《机械基础（非机械类）（第二版）》课件 模块六　气压传动

气压传动模块六387课题一气压传动系统组成课题二气源装置及辅助元件课题三气动执行元件课题四气动控制元件课题五气压传动基本回路388课题一气压传动系统组成389学习目标1.了解气压传动系统的工作原理。2.掌握气压传动系统的构成和特点。3.能识别气压传动系统的各组成部分。390课题引入气动技术在机械加工设备上应用非常广泛，气动夹具在各种切削机床上被广泛应用。如图所示为数控铣床上使用的气动平口钳传动系统。气动平口钳通过气缸活塞杆的伸出、缩回来夹紧和松开工件，气缸活塞杆伸出则平口钳夹紧，气缸活塞杆缩回则平口钳松开。391392气动平口钳传动系统a）设备组成图b）气动回路图1—气源（空气压缩机）2—排水过滤器3—减压阀4—压力表5—油雾器6—旋钮式二位三通换向阀7—单气控二位五通换向阀8—气缸分析上图可知，空气压缩机1产生的压缩空气，经过排水过滤器2、减压阀3和油雾器5处理后，分别输送给信号控制元件和气缸控制元件。信号控制元件通过气压使气缸控制通过分别接通气缸两侧内腔实现气动平口钳活动钳口的左右运动。从以上控制分析中可以大致得到气压传动系统的基本组成。与传统的机械传动、液压传动相比，气压传动有什么优缺点呢?本课题的内容就是学习气压传动的工作原理、组成及特点。393知识讲解394一、气压传动系统的基本构成1.动力元件

其主体部分是空气压缩机。它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。用气量较大的厂矿都专门建立压缩空气站，向各用气点输送压缩空气。上图所示气压传动系统的气源装置为空气压缩机。2.执行元件执行元件是把气体压力能转换成机械能，以驱动工作机构的元件，一般指做直线运动的气缸或做旋转运动的气马达。上图所示气压传动系统的执行元件为气缸。3.控制元件控制元件是对气压传动系统中气体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的元件，如减压阀、换向阀、节流阀等，这些元件的不同组合构成了不同功能的气压传动系统。上图所示气压传动系统的控制元件为减压阀和换向阀。3954.辅助元件辅助元件是对压缩空气进行净化、降温、稳压以及用于元件间连接等所需的装置，如各种冷却器、排水分离器、气罐、干燥器、过滤器、油雾器、消声器、管道及管接头等，它们对保持气压传动系统可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。上图所示气压传动系统的辅助元件为排水过滤器和油雾器。5.工作介质气压传动系统中所使用的工作介质是清洁的空气。396二、气压传动的特点1.气压传动的优点（1）工作介质为空气，来源经济方便，用过之后可直接排入大气，不污染环境。（2）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气、远距离输送，且对工作环境的适应性强，可应用于易燃、易爆场所。（3）气压传动具有动作迅速、反应快、管路不易堵塞等优点，且不存在介质变质、补充和更换等问题。（4）气压传动装置结构简单、质量轻、成本低、使用寿命长，易于标准化、系列化和通用化。（5）由于空气的可压缩性，气压传动系统能够实现过载自动保护。3972.气压传动的缺点（1）由于空气具有可压缩性，所以气缸或气马达的动作速度受载荷的影响较大。（2）气压传动系统工作压力较低，不易获得较大的输出力或力矩。（3）工作介质没有自润滑性，需要另设润滑装置。（4）有较大的排气噪声。398课题二气源装置及辅助元件399学习目标1.了解气源装置的组成及作用。2.掌握气动辅助元件的名称、作用及图形符号。400课题引入如图所示为空气压缩站的组成。由空气压缩机1产生的压缩空气，经过后冷却器2、排水分离器3、空气干燥器5、过滤器6、气罐4和7等设备进行降温、净化等一系列处理后，供给气压传动系统使用。401空气压缩站的组成1—空气压缩机2—后冷却器3—排水分离器4、7—气罐5—空气干燥器6—过滤器8—加热器如上图所示，压缩空气经过后冷却器2和排水分离器3处理后，保存到气罐4中，这个过程是一次净化。对于要求不高的气压传动系统，可以从气罐4中直接供气。对于食品、医药、仪表等用气质量要求较高的气压传动系统，则需要进行二次净化。一次净化处理后的压缩空气送入空气干燥器5中进一步去除残留的水分，然后经过过滤器6进一步清除压缩空气中的颗粒和油分后进入气罐7。经过二次净化的压缩空气给用气质量要求较高的仪表和气动设备供气。气源装置和辅助元件一般包括哪些部分，具有什么作用?它们的工作原理是怎样的呢?402知识讲解403一、气源装置

气源是气压传动系统的动力源。通常情况下，排气量≥6m3/min时，应独立设置空气压缩站（见上图）；排气量<6m3/min时，则可将空气压缩机安装在系统旁直接为系统供气。下面介绍空气压缩机。空气压缩机简称空压机，它将机械能转换成气体压力能。在气压传动系统中，活塞式空气压缩机最为常用。如图所示，活塞式空气压缩机由电动机、空气压缩机构、气罐、压力开关、压力表及各种阀等组成。404活塞式空气压缩机a）实物图b）结构图1—单向阀2—安全阀3—空气压缩机构4—电动机5—压力表6—压力开关7—截止阀8—排水器9—气罐二、气动辅助元件气动辅助元件用于对空气压缩机产生的压缩空气进行净化、减压、降温或稳压等处理，以保证气压传动系统正常工作。常用的气动辅助元件见下表。405常用的气动辅助元件406常用的气动辅助元件407常用的气动辅助元件408常用的气动辅助元件409常用的气动辅助元件410常用的气动辅助元件课题三气动执行元件411学习目标1.掌握常见气缸的分类和用途。2.掌握几种普通气缸和特殊气缸的结构和原理。3.在不同的条件下，能分析并选用不同类型的气缸。412课题引入如图所示为气动冲床，如图所示为气动千斤顶。想一想，气动冲床主轴的上下运动和气动千斤顶顶杆的上下运动，都是由什么元件带动实现的?413气动冲床气动千斤顶如图所示为普通气缸，它是带动气动冲床主轴和气动千斤顶顶杆上下运动的执行元件，是将压缩空气的压力能转化为机械能的执行元件。在气压传动系统中，气动执行元件包括气缸和气马达。气缸用以实现往复直线运动或摆动，气马达用以实现旋转运动。本课题的内容就是学习气缸的相关知识。414普通气缸知识讲解415常见气缸的分类见下表。常见气缸的分类一、普通气缸1.单作用单杆气缸靠弹簧复位的单作用单杆气缸如图所示，它主要由活塞杆5、活塞9、导向环10、前缸盖4、后缸盖13、缓冲垫圈6和12等组成，在前缸盖上有一个呼吸口，在后缸盖上有一个进气口。单作用单杆气缸只有在活塞的一侧可以输入压缩空气，在活塞的另一侧通过呼吸口与大气接通。这种气缸的压缩空气只能在一个方向上做功，活塞的反方向动作则依靠复位弹簧实现。由于压缩空气只能在一个方向上控制气缸活塞的运动，所以称为单作用气缸。416417单作用单杆气缸1—卡环2—导向套3—螺母4—前缸盖5—活塞杆6、12—缓冲垫圈7—复位弹簧8—缸筒9—活塞10—导向环11—活塞密封圈13—后缸盖2.双作用单杆气缸如图所示为双作用单杆气缸，它主要由活塞杆5、活塞6、前缸盖3、后缸盖9、缸筒4等组成。当压缩空气进入气缸的右腔时，压缩空气的压力作用在活塞的右侧，当作用力克服活塞杆上的负载时，活塞杆伸出；当压缩空气进入左腔时，推动活塞右移，活塞杆收回。418双作用单杆气缸1—压盖2—防尘密封圈3—前缸盖4—缸筒5—活塞杆6—活塞7—活塞密封圈8—螺母9—后缸盖二、特殊气缸1.膜片缸如图a、b所示为膜片缸的结构图。它是一种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆做往复直线运动的气缸。它由缸体1、膜片2、膜盘3、活塞杆4等主要零件组成，有单作用式和双作用式两种类型。419

膜片缸的结构图及外形图a）单作用式膜片缸的结构图b）双作用式膜片缸的结构图c）外形图1—缸体2—膜片3—膜盘4—活塞杆5—弹簧上图a所示为单作用式膜片缸，当压缩空气由

A口进入膜片2上侧时，膜片2受到高压气体的作用而变形，带动活塞杆4向下运动；当

A

口与大气压相通时，膜片依靠弹簧5复位。上图b所示为双作用式膜片缸，其活塞的往复运动均靠压缩空气驱动。4202.气液阻尼缸普通气缸工作时，由于气体具有可压缩性，当外界负载变化较大时，气缸可能产生“爬行”或

“自走”

现象，因此，气缸不易获得平稳的运动，也不易使活塞有准确的停止位置。而液压油在通常压力下是不可压缩的，故液压缸的运动平稳，且速度调节方便。在气压传动中，需要准确的位置控制和速度控制时，可采用综合了气压传动和液压传动优点的气液阻尼缸。气液阻尼缸按其组合方式不同可分为串联式和并联式两种。421如图a所示为串联式气液阻尼缸，它由气缸和液压缸串联而成。两缸的活塞用一根活塞杆带动，在液压缸进、出油口之间装有单向节流阀，当气缸1左腔进气时，活塞杆带动液压缸2的活塞向右运动，此时液压缸右腔排油，由于单向阀关闭，油液只能通过节流阀缓慢流入液压缸左腔，对运动起阻尼作用。调节节流阀的开口量，即可调节活塞的运动速度。活塞杆的输出力等于气缸的输出力和液压缸活塞上的阻力之差。当气缸右腔进气时，液压缸左腔的油液可通过单向阀迅速流向液压缸右腔，活塞快速返回原位。422423气液阻尼缸a）串联式b）并联式1—气缸2—液压缸3—高位油箱如上图b所示为并联式气液阻尼缸，它由气缸和液压缸并联而成，其工作原理和作用与串联式气液阻尼缸相同。这种气液阻尼缸的缸体短，结构紧凑，消除了气缸和液压缸之间的窜气现象。但由于气缸和液压缸不在同一轴线上，安装时对二者的平行度要求较高。424课题四气动控制元件425学习目标1.掌握常用气动控制元件的类型及功用。2.掌握几种常用阀的结构、工作原理及图形符号。3.了解典型气动控制元件的常见故障及排除方法。426课题引入在气压传动系统中，根据工作条件不同，执行元件的运动方向、速度、克服负载的能力及动作顺序有不同的要求，那么，怎样才能保证执行元件正常地工作呢?在气压传动系统中，气动控制元件用来控制和调节压缩空气的流动方向、流量、压力等，以实现不同工作条件下执行元件的运动方向、速度及动作顺序等的控制。本课题的内容就是学习气动控制元件的相关知识。427知识讲解428一、方向控制阀1.单向阀单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动的阀，实物外形如图a所示。单向阀a）实物外形b）结构图c）图形符号1—阀体2—弹簧3—阀芯4—密封垫5—阀盖429如上图b所示是单向阀的结构图，其工作原理为：压缩空气从

P口进入，克服弹簧力和摩擦力使单向阀阀口开启，压缩空气从P口流至

A

口；当

P口无压缩空气时，在弹簧力和

A

口余气压力作用下，阀口处于关闭状态，使从

A

口至

P

口的气体不能流通。单向阀用于不允许气流反向流动的场合。如图c所示为单向阀的图形符号。2.换向阀换向阀是通过各种控制方式使阀芯移动，改变气流通道，使气体流动方向变化，从而改变气动执行元件运动方向的阀。按钮式二位三通换向阀是一种最常见的方向控制阀，其外形及工作原理如图所示。它是一种常闭式控制阀，当按下按钮时接通气路；当松开按钮时断开气路，同时工作回路与大气接通，排出压缩空气。430431按钮式二位三通换向阀a）实物外形b）初始状态c）工作状态气动换向阀的图形符号与液压换向阀基本相同。常用气动换向阀的图形符号见下表。432常用气动换向阀的图形符号3.快速排气阀快速排气阀是一种实现气动元件或装置快速排气的阀，通常安装在换向阀与气缸之间，用来加快排气，提高气缸的运动速度。如图所示为快速排气阀的结构图。433快速排气阀的结构图1—膜片2—阀体二、压力控制阀1.溢流阀溢流阀的主要作用是当气压传动系统中空气的压力超过规定的工作压力时，将空气自动地排放到大气中去，以保证气压传动系统安全工作。气动溢流阀分为直动式和先导式两种。如图所示为直动式溢流阀。当气体作用在阀芯3上的力小于弹簧2的弹力时，溢流阀处于关闭状态；当系统压力升高，作用在阀芯3上的力大于弹簧2的弹力时，阀芯向上移动，溢流阀开启溢流，使气压不再升高；当系统压力降至低于调定值时，溢流阀又重新关闭。溢流阀的开启压力可用调节螺杆1调整弹簧2的预压缩量来调节。434435

直动式溢流阀a）实物图b）工作原理图c）图形符号1—调节螺杆2—弹簧3—阀芯2.减压阀在气压传动系统中，气源输出的压缩空气的压力通常比设备实际需要的压力要高，且其波动值也较大，给系统带来不稳定性，因此需要用减压阀将其压力减小到设备所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。减压阀按压力调节方式分为直动式和先导式两种。如图a、b所示为直动式减压阀的实物图和工作原理图，其工作原理如下。436437直动式减压阀a）实物图b）工作原理图c）图形符号1—旋钮2、3—调压弹簧4—溢流阀座5—膜片6—阀杆7—阀芯8—复位弹簧（1）减压原理压缩空气从左端输入，经进气阀口节流减压后从右端输出。输出气流的一部分由阻尼孔进入膜片气室，在膜片5的下方产生一个向上的推力，这个推力使阀芯7上移，把阀口开度减小，使减压阀的输出压力下降。当作用于膜片5上的推力与弹簧力相平衡后，减压阀的输出压力便保持一定。438（2）稳压原理当输入压力发生波动时，如输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高，作用于膜片5上的气体推力也随之增大，破坏了原来的力的平衡，使膜片5向上的凸起增加

。同时，因复位弹簧8的作用，阀杆6和阀芯7上移，使进气阀口减小，输出压力下降，直到达到新的平衡为止。重新平衡后的输出压力又基本上恢复至原值。反之，若输入压力瞬时下降，输出压力也随之下降，膜片5回缩，进气阀口开度增大，节流作用减小，输出压力又基本回升至原值。439（3）调压原理旋转旋钮1，通过调压弹簧2、3和膜片5等使阀芯7移动，即可改变进气阀口的大小，达到调压的目的。气压减压器的图形符号（见上图c）与液压减压阀类似，不同之处是取消了泄油路和油箱的符号，增加了排气口的符号

“<”。440三、流量控制阀1.节流阀如图所示为圆柱斜切型节流阀，压缩空气由

P

口进入，经节流后，由

A

口流出。旋转阀芯螺杆3，就可以改变节流口的开度，调节压缩空气的流量。这种节流阀结构简单、体积小，应用广泛。441442圆柱斜切型节流阀a）实物图b）工作原理图c）图形符号1—螺母2—压盖3—阀芯螺杆4—阀体2.排气节流阀如图所示为排气节流阀，它是在节流阀的基础上增加了消声装置。排气节流阀安装在执行元件的排气口处，调节排入大气中的气体流量。它不仅能调节执行元件的运动速度，还能消声，起到降低排气噪声的作用。443排气节流阀a）实物图b）工作原理图c）图形符号1—阀芯2—消声装置3.单向节流阀单向节流阀是由单向阀和节流阀并联组成的组合式流量控制阀，一般安装在主控阀和执行元件之间进行速度控制。如图a所示为节流进气，当压缩空气从接口1流向接口2时，单向阀关闭，压缩空气经节流阀流出，节流口的大小可以通过调节螺杆进行调节；如图b所示为快速排气，当压缩空气从接口2反向流入时，单向阀打开，压缩空气经单向阀快速从接口1排出。如图c所示为单向节流阀的图形符号。444445单向节流阀a）节流进气b）快速排气c）图形符号d）实物图1、2—接口课题五气压传动基本回路446学习目标1.掌握气压传动基本回路的类型及功用。2.能正确分析典型气压传动系统。447课题引入如图所示为气动钻床的气压传动系统，它有三个气缸，分别为送料缸A、夹紧缸B和钻削缸C，能够完成的动作顺序为启动→送料→夹紧工件→送料后退并钻孔→钻头退回→松开工件。448449气动钻床的气压传动系统气压传动系统和液压传动系统一样，也是由不同功能的基本回路组成的。气压传动基本回路是指由有关气动元件组成的用来完成特定功能的典型回路。常用的气压传动基本回路包括方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路。本课题主要介绍这些基本回路的组成、原理和特点。450知识讲解451一、方向控制回路1.单作用气缸换向回路如图所示为单作用气缸的换向回路。如图a所示是采用二位三通电磁换向阀控制的换向回路。当电磁铁通电时，气缸活塞杆向左伸出，断电时活塞在弹簧力作用下返回。如图b所示是采用三位四通电磁换向阀控制的换向回路，该回路能使气缸停止于任意位置，但定位精度不高。452

单作用气缸的换向回路a）采用二位三通电磁换向阀的换向回路b）采用三位四通电磁换向阀的换向回路2.双作用气缸换向回路如图所示为双作用气缸的换向回路。如图a所示是采用手动换向阀控制二位五通换向阀来操纵气缸换向的回路。如图b所示是采用三位四通电磁换向阀的换向回路，该回路可以实现行程中任意位置停留，可用于定位要求不严的场合。如图c所示是采用两个手动换向阀与二位四通换向阀来操纵气缸换向的回路。453454双作用气缸的换向回路a）采用手动换向阀和二位五通换向阀的换向回路b）采用三位四通电磁换向阀的换向回路c）采用两个手动换向阀和二位四通换向阀的换向回路3.单往复动作回路如图所示为单向顺序阀控制的单往复动作回路。按下手动换向阀1的按钮，气控换向阀2切换到左位，活塞杆向右运动，同时要松开按钮，手动换向阀1的阀芯在弹簧力的作用下复位。当活塞运动到气缸终端或用挡铁定位时，无杆腔压力升高，打开顺序阀4，其输出气流使气控换向阀2换向，活塞杆向左运动。应用时应注意顺序阀的调整压力要比气缸克服最大负载所需压力略高一些。455456

单向顺序阀控制的单往复动作回路1—手动换向阀2—气控换向阀3—气缸4—顺序阀5—单向阀4.连续往复动作回路如图所示为气动连续往复动作回路。按下手动换向阀1的按钮后，气控换向阀4切换至左位，活塞杆向右运动，这时行程阀3复位将气路封闭，使气控换向阀4不能复位。当活塞杆运动到行程终点压下行程阀2时，气控换向阀4控制气路排气，并在弹簧力的作用下复位，压缩空气进入气缸有杆腔，活塞杆向左运动。回到起始点处将行程阀3压下时，气控换向阀4又被切换到左位，活塞杆再次向右运动。如此重复形成连续往复动作。待手动换向阀1的按钮复位后，气控换向阀4复位，活塞杆返回而停止运动。457458气动连续