧机构示意图选择气动执行元件时一般先确定它的类型，再确定它的种类及具体的结构参数。为使所选用的元件正确、合理，必须掌握气动执行元件的类型、工作原理、结构及选用方法。任务分析任务二气动执行元件的选用气动马达的工作适应性较强，可用于无级调速、启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便于人工操纵及有过载可能的场合。目前，气动马达主要应用于矿山机械、油田、化工、造纸、炼钢、船舶和工程机械等行业。许多气动工具上装有气动马达。选择气动马达主要从负载状态出发。气动马达在变负载的场合使用时，主要考虑的因素是速度的范围及满足工作机构所需的转矩；在均衡负载下使用时，工作速度则是重要因素。叶片式气动马达比活塞式气动马达转速高，当工作速度低于空载最大转速的25%时，最好选用活塞式气动马达。至于所选气动马达的具体型号、技术规格、外形尺寸等，可参考有关手册及产品样本。一、气动马达的选用知识链接知识链接1．选用原则气缸的合理选用，是保证气动系统正常工作的前提。合理选用气缸，就是要根据各生产厂家要求的选用原则，使气缸参数符合正常的工作条件。这些条件包括工作压力范围、负载要求、工作行程、工作介质温度、环境条件、润滑条件及安装要求等。我国目前已生产出5种标准化气缸供用户优先选用。这些气缸从结构到参数都已经标准化、系列化。在生产过程中应尽可能使用标准化气缸，这样可使产品具有互换性，给设备的使用和维修带来方便。二、气缸的选用知识链接气缸选用的要点如下：（1）安装形式的选择。安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合，多用固定式气缸；需要随同工作机构连续回转时，应选用回转气缸；除要求活塞杆做直线运动外，还要求气缸做较大的圆弧摆动时，则选用轴销式气缸；仅需要做往复摆动时，应选用单叶片或双叶片摆动气缸。二、气缸的选用知识链接（2）作用力的大小。活塞杆上的推力和拉力应根据工作机构所需力的大小来确定。一般应根据工作条件的不同，按力平衡原理计算出的气缸作用力再乘以1.15～2的备用系数，从而选择和确定气缸内径。气缸的运动速度主要取决于气缸进、排气口及导管内径，选取时以气缸进、排气口连接螺纹尺寸为基准。为获得缓慢而平稳的运动，可采用气-液阻尼缸。普通气缸的运动速度为0.5～1m/s，对于需要高速运动的气缸，则应选用缓冲气缸或在回路中加缓冲装置。二、气缸的选用知识链接（3）负载的情况。根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力和负载率，再根据使用压力应小于气源压力85%的原则，按气源压力确定使用压力p。对单作用缸按杆径与缸径比为0.5预选，对双作用缸按杆径与缸径比为0.3～0.4预选，根据公式便可求得缸径D，将所求出的D值标准化即可。若D尺寸过大，则可选用机械扩力机构。（4）行程的大小。气缸的行程根据气缸及传动机构的实际运行距离来预选，以便于安装调试。对计算出的距离加大10～20mm为宜，但不能太长，以免增大耗气量。二、气缸的选用知识链接2．选择步骤和主要参数计算1）选择步骤气缸选择的主要步骤如下：（1）确定气缸的类型。（2）计算气缸内径及活塞杆直径。（3）对计算出的直径进行圆整。（4）根据圆整值确定气缸型号。二、气缸的选用知识链接2）气缸内径和活塞杆直径的计算（1）计算气缸内径。在一般情况下，根据气缸的使用压力p、轴向负载力F和气缸负载率η来计算气缸内径，p应小于减压阀进口压力的85%。①轴向负载力F的计算。轴向负载力是选择气缸的重要因素，负载状态与轴向负载力的关系如图所示。二、气缸的选用负载状态与轴向负载力的关系知识链接②气缸负载率η的计算与选择。气缸负载率η是气缸活塞杆受到的轴向负载力F与气缸理论输出力F0之比。η＝F/F0×100%负载率可以根据气缸的工作压力选取，见表2-2-1。二、气缸的选用知识链接③气缸内径的计算。确定了F、η和p后，可以根据气缸的理论输出力的计算方法来反推气缸的内径D。活塞杆伸出时：活塞杆返回时：式中，d为活塞杆直径。二、气缸的选用知识链接计算出D后，再按标准的缸径进行圆整。缸径圆整值如表2-2-2所示。二、气缸的选用知识链接（2）计算活塞杆直径。在确定气缸活塞杆直径时，一般按d/D=0.2～0.3进行计算，再按标准值进行圆整。活塞杆直径圆整值见表2-2-3。（3）选好气缸内径和活塞杆直径后，还要选用密封件、缓冲装置，确定防尘罩。二、气缸的选用任务实施任务二气动执行元件的选用项目学习评价1．填空题（1）气动执行元件是将压缩空气的

转换为

的装置。（2）气动执行元件输出直线运动或往复摆动的是

，输出连续回转运动的是

。（3）活塞在某一方向上的运动靠压缩空气驱动的称为

气缸，活塞两个方向的运动都依靠压缩空气驱动的称为

气缸。（4）气-液阻尼缸是由

和

组合而成的一种特殊气缸。

部分用于产生驱动力，

部分用于阻尼调节，以获得平稳的运动。（5）冲击气缸的整个工作过程可简单地分为

、

和

三个阶段。项目二气动执行元件的应用项目学习评价2．判断题（1）气动马达是将压缩空气的压力能转换成直线运动的机械能的装置。（）（2）薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做摆动运动的气缸。（）（3）气动马达主要应用于矿山机械、专业的机械制造业、油田、化工、造纸、炼钢、船舶和工程机械等行业。（）（4）带有制动装置的气缸称为制动气缸，也称锁紧气缸，制动装置一般安装在普通气缸后端。（）（5）摆动气缸多用于安装位置受到限制或转动角度不大的场合。（）项目二气动执行元件的应用项目学习评价3．选择题（1）利用压缩空气使膜片变形，从而推动活塞杆做直线运动的气缸是（）。A．气-液阻尼缸B．冲击气缸C．薄膜式气缸（2）对气动马达的优点描述错误的是（）。A．输出转矩大B．不产生火花C．不能带负载启动D．可以实现无级变速（3）单叶片式摆动气缸的输出转角通常小于（）。A．330°B．180°C．90°D．270°项目二气动执行元件的应用项目学习评价3．选择题（4）为了使活塞运动平稳，可以采用的气缸类型是（）。A．制动气缸B．气-液阻尼缸C．冲击气缸D．摆动气缸（5）关于气缸使用时的注意事项描述正确的是（）。A．多数气缸只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷B．为避免气缸活塞运行到终端时与端盖发生碰撞，通常选择降低管道中气流的流量C．长时间闲置不用的设备也要进行定期保养D．所有气缸在使用过程中都必须进行润滑项目二气动执行元件的应用项目学习评价4．简答题（1）试述单作用气缸和双作用气缸的区别。（2）制动气缸有几种工作状态？各有什么作用？（3）气缸选择的主要步骤有哪些？项目二气动执行元件的应用欢迎大家提问项目二气动执行元件的应用气动控制元件的应用与回路设计气动与液压技术项目三项目三气动控制元件的应用与回路设计

学习目标1.了解气动控制元件在气动系统中的作用。2.掌握气动控制元件的结构、工作原理和应用。3.掌握气动控制元件的图形符号、表示方法。4.能够熟练分析气动基本回路的功能。任务一气动控制元件的选用任务二气动控制回路的设计项目三气动控制元件的应用与回路设计气动控制元件的选用一、项目三气动控制元件的应用与回路设计在气动系统中，气动控制元件是用来控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向及发送信号的重要元件，利用它们可以组成各种气动控制回路，使气动执行元件按设计的程序正常工作。气动控制元件按功能和用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，如图所示。此外，还有能实现一定逻辑功能的逻辑元件。通过本任务的学习，要求掌握各种气动控制阀的结构特点、工作原理和应用场合。任务一气动控制元件的选用任务引入任务一气动控制元件的选用任务引入气动控制元件方向控制阀用于控制压缩空气的流动方向和气路的通断，以控制执行元件的启动、停止及运动方向。压力控制阀用于控制气动系统中压缩空气的压力，满足各种压力需求或用于节能。流量控制阀用于控制压缩空气的流量，进而控制执行元件的运动速度、阀的切换时间和气动信号的传递速度。任务分析任务一气动控制元件的选用一、方向控制阀知识链接单向型方向控制阀按作用特点换向型1．单向型控制阀单向型控制阀是指气流只能沿一个方向流动的控制阀。常用的单向型控制阀有单向阀、梭阀、双压阀和快速排气阀等。知识链接1）单向阀单向阀只允许气流在一个方向上通过，而在相反方向上完全关闭。图（a）所示为单向阀的结构原理图，图（b）所示为单向阀的图形符号，图示位置为阀芯在弹簧力的作用下关闭。在P口加气后，作用在阀芯上的气压力克服弹簧力和摩擦力将阀芯打开，P口、A口接通。气流从P口流向A口的流动称为正向流动。为了保证气流从P口到A口稳定流动，应在P口和A口之间保持一定的压力差，使阀保持在开启位置。若在A口加气，则A口、P口不通，即气流不能反向流动。弹簧的作用是增加密封性，防止低压泄漏。在气流反向流动时，阀门迅速关闭。一、方向控制阀知识链接单向阀实物图单向阀的结构原理图与图形符号一、方向控制阀知识链接2）梭阀图示为或门型梭阀的结构，两个通路P1和P2均与另一通路A相通，但不允许P1和P2相通，由于阀芯像织布梭子一样来回运动，故称之为梭阀，该阀相当于两个单向阀的组合。一、方向控制阀或门型梭阀的结构知识链接如图（a）所示，当通路P1进气时，阀芯被推向右边，通路P2关闭，于是气流从P1进入通路A；反之，气流从P2进入A，如图（b）所示；当P1和P2同时进气时，哪端压力高，A就与哪端相通，另一端就自动关闭，其逻辑关系为“或”。图（c）所示为该阀的图形符号。一、方向控制阀知识链接或门型梭阀在逻辑回路和程序控制回路中被广泛采用，图所示为在手动-自动回路的转换系统中常用的或门型梭阀，其可实现手动和电动操作方式的转换。一、方向控制阀或门型梭阀的应用知识链接3）双压阀双压阀的作用相当于与门逻辑功能，也可称为与门型梭阀。该阀只有当两个输入口P1、P2同时进气时，A口才能输出。双压阀的结构如图所示。一、方向控制阀双压阀的结构知识链接P1口或P2口单独进气时，如图（a）、图（b）所示，此时A口无输出；只有当P1口、P2口同时进气时，A口才有输出，如图（c）所示。当P1口、P2口进气压力不等时，则气压低的通路气体通过A口输出。图（d）所示为该阀的图形符号。一、方向控制阀知识链接图所示为双压阀的应用实例，当阀1和阀2都有信号时，双压阀3才有信号给阀4，使缸5换向。该回路可靠地保证定位、夹紧后才能钻削。一、方向控制阀双压阀的应用实例知识链接4）快速排气阀快速排气阀又称快排阀。在气缸的调速回路中，当需要气缸活塞在某个方向上快速运动时，可以在气缸与换向阀之间安装快速排气阀来加快气缸的运动速度。图所示为膜片式快速排气阀的结构。一、方向控制阀膜片式快速排气阀的结构1—膜片；2—阀体。知识链接其工作原理：当进气腔P进入压缩空气时，密封活塞被迅速上推，阀口开启，同时排气口关闭，使进气腔P与工作腔A相通，如图（a）所示；当P腔没有压缩空气进入时，在A腔和P腔压差的作用下，密封活塞迅速下降，P腔关闭，使A腔通过排气口经O腔快速排气，如图（b）所示。图（c）为该阀的图形符号。一、方向控制阀知识链接图所示为快速排气阀的应用实例。当按下定位手动换向阀1时，气体经节流阀2、快速排气阀3进入单作用缸4，使缸4缓慢前进。当定位手动换向阀回复原位时，气源切断。这时，气缸中的气体经快速排气阀3快速排空，使气缸在弹簧的作用下迅速复位，节省了气缸回程时间。一、方向控制阀快速排气阀的应用实例知识链接2．换向型控制阀换向型控制阀是指可以改变气流方向的控制阀，简称换向阀。它通过改变气流通道而使气体的流动方向发生变化，从而达到改变气动执行元件运动方向的目的。换向阀的基本机能就是对气体的流动产生通、断作用。一个换向阀可以同时接通和断开几个回路，可以使其中一个回路处于接通状态而另一个回路处于断开状态，或者几个回路同时被切断。为了表示这种切换性能，换向阀可用通路数（通口数）来表达。一、方向控制阀知识链接（1）二通阀有两个通口，即输入口（用P表示）和输出口（用A表示），只能控制流道的接通和断开。根据P—A通路静止位置所处的状态，二通阀又分常通式二通阀和常断式二通阀。（2）三通阀有三个通口，除P、A口外，还有一个排气口（用O表示）。根据P—A、A—O通路静止位置所处的状态，三通阀也分常通式三通阀和常断式三通阀两种。（3）四通阀有四个通口，除P、A、O外，还有一个输出口（用B表示）。其通路为P—A、B—O或P—B、A—O，可以同时切换两个通路，主要用于控制双作用气缸。一、方向控制阀知识链接（4）五通阀有五个通口，除P、A、B外，有两个排气口（用O1、O2表示）。其通路为P—A、B—O2或P—B、A—O1。这种阀与四通阀一样主要用于控制双作用气缸。这种阀也可作为双供气阀（即选择阀）用，即将两个排气口分别作为输入口P1、P2。位数是指换向阀的切换状态数，有两种切换状态的阀称为二位阀，有三种切换状态的阀称为三位阀，有三种以上切换状态的阀称为多位阀。常见气动换向阀的通路数与位数见表3-1-1。一、方向控制阀知识链接一、方向控制阀一、方向控制阀知识链接人力控制式换向阀按操作方式气压控制式电磁控制式机械控制式知识链接一、方向控制阀1）人力控制换向阀依靠人工操作使阀芯动作的换向阀称为人力控制换向阀。其操作力不大，动作速度较慢，操作灵活，可以按人的意志随时改变控制对象的状态，在手动、半自动和自动控制系统中得到广泛的应用。这类阀通流能力有限，在手动气动系统中一般直接操纵气动执行机构或作为信号阀使用。人力控制换向阀按操纵方式可分为手动式和脚踏式两类，手动式又可分为按钮式和拨动式两类。知识链接一、方向控制阀人力控制换向阀实物图及图形符号知识链接一、方向控制阀（1）手动阀。图所示为手动阀的操作机构及其图形符号。其中，图（a）、图（b）、图（f）所示操作机构的阀芯有自动复位功能；图（c）、图（d）、图（e）所示操作机构的阀芯有自锁功能，即操作力撤销后阀芯保持在原位。知识链接一、方向控制阀（2）脚踏阀。图所示为脚踏阀的操作机构及其图形符号。脚踏阀有单板脚踏阀和双板脚踏阀两种。单板脚踏阀脚一踏下阀芯便进行切换，脚一离开阀芯便恢复到原位，属于自复位的二位阀。双板脚踏阀有二位式和三位式两种。二位双板脚踏阀的动作是踏下踏板后，脚离开，阀芯不复位，踏下另一踏板后，阀芯才复位。三位双板脚踏阀有三个动作位置，脚没有踏下时，两边踏板处于水平位置，为中位状态；踏下任一边的踏板，阀芯便进行相应切换，待脚一离开，又立即回到中位状态。脚踏阀的操作机构及其图形符号知识链接一、方向控制阀2）气压控制换向阀用气体压力来使阀芯移动换向的操作方式称为气压控制。气压控制可分为加压控制、泄压控制、差压控制、延时控制等。知识链接一、方向控制阀（1）加压控制及相应阀。加压控制是指施加在阀芯控制端的压力逐渐升高到一定值时，使阀芯迅速移动换向的控制。加压控制方式分为单气控式和双气控式两种。图所示为单气控换向阀的工作原理和图形符号。图（a）所示为无控制信号K时，阀芯在弹簧与A腔气压的作用下，使A口、C口断开，C口、B口接通，阀处于排气状态；图（b）所示为有加压控制信号K时，阀芯在控制信号K的作用下向下运动，使C口、B口断开，A口、C口接通，阀处于工作状态。知识链接一、方向控制阀单气控换向阀的工作原理和图形符号知识链接一、方向控制阀图所示为双气控换向阀的工作原理和图形符号。图（a）所示为控制信号K1存在，K2不存在时，阀芯停留在右端，使B口、T口接通，P口、A口接通；图（b）所示为信号K2存在，信号K1不存在时，阀芯停在左端，B口、P口接通，T口、C口接通。知识链接一、方向控制阀（2）泄压控制及相应阀。泄压控制是指加在阀芯上的控制信号压力值逐渐下降的控制方式。当气压降至某一值时阀芯便移动换向，泄压控制阀的切换性能不如加压控制阀。（3）差压控制阀及相应阀。差压控制是指阀芯采用气压复位或弹簧复位的情况下，利用阀芯两端受气压作用的面积不等而产生的轴向力之差值，使阀芯迅速移动换向的控制。知识链接一、方向控制阀图所示为二位五通差压控制换向阀的图形符号，当K口无控制信号时，B口与P口相通，T口与C口相通；当K口有控制信号时，B口与T口相通，P口与A口相通。差压控制换向阀的阀芯靠气压复位，在结构上相当于省去了复位弹簧的单气控加压式控制阀。差压控制换向阀的图形符号知识链接一、方向控制阀（4）延时控制及相应阀。延时控制是利用气流经过小孔或缝隙被节流后，再向气室内充气，经过一定的时间，当气室内压力升至一定值后，再推动阀芯动作而换向，从而达到信号延迟的目的。图（a）所示为延时控制换向阀的结构原理图，其图形符号如图（b）所示。延时控制换向阀的结构原理图和图形符号知识链接一、方向控制阀A口为进气口，B口为工作气口，C口为排气口，K口为控制气口。调节螺钉用于调节从控制气口K进入右侧气室的气流流量，达到控制气室内的气压增加速度延时的目的。当K口无控制信号时，主阀阀芯被复位弹簧推到最上端，A口封闭，B口和C口连通；当K口通控制信号时