液压与气压传动第9章气压传动

液压与气压传动气压传动1本章提要

本章主要内容为：①气压传动的组成及特点。②气动元件，含气源装置、气马达、气缸、气压控制方向阀、气压控制压力阀、气压控制流量阀和附件，要了解这些元件的工作原理、掌握图形符号、了解结构形式等。③气动回路实例分析。本章重点是气动元件的工作原理、图形符号和结构特点。2

9.1.1气压传动的组成及工作原理第九章气压传动概述

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门技术。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。

3气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是：

(1)气压发生装置

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；

(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。4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。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特点：

9.1.2气压传动的优缺点59.1.2.1气压传动的优点

(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，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能。

(3)空气的粘度很小（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0.02~0.3秒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1~5m/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。6

(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，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。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2000~4000万次。

(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。79.1.2.2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。

(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。8

表9-1气压传动与其他传动的性能比较

操作力动作快慢环境要求构造负载变化影响操作距离无级调速工作寿命维护价格气压传动中等较快适应性好简单较大中距离较好长一般便宜液压传动最大较慢不怕振动复杂有一些短距离良好一般要求高稍贵电传动电气中等快要求高稍复杂几乎没有远距离良好较短要求较高稍贵电子最小最快要求特高最复杂没有远距离良好短要求更高最贵机械传动较大一般一般一般没有短距离较困难一般简单一般9第十章气源装置及气动元件气源装置气动辅件气动执行元件气动控制阀10

气动系统组成气动系统由下面几种元件及装置组成气源装置压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。执行元件将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。控制元件控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。气动辅件气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。11气源装置气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。气源装置由以下四部分组成气压发生装置——空气压缩机；净化、贮存压缩空气的装置和设备；管道系统；气动三大件。12

气压发生装置空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。空气压缩机的分类分容积型和速度型。空气压缩机的选用原则依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。13压缩空气的净化装置和设备气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响，必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器14管道系统和气动三大件气动三大件：分水过滤器作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性减压阀起减压和稳压作用。油雾器特殊的注油装置。原理当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。性能指标：流量特性、起雾油量15气动辅件消声器气缸、气阀等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。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。16气动执行元件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。气缸的分类：活塞式和膜片式活塞式又分单活塞式和双活塞式单活塞式又分有活塞杆和无活塞杆17无活塞杆气缸原理铝制缸筒2沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件4和外部防尘密封件7密封，塑料的内外密封件互相夹持固定着。无杆活塞3两端带有唇型密封圈，活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。通过缸筒槽的传动舌片5，该运动被传递到承受负载的导架6上。此时，传动舌片将密封件4、7挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。18无活塞杆气缸的结构图19气动马达

气动马达的特点和应用可无级调速；可双向旋转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；输出功率相对较小，转速范围较宽；耗气量大，效率低，噪声大；工作可靠，操作方便。气动马达在使用中必须得到良好的润滑20气动控制阀压力控制阀减压阀—气动三大件之一，用于稳定用气压力。溢流阀—只作安全阀用。顺序阀—由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作21流量控制阀

流量控制阀用于控制执行元件运动速度。节流阀单向节流阀排气节流阀22方向控制阀：方向控制阀：换向阀气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、差压控制）电磁控制换向阀，电、气控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀

单向阀梭阀两个单向阀的组合，相当于“或门”。快速排气阀23第十一章气动基本回路与常用回路气动基本回路气动常用回路24气动基本回路气动基本回路压力和力控制回路换向回路速度控制回路位置控制回路基本逻辑回路25

一次压力控制回路一次压力控制回路电接触式压力表根据贮气罐压力控制空压机的起、停，一旦贮气罐压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。简单压力控制回路采用溢流式减压阀对气源实行定压控制。26过载保护回路过载保护回路正常工作时，阀1得电，使阀2换向，气缸活塞杆外伸。如果活塞杆受压的方向发生过载，则顺序阀动作，阀3切换，阀2的控制气体排出，在弹簧力作用下换至图示位置，使活塞杆缩回。27

力控制回路

气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力。28换向回路

单作用气缸换向回路用三位五通换向阀可控制单作用气缸伸、缩、任意位置停止。29换向回路

双作用气缸换向回路用三位五通换向阀除控制双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。30速度控制回路

气阀调速回路单作用气缸调速回路用两个单向节流阀分别控制活塞杆的升降速度。31速度控制回路单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀排气。32气液联动速度控制回路

串联调速回路通过两个单向节流阀，利用液压油不可压缩的特点，实现两个方向的无级调速，油杯为补充漏油而设。信号输出。逻辑表达式S=a+b逻辑符号33气液联动速度控制回路

气液缸并联且有中间位置停止的变速回路气缸活塞杆端滑块空套在液压阻尼缸活塞杆上，当气缸运动到调节螺母6处时，气缸由快进转为慢进。液压阻尼缸流量由单向节流阀2控制，蓄能器能调节阻尼缸中油量的变化。34位置控制回路串联气缸定位气缸由多个不同行程的气缸串联而成。换向阀1、2、3依次得电和同时失电，可得到四个定位位置。35位置控制回路

任意位置停止回路当气缸负载较小时，可选择图a所示回路，当气缸负载较大时，应选择图b所示回路。36常用基本回路安全保护回路同步动作回路往复动作回路37安全保护回路双手操作回路只有同时按下两个启动用手动换向阀，气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用。应用在冲床、锻压机床上。38互锁回路

互锁回路该回路利用梭阀1、2、3和换向阀4、5、6实现互锁，防止各缸活塞同时动作，保证只有一个活塞动作。工作原理39同步动作回路简单的同步回路采用刚性零件把两尺寸相同的气缸的活塞杆连接起来。工作原理40