气动元件讲解

1、第九章 气动元件 气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。 气缸用于实现直线往复运动，输出力和直线位移；气马达用于实现连续回转运动，输出力矩和角位移。,气缸的分类 一、气缸的分类 气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般可按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征和安装形式来分类。现将气缸的类型和安装形式分别列于表9-1及表9-2中。,二、常用气缸的特点 （1）普通气缸 气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成，如图9-1所 示为普通 气缸结构。,（2）薄膜气缸 薄膜气缸主要由缸体、膜片、膜盘和活塞杆组成。如图9-2所示。,（3）无杆气缸 无杆气缸没有刚性活塞杆，利用活塞直接或间接实现直线运

2、动。如图9-3 所示。,三、气缸的使用 气缸的使用时应注意以下几点： 1）根据工作任务的要求，选择汽缸的结构形式、安装方式并确定活塞杆的推力和拉力。 2）一般不使用满行程，而使用其行程余量为30-100mm； 3）气缸工作的推荐速度在0。51m/s，工作压力为0.40.6MPa,环境温度为560C范围内。,四、气马达的工作原理 如图9-4所示,第二节 气动控制元件 控制元件按其作用和功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。 一、方向控制阀 类型: 单向型 换向型 阀心结构： 截止式 滑阀式,1、单向型控制阀 单向型控制阀中包括单向阀，或门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似。

3、 （1）或门型梭阀 或门型梭阀相当于两个单向阀的组合。图9-5为或门型梭阀结构图，它有两个输入口P1、P2，一个输出口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。,工作原理： P1进气 ， P2切断，P1A，A有输出； P2进气 ， P1切断，P2A，A有输出；,P1、P2进气，高压侧进气口A； P1 P2，则先加入压力的一侧A；另一侧通路关闭；,应用,（2）与门型梭阀 与门型梭阀相当与两个单向阀的组合，适用于互锁回路中。与门型梭阀的结构如图9-7。,工作原理 P1、P2同时输入，A口有输出； P1、P2无输入，口无输出； P1 P2，则低压侧A；高压侧关闭；,与门型梭阀应用回路,（3）快速排气阀 功

4、用：使气动元件或装置快速排气。 结构：见图9-9。,工作原理 P口进气，膜片封住排气口，PA； 气流反向流动，P的压力，A口的气压将膜片顶起封住P口，AO；,快速排气阀的应用 装于换向阀与气缸之间，使气缸的排气过程不经过换向阀即可完成。,2、换向型控制阀 功用：通过改变气体流通的通道使气体的流动方向发生变化，进而改变执行元件的方向。 控制方式：气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制、时间控制。,二、压力控制阀 压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀三类 1、减压阀 减压阀的作用是降低由空气压缩机来的压力，以适于每台气动设备的需要，并使这一部分压力保持稳定。按调节压力方式不同，减压阀有直动型和先

5、导型两种。,一、直动型减压阀 图9-11 所示为QTY型 直动型减压阀的结构简图。,工作原理 阀处于工作状态时，压缩空气P1口阀口11P2口流出。 当顺时针旋转手柄1，压缩2、3推动膜片5下凹，使阀杆7带动阀芯9下移，打开进气阀口11，压缩空气通过阀口11的节流作用，使输出压力低于输入压力，以实现减压的作用。于此同时，有一部分气流经阻尼孔6进入膜片室12，在膜片下部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后，阀口开度稳定在某一值上，减压阀就输出一定压力的气体。阀口11开度越小，节流作用越强，压力下降也越多。,（2）先导型减压阀 组成：先导阀 主阀 工作原理：当气流从 P1流入阀体后，一部

6、分经阀口9P2口， 另一部分经固定节流孔1 中气室5喷嘴2挡板3 及孔道反馈至下气室6， 阀杆7中心孔及排气孔8 大气。,把手柄旋到一定位置，使喷嘴挡板的距离在工作范围内，减压阀就进入工作状态。中气室5的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大，于是推动阀芯打开进气阀口9，即有气流流到出口，同时经孔道发馈到上气室4，与调压弹簧相平衡。,若输入压力瞬时升高，输出压力也相应升高，通过孔口的气流使下气室6的压力也升高，破坏了膜片原由的平衡，使阀杆7上升，节流阀口减小，节流作用增强，输出压力下降，使膜片两端作用力重新平衡，输出压力恢复到原来的调定值。,当输出压力瞬时下降时，经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的

7、压力较明显升高，而使阀芯下移，阀口开大，输出压力升高，并稳定到原数值上。 减压阀选择时应根据气源压力确定阀的额定输入压力，气源的最低压力应高于减压阀最高输出压力0.1Mpa以上。减压阀一般安装在空气过滤之后，油雾器之前。,（3）定值器 定值器即高精度减压阀。结构见图9-13。,规格：0.14MPa 输出范围 00.1MPa 0.35MPa 输出范围 00.25MPa 性能：气源压力在10%时，定值器输出压力不超过0.3%； 气源压力为额定值时，输出压力为最大值的80%，流量0600L/h，输出压力变化1%。,（4）减压阀的应用,2、溢流阀 作用 当系统压力超过调定值时，便自动排气，使系统的压力

8、下降，以保证系统安全，故也称其为安全阀。 分类 按控制方式分，溢流阀有直动型和先导型两种。,1. 直动型溢流阀 如图9-15所示，将阀 p口与系统相连接，O口 通大气压力，当系统压 力大于溢流阀调定压力 时，气体推开阀芯，经 阀口从O口排至大气， 使系统压力稳定在调定 值。,（2）先导型溢流阀 如图9-16所示。溢流阀的先导阀为减压阀 由它减压后 的空气从上部K口 进入阀内，以代 替直动型的弹簧 控制溢流阀。,（3） 溢流阀的应用,3、顺序阀 顺序阀的作用是依靠气路中压力的大小来控制机构按顺序动作。顺序阀常与单向阀并联结合成一体，称为单向顺序阀。,工作原理 当压缩空气由P口腔4， 若作用在活塞

9、3上的力弹 簧2上的力时，阀关闭。 当作用于活塞上的力 弹簧力时，活塞被顶起， 压缩空气经腔4腔5由A 口流出，进入其它控制 元件或执行元件，此时 单向阀关闭。,当切换起源时（图b）， 腔4压力迅速下降，顺序 阀关闭，此时腔5压力高 于腔4压力，在气体压力 差作用下，打开单向阀， 压缩空气由右腔5经单向 阀6流入左腔4向外排出。,（2）顺序阀的应用 图9-20所示为用顺序阀控制两个气缸顺序动作的原理图。,结构和图形符号： 见图9-19,三、流量控制阀 流量控制阀主要有节流阀，单向节流阀和排气节流阀等。 一、节流阀 作用 通过改变阀的通流面积来调节流量。,结构：见图9-21,工作原理 气体由输入

10、口P进入阀内，经阀座与阀芯间的节流通道从输出口A流出，通过调节螺杆使阀芯上下移动，改变节流口通流面积，实现流量的调节。,2、单向节流阀 单向节流阀是由单向阀和节流阀并联组合而成的组合式控制阀。 结构 见图9-23,工作原理 当气流由P至A正向流动时，单向阀在弹簧和气压作用下关闭，气流经节流阀节流后流出，而当由A至P反向流动时，单向阀打开，不起节流作用。,3、带消声器的节流阀 功用：安装在执行元件的排气口处，用来控制执行元件排入大气中气体的流量并降低排气噪声。,应用,第三节 逻辑元件 气动逻辑元件：是一种以压缩空气为工作介质，通过元件内部可动部件的动作，改变气流流动的方向，从而实现一定逻辑功能的

11、流体控制元件。 分类： 按工作压力分：高压、低压、微压三种。 按结构形式分：截止式*、膜片式、滑阀式和球阀式。,气动逻辑元件的特点 1.元件孔径较大，抗污染能力较强，对气源的净化程度要求较低。 2.元件在完成切动作后，能切断气源和排气孔之间的通道，无功耗气量较低。 3.负载能力强，可带多个同类型元件。 4.在组成系统时，元件连接方便，调试简单。 5.适应能力较强，可在各种恶劣环境下工作。 6.响应时间一般在10ms以内。,二、高压截止式逻辑元件 1.“是门” 和“与门”元件 图9-26为“是门”元件 及“与门”元件的结构 图。图中，P为气源口， a为信号输入口，S为 输出口。,工作原理(动画)

12、 a无信号，P S，S无输出; a有信号，P S，S有输出. 当气源口P改为信号口b时，则成“与门”元件，即只有当a和b同时输入信号时，S才有输出，否则S无输出。,2.“或门”元件 图9-27为“或门”元件的结构图。,工作原理 当只有a信号输入时，阀片3被推动下移，打开上阀口，接通aS通路，S有输出。类似地，当只有b信号输入时，bS接通,S也有输出。显然，当a,b均有信号输入时，S定有输出。显示活塞1用于显示输出的状态。,3.“非门”和“禁门”元件 图9-28为“非门”及“禁门”元件的结构图.a为信号输入孔，S为信号输出孔,P为气源孔。,工作原理(动画) 在a无信号输入时，阀片1在气源压力作用

13、下上移，开启下阀口，关闭上阀口，接通PS通路，S有输出。 当a有信号输入时，膜片6在输入信号作用下，推动阀杆3及阀片1下移，开启上阀口，关闭下阀口，S无输出。显然此时为“非门”元件。 若将气源口P改为信号 b口，该元件就成为“禁门“元件。在a,b均有信号时，阀片1及阀杆3在a输入信号作用下封住b孔，S无输出；在a无信号输入，而b有输入信号时，S就有输出，即a输入信号起“禁止“作用。,4.“或非”元件 图9-29为“或非”元件 工作原理图。P为气源 口，S为输出口，a、b、 c为三个信号输入口。,工作原理(动画) 当三个输入口均为无信号输入时，阀芯3在气源压力作用下上移，开启下阀口，接通PS通路

14、，S有输出。三个输入口只要有一个口有信号输入，都会使阀芯下移关闭阀口，截断PS通路，S无输出。 “或非”元件是一种多功能逻辑元件，用它可以组成“与门”、“或门”、“非门”、“双稳”等逻辑元件。,4. 记忆元件 记忆元件分为单输出和双输出两种。双输出记忆元件称为双稳元件，单输出 记忆元件称为单记忆元件。 图9-30为“双稳”元 件原理图。,工作原理 当a有控制信号输入时，阀芯2带动滑块4右移，接通PS1通路，S1有输出，而S2与排气孔O相通，无输出。此时“双稳”处于“1”状态，在b输入信号到来之前，a 信号虽消失，阀芯2仍总是保持在 右端位置。当b有输入信号时，则PS2相通，S2有输出，S1O相

15、通，此时元件置“O”状态，b信号消失后，a信号未到来前，元件一直保持此状态。,图9-31为单记忆元件的工作原理图。,工作原理 当b有信号输入时，膜片1使阀芯2上移，将小活塞4顶起，打开气源通道，关闭排气口，使S有输出。如b信号撤消，膜片1复原，阀芯在输出端压力作用下仍能保持在上面位置，S仍有输出，对b置“1”信号起记忆作用。当a有信号输入时，使阀芯2下移，打开排气通道，活塞4下移，切断气源，S无输出。,二、逻辑元件的应用举例 1、“或门”元件控制线路 图9-32为采用梭阀作“或门”元件控制线路 工作原理,当信号a及b 均 无输入时（图示状态），气缸处于原始位置。 当信号a及b有输入时，梭阀S有

16、输出，使二位四通阀克服弹簧力作用切换至上方位置，压缩空气即通过二位四通阀进入气缸下腔，活塞上移。 当信号a或b解除后，二位四通阀在弹簧作用下复位，S无输出，二位四通阀也在弹簧作用下复位，压缩空气进入气缸上腔，使气缸复位。,2、双手操作安全回路 图9-33为用二位三通按钮式换向阀和逻辑“禁门”元件组成的安全回路。,当两个按钮阀同时按下时，“或门”的输出信号S1要经过单向节流阀3进入蓄能器4，经一定时间的延时后才能经逻辑“禁门”5输出，而“与门”的输出信号S2是直接输入到“禁门”6上的。因此S2比S1早到达“禁门”6，“禁门”6有输出。,输出信号S4一方面推动主控制阀8换向使缸7前进，另一方面又作

17、为“禁门”5的一个输入信号，由于此信号比S1早到达“禁门”5，故“禁门”5无输出。如果先按阀1，后按阀2，且按下的时间间隔大于回路中延时时间t，那么，“或门”的输出信号S1先到达“禁门”5，“禁门”5有输出S3输出，而输出信号S3是作为“禁门”6的一个输入信号的，由于S3比S2早到达“禁门”6，故“禁门”6无输出，主控制阀不能切换，气缸7不能动作。,若先按下阀1，则其效果与同时按下两个阀 的效果相同。但若只按下其中任一个阀，则使换向阀8进不能换向。,第四节 气源装置及辅件 一、 气源装置 气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及储存的一套装置。图9-34所示为常见的气源

18、装置。其主要由以下元件组成。,1、空气压缩机 功用：将机械能转变为气体压力能的装置，是启动系统的动力源。 分类：活塞式，膜片式、螺杆式，其中气压系统最常使用的机型为活塞式压缩机。 在选择空气压缩机时，其额定压力工作压力，其流量应等于系统设备最大耗气量并考虑管路泄露等因素。,空气压缩机,2、后冷却器 功用：将压缩机排出的压缩气体温度由120150降至4050，使其中水汽、油雾汽凝结成水滴和油滴，以便经除油器析出。 分类：后冷却器一般采用水冷换热装置，其结构形式有：列管式、散热片式，管套式、蛇管式和板式等。其中，蛇管式冷却器最为常用。,结构,3、除油器 功用：分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质使

19、压缩空气得到初步净化。 分类：环形回转式、撞击折回式、离心旋转式和水浴式等。,图9-35为撞击折回并环形回转式除油器。,工作原理： 压缩空气自入口进入后，因撞击隔板而折回向下，继而后回升向上，形成回转环形流，使水滴、油滴和杂志在离心力和惯性力作用下，从空气中分离析出，并沉降在底部，定期打开底部阀门排出，初步净化的空气从出口送往储气罐。,3、干燥器 功用：为了满足精密启动装置用气，把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和排除其中的水分、油分、及杂质，使湿空气变成干空气。 分类：潮解式、加热式、冷冻式等。,空气干燥器：吸收式,空气干燥器：吸附式,空气干燥器：冷冻式,五、空气过滤器 功用：滤除压缩空气

20、的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所要求的净化程度。 安装：它属于二次过滤器，大多与减压阀、油雾器一起构成气动三联件。通常垂直安装在气动设备入口处，进出气孔不得装反，使用中注意定期放水，清洗或更换滤芯。 选择：空气过滤器主要根据系统所需要的流量，过滤精度和容许压力等参数来选取。,图9-36所示为空气过滤器结构图。,气动三联件,工作原理： 压缩空气从输入口进入后，沿旋风叶子强烈旋转，夹在空气中的水滴、油滴和杂质在离心力的作用下分离出来，沉积在存水杯底，而气体经过中间滤心时，又将其中微粒杂质和雾状水分滤下，沿挡水板流入杯底。洁净空气经出口输出。,6、储器罐 功用：调节气流，减少输出气流的压力脉动，

21、使输出气流具有流量连续性和气压稳定性。 容积的选择：当已知空气压缩机排气q时，储器罐容积可参考下述经验公式： q 30m/min Vc = 0.1qm,储气罐,二、 气 动 辅 件 1、油雾器 功用：油雾器是气压系统中一种特殊的注油装置，其作用是把润滑油雾化后，经压缩空气携带进入系统中各润滑部位，满足润滑的需要。,图9-37是油雾器的结构图。,油雾器,工作原理： 气路:从输入口进入，大部分从主气道流出，一小部分通过小孔A阀座8腔中储油杯4上腔C,(此时特殊单向阀处在中间位置)如图9-38示。,油路：油液受压后经吸油管7将单向阀6顶起视油器5喷嘴1腔，被主气道中的气流从小孔B中引射出来。 供油量：1mL/10m3,油量的调节：调节视油器上的节流阀9可调节油量，使滴油量可在0200滴/分范围内变化。 切断供油：当旋松油塞10后，使腔C与大气相通，此时特殊单向阀2背压降低而关闭，从而切断了气体与上腔C的通道，单向阀6也由于C腔压力降低处于关闭状态，气体也不会从吸油管进入C腔。因此可以在不停气源的情况下从油塞口给油雾器加油。,2、消声器