教学材料《液压 传动》-第十章

第一节

气压传动概述气压传动:是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一种传动形式。气压传动的工作原理:是利用空压机把电动机或其它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，通过执行元件把气体的压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。10.1.1气压传动的组成及工作原理气压传动系统和液压传动系统类似，也由五部分组成，它们是:(1)气源装置。获得压缩空气的装置。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。下一页返回第一节

气压传动概述(2)控制元件。用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。(3)执行元件。是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。包括气缸、气马达、摆动马达。(4)辅助元件。是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾气、管接头及消声器等。(5)工作介质。经除油、除水、除尘，干燥净化处理后的洁净压缩空气。上一页下一页返回第一节

气压传动概述10.1.2气压传动的优缺点气动技术广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现。在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。(一)气压传动的优点气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下优点:(1)工作介质是空气，取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用过后可将其随时排入大气中，不污染环境。(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，上一页下一页返回第一节

气压传动概述不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的砧度影响极小，故不会影响传动性能。(3)空气的钻度很小(约为液压油的万分之一，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送。(4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0.02s~0.3s就可达到工作压力和速度液压油在管路中流动速度一般为1m/s~5m/s，而气体的流速最小也大于10m/s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速。(5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，装置中仍然可以维持一个稳定的压力。上一页下一页返回第一节

气压传动概述液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变。(6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行2000万次一4000万次。(7)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。(8)气动装置结构简单、成本低、维护方便、过载能自动保护。(二)气压传动的缺点(1)因空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差。上一页下一页返回第一节

气压传动概述(2)气动装置工作压力低，输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的。(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。上一页返回下一页第二节

气源装置及辅助元件气压传动系统中的气源装置是为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气的重要组成部分,由空气压缩机产生的压缩空气，必须经过降温、净化、减压、稳压等一系列处理后，才能供给控制元件和执行元件使用。而用过的压缩空气排向大气时，会产生噪声，应采取措施，降低噪声，改善劳动条件和环境质量，因此，除空气压缩机外，气源装置还必须设置一些除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥，提高压缩空气质量，进行气源净化处理的辅助设备。气动辅助元件分为气源净化装置和其他辅助元件两大类。10.2.1对压缩空气的要求(1)要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。下一页返回

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气源装置及辅助元件(2)要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。清洁度是指气源中含油量，含灰尘杂质的质量及颗粒大小都要控制在很低范围内。干燥度是指压缩空气中含水量的多少，气动装置要求压缩空气的含水量越低越好。(3)压缩空气中含有的饱和水分，在一定的条件下会凝结成水，并聚集在个别管道中。在寒冷的冬季，凝结的水会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置的正常工作。(4)压缩空气中的灰尘等杂质，对气动系统中作往复运动或转动的气动元件的运动副会产生研磨作用，使这些元件因漏气而降低效率，影响使用寿命。10.2.2压缩空气站的设备组成及布置上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件压缩空气站的设备一般包括空气压缩机和使气源净化的辅助设备，如图10-1所示。由图可看出，压缩空气站主要由以下设备组成:空气压缩机1:一般由电动机带动，其吸气口装有空气过滤器;后冷却器2:冷却压缩空气，使净化的水凝结出来;油水分离器3:分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等;贮气罐4;贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。贮气罐4:输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统;干燥器5:进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分，使之成为干燥空气;过滤器h:进一步过滤压缩空气;贮气罐7:输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统，如气动仪表等。上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件10.2.3空气压缩机空气压缩机是气动系统的动力源，是产生压缩空气的装置。它把电动机的机械能转化为气压能，为气动系统提供压缩空气，它是气动系统的核心。(一)空气压缩机的分类及选用原则(1)分类。按其工作原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机，容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增大以提高压缩空气的压力速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，然后使气体的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。(2)空气压缩机的选用原则。上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件选用空气压缩机需用根据压力和流量两个参数。一般空气压缩机为中压空气压缩机，额定排气压力为1MPa。另外还有低压空气压缩机，排气压力约0.2MPa;高压空气压缩机，排气压力为10MPa;超高压空气压缩机，排气压力达100MPa.(二)空气压缩机的工作原理气压传动系统中最常用的空气压缩机是往复活塞式，如图10-2所示。空气压缩机工作原理如下:当活塞3向右运动时，左腔压力低于大气压力，吸气阀9被打开，空气在大气压力作用下进入气缸2内，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件这个过程称为“吸气过程”。当活塞向左移动时，吸气阀9在缸内压缩气体的作用下关闭，缸内气体被压缩，这个过程称为“压缩过程”。当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后，排气阀1被打开，压缩空气进入输气管道，这个过程称为“排气过程”。10.2.4气动辅助元件气动辅助元件分为气源净化装置和其他辅助元件两大类。(一)气源净化装置压缩空气净化装置一般包括:后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器、过滤器。上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件1.冷却器后冷却器安装在空压机出口，作用是将空气压缩机排出的压缩空气由1400℃~1700℃降至400℃~500℃，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便经油水分离器排出后冷却器的结构形式有:蛇形管、列管、散热片、管套式。有水冷和气冷两种方式。蛇管式后冷却器及图形符号如图10-3所示。2.油水分离器油水分离器安装在后冷却器出口，作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分等，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环形回转式、撞击折回式、上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。其工作原理是:当压缩空气进入油水分离器后产生流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。图10-4所示为常见的撞击式和环形回转式油水分离器。压缩空气自入口进入分离器壳体后，气流先受隔板阻挡被撞击折回向下，继而又回升向上，产生环形回转。这样使水滴和油滴在离心力和惯性力作用下，从空气中分离析出并沉降在壳体底部，定期打开底部阀门排出。经初步净化的空气从出口送往贮气罐，为了达到预期的油水分离效果，气流回转后上升速度宜缓慢，一般不应超过1m/s，若油水分离器进出口管径为d，进出口空气速度为v1，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件则分离器的直径D=v1/2d，其高度H一般为其直径D的3.5倍~4倍。3.贮气罐贮气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种。以立式居多。如图10-5所示:其作用主要有:(1)储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用。(2)消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，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油、水等杂质。上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件4.干燥器经过后冷却器、油水分离器和贮气罐后得到初步净化的压缩空气，已满足一般气压传动的需要。但压缩空气中仍含一定量的油、水以及少量的粉尘。如果用于精密的气动装置、气动仪表等，上述压缩空气还必须进行干燥处理。如图10-6所示为吸附式干燥器，由管1,2,3,4,12、吸附剂层5、过滤网6、上栅板7、下部吸附剂层8、铜丝网9、下栅板10、过滤网11等组成。压缩空气干燥方法主要有吸附法和冷却法。5.空气过滤器空气过滤器又名分水滤气器、空气滤清器，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件它是气动系统中最常用的一种空气净化装置，如图10-7所示。其作用是滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质微粒，以达到气动系统要求的净化程度。过滤的原理是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水分、油滴及杂质与空气分离。一般空气过滤器基本上由壳体和滤芯所组成，按滤芯所采用的材料不同又可分为纸质、织物、陶瓷、泡沫、塑料和金属(金属网)等过滤器空气压缩机中普遍采用纸质过滤器和金属过滤器)常用的过滤器有一次性过滤器(也称简易过滤器，滤灰效率为50%~70%，二次过滤器(滤灰效率为70%~99%)。在要求高的特殊场合，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件还可使用高效率的过滤器。空气过滤器工作原理是:压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子1,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产生强烈旋转。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3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气则由滤芯2滤除。为防止气体旋转将存水杯中积存的污水卷起，在滤芯下部设有挡水板4，此外在水杯中的污水应通过手动排水阀5及时排放。分水滤气器经常按分水滤气器、减压阀和滤油器的顺序组成气动三大件，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件安装在使用压缩空气的设备气动系统气源入口处。(二)其他辅助元件1.油雾器油雾器是一种特殊的注油装置。它以空气为动力，使润滑油雾化后，注入空气流中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。目前气动控制阀、气缸和气马达主要是靠这种带有油雾的压缩空气实现润滑，其优点是方便、干净、润滑质量高。油雾器结构如图10-8所示。油雾器的选择主要根据气压系统所需额定流量和油雾粒度大小来确定油雾器的形式和通径，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件所需油雾粒度在50μm左右选用普通型一次油雾器，若需油雾粒径很小可选用二次油雾器。油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以将空气过滤器、减压阀和油雾器三件联合使用，组成气源调节装置(通常称之为气动三大件或气动三联件)，使之具有过滤、减压和油雾的功能。油雾器一般应配置在滤气器和减压阀之后(其顺序应为空气过滤器一减压阀一油雾器，不能颠倒)，用气设备之前较近处。2.消声器在气压传动系统中，气缸、气阀等元件工作时，排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排量和空气通道的形状而变化。上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件排气的速度和功率越大，噪声也越大，一般可达100dB~120dB，为了降低噪声可以在排气口装消声器。消声器就通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和功率，从而降低噪声。气动元件使用的消声器一般有三种类型:吸收型消声器、膨胀干涉型消声器和膨胀干涉吸收型消声器。如图10-9所示为吸收型消声器。3.管道连接件管件可分为硬管和软管两种。如总气管和支气管等一些固定不动的、不需要经常装拆的地方，上一页下一页返回第二节

气源装置及辅助元件使用硬管。连接运动部件、临时使用、希望装拆方便的管路应使用软管。硬管有铁管、铜管、黄铜管、紫铜管和硬塑料管等;软管有塑料管、尼龙管、橡胶管、金属编织塑料管以及挠性金属导管等。常用的是紫铜管和尼龙管。气动系统中使用的管接头的结构及工作原理与液压管接头基本相似，分为卡套式、扩口螺纹式、卡箍式、插入快换式等。上一页返回下一页第三节

气压执行元件气动系统执行元件包括气缸和气马达。气压传动比液压传动压力低、工作流体钻度小，相应在执行元件上也有些许不同:要求密封好、可用薄膜结构、标准化程度相对较高等。10.3.1气缸气缸是气动系统的执行元件之一。除几种特殊气缸外，普通气缸的种类及结构形式与液压缸基本相同。目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。(一)气缸的分类气缸的种类很多，结构各异，常用的分类方法有以下几种。1.按压缩空气在活塞端面作用力的方向分类(1)单作用气缸。气缸只有一个方向的运动是气压传动，下一页返回上一页第三节

气压执行元件复位靠弹簧力或自重和其他外力。(2)双作用气缸。气缸的往返运动全靠压缩空气完成。2.按气缸的结构特征分类有活塞式、薄膜式、柱塞式、摆动式气缸等。3.按气缸的安装方式分类(1)固定式气缸。气缸安装在机体上固定不动，有耳座式、凸缘式和法兰式。(2)轴销式气缸。缸体围绕一固定轴可作一定角度的摆动。(3)回转式气缸。缸体固定在机床主轴上，可随机床主轴作高速旋转运动。这种气缸常用干机床上气动卡盘中，上一页下一页返回第三节

气压执行元件以实现工件的自动装卡。(4)嵌入式气缸。气缸做在夹具本体内。4.按气缸的功能分类(1)普通气缸。包括单作用式和双作用式气缸，常用于无特殊要求的场合。(2)缓冲气缸。气缸的一端或两端带有缓冲装置，以防止和减轻活塞运动到端点时对气缸缸盖的撞击。其缓冲原理与液压缸相同。(3)气液阻尼缸。气缸与液压缸串联，可控制气缸活塞的运动速度，并使其速度相对稳定。(4)冲击气缸。上一页下一页返回第三节

气压执行元件是一种以活塞杆高速运动形成冲击力的高能缸，可用于冲压、切断等。(5)步进气缸。是一种根据不同的控制信号，使活塞杆伸出不同的相应位置的气缸。(二)气缸的结构、工作原理和用途气缸除标准化气缸外，还有其他几种较为典型的特殊气缸。1.标准化气缸为推动气动技术的发展，满足各行业使用气缸的需要，我国目前已经生产出五种从结构到参数都已经标准化、系列化的气缸(简称标准化气缸)供用户优先选用，在生产过程中应尽可能地选用标准化气缸若需要自行设计时，上一页下一页返回第三节

气压执行元件也应尽可能地使所设计的气缸与标准化气缸的结构与参数相一致，这样可使产品具有互换性，给设备的使用和维修带来方便。(1)标准化气缸的系列和标记。标准化气缸的标记是用符号“QG”表示气缸，用符号:“A,B,C,D,H”表示五种系列。具体的标志方法是:QGA,B,C,D,H缸径x行程五种标准化气缸的系列为:QGA—无缓冲普通气缸;QGB—细杆(标准杆)缓冲气缸;QrsC—粗杆缓冲气缸;QGD—气液阻尼缸;QGH—回转气缸。(2)标准化气缸的主要参数。标准化气缸的主要参数是缸径和行程因在一定的气压力下，上一页下一页返回第三节

气压执行元件缸径代表气缸活塞杆的输出力，行程代表气缸的作用范围。(3)气缸结构如图10-10所示。2.气液阻尼缸气液阻尼缸由气缸和油缸组合而成，如图10-11所示。利用油液的不可压缩性和控制油液排量获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。它将油缸和气缸串联成一个整体，两个活塞固定在一根活塞杆上。3.薄膜式气缸薄膜式气缸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、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件组成，如图10-12所示。其功能类似于活塞式气缸，上一页下一页返回第三节

气压执行元件分单作用式和双作用式两种。薄膜式气缸和活塞式气缸相比较，具有结构简单、紧凑、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏小、效率高等优点。但是膜片的变形量有限，故其行程短(一般不超过40mm~50mm)，且气缸活塞杆上的输出力随着行程的加大而减小。4.回转气缸回转气缸的工作原理如图10-13所示，它由导气头9、缸体3、活塞4、活塞杆1、缸盖6等组成。这种气缸的缸体连同缸盖可被携带回转，活塞及活塞杆只能作直线往复运动:导气头的外接管路固定不动。上一页下一页返回第三节

气压执行元件它实际上是一个具有回转接头的气缸，转动由其他方式实现。回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置。10.3.2气马达气马达也是气动执行元件的一种，是将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置。气动马达有一叶片式、活塞式、齿轮式等多种类型，在气压传动中使用最广泛的是叶片式和活塞式气动马达i它的作用相当于电动机或液压马达。即输出力矩，拖动机构作旋转运动。(一)气马达的分类及特点气马达按结构形式可分为:叶片式气马达、活塞式气马达和齿轮式气马达等。最为常见的是活塞式气马达和叶片式气马达上一页下一页返回第三节

气压执行元件叶片式气马达制造简单、结构紧凑，但低速运动转矩小、低速性能不好，适用于中低功率的机械，目前在矿山及风动工具中应用普遍:活塞式气马达在低速情况下有较大的输出功率，它的低速性能好，适用于载荷较大和要求低速转矩的机械。(二)叶片式气动马达的工作原理如图10-14所示为双向旋转叶片式气动马达的工作原理图。当压缩空气从进气口A进入气室后立即喷向叶片1，作用在叶片的外伸部分，产生转矩带动转子2作逆时针转动，输出旋转的机械能，废气从排气口G排出，残余气体则经B排出(二次排气)。若进排气口互换，则转子反转，输出相反方向的机械能。转子转动的离心力和叶片底部的气压力、上一页下一页返回第三节

气压执行元件弹簧力(图中未画出)使得叶片紧密地抵在定子3的内壁上，以保证密封，提高容积效率。叶片式气动马达主要用于风动工具，高速旋转机械及矿山机械等。(三)与液压马达相比，气马达具有以下优点(1)工作安全。可以在易燃易爆场所工作，同时不受高温和振动的影响。(2)可以长时间满载工作而温升较小。(3)可以无级调速。控制进气流量，就能调节马达的转速和功率。额定转速以每分钟几十转到几十万转。(4)具有较高的启动力矩。可以直接带负载运动。(5)结构简单、操纵方便、维护容易、成本低。上一页下一页返回第三节

气压执行元件(6)输出功率相对较小，最大只有20kW左右。(7)耗气量大、效率低、噪声大。10.3.3气缸与气马达的选用(一)气缸的选用采用气压传动，一定要使用气缸。气缸的合理选用，是保证气动系统正常、稳定工作的前提。合理选用气缸，就是要根据各生产厂家要求的选用原则，使气缸符合正常的工作条件，这些工作条件主要包括工作压力范围、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。选择气缸首先选用标准气缸，其次才是自行设计。选用时应注意以下几点:上一页下一页返回第三节

气压执行元件(1)安装形式的选择。在一般情况下，多采用固定式气缸，在需要随同工作机构连续回转时要选用回转气缸。(2)作用力的大小。根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力，再选择和确定气缸内径。为了避免气缸容积过大，应尽量采用扩力机构，以减小气缸尺寸。(3)运动速度的大小二活塞的运动速度主要取决于气缸进、排气口及管路内径，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一液阻尼缸.普通气缸的运动速度为0.5m/s~1m/s，对高速运动的气缸应选用缓冲气缸或在回路中加装缓冲装置。(4)负载的大小。上一页下一页返回第三节

气压执行元件根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力，再根据使用压力应小于气源压85%的原则，按气源压力确定使用压力。(5)行程的大小。根据气缸及传动机构的实际动作范围来预选气缸的工作行程，为便于安装调试，对计算出的距离加大10mm~20mm为宜，但不需太长，以免增大损耗，浪费气源。(二)气马达的选用气马达的工作适应性较强，可适用干无级调速成、启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便人工操纵及有过载可能的场合。上一页下一页返回第三节

气压执行元件选择气马达主要考虑负载的状态:在变负载的场合下，还要考虑速度的范围及工作机构所需的转矩;在负载变化不大的场合下，则主要考虑工作速度的影响。叶片式气马达比活塞式气马达转速高，当工作速度低于空载最大转速的25%时，推荐选用活塞式气马达二各种气马达的特点及应用范围见表10-2。上一页返回下一页第四节

气压控制元件在气压传动系统中，气动控制元件(气动控制阀)是用来控制、调节压缩空气的压力、流量和流动方向或发送信号的元件，其作用是保证气动执行元件(如气缸、气马达等)按设计的程序正常地进行工作气压控制阀按作用可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。此外，还有通过控制气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件等。10.4.1压力控制阀气动系统不同于液压系统，一般每一个液压系统都自带液压源(液压泵);而在气动系统中，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。下一页返回上一页第四节

气压控制元件而储气罐的空气压力往往比设备实际所需要的压力高些，同时其压力波动值也较大。压力控制阀按其控制功能可以分为调压阀(减压阀)、顺序阀和安全阀(溢流阀).(一)减压阀(调压阀)减压阀:将压力减到每台装置所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。气压传动中的减压阀与液压传动中的减压阀一样，都起减压作用。但它更主要的作用是调压和稳压，在液压传动中，每台液压设备都有自己的液压源(液压泵)，而在气压传动中，一般都是由空气压缩机将空气压缩后贮存于储气罐中，然后经管路输送给各传动装置使用。上一页下一页返回第四节

气压控制元件贮气罐提供的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动也较大。因此必须在每台装置入口处设置一减压阀，以将入口处的空气降低到其所需的压力，并保证该压力值的稳定。调压阀与空气过滤器、油雾器并称气动三大件。如图10-15所示为直动式调压阀的工作原理图及图形符号。当顺时针方向调整手柄1时，调压弹簧2(实际上有2个弹簧)推动下弹簧座3、膜片4和阀芯5向下移动，使阀口开启，气流通过阀口后压力降低，与此同时，有一部分气流由阻尼孔7进入膜片室，在膜片下面产生一个向上的推力与弹簧力平衡，调压阀便有稳定的压力输出。当输入压力P，增高时，输出的压力P2也随之增高，使膜片下面的压力也增高，上一页下一页返回第四节

气压控制元件将膜片向上推，阀芯5在复位弹簧9的作用下上移，从而使阀口8的开度减小，节流作用增强，使输出压力降低到调定值为止;反之，若输入压力下降，则输出压力也随之下降，膜片下移，阀口开度增大，节流作用降低，使输出压力回升到调定压力，以维持压力稳定。调节手柄1以控制阀口开度的大小，即可控制输出压力的大小。目前常用的QTY型调压阀的最大输入压力为1MPa，其输出的流量随阀的通径大小而改变。QTY型直动式减压阀的调压范围为0.05MPa~0.63MPa。为限制气体流过减压阀所造成的压力损失，规定气体通过阀内通道的流速在15m/s~25m/s范围内上一页下一页返回第四节

气压控制元件安装减压阀时，要按气流的方向和减压阀上所示的箭头方向，依照分水滤气器、减压阀、油雾器的安装次序进行安装。调压时应由低向高调，直至规定的调压值为止。阀不用时应把手柄放松，以免膜片经常受压变形。(二)顺序阀顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀，它根据弹簧的预压缩量控制其开启压力。当输入压力达到或超过开启压力时，顶开弹簧，于是P到A才有输出，反之A无输出。顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。上一页下一页返回第四节

气压控制元件当压缩空气由左端进入阀腔后，作用于活塞3上的气压力超过压缩弹簧3上的力时，将活塞顶起，压缩空气从P经A输出，此时单向阀4关闭。见图10-16(a)。反向流动时，输入侧排气变成排气口，输出侧压力将顶开单向阀4由U口排气，见图10-16(b)。(三)安全阀当储气罐或回路中压力超过某调定值，要用安全阀向外放气，安全阀在系统中起过载保护作用。安全阀工作原理同液压传动系统中的溢流阀。按控制方式分，有直动式和先导式两种。其图形符号如右图所示。10.4.2流量控制阀上一页下一页返回第四节

气压控制元件在气压传动系统中，控制气缸运动速度的快慢、控制油雾器的滴油量、控制缓冲气缸的缓冲能力、控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，都需要调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀就通过改变流量阀的通流截面积实现流量控制的元件。常用的流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和快速排气阀等。(一)节流阀节流阀用于调节气体流量的大小，达到满足执行元件对气体流量的要求。上一页下一页返回第四节

气压控制元件对于节流阀调节特性的要求是流量调节范围要大、阀芯的位移量与通过的流量呈线性关系。节流阀节流口的形状对调节特性影响较大。如图10-17所示的是节流阀的结构原理图及职能图形符号。当压缩空气从P口输入时，气流通过节流通道自A口输出:旋转阀芯螺杆，就可改变节流口的开度，从而改变阀的流通面积，达到调节气体流量的目的。(二)单向节流阀单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，如图10-18所示。一般情况下用该阀控制气缸的运动速度，故也称“速度控制阀”。当气流沿着一个方向流动时，上一页下一页返回第四节

气压控制元件经过节流阀节流;反方向流动时，单向阀打开。单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。若用单向节流阀控制气缸的运动速度，安装时该阀应尽量靠近气缸。当回路中安装单向节流阀时不要将方向装反，否则，不能工作。当对气缸运动稳定性有要求时，要按出口节流方式安装单向节流阀。(三)排气节流阀排气节流阀是装在执行元件的排气口处，调节排入大气的流量，以改变执行元件运动速度的流量控制元件。在大多情况下，为了减少排气的噪声，排气节流阀上装有消声器，同时能防止不清洁的气体通过排气孔污染气动元件。上一页下一页返回第四节

气压控制元件图10-19是排气节流阀的结构原理图和职能图形符号排气节流阀通常安装在换向阀的排气口处与换向阀联用起单向节流阀的作用由于其结构简单，安装方便，能简化回路，故应用日益广泛。(四)快速排气阀快速排气阀(图10-20)常安装在换向阀和气缸之间。它使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出，从而加速了气缸往复的运动速度，缩短了工作周期。应当指出:用流量控制的方法控制气缸内活塞的运动速度，采用气动比采用液压困难。特别是在极低速控制中，上一页下一页返回第四节

气压控制元件要按照预定行程变化来控制速度，只用气动很难实现。在外部负载变化很大时，仅用气动流量阀也不会得到满意的调速效果。为提高其运动平稳性，建议采用气液联动。10.4.3方向控制阀方向控制阀是通过改变压缩空气的流动方一向和气流的通断，来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动阀。根据方向控制阀的功能、控制方式、结构形式、阀内气流的方向及密封形式等，可将方向控制阀分为如下表10-3所示种类。(一)气压控制换向阀1.单气控加压式换向阀上一页下一页返回第四节

气压控制元件如图10-21所示为二位三通单气控截止式换向阀的结构图。这种结构简单、紧凑、密封可靠、换向行程短，但换向力大。若将气控接头换成电磁先导阀，可变气控阀为先导式电磁换向阀。2.双气控加压式换向阀(图10-22)3.差动控制换向阀差动控制换向阀(图10-23)是利用控制气压作用在阀芯两端不同面积上所产生的压力差来使阀换向的一种控制方式。(二)电磁控制换向阀常用的电磁换向阀有直动式(图10-24)和先导式两种。1.直动式电磁换向阀上一页下一页返回第四节

气压控制元件激励线圈不通电时，阀在复位弹簧的作用下处于上端位置，A与T相通，A口排气当通电时，电磁铁1推动阀芯向下移动，P与A相通，A口进气。2.先导式电磁换向阀直动式电磁阀是由电磁铁直接推动阀芯移动的，当阀通径较大时，其所需的电磁铁体积和电力消耗都必然加大，为克服此弱点可采用先导式结构。先导式电磁阀是由电磁铁首先控制气路，产生先导压力，再由先导压力推动主阀阀芯，使其换向。(三)机械控制换向阀机械控制换向阀又称行程阀，常依靠凸轮、挡块或其他机械外力推动阀芯，使阀换向。结构如图10-25所示。上一页下一页返回第四节

气压控制元件(四)梭阀梭阀相当于两个单向阀组合的阀。图10-26所示为梭阀的工作原理图。上一页返回下一页第五节

气动基本回路气压传动系统与液压传动系统一样，都是由具有各种不同基本功能的回路组成的，而且可以相互参考和借鉴。了解气动系统常用回路的类型和功能，合理选择各种气动元件并根据其功能组合成气动回路，实现预定的方向控制、压力控制和位置控制等功能。10.5.1换向控制回路(一)换向控制回路气动执行元件的换向主要利用方向控制阀来实现。如同液压系统一样，方向控制阀按照通路数也分为二通、三通、四通、五通阀等，利用这些方向控制阀可以构成单作用执行元件和双作用执行元件的各种换向控制回路。下一页返回上一页第五节

气动基本回路1.单作用气缸换向回路如图10-27(a)所示为二位三通电磁阀控制的单作用气缸上行、下行回路。电磁铁通电时，气缸杆向上;反之，气缸杆向下。图10-27(b)所示为三位四通电磁阀控制的单作用气缸回路，可以控制气缸上、下和停止。该阀在两磁铁都断电时自动对中，能使气缸停止在任何位置，但定位精度不高，并且定位时间不长。2.双作用气缸换向回路如图10-28所示为各种双作用气缸的换向回路，在实际中，可以根据执行元件的动作与操作方式等，上一页下一页返回第五节

气动基本回路对这些回路进行灵活选用和组合。10.5.2压力控制回路对系统压力进行调节和控制的回路称为压力控制回路。压力控制回路是使气动系统中有关回路的压力保持在一定的范围内，或者根据需要使回路得到高、低不同的空气气体压力的基本回路(一)一次压力控制回路一次压力控制回路一般用于对小型空压机的控制，主要作用是控制储气罐内的压力。图10-29为一次压力控制回路，也称气源压力控制回路。图10-29(a)所示是用安全阀1保持供气压力基本恒定，上一页下一页返回第五节

气动基本回路用电触点式压力表3来控制空气压缩机的转、停，使储气罐内压力保持在规定的范围内。图10-29(b)是用压力继电器替代了图10-29(a)中的电触点压力表，其他部分的工作原理都是一样的。(二)二次压力控制回路如图10-30所示为二次压力控制回路，利用溢流式减压阀实现定压控制。二次压力回路的主要作用是控制气动控制系统的气源压力。图10-30(a)是控制回路，由分水滤气器、减压阀和油雾器等元件联合组成，并且已经有组合件生产(图10-30(b)是该回路的职能图形符号。(三)高、低压转换回路上一页下一页返回第五节

气动基本回路如图10-31(a)所示为利用减压阀控制高低压力输出的回路。在回路中，利用两个减压阀分别洞时输出不同的气体压力。图10-31(b)是用换向阀控制输出气动装置所需要的压力，该回路适用于负载差别较大的场合。10.5.3速度控制回路控制气动执行元件运动速度的一般方法是控制进入或排出执行元件的气流量。因此，利用流量控制阀来改变进气管、排气管的有效截面积，就可以实现速度控制。(一)单作用气缸速度控制回路1.节流阀调速如图10-32(a)所示为两只反向安装的单向节流阀，上一页下一页返回第五节

气动基本回路通过调节各单向节流阀的气体流量，可以分别控制活塞杆伸出和退回的运动速度。2.快排气阀节流调速如图10-32(b)所示为汽缸的活塞杆上升时可以通过节流阀调速，活塞杆下降时通过快排气阀排气，实现快速退回。(二)双作用气缸的速度控制回路在气压系统中，采用排气节流调速的方法控制气缸运动的速度，活塞的运动速度比较平稳，振动小，比进气节流调速效果要好。如图10-33(a),(b)所示的均为双向排气节流调速回路。这两种双作用气缸的调速回路从原理上没有什么区别，上一页下一页返回第五节

气动基本回路只是图10-33(a)所示的是换向阀前节流控制回路，采用单向节流阀。图10-33(b)所示的为换向阀后节流控制回路，采用排气节流阀。10.5.4位置控制回路位置控制回路的功用在于控制执行元件在预定或任意位置停留。如图10-34(a)所示为用缓冲挡铁的位置控制回路。靠缓冲器1使活塞在预定位置之前缓冲，最后由定位块2强迫小车停止。该回路结构简单，但有冲击振动，小车与挡铁经常碰撞、磨损，对定位精度有影响，适用于惯性负载较小，且运动速度不高的场合。上一页下一页返回第五节

气动基本回路图10-34(b)为采用二位阀和多位缸的位置控制回路。人工控制手动阀3,4,5，经梭阀8,9控制两个换向阀6和7。比如:当阀4动作时，两活塞杆都缩回;阀3或5动作时，两活塞杆一伸一缩。这类回路一般用于流水线上对物品进行检测、分选等。图10-34(c)为用气液转换器的位置控制回路。利用二位二通阀可使液压缸活塞停留在任意位置。该回路适用于定位精度要求较高的场合。10.5.5同步控制回路在气动系统中，有时需要两个或两个以上的气压执行机构以相同的速度移动或在预定的位置同时停下，上一页下一页返回第五节

气动基本回路即若干执行机构的动作保持同步。由于气体的可压缩性大及负载的变化等因素，要使它们保持同步并非易事能控制两个或两个以上的气压执行机构同时动作的回路叫同步控制回路(一)利用机械连接的同步控制回路将两个气缸的活塞杆通过机械结构连接在一起，从理论上讲，此方法可以实现最可靠的同步动作图10-35(a)所示的同步装置是使用齿轮齿条将两只气缸的活塞杆连接起来，使其同步动作图10-35(b)为使用连杆结构连接起来的气缸同步装置。对于机械连接同步控制来说，上一页下一页返回第五节

气动基本回路其缺点是机械误差会影响同步精度，且两个气缸的位置距离不能太大，机构较复杂。(二)利用节流阀的同步控制回路如图10-36所示为采用出口节流调速的同步控制回路，分别用节流阀4,6控制气缸1、2同步上升，用节流阀3,5控制气缸1,2同步下降。采用该同步控制方法，如果气缸缸径相对于负载来说足够大，工作压力足够高的话，则可以取得一定程度的同步效果;否则，同步效果不好。利用节流阀的同步方法是最简单的同步控制方法，但它不能适应负载F1、F2变化的场合，即当负载变化时，同步精度要降低。上一页下一页返回第五节

气动基本回路(三)采用气液联动缸的同步控制回路对于负载运动过程中有变化，且要求运动平稳的场合，使用气液联动缸可取得较好的效果。如图10-37所示为使用两个气缸和液压缸串联而成的气液缸的同步控制回路。图中工作平台上施加了两个不相等的负载F1和F2，且要求水平升降，当回路中电磁阀7的1YA通电时，阀7左位工作，压力气体流入气液缸1,2的下腔中，克服负载F1和F2推动活塞上升。此时，在从梭阀6来的先导压力作用下，常开型两通阀3,4关闭，使气液缸1的油缸上腔的油被压入气液缸2的油缸下腔，上一页下一页返回第五节

气动基本回路气液缸2的油缸上腔的油被压入气液缸1的油缸下腔，从而使它们保持同步上升同样，当电磁阀7的2YA通电时，可使气液联动缸向下的运动保持同步。由于泄漏造成的液压油不足可以从油箱5得到自动补充。为了排出液压缸中的空气，设置了放气塞8和9。知识拓展气动系统应用与分析气压传动技术是实现工业生产自动化和半自动化的方式之一。由于气压传动的介质是空气，所以使用安全、可靠，能在高温、振动、易燃、易爆、腐蚀、多尘埃、强磁、辐射等恶劣的环境条件下工作，具有特殊的优势，上一页下一页返回第五节

气动基本回路因此气压传动技术使用日益广泛。(一)工件夹紧气压传动系统应用与分析如图10-38所示为机械加工自动线、组合机床中常用的工件夹紧气压传动系统原理图。其工作原理如下:当工件运行到指定位置后，当用脚踏下阀1，压缩空气进入垂直缸A的上腔，使缸A的活塞首先伸出(向下)，在夹紧头下降将工件定位锁紧的同时，压下行程阀2时，压缩空气经单向节流阀6进入二位三通气控换向阀4的右侧，使阀4换向(调节节流阀开口可以控制阀4的延时接通时间)，压缩空气通过主控阀3进入两侧气缸B和C的无杆腔，使气缸B,C活塞杆伸出从而对工件两侧进行夹紧，上一页下一页返回第五节

气动基本回路然后开始机械加工，同时流过主阀3的一部分压缩空气经过单向节流阀5进入主控阀3右端，经过一段时间(由节流阀控制)后，机械加工完成，主控阀3右位接通，两侧气缸退回原来位置。同时，一部分压缩空气作为信号进入脚踏阀1的右端，使阀1右位接通，压缩空气进入缸A的下腔，使夹紧头退回原位，将工件松开。夹紧头上升的同时使机动行程阀2复位，气控换向阀4也复位(此时主控阀3仍为右位接通)，由干气缸B,C的无杆腔通大气，主控阀3自动复位到左位，完成一个工作循环。(二)数控加工中心气动换刀系统如图10-39所示为某数控加工中心气动换刀系统原理图。上一页下一页返回第五节

气动基本回路通过该系统要实现主轴定位、主轴松刀、拔刀、向主轴锥孔吹气和插刀动作。气动换刀系统的工作过程:当数控系统发出换刀指令时，主轴停止旋转，同时4YA通电，压缩空气经气动三联件1、换向阀4、单向节流阀5进入主轴定位缸A的右腔，缸A的活塞左移使主轴自动定位。定位后压下开关，使6YA通电，压缩空气经换向阀h、快速排气阀8进入气液增压缸B的上腔，增压腔的高压使活塞伸出，实现主轴松刀，同时使8YA通电，压缩空气经换向阀9、单向节流阀11进入缸C的上腔，缸C下腔排气，活塞下移实现拔刀。由回转刀库交换刀具，同时1YA通电，压缩空气经换向阀2、单向节流阀3向主轴锥孔吹气。稍后1YA断电、2YA通电，上一页下一页返回第五节

气动基本回路停止吹气，8YA断电、7YA通电，压缩空气经换向阀9、单向节流阀10进入缸C的下腔，活塞上移，实现插刀动作。6YA断电、5YA通电，压缩空气经阀6进入气液增压缸C的下腔，使活塞退回，主轴的机械机构使刀具夹紧。4YA断电、3YA通电，缸A的活塞靠弹簧力作用下复位，换刀结束。上一页返回图10-1压缩空气站设备组成

及布置示意图返回1一空气压缩机;2一后冷却器;3一油水分离器;4-贮气罐;5一干燥器;6一过滤器;7-贮气罐图10-2往复活塞式空气压缩机

工作原理图返回1一排气阀;2一汽缸:3一活塞;4一活塞杆;5,6一十字头与滑道;7一连杆;8一曲柄;9一吸气阀;10-弹簧图10-3蛇管式后冷却器及图形符号返回图10-4油水分离器及图形符号返回图10-5立式贮气罐及图形符号返回图10-6吸附式干燥器及图形符号返回图10-7空气过滤器及图形符号返回1-旋风叶子;2-滤芯;3一存水杯;4一挡水板;5一排水阀图10-8普通型油雾器及图形符号图返回1-输入口:2一小孔;3-喷嘴小孔;4一输出口;5-贮油杯;6一单向阀;8一视油器;7一可调节流阀;9一油塞;10-球;11一吸油管图10-9吸收型消声器图返回(a)结构示意图;(b)图形符号图10-10气缸结构图返回图10-11气液阻尼缸结构图返回图10-12薄膜式气缸结构图返回1一缸体;2-膜