第13章气执行元件及控制元件

1、第13章 气执行元件和控制元件掌握气动执行元件和控制元件的基本结构和工作原理，为气动系统的设计选择打下基础。v在气压传动系统中，气动执行元件是一种能量转换装置。它是将压缩空气的压力能转变为机械能，驱动机械机械实现直线往复运动、摆动、回转运动或冲击运动。拨动执行元件分为：气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动或摆动，输出力和直线速度或摆动角位移；气马达则用于实现连续回转运动，输出转矩和转速。v气动控制元件用来调节压缩空气的压力、流量和方向等，以保证执行机械按规定要求的程序进行工作。气动控制元件分为：压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件一、气缸的工作原理、

2、分类及安装形式v1、气缸的典型结构和工作原理v如图所示为最常用的单活塞杆双作用气缸。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。v在结构上它有两个工作腔和两个气口。13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件v2、气缸的分类v按结构特征分：活塞式气缸和膜片式气缸。v按运动形式分：直线运动缸和摆动气缸。v3、气缸的安装形式v1）固定式气缸 脚座式和法兰式v2）轴销式 U形钩式和耳轴式v3）回转式气缸 v4）嵌入式气缸 13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件二、常用气缸的结构原理v1、普通气缸v形式：单作用气缸和双作用气缸v应用：无特殊要求的场合v2、特殊气缸v1）薄膜式气缸 膜片有平

3、膜片和盘形膜片v特点：类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸。v优点：结构简单、紧凑、体积小、质量轻、密封性好、加工简单、维修方便等v应用：适用于行程短的场合13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件v2）磁性开关气缸v3）带阀气缸 由气缸、换向阀和速度控制阀等组成的的一种组合式气动执行元件。v4）带导杆的气缸 承受横向载荷能力强v5）无杆气缸 v6）锁紧气缸v7）气动手爪v8）气液阻尼缸v9）摆动气缸13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件三、气缸的技术参数v1）气缸的输出力v其计算方法与液压缸相同。v2）负载率v其取值情况参见教材或相关专业书籍。v3）气缸耗气量 气缸每分钟移动的容积v4）气缸

4、的特性 包括静态特性和动态特性。v静态特性：与气缸输出力及耗气量密切相关的最低工作压力、最高工作压力、摩擦阻力等。v动态特性：气缸运动过程中其两腔压力、温度、活塞速度及位移等参数随时间的变化情况。13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件%100tFF气缸的理论输出力气缸的实际负载四、气缸的选型及计算v1、气缸的选择型步骤v1）气缸直径v2）气缸行程v3）气缸的强度和稳定性计算v4）气缸的安装形式v5）气缸的缓冲装置v6）磁性开关v7）其它要求13-1气缸第13章 气执行元件和控制元件v2、气缸直径计算v需根据其负载大小、运动速度和系统工作压力来确定。先确定气缸轴向负载F，再由气缸平均运动速度

5、来选定气缸的负载率，初选气缸工作压力，再由F/ 计算出气缸的理论输出力Ft，最后计算出缸径和杆径，并加以圆整。v一、气马达的特点v质量轻体积小，具有很好的过载保护能力。v应用：矿山机械和气动工具。v二、分类和工作原理v常用的气马达有叶片式和活塞式，此外还有膜片式马达。13-2气马达第13章 气执行元件和控制元件v压力控制阀的功用：v控制系统中气体的压力。v压力控制阀的分类：v一类是当输入压力变化时，能保证输出压力不变，如减压阀、定值器等；v一类是用于保持一定的输入压力，如溢流阀等；v还有一类是根据不同的压力进行某种控制，如顺序阀、平衡阀等。13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件一、减

6、压阀（调压阀）v1、减压阀的作用 v将输出压力调节在比输入压力低的调定值上，并保持稳定不变。v2、减压阀的分类（自学）v3、减压阀的结构原理v1）直动式减压阀v2）先导式减压阀v4、减压阀的选择（自学）13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件二、溢流阀v1、作用v在系统中起限制最高压力，保护系统安全的作用。v2、工作原理v3、溢流阀的分类v按控制方式分为：直动式和先导式。v4、选型方法v1）根据溢流量选阀的通径v2）阀的调定压力越接近阀的最高使用压力，溢流阀的溢流特性越好。13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件三、 顺序阀v1、作用v依靠气路中压力的变化来控制执行元件按顺序动

7、作的压力控制阀。 v2、顺序阀的工作原理v3、单向顺序阀的工作原理v单向顺序阀为顺序阀和单向阀的并联组合阀。13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件图1212单向顺序阀 v流量控制阀的功用：v通过改变阀的通流面积来实现流量控制，以达到控制执行元件的运动速度的目的。v流量控制阀的类型：v节流阀、单向节流阀和排气消声节流阀等。v教学要求：v流量控制阀的基本结构、工作原理及工作特点、流量控制阀的选用。13-4流量控制阀第13章 气执行元件和控制元件13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件v一、节流阀v1、作用 v通过改变阀的通流面积来调节流量，以控制气缸的运动速度。v2、工作原理v二

8、、单向节流阀v1、作用v用于控制气缸的运动速度，又称速度控制阀。v2、工作原理v三、排气节流阀v1、作用v装于排气口调节排入大气中的流量，以改变执行元件的运动速度。v2、工作原理（同节流阀）流量控制阀的使用v用流量控制阀控制执行元件的运动速度，除了在极少数场合(如气缸推举重物)采用进气节流方式外，一般均宜采用排气节流方式，以便获得更好的速度稳定性和动作可靠性。但由于气体的可压缩性大，气压传动速度的控制比液压传动来得困难。特别是在超低速控制中，仅用气动很难实现。一般气缸的运动速度不得低于30 mm/s。在使用流量控制阀控制执行元件速度时必须充分注意以下几点：v 流量控制阀应尽量安装在气缸附近，以

9、减少气体压缩对流量控制阀应尽量安装在气缸附近，以减少气体压缩对速度的影响。速度的影响。v 气缸和活塞间的润滑要好。要特别注意气缸内表面的加气缸和活塞间的润滑要好。要特别注意气缸内表面的加工精度和表面粗糙度。工精度和表面粗糙度。v 气缸的负载要稳定。在外负载变化很大的情况下，可采气缸的负载要稳定。在外负载变化很大的情况下，可采用气用气液联动以便进行较准确的调速。液联动以便进行较准确的调速。v 管道不能存在漏气现象。管道不能存在漏气现象。13-3压力控制阀第13章 气执行元件和控制元件v方向控制阀的作用：控制压缩空气的流动方向和气流通断。v方向控制阀的分类：v按气流在阀内的作用方向分为：单向型方向

10、控制阀和换向型方向控制阀。v单向型方向控制阀只允许气流沿一个方向流动，如单向阀、梭阀、双压阀等。v换向型方向控制阀。可以改变气流流动方向，该类阀简称为换向阀。13-5方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件一、换向型方向控制阀v1、分类（自学）v2、几种典型换向阀v（1）气控制换向阀v靠外加的气压信号为动力切换主阀，控制回路的切换或开闭。外加气压称为控制压力。v1）单气控加压式换向阀v2）双气控加压式换向阀13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件v（2）电磁控制换向阀v1）直动式电磁换向阀利用电磁力直接推动阀芯换向。据操纵线圈数目分为单电控和双电控两种。特点：结构简单，换向频率高。只适

11、用于小型阀。v2）先导式电磁换向阀由小型直动式电磁阀和大型气控式换向阀构成。v（3）机械控制换向阀v（3）人力控制换向阀13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件图1329 直动式单电控电磁换向阀工作原理图(a) 断电时状态；(b) 通电时状态；1电磁铁；2阀芯二、单向型方向控制阀13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件1332单向阀工作原理图a）AP关闭状态b）PA开启状态图1333 单向阀结构1弹簧 2阀体 3阀芯v（1）单向阀v使气流只能朝一个方向流动，而不能反向流动的阀。单向阀常与节流阀组合，用来控制执行元件的速度。 二、单向型方向控制阀v（2）梭阀v梭阀相当于是两个单向

12、阀组合的阀，其作用相当于“或”门逻辑功能。 13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件图1334 梭阀(球阀式)AP2P1梭阀工作原理示意图二、单向型方向控制阀v（3）双压阀v双压阀的作用相当于“与”门逻辑功能。图1335所示为双压阀，有两个输入口 P1 、P2，一个输出口 A。只有当两个输入都进气时，A口才有输出，当P1与P2口输入的气压不等时，气压低的通过A口输出。v双压阀常应用在安全互锁回路中。 13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件图1335 双压阀结构图和工作原理图 a）A无输出 b）A无输出 c）A有输出 d）图形符号 二、单向型方向控制阀v（4）快速排气阀v当气缸

13、或压力容器需短时间排气时，在换向阀和气缸之间加上快速排气阀，这样气缸中的气体就不再通过换向阀而直接通过快速排气阀排气，加快气缸运动速度。尤其当换向阀距离气缸较远，在距气缸较近处设置快速排气阀，气缸内气体可迅速排入大气。 13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件图1336快速排气阀结构图和工作原理图a）进气b）排气三、方向控制阀的选择v 根据所需流量选择阀的通径。 v 考虑阀的机能是否保证工作需要，要尽量选择与所需机能一致的阀。 v 考虑阀的技术条件与使用场合是否一致。 v 根据使用条件和要求来选择阀的结构形式。 v 安装方式的选择，要从安装维护方面考虑，其中板式连接较好，特别对集中控制的系统优点更为突出。 v 优先采用标准化系列产品，尽量避免采用专用阀。13-4方向控制阀第13章 气执行元件和控制元件习题与思考题v1、气动换向阀按结构的不同分为哪些类型? v2、如图1所示为气动系统用二位三通直动式单电控电磁换向阀的工作原理图，试说明常闭（或常开）使用时的各对应阀口的名称和工作原理。v3、如图2所示为气动系统用单向阀的工作原理图，试据图说明其工作原理。v4、如图所示为梭阀的工作原理图，试简述其工作原理。阀 口 3电 磁 线 圈阀 口 1阀 口 2图1AP图2AP2P1图3习题与思考题v如图所示为气动系统用单向阀的工作原理图，该阀