第10章气源装置与气动元件

10.1气源装置

10.2气动执行元件10.3气动控制元件

10.4气动辅件10.1气源装置

气源装置是保证气压传动和控制系统正常工作所不可缺少的动力源，为气压传动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气压传动系统的重要组成部分。

10.1.1气压传动系统对压缩空气品质的要求空气质量不良是气动系统出现故障的主要因素，会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失会大大超过起源处理装置的成本和维护费用。压缩空气中，绝对不许含有化学药品、有机溶剂的合成油、盐分和腐蚀性气体等。10.1气源装置造成的不良后果从空压机输出的压缩空气，含有大量的水分、油和粉尘等污染物；变质油分形成焦油状物质，导致橡胶及塑料材质变质和老化；水分对气动元件影响较大：管道金属生锈，水结成冰，使润滑油变质及冲洗掉润滑脂；锈屑及粉尘会使相对运动件磨损，加速密封件损伤，导致漏气；液态油水及粉尘从排气口排出，会污染环境、影响产品质量。10.1气源装置

不同应用对象的气压传动系统对压缩空气质量的要求也不同。

ISO85731标准根据对压缩空气中的固体尘埃颗粒度、含水率（以压力露点形式要求）和含油率的要求划分了压缩空气的质量等级。

10.1.1气压传动系统对压缩空气品质的要求10.1气源装置图10-1压缩空气净化流程示意图1—空压机；2—后冷却器；3—分离器；4、7—储气罐；5—干燥器；6—过滤器；8—加热器；9—四通阀10.1气源装置10.1.2气源装置的组成气源装置一般由三部分组成：（1）产生压缩空气的气压发生装置，如空压机；（2）净化压缩空气的辅助装置和设备，如过滤器、油水分离器、干燥器等；（3）输送压缩空气的供气管道系统。

10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

空气压缩机（空压机）是气压发生装置，是把电动机输出的机械能转换为气体压力能的转换装置。

图10-2气源装置的组成1-空气压缩机；2、13-安全阀；3-单向阀；4-小气罐；5-排水器；6-电动机；7-压力开关；8-压力表；9-截止阀；10-后冷却器；11-油分离器；12—储气罐10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

1．空压机的类型按压力高低可分为：低压型（0.2～1.0Mpa）中压型（1.0～10Mpa）高压型（>10Mpa）按工作原理可分成：容积型：活塞式、滑片式、螺杆式

速度型——离心式、轴流式10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

2．空压机工作原理

（1）活塞式空压机单级活塞式空压机单级常用于需要0.3～0.7Mpa压力范围的系统。输出的空气压力脉动大，故需设置气罐。单级空压机压力超过0.6Mpa，产生的热量太大，空压机工作效率太低，故常使用两级活塞式空压机。10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

2．空压机工作原理

（1）活塞式空压机

两级活塞式空压机

图10-4两级活塞式空压机工作原理图设置中间冷却器是为了降低第2级活塞的进口空气温度，以提高空压机的工作效率。活塞式压缩机（工作原理）10.1气源装置2．空压机工作原理

（2）滑片式空压机

图10-5滑片式空压机工作原理图优点是能连续排出脉动小的压缩空气，所以一般无需设置储气罐，并且结构简单、制造容易，操作维修方便，运转噪声小。缺点是叶片、转子和机体之间机械摩擦较大，产生较高的能量损失，因为效率也较低。滑片式空压机工作原理2．空压机工作原理

（3）螺杆式空压机

优点：脉动小，无易损件，寿命长，效率高。缺点：制造精度要求高，运转噪声大。由于结构刚度的限制，只适用于中低压范围使用。

图10-6螺杆式空压机工作原理图螺杆式空压机工作原理（4）膜片式空压机

2．空压机工作原理

图10-7膜片式空压机工作原理图膜片式空压机能提供0.5Mpa的压缩空气。由于它无需油润滑，无污染，因此广泛应用于食品、医药和相类似的工业中。10.1.3空气压缩机及其净化设备

4．空压机的使用与维护

（1）空压机用润滑油-----抗氧化润滑油（2）空压机的安装地点。（3）空压机起动前，应检查润滑油油位是否正常（4）要定期检查吸入过滤器的阻塞情况。

3．空压机的选用

10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

5．净化设备

（1）后冷却器

风冷式后冷却器

工作原理

图10-8风冷式后冷却器后冷却器：将空气压缩机排出的气体冷却并除去一定水分。10.1气源装置10.1.3空气压缩机及其净化设备

5．净化设备

（1）后冷却器

水冷式后冷却器

工作原理

图10-9水冷式后冷却器10.1气源装置5．净化设备

（2）储气罐

储气罐的作用：贮存一定数量的压缩空气；消除压力脉动，保证输出气流的连续性；调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步分离压力空气中的水分和油分。

图10-10储气罐示意图1—安全阀2—压力表3—检修盖4—排水阀（3）空气干燥器

——作用是用于除去压缩空气中的水分，得到干燥空气。图10-11冷冻式干燥器工作原理图图10-12吸附式干燥器工作原理图书上错误P2285．净化设备

（3）空气干燥器

图10-13高分子隔膜式干燥器工作原理图图10-14吸收式干燥器工作原理图（4）空气过滤器

5．净化设备

作用：除去压缩空气中的固态杂质、水滴和污油滴等，不能除去气态油、水。空气过滤器的主要性能指标有流量特性、分水效率和过滤精度。选择与使用：由过滤度和额定流量而定

分水过滤器必须垂直安装，并将放水阀朝下

图形符号有要求书P261,分水排水器不要求

油雾器是一种特殊的注油装置，其作用是使润滑油雾化后注入空气流中，随着空气流动进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。（5）油雾器5．净化设备

图形符号有要求10.1.4气动三联件

在气压传动技术中，将分水过滤器、减压阀和油雾器统称为气动“三大件”，它们虽然都是独立的气源处理元件，可以单独使用，但在实际应用时却又常常组合在一起作为一个组件使用，因此又称为“气动三联件”。

图10-15气动三联件10.1气源装置图形符号有要求10.2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，驱动机构作直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作。气动执行元件分为气缸和气马达两大类。气缸用于提供直线往复运动或摆动，输出力和直线速度或摆动角位移；气马达用于提供连续回转运动，输出转矩和转速。10.2气动执行元件10.2.1气缸

1．气缸的结构及工作原理

（1）气缸的工作原理图10-16普通双作用气缸1，13－弹簧挡圈；2－防尘圈压板；3－防尘圈；4－导向套；5－杆侧端盖；6－活塞杆；7－缸筒；8－缓冲垫；9－活塞；10－活塞密封圈；11－密封圈；12－耐磨环；14－无杆侧端盖10.2.1气缸

1．气缸的结构及工作原理

（2）气缸的基本构造①缸筒。②端盖。③导向套。④活塞。⑤活塞杆。

（3）气缸的安装形式①固定式气缸②轴销式气缸③回转式气缸

④嵌入式气缸

10.2.1气缸

2．气缸的分类及特点10.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

①单作用气缸弹簧压回型单作用气缸工作过程弹簧压出型单作用气缸工作过程10.2气动执行元件2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

图10-18单活塞杆式双作用气缸示意图图10-19双活塞秆式双作用气缸示意图①双作用气缸10.2气动执行元件10.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

②双作用气缸

图10-20双活塞式双作用气缸示意图图10-21带缓冲装置的双作用气缸示意图10.2气动执行元件10.2.1气缸

（2）特殊气缸

①带磁性开关气缸2．气缸的分类及特点

②薄膜式气缸10.2气动执行元件10.2气动执行元件10.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

③省空间气缸图10-24薄型省空间气缸图10-25自由安装型省空间气缸图10-26椭圆形省空间气缸10.2气动执行元件10.2.1气缸

④带阀气缸2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑤锁紧气缸⑥气-液阻尼缸10.2气动执行元件10.2.1气缸

⑦无杆气缸磁性偶合式（说明、工作原理）机械偶合式（说明、工作原理）2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

叶片式摆动气缸工作原理演示⑧摆动气缸10.2气动执行元件10.2.1气缸

⑨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，实现机械手各种动作。

(a)支点开闭型两爪式(b)滑动导轨型两爪平开式(c)回转驱动型三爪式图10-34气动手爪（2）特殊气缸

10.2气动执行元件10.2.1气缸

3．气缸的技术参数

（1）气缸的特性气缸的特性分为静态特性和动态特性。气缸的静态特性是指与缸的输出力及耗气量密切相关的最低工作压力、最高工作压力、摩擦阻力等参数。气缸的动态特性是指在气缸运动过程中气缸两腔内空气压力，温度，活塞速度、位移等参数随时间的变化情况。它能真实地反映气缸的工作性能。

10.2气动执行元件10.2.1气缸

3．气缸的技术参数

（2）气缸的速度特性（3）气缸的输出力（4）气缸的负载率η①单杆单作用气缸②单杆双作用气缸③双杆双作用气缸（5）气缸耗气量10.2气动执行元件10.2.1气缸

4．气缸的选用步骤

气缸的选用应根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。以单活塞杆双作用缸为例说明气缸的选用步骤。（1）预选气缸的缸径。（2）预选气缸的行程。（3）选择气缸的品种。（4）验算缓冲能力。（5）选择安装方式。（6）活塞杆长度的验算。（7）计算气缸的空气消费量和最大耗气量。（8）选择磁性开关。（9）其它要求。10.2.2气马达

气马达也是一种气动执行元件，是将压缩空气的压力能量转换成机械能的能量转换装置，它输出力矩驱动机构作连续旋转运动。

10.2气动执行元件10.2.2气马达

气马达与和它起同样作用的电动机相比，其特点：壳体轻，输送方便，又因其工作介质是空气，则不必担心引起火灾。气动马达过载时能自动停转，而与供给压力保持平衡状态。气动马达转动后，阻力减小，阻力变化往往具有很大柔性。因此气马达应用于矿山机械和气动工具等场合。10.2气动执行元件10.2.3真空元件

以真空吸附为动力源，作为实现自动化的一种手段，已在电子、半导体元件组装、汽车组装、自动搬运机械、轻工机械、食品机械、医疗器械、印刷机械、塑料制品机械、包装机械、锻压机械、机器人等许多方面得到了广泛的应用。对任何具有较光滑表面的物体，特别对于非铁、非金属且不适合夹紧的物体，如薄的柔软的纸张、塑料膜、铝箔，易碎的玻璃及其制品，集成电路等微型精密零件，都可使用真空吸附来完成各种作业。

10.2气动执行元件10.2气动执行元件10.2.3真空元件

1．真空发生装置

图10-37真空发生器工作原理图1-拉瓦尔喷管2-负压腔3-接收管(1)真空泵(2)真空发生器可回忆以前第二章的一道例题10.2气动执行元件10.2.3真空元件

2．真空吸盘

图10-38各种形式的吸盘10.2气动执行元件10.2.3真空元件

2．真空吸盘

(a)螺纹连接(b)利用缓冲体连接图10-39吸盘的安装形式(a)轴向(b)侧向

图10-40真空口的取出方向在气压传动系统中，气动控制元件是用来调节压缩空气的压力、流量和方向等的元件，以保证执行机构获得必要的力、速度，按规定的程序正常进行工作。气动控制元件按功能可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。10.3气动控制元件10.3.1压力控制阀

1．减压阀

（1）直动式减压阀（2）直动式减压阀10.3气动控制元件图形符号有要求10.3.1压力控制阀

2．增压阀

通过增压阀，将工厂气路中的压力增加2倍或4倍，但最高输出压力小于2Mpa。这样做与建立高压气源相比，可节省成本和能源。10.3气动控制元件10.3气动控制元件3．溢流阀（安全阀）

图10-44溢流阀的工作原理1－调节手轮；2－调压弹簧；3－阀芯10.3.1压力控制阀

10.3气动控制元件该图有问题，书上错误图形符号有要求10.3气动控制元件4．顺序阀与单向顺序阀

（1）顺序阀图10-46顺序阀工作原理10.3.1压力控制阀

10.3气动控制元件图形符号有要求10.3气动控制元件4．顺序阀与单向顺序阀

（2）单向顺序阀顺序阀很少单独使用，常与单向阀并联组合一起使用，这称为单向顺序阀。图10-47单向顺序阀工作原理1－调节手轮;2－弹簧;3－活塞;4、6－工作腔5－单向阀10.3.1压力控制阀

10.3气动控制元件图形符号有要求10.3.2流量控制阀

在气压传动系统中，对气缸运动速度、信号延迟时间、油雾器的滴油量、缓冲气缸的缓冲能力等的控制，都是依靠控制流量来实现的。控制压缩空气流量的阀称为流量控制阀，是通过改变阀的流通面积来实现流量控制的。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀和排气节流阀等。

10.3气动控制元件10.3气动控制元件1．节流阀

节流阀是通过改变阀的流通面积来调节流量的。用于控制气缸的运动速度。图10-48节流阀10.3.2流量控制阀

10.3气动控制元件10.3气动控制元件10.3.2流量控制阀

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流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，故常称为速度控制阀。单向阀的功能是靠单向型密封圈来实现的。图10-49单向节流阀图形符号有要求10.3气动控制元件10.3.2流量控制阀

3．带消声器的排气节流阀

带消声器的排气节流阀通常装在换向阀的排气口上，控制排入大气的流量，以改变气缸的运动速度。图10-50排气节流阀1-衬垫；2-调节手轮；3-节流阀芯；4-锁紧螺母；5-导向套；6-O形圈；7－消声套；8－盖；9－阀体10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

能改变气体流动方向或通断的控制阀称为方向控制阀，它是气压传动系统中应用最广泛的一类阀。如向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气，这种流动方向的改变，便要使用方向控制阀。10.3气动控制元件10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

1．方向控制阀分类（1）按阀内气流的流通方向分类（2）按阀的控制方式分类（3）按阀芯的工作位置数分类（4）按阀的接口数目分类（5）按阀芯结构形式分类（6）按控制信号数目分类（7）按阀的动作方式分类（8）按安装连接方式分类（9）按阀的密封方式分类（10）按阀的流通能力分类10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

（1）电磁换向阀直动式电磁换向阀图10-51单电控直动式电磁阀工作原理图1－电磁线圈2－阀芯图10-52双电控直动式电磁阀工作原理图1、3-电磁铁2-阀芯使用时两电磁铁不允许同时得电。2．换向型方向控制阀

图形符号有要求10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（1）电磁换向阀先导式电磁换向阀图10-53单电控外部先导式电磁换向阀的工作原理图形符号有要求10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（2）气控换向阀图10-54单气控加压截止式换向阀的工作原理图形符号有要求10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（3）机控换向阀图10-55机控阀常用的机械控制方式

10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（4）人力控制换向阀图10-56几种人力控制换向阀实物图10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（1）单向阀图10-57单向阀结构示意图图形符号有要求（1）单向阀10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（2）梭阀（实现“或”功能）图10-58梭阀1-阀座2-阀芯3-阀体4-O形圈图形符号有要求10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（2）梭阀图10-59梭阀的应用回路梭阀的应用10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（3）双压阀（实现“与”功能）图10-60双压阀图形符号有要求10.3气动控制元件（3）双压阀图10-61互锁回路1、2-机控换向阀3-双压阀4-气控阀5-钻孔缸10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（4）快速排气阀图10-62快速排气阀10.3气动控制元件10.3.3方向控制阀

4．方向控制阀的选择课后了解10.3气动控制元件10.3.4气动逻辑元件

气动逻辑元件是一种以压缩气体为工作介质，用内部可动件的动作改变气流的流动方向，从而在气压传动中实现逻辑和放大等功能的控制元件。气动逻辑元件按结构形式可分为高压截止式逻辑元件、滑阀式逻辑元件、膜片式逻辑元件和射流元件。气动逻辑元件的特点有：气动逻辑元件可用在易燃、易爆、强磁、辐射、潮湿和粉尘等恶劣工作环境中。元件结构简单，对气源净化和稳压要求不高，但响应速度较慢，不宜组成复杂的控制系统。由于元件内有可动件，在强烈冲击和振动工作环境中，有产生误动作的可能。10.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（1）与门元件类似双压阀10.3.4气动逻辑元件

图10-63与门元件1-阀芯;2-下阀座;3-上阀座;4-放气孔;5-膜片与门元件逻辑表达式为：S=A·B

10.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（2）是门元件10.3.4气动逻辑元件

是门元件逻辑表达式为：S=A图10-64是门元件逻辑符号10.3气动控制元件（3）或门元件类似梭阀或门元件逻辑表达式为：S=A+B图10-65或门元件1-阀板;2-上阀口;3-下阀口1．高压截止式逻辑元件10.3.4气动逻辑元件

10.3气动控制元件（4）非门元件非门元件逻辑表达式为：

S=A图10-66非门元件1．高压截止式逻辑元件10.3.4气动逻辑元件

10.3气动控制元件（5）禁门元件禁门元件逻辑表达式为：