《液压与气压传动》（第二版）课件 张兴国 第8-11章 气压传动基础知识、气源装置与气动元件、气压传动基本回路、气压传动系统分析与设计

8.1气压传动概述

8.2空气的物理性质

8.3理想气体状态方程

8.4气体的流动规律气动（Pneumatic）是气压传动与控制的简称。现在气压传动技术一词的词根，就是来源于古代希腊的“风吹”的意思。

“风吹”

——（Pneuma)8.1气压传动概述气压传动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术。气压传动技术是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点各种传动与控制方式的比较表8-1各种传动与控制方式的比较

主要方式项目气压方式液压方式机械方式电气方式电子方式驱动力较大（可达数十kN）大（可达数百kN以上）不太大不太大小驱动速度大小小大大响应速度稍大大中大大受外负载影响大较小几乎没有几乎没有几乎没有构造简单稍复杂普通稍复杂复杂配线，配管稍复杂复杂无较简单复杂温度影响小于100℃普通小于70℃普通普通大大防潮性排放冷凝水普通普通差差防腐蚀性普通普通普通差差防振性普通普通普通差特差定位精度稍不良稍良好良好良好良好8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点各种传动与控制方式的比较表8-1各种传动与控制方式的比较（续）

主要方式项目气压方式液压方式机械方式电气方式电子方式维护简单简单简单有技术要求技术要求高危险性几乎没有问题注意防火没有特别问题注意漏电没有特别问题信号转换较难难难易易远程操作良好较良好难很好很好动力源出现故障有一定应付能力若有蓄能器，可短时应付不动作不动作不动作安装自由度有有小有有承受过载能力好尚可较难不行不行无级变速稍良好良好稍困难稍困难良好速度调整稍困难容易稍困难容易容易价格普通稍高普通稍高高8.1气压传动概述8.1.1气压传动的特点2.气压传动的优点3.气压传动的缺点4.气动元件的发展趋势（1）高质量。（2）高精度。（3）高速度。（4）低功耗。（5）小型化。（6）轻量化。（7）无给油化。（8）复合集成化。（9）机电一体化。

5.气压传动的应用领域（1）汽车制造行业。（2）生产自动化。（3）机械设备。（4）电子半导体家电制造行业。（5）包装自动化。（6）生命科学领域。8.1气压传动概述8.1.2气压传动系统的组成1.气压传动系统的基本构成

一个典型的气气压传动系统是由各种控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。图8-1气压传动系统的基本构成8.1气压传动概述8.1.2气压传动系统的组成2.气动元件的基本品种

气动元件的基本品种包括：（详见表8-2）★气源设备★气源处理元件★气动执行元件★气动控制元件★气动辅助元件★真空元件8.2空气的物理性质8.2.1空气的性质1.空气的组成

表8-3干空气的组成

成分比值氮（N2）氧（O2）氩（Ar）二氧化碳（CO2）其他气体体积分数（%）78.0320.930.930.030.08质量分数（%）75.5023.101.280.0450.0758.2空气的物理性质8.2.1空气的性质2.空气的基本状态参数

（1）密度(ρ)（2）压力（p）

①绝对压力

②相对压力

③真空度

④真空压力（3）温度（T）图8-2绝对压力、表压力和真空度的相互关系8.2空气的物理性质8.2.1空气的性质3.黏度

表8-4空气的运动黏度与温度的关系（压力为0.1Mpa）t/℃05102030406080100ν/(10-4m2·s-1)0.1330.1420.1470.1570.1660.1760.1960.210.2388.2空气的物理性质8.2.1空气的性质4.可压缩性

5.标准状态、基准状态、理想气体和完全气体（1）标准状态（2）基准状态（3）理想气体（4）完全气体8.2空气的物理性质8.2.2湿度和含湿量

湿度（1）绝对湿度

（2）饱和绝对湿度（3）相对湿度2.含湿量3.露点8.3理想气体状态方程8.3.1理想气体状态方程

8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程1.等温变化过程（波意尔法则）

在气体温度保持不变（T=常数）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等温过程。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的气缸慢速运动、管道送气过程等。

等温过程状态方程为：或图8-3气体等温变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程2.等容状态过程（查理法则）

等容过程状态方程为：

在气体的质量、体积保持不变（v=常数）的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程状态方程为：或图8-4气体等容变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程3.等压状态过程（盖—吕萨克法则）

在气体压力保持不变（p=常数）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等压过程。

等压过程状态方程为：或图8-5气体等压变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程4.绝热变化过程（查理法则）

在气体与外界无热量交换条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为绝热过程。当气体状态变化很快，可视为绝热变化过程，如气动系统的快速充、排气过程。

绝热过程状态方程为：图8-6气体绝热变化过程状态图8.3.2气体状态变化过程

8.3理想气体状态方程5.多变变化过程图8-5气体等压变化过程状态图

在没有任何制约条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为多变过程。严格地讲，气体状态变化过程大多属于多变过程；等容、等压、等温、绝热这四种变化过程不过是多变过程的特例而已。pvn=常数p1v1n=p2v2n或8.4气体的流动规律8.4.1气体流动的基本方程

1.连续性方程

根据质量守恒定律，当气体在管道中做稳定流动时，同一时间流过每一通流断面的质量为一定值,即为连续性方程。8.4气体的流动规律8.4.1气体流动的基本方程

2.运动方程

8.4气体的流动规律8.4.1气体流动的基本方程

3.状态方程

8.4气体的流动规律8.4.1气体流动的基本方程

4.伯努利方程（能量方程）8.4气体的流动规律8.4.2气动元件的通流能力

1.有效截面积S图8-7节流阀的有效截面积图8-8节流孔的收缩系数8.4气体的流动规律8.4.2气动元件的通流能力

2.流量q如果当气流压力之比p1/p2＞1.893时，其流量公式为：如果当气流压力之比p1/p2＜1.893时，其流量公式为：8.4气体的流动规律8.4.3充放气时间的计算1．充气温度与时间的计算2．放气温度与时间的计算☆本章小结☆1．理解气压传动的基本概念、气压传动系统的基本组成，了解空气的物理性质。2．掌握理想气体的状态方程，掌握气体状态变化过程及其对应方程，掌握气体流动的基本方程及其应用。9.1气源装置

9.2气动执行元件9.3气动控制元件

9.4气动辅件气压传动系统由气源装置、气动执行元件、气动控制元件、气动辅件等组成。气源装置为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，它为系统提供满足质量要求的压缩空气。气动执行元件是将压缩空气的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。气动控制元件是气压传动系统中的重要元件，能实现气体压力、流量及运动方向的控制，如各种阀类；能完成一定逻辑功能，即气动逻辑元件；能感测、转换、处理气压传动信号，如气动传感器及信号处理装置。气动辅件是气压传动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。9.1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。

9.1气源装置9.1.1气压传动系统对压缩空气品质的要求

若压缩空气不经处理而直接进入管路系统时，可能会造成以下不良后果：（1）油液挥发的油蒸气聚集在储气罐中形成易燃易爆物质，可能会造成事故。（2）油液被高温汽化后形成有机酸，对金属器件起腐蚀作用。（3）油、水和灰尘的混合物沉积在管道内将减小管道内径，使气阻增大或管路堵塞。（4）在气温比较低时，水汽凝结后会使管道及附件因冻结而损坏，或造成气流不畅通以及产生误动作。（5）较大的杂质颗粒与气缸、气马达、气控阀等元件的运动件之间形成相对运动，而造成表面磨损，从而降低设备的使用寿命；或者堵塞控制元件的通道，直接影响元件的性能，甚至使控制失灵。

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。

9.1气源装置9.1.1气压传动系统对压缩空气品质的要求9.1气源装置9.1.1气压传动系统对压缩空气品质的要求图9-1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9.1气源装置9.1.2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。

图9-2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；9-后冷却器；11-油分离器；12—储气罐9.1气源装置9.1.3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。

9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

1．空压机的类型表9-1空压机的分类分类方式分类按工作原理分类容积型空压机（其工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力。）速度型空压机（其工作原理是提高气体分子的运动速度，以增加气体的动能，然后将分子动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。）按结构形式分类容积型往复式（活塞式、膜片式）和旋转式（滑片式、螺杆式、转子式）速度型离心式、轴流式和混流式按性能参数分类输出压力鼓风机（≤0.2MPa）、低压（0.2~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、高压（10~100MPa）、超高压（>100MPa）输出流量微型（<1m3/min）、小型（1~10m3/min）、中型（10~100m3/min）、大型（>100m3/min）按润滑方式分类有油润滑型无油润滑型9.1气源装置9.1.3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——需设置气罐

图9-3单级单作用活塞式空压机工作原理图1—排气阀；2—缸体；3—活塞；4—活塞杆；5—滑块；6—连杆；7—曲柄；8—吸气阀；9—阀门弹簧单级活塞式空压机9.1气源装置9.1.3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9-4两级活塞式空压机工作原理图9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

2．空压机工作原理

（1）活塞式空压机优点是结构简单，使用寿命长，维修容易，活塞的密封性好，容易实现大容量和高压输出等优点；缺点是振动大、噪声大，排气为断续进行，输出有脉动，需要设置储气罐。工业上应用最普遍的是活塞式空压机。

9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

2．空压机工作原理

（2）滑片式空压机图9-5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。9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

2．空压机工作原理

（3）螺杆式空压机优点是能输送出连续的脉动小的压缩空气，输出流量大，不需要设置储气罐，结构中无易损件，寿命长，效率高。缺点是制造精度要求高，运转噪声大。且由于结构刚度的限制，只适用于中低压范围使用。

图9-6螺杆式空压机工作原理图9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

（4）膜片式空压机2．空压机工作原理

图9-7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。9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

3．空压机的选用

首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。再根据气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力pc和吸入流量qc。最终选取空压机的型号。表9-2常用压缩机技术性能及特点压缩机类型排气压力（Mpa）排气量（m3/min）价格振动噪声特点活塞式一般在100以下中高很高适用的压力范围广，从低压到高压均可使用；排气量小于100m3/min时，损失小，热效率高于回转式；排气量范围广且不受压力高低的影响，适应性较强；机器零部件多由普通金属材料制成，工艺要求不太高；外形尺寸、重量大，结构复杂，维修量大；排气有脉动；排气中含有润滑油（无润滑压缩机除外）单级两级多级<0.7<1.0>1.0滑片式一般在6以下中转子平衡时振动低低

运转平稳，排气连续、均匀、无脉动，可不装气罐稳压；工作机构易磨损（经技术处理后可提高耐磨性能），密封较困难，效率较低，适用于中低压范围单级两级<0.5<1.0螺杆式500以下高转子平衡时振动低较低（经处理可很低）

轻便、可靠、高速、运转平稳，排气连续无脉动，可不装气罐稳压；制造复杂；效率较低；适用于中低压范围单级两级<0.5<1.0膜片式1以下低高高

气缸不需润滑，密封性能好；排气中不含油；排气不均匀，有脉动；适用于小排量、对压缩空气的纯度要求较高的场合；压缩机的输出压力和寿命决定于膜片的材料和结构单级两级<0.4<0.7离心式16~6300高转子平衡时振动低带消声过滤器时低

转速高，排气平稳无脉动；结构简单，维修方便；排气中不含油；热效率较低；运转状态欠稳定，工作性能随工作条件变化；适用于低压、大排量（排量小时不经济，排量大时能耗较低）；机器体积较小，流量和压力变化由性能曲线决定单级<0.4四级<2.0多级<10轴流式<10>400高转子平衡时振动低带消声过滤器时低9.1气源装置9.1气源装置9.1.3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。（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。

9.1气源装置9.1.3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

图9-8风冷式后冷却器9.1气源装置9.1.3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

图9-9水冷式后冷却器9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

5．净化设备

（2）储气罐

储气罐的作用是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9-10储气罐示意图1—安全阀2—压力表3—检修盖4—排水阀9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

5．净化设备

（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9-11冷冻式干燥器工作原理图图9-12吸附式干燥器工作原理图9.1气源装置9.1.3空气压缩机及其净化设备

5．净化设备

（3）空气干燥器图9-13高分子隔膜式干燥器工作原理图图9-14吸收式干燥器工作原理图9.1气源装置9.1.4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9-15气动三联件9.2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。9.2气动执行元件9.2.1气缸

1．气缸的结构及工作原理

（1）气缸的工作原理图9-16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；9-活塞密封圈；11－密封圈；12－耐磨环；14－无杆侧端盖9.2气动执行元件9.2.1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

9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

①单作用气缸图9-17单作用气缸示意图

9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

②双作用气缸

图9-18单活塞杆式双作用气缸示意图图9-19双活塞秆式双作用气缸示意图9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（1）普通气缸

②双作用气缸

图9-20双活塞式双作用气缸示意图图9-21带缓冲装置的双作用气缸示意图9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

①带磁性开关气缸图9-22带磁性开关气缸的工作原理图1－动作指示灯；2－保护电路；3－开关外壳；4－导线；5－活塞；6－磁环（永久磁铁）；7－缸筒8－舌簧开关9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

②薄膜式气缸图9-23膜片气缸式工作原理图1－缸体；2－膜片；3－膜盘；4－活塞杆9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

③省空间气缸图9-24薄型省空间气缸图9-25自由安装型省空间气缸图9-26椭圆形省空间气缸9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

④带阀气缸图9-27带阀组合气缸1－管接头；2－气缸；3－气管；4－电磁换向阀；5－换向阀底板；6－单向节流阀组合件；7－密封圈9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑤锁紧气缸（a）锁紧前（b）锁紧后图9-28锁紧气缸工作原理图9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑥气-液阻尼缸图9-29气-液阻尼缸1-油杯；2-单向阀；3-节流阀；4-液压油；5-空气9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑦无杆气缸图9-30磁性耦合式无杆气缸工作原理结构图1-套筒；2-外磁环；3-外磁导板；4-内磁环；5-内磁导板；6-压盖；7-卡环；8-活塞；9-活塞轴；9-缓冲柱塞；11-气缸筒；12-端盖；13-进、排气口9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑦无杆气缸图9-31机械接触式无杆气缸工作原理结构图l－节流阀；2－缓冲柱塞；3－密封带；4－防尘不锈钢带；5－活塞；6－滑块；7－活塞架9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑧摆动气缸图9-32单叶片式摆动气缸工作原理图1－叶片2－转子3－定子4－缸体图9-33齿轮齿条式摆动气缸结构原理1－齿条组件；2－弹簧柱销；3－滑块；4－端盖；5－缸体；6－轴承；7－轴；8－活塞；9－齿轮9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

⑧摆动气缸表9-4叶片式摆动气缸和齿轮齿条式摆动气缸特点比较品种体积质量改变摆动角方法设置缓冲装置输出力矩泄漏摆角范围最低使用压力摆动速度用于中途停止状态叶片式较小较小调节止动块的位置内部设置困难较小微漏较窄较大不宜低速不宜长时间使用齿轮齿条式较大较大改变内部或外部挡块位置容易较大很小可较宽较小可以低速可适当时间使用9.2气动执行元件9.2.1气缸

2．气缸的分类及特点

（2）特殊气缸

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9-34气动手爪9.2气动执行元件9.2.1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。

9.2气动执行元件9.2.1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9.2气动执行元件9.2.1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。9.2气动执行元件9.2.1气缸

例9-1气缸的基本选择

如图9-35所示气压传动系统有四个气缸，缸A把工件放下，缸B夹紧工件，缸C将工件推至缸D的下方，再由缸D在工件上打字。请选择四个气缸的品种和安装形式，并说明安装形式的特点。

图9-35例9-1图表9-5例9-1气缸选择结果缸号气缸品种安装形式特点A单杆双作用无杆侧法兰型负载垂直于安装面B单杆单作用（弹簧压回）杆侧法兰型负载与轴线一致C单杆双作用单耳环或双耳环允许负载有点摆动D双杆双作用（杆不回转）脚座型负载与轴线一致9.2气动执行元件9.2.2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。

9.2气动执行元件9.2.2气马达

1．气马达的分类与特点

表9-6各种气马达特点比较种类转矩转速功率（kW）每千瓦耗气量q/（m3/min）特点及应用范围叶片式低转矩高转速≤3小型：1.0~1.4大型：1.8~2.3

制造简单，结构紧凑，但低速启动转矩小，低速性能差。适用于要求低或中等功率的机械，如风动工具、升降机、拖拉机、泵、矿山机械等薄膜式高转矩低速度<11.2~1.4

适用于控制要求很精确、启动转矩极高和速度低的机械活塞式中高转矩低或中速≤17小型：1.0~1.4大型：1.9~2.3

低速时有较大的功率输出和较好的转矩特性，启动准确，且启动和停止特性均比叶片式好。适用于载荷较大、低速、转矩较高的机械，如起重机、绞车、拉管机等9.2气动执行元件9.2.2气马达

1．气马达的分类与特点

气马达与和它起同样作用的电动机相比，其特点是壳体轻，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。因此气马达广泛应用于矿山机械和气动工具等场合。9.2气动执行元件9.2.2气马达

2．气马达的工作原理

图9-36气马达工作原理图9.2气动执行元件9.2.3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。

9.2气动执行元件9.2.3真空元件

1．真空发生装置

图9-37真空发生器工作原理图1-拉瓦尔喷管2-负压腔3-接收管9.2气动执行元件9.2.3真空元件

1真空发生装置

表9-7两种真空发生装置的特点及其应用场合

项目真空泵真空发生器最大真空度可达101.3kPa}能同时获得最大值可达88kPa}不能同时获得最大值吸入流量可很大不大结构复杂简单体积大很小重量重很轻寿命有可动件，寿命较长无可动件，寿命长消耗功率较大较大价格高低安装不便方便维护需要不需要与配套件复合化困难容易真空的产生及解除慢快真空压力脉动有脉动，需设真空罐无脉动，不需真空罐应用场合适合连续、大流量工作，不宜频繁启停，适合集中使用需供应压缩空气，宜从事流量不大的间歇工作，适合分散使用。改变材质，可实现耐热、耐腐蚀9.2气动执行元件9.2.3真空元件

2．真空吸盘

图9-38各种形式的吸盘9.2气动执行元件9.2.3真空元件

2．真空吸盘

表9-8常用吸盘的吸盘直径吸盘直径（mm）24681013162025324050平型吸盘●●●●●●●●●●●●带肋平型吸盘●●●●●●●●深凹型吸盘●●●●风琴型吸盘●●●●●●●●●●9.2气动执行元件9.2.3真空元件

2．真空吸盘

(a)螺纹连接(b)利用缓冲体连接图9-39吸盘的安装形式(a)轴向(b)侧向

图9-40真空口的取出方向9.3气动控制元件

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。9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

1．减压阀

（1）直动式减压阀图9-41直动式减压阀l－调节旋钮；2、3－调压弹簧；4－溢流阀座；5－膜片；6－膜片气室；7－阻尼管；8－阀杆；9－复位弹簧；9-进气阀；11－排气孔；12－溢流孔9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

1．减压阀

（2）先导式减压阀

图9-42内部先导式减压阀l－固定节流孔;2－喷嘴;3－挡板;4－上气室;5－中气室;6－下气室;7－阀芯;8－排气孔;9－膜片9.3气动控制元件9.3.1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。9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

3．溢流阀（安全阀）

当储气罐或回路中的压力超过某设定值时，溢流阀（安全阀）把超过设定值的压缩空气排入大气，以保持输入压力不超过设定值。溢流阀（安全阀）在系统中起限制最高压力，起过压安全保护作用。图9-44溢流阀的工作原理1－调节手轮；2－调压弹簧；3－阀芯9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

3．溢流阀（安全阀）

图9-45溢流阀9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

4．顺序阀与单向顺序阀

（1）顺序阀

顺序阀是依靠气路中气体压力的作用来控制各种执行机构按顺序动作的压力控制阀。

图9-46顺序阀工作原理9.3气动控制元件9.3.1压力控制阀

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9-47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9.3气动控制元件9.3.2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。

9.3气动控制元件9.3.2流量控制阀

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9-48节流阀9.3气动控制元件9.3.2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9-49单向节流阀9.3气动控制元件9.3.2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9-50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9.3气动控制元件9.3.3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。9.3气动控制元件9.3.3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9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（1）电磁换向阀直动式电磁换向阀图9-51单电控直动式电磁阀工作原理图1－电磁线圈2－阀芯图9-52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。9.3气动控制元件9.3.3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9-53单电控外部先导式电磁换向阀的工作原理9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（2）气控换向阀图9-54单气控加压截止式换向阀的工作原理9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（3）机控换向阀图9-55机控阀常用的机械控制方式

9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

2．换向型方向控制阀

（4）人力控制换向阀图9-56几种人力控制换向阀实物图9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（1）单向阀图9-57单向阀结构示意图9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（2）梭阀图9-58梭阀1-阀座2-阀芯3-阀体4-O形圈9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（2）梭阀图9-59梭阀的应用回路9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（3）双压阀图9-60双压阀9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（3）双压阀图9-61互锁回路1、2-机控换向阀3-双压阀4-气控阀5-钻孔缸9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

3．单向型方向控制阀

（4）快速排气阀图9-62快速排气阀9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

4．方向控制阀的选择（1）结构形式表9-9结构形式选择结构形式特点阀芯结构形式座阀式换向行程小，密封性好，对空气清洁度要求低于滑柱式，换向力较大滑柱式换向力小，通用性强，双控式易实现记忆功能，换向行程大，对空气清洁度要求较高滑板式结构简单，易实现多位多通，换向力较大，对空气清洁度要求较高动作方式直动式通径小，换向频率高，省电。若主阀芯粘住或动作不良，交流电磁线圈易烧毁先导式通径大，换向频率低，省电。线圈烧毁事故少。内部先导式的使用压力不能太低，一般在01~0.5Mpa以上；外部先导式的使用压力可较低，有些可使用真空压力密封形式弹性密封换向力较大，换向频率较低，密封性好，故泄漏少，对空气清洁度要求低于间隙密封间隙密封换向力较小，换向频率高，有微漏，对空气清洁度要求高9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

4．方向控制阀的选择（2）控制方式表9-10控制方式的选择控制方式特点电磁控制适合电、气联合控制和远距离控制以及复杂系统的控制气压控制适合易燃、易爆、粉尘多和潮湿等恶劣环境下的控制和简单控制，也用于流体的流量放大和压力放大机械控制主要用作行程信号阀，可选用不同的操作机构人力控制可按人的意志改变控制对象的状态，可选用不同的操作机构，可用于自动或手动操作的选择，机械装置的启动和停止等。需要保持功能时，可选用具有定位功能的手动阀9.3气动控制元件（3）阀的机能表9-11阀的机能的选择阀的机能特点二位式单气、电控控制信号撤除，阀芯复位。单电控只一个电磁先导阀，成本低用于具有两个工作位置的场合双气、电控具有记忆功能，从安全性考虑，选双控好。一旦停电，因具有记忆功能，气缸能保持原状三位式中封式两控制口都无电信号时，各通口都封闭。用于气缸在任意位置的停止或紧急停止。但停止精度不高（在几毫米以上）中泄式两控制口都无电信号时，进气口封闭，出口与排气口接通。气缸宜水平安装，一般用于急停时释放气压，以保证安全。或使气缸处于自由状态，以便于调整工作中压式两控制口都无电信号时，进气同时与两出口接通。在气缸无杆侧回路中装减压阀，实现中停比中封式快。有少量泄漏仍可维持中停。不适用于负载变动的场合中止式两控制口都无电信号时，两出口都被单向阀封闭，气缸两腔的压力可较长时间保持不变，实现气缸较长时间的中停阀的通口数二位二通控制气源的通断、紧急切断气源，紧急快速泄压二位三通可控制单作用气缸，控制容器的充排气，控制气动制动器，紧急情况下切断气源，高低压切换，做主阀的先导阀二（三）位四、五通可控制双作用气缸等多位多通用作气路分配阀阀的零位状态常断式无控制信号时，出口无输出}根据安全性及合理性来选择常通式无控制信号时，出口有输出通断式流动方向不受限制9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

4．方向控制阀的选择（4）预选阀的系列型号（5）连接方式表9-12连接方式的选择连接方式特点管式连接简单，价格低，装拆维修不便，用于简单系统板式装拆时，不拆下配管，维修方便。可避免接管错误。价格较高。用于复杂系统集装式节省空间，减少配管，便于维护（6）确定阀的型号9.3气动控制元件9.3.3方向控制阀

4．方向控制阀的选择（7）电气规格的选择（8）标准化、通用化、系列化。表9-13电气规格的选择连接方式规格、特点交流电磁铁行程大时吸力较大。启动电流比保持电流大得多，故动铁芯不能吸合时，易烧毁线圈；电磁铁不宜频繁启动；易发生蜂鸣声直流电磁铁行程大时吸力小，行程小时吸力大。电流保持一定，与行程无关，故动铁芯不能吸合时，不会烧毁线圈。电磁铁可频繁启动，无蜂鸣声交流电源标准电压有AC220V、110V；非标准电压有AC240V、200V、100V、48V、24V、12V直流电源标准电压有DC24V；非标准电压有DC110V、100V、48V、12V、6V、5V、3V9.3气动控制元件9.3.4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。9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（1）与门元件9.3.4气动逻辑元件

图9-63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

9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（2）是门元件9.3.4气动逻辑元件

是门元件逻辑表达式为：

S=A图9-64是门元件逻辑符号9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（3）或门元件9.3.4气动逻辑元件

或门元件逻辑表达式为：

S=A+B图9-65或门元件1-阀板;2-上阀口;3-下阀口9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（4）非门元件9.3.4气动逻辑元件

非门元件逻辑表达式为：

S=A图9-66非门元件9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（5）禁门元件9.3.4气动逻辑元件

禁门元件逻辑表达式为：

S=A·B图9-67禁门元件9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（6）或非门元件9.3.4气动逻辑元件

或非门元件逻辑表达式为：

S=A+B+C图9-68或非门元件9.3气动控制元件1．高压截止式逻辑元件（7）记忆元件9.3.4气动逻辑元件

图9-69记忆元件1-手动按钮;2-滑块;3-阀芯;4-阀体9.3气动控制元件2．其他气动逻辑元件9.3.4气动逻辑元件

其他气动逻辑元件还有高压膜片式逻辑元件和射流元件等。9.4气动辅件9.4.1过滤器

过滤器的作用是用于滤除空气中含有的固体颗粒、水分、油分等各类杂质。9.4气动辅件9.4.1过滤器

（1）空气过滤器图9-70空气过滤器的结构原理1—复位弹簧;2—保护罩;3—水杯;4—挡水板;5—滤芯;6—旋风叶片;7—卡圈;8—锥形弹簧;9—阀芯;10—手动放水按钮

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。

9.4气动辅件9.4.1过滤器

（2）分水排水器图9-71分水排水器1—多孔金属筒;2—纤维层;3—泡沫塑料;4—过滤纸

9.4气动辅件9.4.2油雾器

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。图9-72油雾器1—立杆;2—截止阀;3—储油杯;4—吸油管;5—单向阀;6—节流阀;7—视油器;8—油塞;9—螺母9.4气动辅件9.4.3消声器

消声器是通过对气流的阻尼或增加排气面积等方法，来降低排气速度和排气功率，从而达到降低噪声的目的。常见的消声器有吸收型和膨胀干涉型。

图9-73阀用消声器的结构原理图9.4气动辅件9.4.4其他辅件

1．管件图9-74几种常用的管接头9.4气动辅件9.4.4其他辅件

2．其他常用辅件图9-75气电转换器9.4气动辅件9.4.4其他辅件

2．其他常用辅件

（a）空气式（b）水用式图9-76数字式流量开关9.4气动辅件9.4.4其他辅件

2．其他常用辅件（a）膜片式（b）浆叶式图9-77机械式流量开关☆本章小结☆1.了解气动系统对压缩空气品质的要求；了解对气源进行净化处理的必要性；掌握气源装置的基本组成及作用。2.熟悉的常见形式；掌握气动执行元件的选用方法及使用注意事项。3.掌握气动控制元件的基本工作原理；掌握气动控制元件的选用方法及注意事项；了解气动逻辑元件的种类及原理。4.了解各种气动辅件的原理及作用。10.2速度控制回路10.1压力控制回路

10.4位置控制回路10.3方向控制回路

10.5安全保护回路10.6往复动作回路10.7其他回路2024/6/18134气压传动系统一般都是由最简单的基本回路组成。由于基本回路组合方式不同，得到的系统的性能却各有差异。因此，要设计出高性能的气动系统，必须熟悉各种基本回路。

主要包括：

1、压力控制回路2、速度控制回路

3、换向控制回路4、位置控制回路

5、安全保护回路

6、往复动作回路

7、同步动作回路8、气液联动回路

9、记数回路10、延时回路

2024/6/18135用于调节和控制系统的压力，使压力保持在某一规定的范围之内。10.1压力控制回路1一次压力控制回路2024/6/1813610.1压力控制回路2二次压力控制回路二次压力控制回路

高低压切换回路过载保护回路如（a）、（b）所示如（c）所示如（d）所示（c）（d）2024/6/18137功能是控制气缸运动速度的回路

。10.2速度控制回路1气缸调速回路

单作用气阀调速回路双向（作用气缸）调速回路

缓冲回路

2024/6/1813810.2速度控制回路2快速往复动作回路

3速度换接回路

2024/6/1813910.3换向控制回路1单作用气缸换向回路二位运动控制换向回路

三位运动控制换向回路2024/6/1814010.3换向控制回路2双作用气缸换向回路二位运动控制换向回路

三位运动控制换向回路2024/6/1814110.4位置控制回路1多位置缸的位置控制回路采用串联气缸的位置控制回路

任意位置停止回路

2024/6/1814210.4位置控制回路1多位置缸的位置控制回路多位置缸的位置控制回路

2024/6/1814310.4位置控制回路2用缓冲挡铁的位置控制回路2024/6/1814410.5安全保护回路1过载保护回路2互锁回路3双手操作回路2024/6/1814510.6往复动作回路1单往复动作回路2连续往复动作回路

2024/6/18146气液联动是以气压为动力，利用气液转换装置把气压传动变为液压传动，或采用气液阻尼缸来获得能更为平稳地运动速度，或使用气液增压器来使传动力增大。10.7其他回路1气液转换控制回路2气液增压缸回路气液联动回路2024/6/1814710.7其他回路计数回路2024/6/1814810.7其他回路延时回路2024/6/1814910.7其他回路同步动作回路2024/6/18150【本章小结】1．本章的主要内容是气动基本回路和气动常用回路。2．任何复杂的气动控制回路都可以由具有特定功能的气动基本回路组成。3．通过本章的学习，掌握气动基本回路的功能、组成及其应用场合，为分析和设计气动系统打下坚实的基础。11.1概述1．气压传动系统设计的主要内容与步骤☆明确系统的工作要求