《液压与气动项目教程》课件 项目8 气动元件结构与工作原理

《液压与气动项目教程》项目8气动元件结构与工作原理工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用【教学目标】1.掌握气压传动系统的组成及工作特点，并能够描述气压传动系统各组成部分的作用。2.理解气源装置的作用及工作原理，掌握气动执行元件、控制元件及辅助元件的结构和工作原理。3.能辨识并描述气动元件的功能，并能将气动元件恰当地安装到回路的相应位置。4.掌握气动元件的图形符号，能够正确阅读及绘制气路、并正确表述气路的控制过程。5.能按要求正确选用元件设计气路、并搭接及调试气路，在实践过程中能对气路进行一般故障的排除。6.增强企业运营生产节能环保意识，培养人与自然可持续发展理念的职业素养。项目8气动元件结构与工作原理工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用1.气动夹紧切管机的气动系统工作原理1-空气压缩机；2-后冷却器；3-分水排水器；4-储气罐；5-分水滤气器；6-减压阀；7-油雾器；8-行程阀；9-气控换向阀；10-气缸；11-夹紧块；12-管料；13-切割圆锯图8-1

气动夹紧切管机实物与气动系统原理图（a）气动夹紧切管机实物参照图（b）气动夹紧切管机气动系统初始状态工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用1.气动夹紧切管机的气动系统工作原理

图8-3

气动夹紧切管机气动系统初始和工作状态示意图1-空气压缩机；2-后冷却器；3-分水排水器；4-储气罐；5-分水滤气器；6-减压阀；7-油雾器；8-行程阀；9-气控换向阀；10-气缸；11-夹紧块；12-管料；13-切割圆锯（a）气动夹紧切管机初始状态（b）气动夹紧切管机工作状态工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用2.气动系统的组成

气动技术是以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的一门技术，是实现各类工业生产和自动控制的重要手段之一，在现代生产制造的自动化生产线、各种高端装备上得到非常广泛地应用。气动系统是气动技术的具体体现，是将各类气动元件与机械、液压、电气、PLC、电脑终端等结合起来，以实现各种具体的工作要求。工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用3.气压传动的特点

表8-1气压传动的特点气压传动的优点气压传动的缺点（1）以空气作为工作介质，空气能源取之不尽，排之不污染环境。（2）空气的流动损失小，可集中供气，通过管路远程配送。（3）空气的可压缩性使得系统有过载自动保护能力。（4）气压传动系统的动作迅速、响应快，维护保养简单，管路不易堵塞，不存在介质变质和更换等问题。（5）对工作环境的适应性好，可安全可靠地应用于易燃、易爆场所。（6）气动装置结构简单、重量轻、安装维护方便、压力等级较低，使用安全。（1）由于空气的可压缩性，所以执行元件的速度容易受到负载变化的影响。（2）气压传动的工作压力较低（一般为0.4~0.8MPa），因而气动系统输出动力较小。（3）气压传动工作过程中常伴随排气噪音，有噪音要求需做降噪处理。（4）压缩空气没有自润滑型，需要另设辅助装置进行给油润滑。工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用4.气源装置图8-4

气源装置组成示意图1-空气压缩机；2-后冷却器；3-油水分离器；4、7-贮气罐；5-干燥器；6-过滤器气动系统对压缩空气有较高的品质要求，气源装置的作用就是产生具有足够压力和流量的压缩空气，同时将其净化、处理及储存，以供给工业用气装置或气动元件仪表使用。因此气源装置是气动系统的重要组成部分，主要包括产生压缩空气的气压发生装置（如空气压缩机）、空气净化装置以及输送压缩空气的管道系统三部分。图8-4所示为气源装置的组成和布置。工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用空气压缩机是将机械能转换为气压能的装置，是气动系统的重要组成部分。如图8-5所示为某小型空气压缩机装置。空气压缩机的种类很多，按输出压力大小，可分为鼓风机、低压、中压、高压和超高压空气压缩机，见表8-2；按输出流量（或排量）不同，可分为微型、小型、中型和大型空气压缩机，见表8-3。名称鼓风机低压空气压缩机中压空气压缩机高压空气压缩机超高压空气压缩机压力p（MPa）≤0.20.2~11~1010~100＞100表8-3按输出流量分类名称微型空气压缩机小型空气压缩机中型空气压缩机大型空气压缩机输出额定流量q（m³/s）≤0.0170.017~0.170.17~1.7＞1.7表8-2按输出压力分类图8-5小型空气压缩机4.1空气压缩机4.1.1空气压缩机的分类（a）工作原理

（b）图形符号及气源简化符号图8-6活塞式空气压缩机的工作原理排气阀；2-气缸；3-活塞；4-活塞杆；5-滑块；6-滑道；连杆；8-曲柄；9-吸气阀；10-弹簧工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用4.1.2活塞式空气压缩机的工作原理4.1空气压缩机工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用4.1.3空气压缩机的选用4.1空气压缩机选用空气压缩机的根据是气压传动系统所需要的工作压力和流量两个主要参数。压力等级有低压：0.2MPa～1MPa，一般为0.5MPa～0.8MPa；中压：1MPa～10MPa；高压：10MPa～100MPa。确定压力参数时，在用气端所需要的工作压力的基础上加上10%左右的余量来确定空气压缩机的压力；确定流量参数时，先了解所有的用气设备的容积流量，把流量的总数乘以一定的系数，然后向用气设备供应商了解用气设备的容积流量参数后确定空气压缩机的流量参数。工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用4.2气源净化装置

由气源发生装置输出的压缩空气，虽然能够满足一定的压力和流量的要求，但是这样的压缩空气是含有杂质和油水的高温混合气体，如果直接输送给气动装置和元件使用，则会影响到它们的使用寿命，进而影响系统的正常工作。因此，在气动系统中，设置冷却、除水、除油、除尘和干燥等气源净化装置十分有必要。压缩空气净化装置一般包括：冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器以及过滤器等。右表8-4常见的气源净化装置表8-4

工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用4.3

气源处理装置在气压传动技术中，将空气过滤器、减压阀和油雾器组合在一起构成气源处理装置，通常称为气动三联件。图8-7a、b、c所示为气动三联件实物、图形符号及简图。在有些情况下并不需要油雾器，此时可直接使用过滤器和过滤减压阀的组合而成的气动二联件来代替气动三联件，如图8-7d、e、f所示。（a）气动三联件实物

（b）气动三联件图形符号

（c）气动三联件图形符号简图（d）气动二联件实物

（e）气动二联件图形符号

（f）气动二联件图形符号简图图8-7

气源处理装置工作任务8.1气源装置和气动辅助元件的认知与应用5.气动辅助元件气动辅助元件的功用是转换信号、传递信号、保护元件、连接元件以及改善系统的工况等，见表8-5。表8-5常见气动辅助元件的特点及功用《液压与气动项目教程》项目8气动元件结构与工作原理工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用【教学目标】1.掌握气压传动系统的组成及工作特点，并能够描述气压传动系统各组成部分的作用。2.理解气源装置的作用及工作原理，掌握气动执行元件、控制元件及辅助元件的结构和工作原理。3.能辨识并描述气动元件的功能，并能将气动元件恰当地安装到回路的相应位置。4.掌握气动元件的图形符号，能够正确阅读及绘制气路、并正确表述气路的控制过程。5.能按要求正确选用元件设计气路、并搭接及调试气路，在实践过程中能对气路进行一般故障的排除。6.增强企业运营生产节能环保意识，培养人与自然可持续发展理念的职业素养。项目8气动元件结构与工作原理工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用1.气动执行元件气动执行元件的作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动终端机件工作，它有气缸和气马达两种形式。气缸和气马达在结构和工作原理上分别与液压缸和液压马达相似。1.1气缸1.1.1普通气缸（1）单作用气缸如图8-16所示为单作用气缸。单作用气缸工作时，压缩空气仅在气缸的一端进气，并推动活塞运动，活塞的返回则是借助于其它外力，如重力、弹簧力等。（a）实物图

（b）结构原理图

（c）图形符号图8-16弹簧复位式单作用单杆缸1、6-端盖；2-活塞杆；3-活塞；4-密封圈；5-缸体1.气动执行元件1.1气缸1.1.1普通气缸（2）双作用气缸如图8-17所示为双作用气缸。双作用气缸活塞的往返运动是依靠压缩空气在缸内被活塞分隔开的两个腔室（有杆腔、无杆腔）交替进入和排出来实现的，压缩空气可以在两个方向上作功。由于气缸活塞的往、返运动全部靠压缩空气来完成，所以称为双作用气缸。（a）实物

（b）结构原理图

（c）图形符号图8-17

单杆双作用气缸1、6-进、排气口2-有杆腔3-活塞4-密封圈5-无杆腔7-活塞杆工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用1.气动执行元件1.1气缸1.1.2特殊气缸工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用（1）带磁性开关气缸带磁性开关气缸是将磁性开关装在气缸的缸筒外侧，气缸可以是各种型号的气缸，但缸筒必须是导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢、黄铜等。磁性开关用来检测气缸行程的位置，控制气缸往复运动。因此，就不需要在缸筒上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置，也不需要在活塞杆上设置挡块。图8-18

带磁性开关气缸的工作原理图1-指示灯；2-保护电路；3-开关外壳；4-导线；5-活塞；6-磁环(永久磁铁)；7-缸筒；8-舌簧开关如图8-18所示，为带磁性开关气缸的工作原理，当装有永久磁铁的活塞运动到舌簧片附近，磁力线通过舌簧片使其磁化，两个簧片被吸引接触，则开关接通。当永久磁铁返回离开时，磁场减弱，两簧片弹开，则开关断开。由于开关的接通或断开，使电磁阀换向，从而实现气缸的往复运动。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用1.气动执行元件1.1气缸1.1.2特殊气缸（2）气动手爪气动手爪实质上是一种变型气缸，它可以用来抓起工件，实现机械手的各种动作，气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的曲柄连杆、滚轮或齿轮等机构，驱动各个手爪同步作开、闭运动。在自动化系统中，气动手爪的应用较为广泛，常应用在搬运、传送工件机构中抓取、拾放物体。图8-19所示，为几类典型的气动手爪。（a）支点开闭式

（b）滑动导轨式

（c）旋转式图8-19气动手爪工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用1.气动执行元件1.1气缸1.1.3气缸的选用（1）气缸型号气缸型号常用的尺寸规格主要有国产的和国外的，以标准气缸为例，国外的气缸型号主要有：费斯托型DNC，SMC型MBB，CP96,CS1；国产气缸型号主要有QGB，QGS，JB，中国台湾的气缸型号主要有：亚德客型SC,SI,SU,SE等等。图8-20所示为常见的亚德客型SC气缸尺寸规格。图8-20

SC标准气缸规格尺寸（2）气缸的选用原则根据工作机构的运动要求，选择气缸的结构形式及安装方式；根据工作机构负载所需力的大小来确定活塞杆的推力和拉力；根据工作机构运动空间要求，确定行程，一般不使用满行程。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用1.气动执行元件1.2气马达气动马达是将压力能转换成旋转运动机械能的装置。它有多种类型，按工作原理可分为容积式和涡轮式，按结构形式可分为叶片式、活塞式、齿轮式和膜片式。图8-21所示为双向叶片式气动马达。当压缩空气从A口进入定子腔内后，会使叶片带动转子逆时针旋转，产生旋转力矩，排气口C排气，而定子腔内残余气体则经B口排出(二次排气)。若改变压缩空气输入方向(B孔进气),即改变了转子回转方向。图8-21

双向叶片式气动马达工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.1方向控制阀动方向控制阀与液压方向控制阀类似，分类方法也大致相同。按作用特点可分为单向型和换向型；按阀芯结构主要有滑阀式和截止式。气动控制系统中，气动控制元件通过控制和调节压缩空气的流动方向、压力和流量，以保证执行元件具备一定的机械力和速度，并按照设计的程序正常动作。按照功能和控制作用的不同可以分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。此外，还有通过改变气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件等。2.1.1单向型方向控制阀单向型方向控制阀包括单向阀、梭阀、双压阀和快速排气阀等。其中单向阀与液压单向阀原理类似，此处不再重复。（1）梭阀

（a）P1口进气

（b）P2口进气

（c）图形符号图8-22

梭阀逻辑表达式：A=P1+P2图8-22所示为梭阀的工作原理图和图形符号，其有两个进气口P1和P2，一个工作口A，阀芯1在两个方向上起单向阀的作用。其中P1和P2都可与A口相通，但P

1与P2不相通。当P1进气时，阀芯右移，封住P2口，使P1与A相通，A口有气信号输出。反之，P2进气时，阀芯左移，封住P1口，使P2与A相通，A口也有气信号输出。若P1与P2都进气，阀芯就可能停在任意一边，这主要依据压力加入的先后顺序和压力的大小而定。若P1与P2不等,则高压口的通道打开，低压口则被封闭，高压气流从A口输出。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.1方向控制阀2.1.1单向型方向控制阀（2）双压阀逻辑表达式：A=P1·P2P1口进气

（b）P2口进气

（c）P1和P2同时进气

（d）图形符号图8-23

双压阀图8-23所示为双压阀的工作原理图及图形符号。它有P1和P2两个输入口和一个输出口A，只有当P1、P2同时有输入时，A口才能输出，否则，A口无输出；而当P1和P2口压力不等时，则关闭高压侧，低压侧与A口相通。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.1方向控制阀2.1.1单向型方向控制阀（2）快速排气阀

（a）结构原理图

（b）图形符号图8-24

快速排气阀1-进气口；2-工作气口；3-排气口图8-24所示为快速排气阀工作原理及图形符号，其工作原理为：当进气口1进气后，阀芯关闭排气口3，工作气口2与进气口1相通，工作气口2有输出；当进气口1无气输入时，如工作气口2有气体流出，则会使阀芯封住进气口1，此时工作气口2和排气口3相通，气体经排气口3快速排出。快速排气阀应配置在需要快速排气的执行元件附近，否则会影响排气效果。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.1方向控制阀2.1.2.换向型方向控制阀换向型方向控制阀是通过改变压缩空气的流动方向，从而改变执行元件运动方向。根据其控制式不同可分为气控式、电磁式、机控式、人力式、时间式等。换向型方向控制阀的结构和工作原理与液压传动系统方向控制阀的基本相似，这里从略。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.2压力控制阀气动系统中，调节和控制压缩空气压力大小的气动元件或依靠气压力来控制执行元件动作顺序的阀统称为压力控制阀。根据控制作用不同，压力控制阀可分为减压阀（也称调压阀）、溢流阀（也称安全阀）、顺序阀和压力开关等，这类阀的共同特点都是利用作用在阀芯上的气压力和弹簧力相平衡的原理工作的。2.2.1减压阀减压阀又称调压阀，不同于液压系统自带液压源，在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩储存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。贮气罐的空气压力往往要比实际需要的高，且压力波动较大。因此需要减压阀将其压力减到装置所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。按压力调节方式分为直动式减压阀和先导式减压阀两大类。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.2压力控制阀2.2.1减压阀（a）实物图

（b）结构原理示意图

（c）图形符号图8-25

直动式减压阀1-主体；2-阀盖；3-外壳；4-手轮；5-设定弹簧；6-膜片；7-排气口；8-给气阀口；9、10、11-“O”形圈；过滤器滤芯图8-25所示为常用带过滤器的直动式减压阀结构原理图，从P1侧流入的压缩空气通过过滤器12的滤芯（烧结金属），细小的尘埃被滤除。旋转手轮4后，在设定弹簧5的弹力作用下，给气阀8打开，清洁的空气流入P2侧形成二次压力。二次压力通过阻尼孔13作用于膜片6，与设定弹簧5的弹力相平衡。若二次压力升高，则由于作用在膜片6的力大于设定弹簧5的压缩力，给气阀8关闭的同时排气口7打开，剩余压力向大气放出，使其保持压力一定。工作任务8.2气动执行元件及控制元件的认知与选用2.气动执行元件2.2压力控制阀2.2.2顺序阀（a）关闭状态

（b）开启状态

（c）图形符号图8-26

单向顺序阀工作原理图1-调节手柄；2-弹簧；3-活塞；4-单向阀顺序阀是根据回路中气体压力的大小来控制各种执行机构按顺序动作的压力控制阀，其工作原理是靠调压弹簧压缩量来控制其开启压力的大小。顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺