液压与气液传动任务十：气动控制系统元件的选用

情境三汽车生产线气动元件认识

任务十气动控制元件的选用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。气源装置组成1.气压发生装置——空气压缩机；2、后冷却器；3、油水分离器；4、储气罐；5、干燥器；6、过滤器；7、储气罐；8、加热器；9、四通阀；管道系统一、气源装置将电机或内燃机机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。最常用的空气压缩机：往复式活塞空压机按输出压力大小分低压空压机0．2～1．0MPa中压空压机1．0～10MPa高压空压机10～100MPa超高压空压机＞100MPa1.空气压缩机按空压机输出流量(排量)分微型＜1m3／Min小型1～10m3／Min中型10～100m3／Min大型＞100m3／Min空气压缩机的选用主要根据气压传动系统所需的工作压力与流量。1.空气压缩机空气压缩机工作原理吸气过程：曲柄6回转带动气缸活塞2作直线往复运动，当活塞2向右运动时，气缸腔1容积增大形成局部真空，在大气压作用下，吸气阀7打开，大气进入气缸1。排气过程：当活塞向左运动时，气缸1内容积缩小，气体被压缩，压力升高，排气阀8打开，压缩空气排出。2.气源的净化装置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。(1)后冷却器作用将空气压缩机排出的压缩空气温度由140～170℃降至40～50℃。这样就可使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，使其大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便经油水分离器排出。结构形式蛇形管式列管式散热片式管套式(a)蛇管式(b)列管式冷却方式:水冷和风冷作用:分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分和灰尘杂质等，使压缩空气得到初步净化。结构形式:环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用蛇形管式

撞击折回并回转式油水分离器

(2)油水分离器作用: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。贮气罐一般采用焊接结构，以立式居多储气罐(3)储气罐(4)干燥器吸附式干燥器冷却式干燥器进一步除去压缩空气中的水分、油、颗粒杂质。作用:分离水分、过滤杂质。类型:一次过滤器分水滤气器一次过滤器结构图

普通分水滤气器结构图

(5)过滤器二、气压执行元件

气缸是气动系统中普遍使用的执行元件,与液压缸相比，它具有结构简单、成本低、污染少、便于维修、动作迅速等优点，但由于推力小，所以广泛用于轻载系统。

1.气缸的分类

根据使用条件不同，其结构、形状也有多种形式。常用的分类方法有以下几种：

(1)按压缩空气对活塞端面作用力的方向分

1)单作用气缸气缸只有一个方向的运动靠气压驱动，另一方向靠弹簧力或自重和其它外力。

2)双作用气缸气缸的往返运动全靠压缩空气来完成。1.气缸的分类

(2)按气缸的结构特征分

按气缸的结构特征，可将气缸分为活塞式气缸、薄膜式气缸和伸缩式气缸。

(3)按气缸的安装形式分

1)固定式气缸气缸安装在机体上固定不动，有耳座式、凸缘式和法兰盘式等形式。

2)轴销式气缸缸体可围绕一个固定轴作一定角度的摆动。

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。这种气缸常用于机床上气动卡盘中，以实现工件的自动装夹。

4)嵌入式气缸气缸做在夹具本体内。1.气缸的分类

固定式气缸

气缸安装在机体上固定不动，如图（a）（b）（c）（d）所示。摆动式气缸

缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动。如图（e）（f）（g）所示。1.气缸的分类

（1）双作用气缸2.常见气缸原理及应用（2）单作用气缸单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。2.常见气缸原理及应用组成：气缸和液压缸组合而成。原理：以压缩空气为动力，以液压油作为阻力，来控制调节气缸的运动速度，即利用液体不可压缩的特性来获得的稳定的运动速度。（3）气液阻尼缸2.常见气缸原理及应用（4）膜式气缸原理：压缩空气推动非金属膜片推动活塞杆作往复运动，一般是单作用式气缸。特点：结构简单、紧凑、制造容易、维修方便、寿命长类型：按照膜片的结构分平膜片、蝶形膜片和滚动膜片适用于：用于气动夹具车辆制动等短行程的工作场合。2.常见气缸原理及应用（5）回转气缸

原理：气缸的缸体连同缸盖及导气头阀芯可被携带回转，活塞及活塞杆只能作往复直线运动，导气头体外接管路而固定不动。是由回转式动力分配器与短行程双作用气缸制成一体的专用气缸，用于机床主轴夹具的夹紧机构。2.常见气缸原理及应用（6）摆动气缸

摆动气缸是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称为旋转气缸。摆动气缸目前在工业上应用广泛，多用于安装位置受到限制，或转动角度小于3600的回转工作部件，其动作原理也是将压缩空气的压力能转变为机械能。常用的摆动气缸的最大摆动角度分为900、1800、2700三种规格。按照摆动气缸的结构特点可分为齿轮齿条式和叶片式两类。2.常见气缸原理及应用叶片式摆动气缸2.常见气缸原理及应用（7）气爪（手指气缸）气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。2.常见气缸原理及应用气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩、驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和齿轮式气马达。3.气动马达（1）气马达的工作原理

当压缩空气由进气口进入气室后立即喷向叶片1，并作用在叶片的外伸部分，产生旋转力矩带动转子2作逆时针转动，输出旋转的机械能，废气从排气口C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，输出相反方向转动的机械能。转子转动的离心力和叶片底部的气压力、弹簧力(图中未画)使得叶片紧紧地抵在定子3的内壁上以保证密封，从而提高容积效率。3.气动马达叶片式气马达主要用于风动工具、高速旋转机械及矿山机械等。

气马达具有一些特殊的特点，在某些场合，它比电动马达和液压马达更适用，这些特点是：

3.气动马达（2）气马达的的应用及特点

1)安全性能好。气马达可在易燃、易爆、潮湿及多尘的场合使用，同时不受高温及振动的影响。2)具有过载保护，可长时间满载工作。气马达过载只是速度减慢或停转，当过载解除后，可立即重新运转。

3)由于压缩空气膨胀时会吸收周围的热量，因此能长期工作而温升很小。

4)有较大的起动转矩，能带载起动。

5)换向容易，操作简单，可实现无级调速。

6)与电动机相比，单位功率尺寸小，质量小，适于安装在位置狭小的场合及手工工具上。3.气动马达（2）气马达的的应用及特点

（3）气马达的选择

(1)叶片式马达适用于低转矩、高转速场合，如各种手提工具、复合工具、传送带、升降机等起动转矩小的中、小功率的机械。

(2)活塞式气马达适用于中、高转矩，中、低转速，中、大功率的场合，如起重机、绞车、绞盘、拉管机等负荷较大且起、停特性要求较高的机械。由于活塞式气马达只能单向旋转，因此工作中需要换向的场合不要采用活塞式气马达。

3.气动马达（3）气马达的使用要求

润滑是气马达正常工作不可缺少的一个重要条件。气马达在得到正确、良好润滑的条件下，可在两次检修之间运行2500h以上。一般在换向阀前安装油雾器，以进行不间断地润滑。3.气动马达三、气动辅助元件

气动辅助元件是指除了动力元件、执行元件、控制元件以外的其它元件。它的功用是转换、传递信号、保护元件、连接元件以及改善系统的工况等。主要有油雾器、消声器、转换器等。三、气动辅助元件（1）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。（2）油雾器:特殊的注油装置。（3）减压阀:起减压和稳压作用。气动三联件是气动元件及气动系统使用压缩空气的质量最后保证。1.气动三联件2.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。油雾器的结构消声器就是通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和功率，从而降低噪声的。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。

吸收型消声器结构简图1-连接螺丝；2-消声罩3.消声器管子可分为硬管和软管两种。一些固定不动的、不需要经常装拆的地方，使用硬管。连接运动部件和临时使用、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等。常用的是紫铜管和尼龙管。4.管件与管路系统

四、气动控制元件1.单向型控制阀单向阀：气流只能单方向流动。(一）方向控制阀结构特点：有两个输入口，一个输出口。相当于两个单向阀组成的阀。2.梭阀（或门）

P1，P2有一个有输入，A有输出。都有输入，A有输出。2.梭阀（或门）结构特点：有两个输入口，一个输出口。相当于两个单向阀组成的阀。工作原理：P1，P2有一个有输入，A无输出。、都有输入，A有输出。3.双压阀（与门）常装在换向阀和气缸之间，它使气缸不通过换向阀而快速排出气体，可以加快气缸往复动作速度。快速排气阀可使气缸运动速度提高4~5倍。4.快速排气阀P进气A输出，到气缸。A进气O输出，快速排气

4.快速排气阀气压控制换向阀是利用气体压力来使阀芯移动而使气体改变流向的。分为：加压控制、泄压控制、差压控制和延时控制

双气控换向阀5.气动换向控制阀(1)单气控换向阀。5.气动换向控制阀(2)双气控换向阀。当气控口K1通控制气体时，阀芯右移，此时P与B、A与O1相通；当气控口K2通控制气体时，阀芯左移，此时P与A、B与O2相通5.气动换向控制阀是一种带有时间控制信号功能的换向阀。原理：由气容C和一个单向节流阀组成的时间控制信号元件控制主阀换向。当K口通入气压信号时，此信号通过节流阀1的节流口进入气容C，经过一定时间当压力达到一定值后，使主阀阀芯向右移动而换向。

6.气压延时式换向阀气压延时换向阀的作用相当于时间继电器。它是由延时部分和换向部分组成的。当无气控信号时，P与A断开；当有气控信图12-13二位三通延时换向阀号时，气体从K口输入经可调节流阀节流后到气容a内，使气容不断充气，直到气容内的气压上升到某一值时，使阀芯由左向右移动，使P和A接通，A口有输出。当气控信号消失后，气容内气压经单向阀到K口排出。这种阀的延时时间可在0～20s内调整。6.气压延时式换向阀气压传动中的电磁控制换向阀和液压传动中的电磁控制换向阀一样，也由电磁铁控制部分和主阀两部分组成，按控制方式不同可分为电磁铁直接控制电磁阀和先导型电磁阀两种。7.电磁控制换向阀是利用电磁力的作用推动阀芯。分为直动式和先导式两大类：直动式电磁换向阀：直动式电磁换向阀换向阀又分为单电控和双电控两种，工作原理与液压传动中的电磁换向阀相似。

7.电磁控制换向阀1)直动型电磁阀由电磁铁直接推动换向阀阀芯换向的阀称为直动型电磁阀，直动型电磁阀分为单电磁铁和双电磁铁两种。直动型单电磁铁电磁换向阀。7.电磁控制换向阀直动型双电磁铁电磁换向阀。7.电磁控制换向阀2)先导型电磁阀由电磁先导阀和主阀两部分组成。用先导阀的电磁铁控制气路，产生先导压力，再由先导压力去推动主阀阀芯，使其换向。一般电磁先导阀都单独制成通用件，既可用于先导控制，也可用于气流量较小的直接控制。先导型电磁阀也分单电磁铁控制和双电磁铁控制两种。7.电磁控制换向阀压力控制阀主要用来控制系统中气体压力的大小，满足系统对各种不同的压力需要。其基本原理都是利用压缩空气压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。1)起降压稳压作用的减压阀、定值器。

2)起限压安全保护作用的安全阀、限压切断阀等。

3)根据气路压力不同进行某种控制的顺序阀、平衡阀等。

（二）压力控制阀（1）减压阀—气动三大件之一，用于稳定用气压力。