液压与气压传动项目教程（微课版）课件 项目五 了解气压传动基础知识

气压传动系统的认识与应用CONTENTS目录01任务概述02气动剪切机工作原理分析03气压传动系统的组成04气压传动系统的特点05气压传动系统的应用06任务总结与测评任务概述01知识目标01掌握气压传动工作原理理解气压传动是以压缩空气为工作介质，进行能量传递和控制的原理，明确其在系统中的作用机制。02掌握气动系统组成熟悉气动系统由气源装置、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质五个部分组成，清楚各部分的具体功能。03掌握气动系统特点了解气压传动的优点如绿色环保、动作迅速等，以及缺点如工作速度稳定性稍差等特点。能力目标说出气压传动基本工作过程能够准确描述压缩空气在系统中的流动路径和各元件的工作顺序，如气动剪切机的工作过程。说出气压传动特点清晰阐述气压传动的优点和缺点，如以空气为介质无污染但工作速度稳定性稍差等。说出气压传动应用列举气压传动在机械工业、冶金工业、轻工纺织等多个领域的具体应用案例。素养目标培养沟通能力在学习和实践过程中，能够与团队成员、教师进行有效沟通，准确表达自己的想法和观点。培养团队协作精神通过分组讨论、项目实施等活动，与小组成员密切合作，共同完成学习任务，实现团队目标。培养工匠精神在学习和操作中，养成严谨求实、精益求精的态度，追求高质量完成每一项任务。任务描述结合气动剪切机结构图分析仔细观察气动剪切机结构图，识别各元件的位置和连接方式，如空气过滤器、减压阀等。结合气动剪切机工作原理图分析依据工作原理图，理解压缩空气在系统中的流动和各元件的工作状态变化，掌握气压传动系统的工作原理。掌握气压传动系统组成通过对结构图和原理图的分析，明确气压传动系统各组成部分在气动剪切机中的具体体现。了解气压传动特点与应用从气动剪切机的工作过程中，体会气压传动的特点，并了解其在实际生产中的应用场景。气动剪切机工作原理分析02压缩空气输出压缩空气经气源装置输出，为气动剪切机的运行提供动力。气体路径与换向阀状态压缩空气通过空气过滤器、减压阀、油雾器到达换向阀，部分气体进入换向阀下腔，使上腔弹簧压缩，阀芯位于上端。气缸状态大部分压缩空气经换向阀进入气缸上腔，气缸下腔与大气相通，活塞处于最下端位置，剪切机剪口张开，处于预备工作状态。1-空气过滤器；2－减压阀；3-油雾器；4－行程阀；5一气控换向阀；6－气缸；7－工料气动剪切机的结构图剪切过程工料触发行程阀上料装置将工料送入剪切机并到达规定位置时，工料压下行程阀。换向阀动作换向阀阀芯下腔压缩空气经行程阀排入大气，在弹簧推动下，阀芯向下运动至下端。气缸活塞运动与剪切实现压缩空气经换向阀进入气缸下腔，上腔与大气相通，气缸活塞向上运动，带动剪刀上行剪断材料。1-空气过滤器；2－减压阀；3-油雾器；4－行程阀；5一气控换向阀；6－气缸气动剪切机的工作原理图复位状态01行程阀复位工料剪下后与行程阀脱开，行程阀阀芯在弹簧作用下复位，出路堵死。02换向阀复位换向阀阀芯上移，恢复到初始状态。03气缸活塞复位气缸活塞向下运动，剪切机又恢复到预备状态。气压传动系统的组成03气源装置能量转换作用气源装置能将原动机提供的机械能转变为气体的压力能，为气压传动系统提供压缩空气。主要构成它主要由空气压缩机构成，空气压缩机是核心设备，负责压缩空气。附属设备还配有贮气罐、气源净化处理装置等附属设备。贮气罐可储存压缩空气，气源净化处理装置能保证压缩空气的质量。执行元件功能概述执行元件的功能是把压缩空气的压力能转换成工作装置的机械能。气缸输出直线往复式机械能，可用于实现直线运动，如气动剪切机中气缸带动剪刀上下运动。摆动气缸和气马达摆动气缸输出回转摆动式机械能，气马达输出旋转式的机械能，能满足不同的运动需求。真空吸盘对于以真空压力为动力源的系统，采用真空吸盘以完成各种吸吊作业。控制元件调节控制作用控制元件用来对压缩空气的压力、流量和流动方向调节和控制，使系统执行机构按功能要求的程序和性能工作。压力控制元件可调节压缩空气的压力，确保系统在合适的压力下运行。流量控制元件能控制压缩空气的流量，从而影响执行元件的运动速度。方向控制元件改变压缩空气的流动方向，实现执行元件的不同动作，如气控换向阀。逻辑控制元件用于实现逻辑运算和控制，满足系统的复杂控制需求。辅助元件油雾器用于元件内部润滑，将润滑油雾化后混入压缩空气，为气动元件提供润滑，延长元件使用寿命。消声器可降低排气噪声，减少对工作环境的影响，特别是在高速排气时作用明显。管件及管接头实现元件间的连接，保证压缩空气的正常传输。转换器可进行信号转换，以满足不同元件之间的信号匹配需求。显示器和传感器显示器用于显示系统的相关参数，传感器可对系统的压力、流量等参数进行检测。工作介质能量传递作用压缩空气作为气动系统的工作介质，是传递能量和动力的载体，确保系统正常运行。优势体现以空气为工作介质，获得容易，用后排到大气中，绿色环保，不会造成环境污染。气压传动系统的特点04优点介质环保易得气压传动以空气为工作介质，获取容易，用后可直接排到大气中，绿色环保，不会造成环境污染。如在食品加工生产线上使用，不会对食品造成污染。便于集中供气空气黏度小，损失小，便于集中供气和远距离输送，且泄漏不会污染环境。例如大型工厂可实现统一供气。动作反应迅速气压传动动作迅速、反应快，维护简单，工作介质清洁，不存在介质变质等问题。像自动化生产线上能快速响应指令。适应恶劣环境能在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中工作。如在化工原料输送设备上可稳定运行。成本低且过载保护气压传动成本低，过载时能自动保护。在一些对成本敏感的小型企业应用广泛。缺点工作速度稳定性差由于空气具有可压缩性，工作速度稳定性稍差。采用气液联动装置可得到较满意的效果。输出力有限工作压力低（一般为0.3～1.0MPa），结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10-40kN，限制了其在大负载场景的应用。噪声问题气压传动噪声较大，高速排气时需加消声器来降低噪声影响。信号传递速度慢气动装置中的气信号传递速度在声速以内，比电子及光速慢，不宜用于元件级数过多的复杂回路。与其他控制方式的性能比较操作力比较气动控制操作力中等；液压控制最大（可达几百kN）；电气控制中等；电子控制最小；机械控制较大。动作快慢比较气动控制动作较快；液压控制较慢；电气控制快；电子控制最快；机械控制一般。环境要求比较气动控制适应性好；液压控制不怕振动；电气控制要求高；电子控制要求特高；机械控制一般。构造比较气动控制构造简单；液压控制复杂；电气控制稍复杂；电子控制最复杂；机械控制一般。其他方面比较在载荷变化影响、操纵距离、无级调速、工作寿命、维护、价格等方面，不同控制方式也存在差异。如气动控制在中距离操纵较好，价格便宜；液压控制短距离操纵，价格稍贵等。气压传动系统的应用05各行业应用举例机械工业应用在机械工业中，气压传动在组合机床的程序控制、轴承加工、零件检测、汽车制造、各类机械制造生产线和工业机器人中广泛应用。冶金工业应用冶金工业里，金属冶炼、烧结、冷轧、热轧、线材和板材的打捆包装及连铸连轧生产线大量使用气压传动，一个现代化钢铁厂约需3000个气缸。轻工、纺织、食品工业应用轻工、纺织、食品工业的缝纫机、自行车、手表、彩电、洗衣机、冰箱、纺织机械、皮鞋、制革、卷烟、食品加工等生产线上，气压传动得到广泛应用。化工、军工企业应用化工、军工企业中，气压传动用于化工原料输送、有害液体灌装、炸药包装、石油钻采等设备。交通运输应用交通运输方面，列车制动闸、车辆门窗开闭、气垫船和鱼雷自动控制装置等采用气压传动。航天工业应用航天工业中，因气动控制能承受辐射、高温和大加速度，在飞机、火箭、导弹控制装置中的应用逐渐广泛。任务总结与测评06任务总结任务主线本任务以认识气动剪切机各部件为主线，深入探究气动系统相关知识。原理分析通过对气动系统的组成、工作原理、功能和应用的分析，清晰了解其运行机制。引导选择基于上述分析，为读者选择合适的气动系统提供有效引导。任务测评组成部分评分气压传动系统的组成部分评分占25分，少答一个组成部分扣5分。优缺点评分优点评分25分，少答一个优点扣5分；缺点评分20分，少答一个缺点扣5分。性能比较与应用评分气动控制与其他控制的性能比较评分15分，提问答错一次扣5分；气压传动系统的应用评分15分，至少说出3个应用，少说出一个扣5分。谢谢气源装置与气动辅助元件认识CONTENTS目录01任务概述02空气的主要物理特性03气源装置04其他气源净化及辅助元件CONTENTS目录05气动三联件06任务组织与实施07任务完成结论与测评任务概述01知识目标掌握气源装置各部分作用需明确气源装置各组成部分在气动系统中的具体作用，如空气压缩机为系统提供压缩空气，是动力核心；储气罐调节气量平衡、保证供气稳定并净化空气。掌握气源装置各组成部分工作原理要理解各部分如何实现其功能，例如活塞式空压机通过曲柄连杆机构使活塞往复运动，完成吸气和压缩过程，将旋转机械能转换为气体压力能。1－气源装置；2－后冷却器；3-除油器；4-贮气罐；5-空气干燥器；6-三联件气源系统的配置图能力目标熟悉气源装置及处理装置图形符号能够识别各类气源装置及气源处理装置在图纸中的图形符号，如后冷却器、除油器、空气干燥器等的图形符号，明确其代表的元件和作用。熟悉气源装置及处理装置作用了解不同图形符号对应的气源装置及处理装置在气动系统中的具体作用，例如后冷却器可将高温压缩空气冷却，分离出其中的水蒸气和油雾。认识各类气动元件及工作原理能够辨认各类气动元件，如气动三联件中的空气过滤器、减压阀、油雾器等，并清楚它们的工作原理，像空气过滤器利用惯性、阻隔和吸附分离灰尘杂质。素养目标具备独立思考和主动探究能力在学习气源装置和气动辅助元件知识时，能自主思考问题，主动探究各元件的结构、原理和应用，如探究不同类型空压机的优缺点。具备团队协作意识和职业精神在项目实施过程中，能与团队成员有效合作，分工完成任务，同时秉持良好的职业精神，认真负责地对待每一项工作。具备严谨、细致的工作作风在拆装气源装置和分析元件时，要严谨细致，避免因疏忽导致错误，如在记录元件参数和装配过程中确保准确无误。任务描述气源系统的定义由产生、处理和储存压缩空气的设备所组成的系统称为气源系统，它为气动装置提供符合要求的压缩空气。气源系统配置图展示通过图5-3展示气源系统的配置，包含气源装置、后冷却器、除油器、贮气罐、空气干燥器、三联件等元件。分析元件任务说明需要分析了解配置图中各组成元件的结构特点及图形符号，为后续学习和实践做准备。任务分析气源装置的作用气源装置将大气压力状态下的空气压缩到较高压力状态，输送到后续气动系统，如空气压缩机是实现这一功能的关键设备。后冷却器的作用后冷却器可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，其出口温度可降至40℃以下。除油器的作用除油器进一步分离压缩空气中的油、水等污染物，依靠惯性作用将密度较大的油滴和水滴从气流中分离出来。贮气罐的作用贮气罐调节气源装置输出气量与用户耗气量之间的瞬时不平衡，保证供气连续、稳压，还能进一步净化空气。空气干燥器的作用在贮气罐出口处安装空气干燥器，可进一步消除空气中的水分，确保压缩空气满足精密设备的使用要求。三联件的作用三联件安装在用气设备近处，是压缩空气质量的最后保证，由空气过滤器、减压阀、油雾器组合而成。空气的主要物理特性02空气的组成主要成分空气主要由氮、氧、氩、二氧化碳和其他成分组成。体积占比氮的体积占比为78.09%，氧为20.95%，氩为0.93%，二氧化碳为0.03%，其他成分为0.078%。重量占比氮的重量占比为75.53%，氧为23.14%，氩为1.28%，二氧化碳为0.05%，其他成分为0.075%。空气的密度概念单位体积空气的质量称为空气的密度。计算公式空气密度的计算公式为ρ=m/V，其中ρ表示空气密度，单位为kg/m³；m表示空气的质量，单位为kg；V表示空气的体积，单位为m³。空气的黏性01定义空气在流动过程中产生内摩擦阻力的性质称为空气的黏性，用黏度表示其大小。02影响因素空气的黏度受压力的影响很小，一般可忽略不计，主要受温度影响。03黏度随温度的变化关系随温度升高，空气分子热运动加剧，空气的黏度略有增加。例如，在压力为0.1MPa时，0℃时空气运动黏度为0.133×10⁴m²/s，100℃时为0.238×10⁴m²/s。空气的压缩性和膨胀性01压缩性概念当气体的压力变化时，体积随之改变的性质称为气体的压缩性。02膨胀性概念气体因温度变化，体积随之改变的性质称为气体的膨胀性。03遵循的方程空气的压缩性和膨胀性随温度和压力的变化规律遵循气体状态方程。空气的湿度湿空气概念含有水蒸气的空气称为湿空气，自然界中的空气基本上都是湿空气。对气动系统的影响湿度大的空气会使气动元件腐蚀生锈，使润滑剂稀释变质，影响气动系统的稳定性和寿命。处理方法在压缩机出口处安装冷却器，凝结析出压缩空气中的水蒸气；在储气罐出口处安装空气干燥器，进一步消除水分。空气污染定义空气污染是指空气中混入或产生某些污染物质。主要污染物主要污染物有水分、固体杂质和油分等。来源来源包括压缩机吸入空气所含的水分、粉尘等，系统内部产生的润滑油、磨损物等，以及安装、维修时混入的湿空气、异物等。压缩空气的质量等级不同应用的要求不同的应用对象对气动装置及作业环境的洁净度要求不同，相应的气动系统对压缩空气质量的要求也不同。ISO85731标准该标准根据对压缩空气中的固体尘埃颗粒度、含水率（以压力露点形式要求）和含油率的要求划分了压缩空气的质量等级。气源装置03空压机空压机的作用空压机是将驱动机输出的旋转机械能转换为气体的压力能，为气动系统提供动力的核心设备。空压机的分类按工作压力高低分为低压型（0.2-1MPa）、中压型（1-10MPa）、高压型（10-100MPa）和超高压型（＞100MPa）；按结构及工作原理可分为容积型和速度型，一般采用容积型空压机。活塞式空压机工作原理通过曲柄连杆机构使活塞做往复运动，当活塞右移，气缸容积增大形成真空，外界空气推开吸气阀进入气缸，即吸气过程；活塞左移，吸气阀关闭，缸内空气被压缩，压力升高后排气阀打开，气体排出到储气罐，即压缩过程。曲柄旋转一周，活塞往复一次，完成一个工作循环。实际生产多使用多缸多活塞组合。后冷却器后冷却器的作用将空压机出口的高温空气（可达120℃以上）冷却至40℃以下，使其中大量水蒸气和变质油雾冷凝成液态水滴和油滴，从空气中分离出来。后冷却器的工作原理通过降低压缩空气的温度，使水蒸气及污油雾冷凝成液态，后冷却器底部的排水器可排除冷凝水和油滴等杂质。后冷却器的类型有风冷式和水冷式两大类。风冷式通过风扇产生的冷空气吹向带散热片的热空气管道冷却；水冷式通过强迫冷却水沿压缩空气流动反方向流动来冷却。储气罐储气罐的作用调节空压机输出气量与用户耗气量之间的瞬时不平衡，保证供气连续、稳压，进一步净化空气。储气罐的容积选择根据主要使用目的，如消除压力脉动或储存压缩空气调节用气量来选择。容积越大，空压机运行时间间隔越长。储气罐的结构和安全装置一般为圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，以立式居多。需设置安全阀（溢流阀）、压力表保证安全，底部装有排水阀，定期排放污水。其他气源净化及辅助元件04空气干燥器作用空气干燥器可吸收和排除空气中的水分、部分油分与杂质，使湿空气变成干空气，避免湿度大的空气对气动元件造成腐蚀生锈、使润滑剂稀释变质等不良影响。干燥方法压缩空气的干燥方法主要有机械法、离心法、冷却法和吸附法等，其中机械和离心除水法原理与除油器工作原理基本相同。吸附式干燥器结构与工作原理吸附式干燥器外壳呈筒形，分层设置栅板、吸附剂、钢丝过滤网等。湿空气从进气管进入，通过吸附剂等，水分被吸附，干燥洁净的压缩空气从输出管排出。除油器作用除油器又叫油水分离器，用于分离压缩空气中所含的油分和水分等杂质，使压缩空气得到初步净化。工作原理压缩空气从入口进入除油器壳体后，气流先受隔板阻挡折返向下，再上升产生环形回转，最后从出口排出，依靠惯性将油滴和水滴分离出来。图形符号除油器有其特定的图形符号，用于在相关原理图中表示该元件，方便对气源系统进行分析和设计。气动三联件05空气过滤器作用空气中杂质和灰尘进入机体和系统会带来诸多危害，如加剧磨损、加速润滑油老化等。空气过滤器可滤去灰尘和杂质，提高压缩空气质量。过滤原理根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法将灰尘和杂质与空气分离。图形符号有特定的图形符号用于在相关图纸中表示空气过滤器，方便设计和理解气动系统。减压阀01作用空压站输出的压缩空气压力一般高于气动装置所需压力且波动大，减压阀可将较高输入压力调整到符合设备使用要求的压力，并保持输出压力稳定。02分类按减压方式不同可分为直动式和先导式两种。直动式利用手柄直接调节弹簧改变输出压力；先导式用预先调好压力的压缩空气代替调压弹簧进行减压。03直动式减压阀工作原理及图形符号直动式减压阀利用手柄直接调节弹簧来改变输出压力，其有特定的图形符号用于表示，方便在图纸中体现。油雾器作用油雾器以压缩空气为动力，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，优点是方便、干净、润滑质量高。工作原理利用压缩空气的动力将润滑油喷射成雾状并与压缩空气混合。图形符号有专门的图形符号用于在气动系