机电一体化技术 -课件 项目三

机电一体化技术主编

张奇良

鲁佳

王红锦PARTONE项目三气动知识目录/CONTENTS任务一

气压传动系统任务二

气动元件及符号任务三

气动控制阀任务四

气动回路分析行业PPT模板/hangye/PARTONE任务一气压传动系统

气压传动是以空气作为介质进行能量的传递和控制的一种传动形式,简称气动。

气压传动是流体传动及控制学科的一个重要分支。气压传动与液压、机械、电气和电子技术之间互相补充,已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段,在食品工业、轻纺、机械工业、冶金工业、化工、交通运输、航空航天、国防建设等领域已得到广泛的应用。(3)执行元件(4)气动辅助元件(1)气源装置(2)控制元件

气源装置是压缩空气的产生、存储、净化的辅助装置,是将原动机供给的机械能转化为压缩空气的压力能的能源装置,其主体部分是空气压缩机,简称空压机。

控制元件又称操纵、运算、检测元件,是用来控制压缩空气流的压力、流量和运动方向等,以使执行机构完成预定运动规律的元件,包括各种阀类

执行元件是以压缩空气为工作介质,将压缩空气的压力能转变为机械能,并完成做功动作的能量转换装置,包括做直线往复运动的气缸,做连续回转运动的气动马达和做不连续回转运动的摆动马达等。

气动辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声及元件间连接所需要的一些装置,包括分水滤气器、油雾器、消声器及各种管路附件。

气压传动系统由气源装置产生压缩空气的压力能,在控制元件和气动辅件元件的操纵控制下,由执行元件完成做功动作,气压传动系统组成如图3-1所示。一、气压传动系统工作原理及组成二、气压传动的特点

气压传动的突出特点是以压缩空气为工作介质,具有取之不尽、远距离输送、对环境无污染、防火、防爆、抗振动冲击、过载自动保护、工作可靠等特点。

1.气压传动的优点(1)空气随处可取,取之不尽(2)便于集中供气和远距离输送控制(3)气压传动系统对工作环境适应性好(4)能够实现过载自动保护,也便于储气罐储存能量,以备急需(因空气具有可压缩性)(5)气动反应快(0.02s),动作迅速,维护方便,管路不易堵塞(6)气动元件材质要求较低,降低了成本,适于标准化、系列化、通用化(7)可以自动降温(因排气时气体膨胀,温度降低)(8)与液压传动一样,操作控制方便,易于实现自动控制2.气压传动的缺点(1)一般工作压力较低(0.3~1MPa)(2)工作速度稳定性较差(因空气的压缩性大)(3)空气净化处理较复杂(4)需设润滑装置(因空气的黏度小,润滑性差)PARTTWO任务二气动元件及符号一、气动元件概述气压传动系统的气动元件可分为以下6种1.气源装置2.气动辅助元件3.气动执行元件4.气动控制元件5.气动逻辑元件6.气动传感器及信号处理装置(1)气源装置。

气源装置为气压传动系统提供符合规定质量要求的压缩空气,是气压传动系统的一个重要组成部分。气源装置一般由3部分组成,如图3-2所示。①气压发生装置②净化、储存压缩空气的装置和设备③气动三大件(水过滤器、减压阀、油雾器)二、气动元件结构与原理③空压机的选择。选择空压机的根据是气压传动系统所需要的工作压力和流量两个主要参数。①空压机的分类。

如果按空压机的公称排气压力范围来分,则有低压式(0.2~1MPa)、中压式(1~10MPa)、高压式(10~100MPa)和超高压式(>100MPa)等。

②空压机的工作原理，活塞式空压机的工作原理图如图3-3所示。

水冷式后冷却器:水冷式后冷却器的工作原理图如图3-5所示。水冷式后冷却器通过强迫冷却水沿压缩空气流动的反方向流动来进行冷却。(2)气动辅助元件。①后冷却器。后冷却器安装在空压机排气口处的管道上。

风冷式后冷却器:风冷式后冷却器的工作原理图如图3-4所示。从空压机排出的压缩空气进入风冷式后冷却器后,经过较长而且多弯曲的管道进行冷却后从出口排出。②油水分离器。油水分离器安装在后冷却器后的管道上,主要作用是分离压缩空气中所含的水分、油分等杂质,使压缩空气得到初步净化。③储气罐。储气罐的结构图及图形符号如图3-7所示,主要作用是储存一定量的压缩空气,减少气源输出气流脉动,增加气流连续性和平稳性,减弱空压机排出气流脉动引起的管道振动,进一步分离压缩空气中的水分和油分。⑤过滤器。空压机吸入口的空气过滤器对于空压机工作可靠性是十分重要的,必须提供合适有效的过滤器,以免气缸和活塞环受空气中微粒的影响而损耗。一次过滤器(也称简易空气过滤器):由壳体和滤芯组成,按滤芯所采用的材料不同可分为纸质、织物(麻布、绒布、毛毡)、陶瓷、泡沫塑料和金属(金属网、金属屑)等过滤器。二次过滤器(也称空气过滤器):在空压机的输出端使用的为二次过滤器。空气过滤器的结构图及图形符号如图3-9所示。④空气干燥器。吸附式空气干燥器的结构图及图形符号如图3-8所示,空气干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、杂质颗粒等,使压缩空气干燥。⑦消声器。气动装置的噪声一般都比较大,尤其当压缩气体直接从气缸或换向阀排向大气时吸收型消声器:主要利用吸声材料(玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结金属、烧结陶瓷及烧结塑料等)来降低噪声。膨胀干涉型消声器:膨胀干涉型消声器结构简单,相当于一段比排气孔口径大的管件。

高效过滤器的过滤效率更高,适用于要求较高的气动装置和射流元件等。⑥油雾器。气压传动中的各种阀和气缸一般都需要润滑,油雾器是一种特殊的注油装置,普通型油雾器的结构图如图3-10所示。2.气动执行元件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的能量转换装置,包括气缸和气动马达。①普通气缸。单作用式气缸:压缩空气作用在活塞端面上,推动活塞运动,而活塞的反向运动依靠复位弹簧力、重力或其他外力。双作用式气缸:活塞在两个方向上的运动都是依靠压缩空气的作用而实现的。②薄膜气缸。薄膜气缸分为单作用式和双作用式两种。③冲击气缸。普通型冲击气缸的结构图如图3-16所示。④气-液阻尼缸。在机械加工中实现进给运动的气缸,因为气体的可压缩性,使气缸容易产生“爬行”“自走”现象。串联式气-液阻尼缸如图3-17(a)所示,由气缸和液压缸两部分组成,气缸和液压缸的活塞被固定在同一个活塞杆上，并联式气-液阻尼缸如图3-17(b)所示。①安装形式的选择由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合中,多用固定式气缸。②作用力的大小根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。③气缸行程的长短气缸行程的长短与使用场合和机构的行程比有关,也受加工和结构的限制。气缸的选择的要点④活塞(或缸)的运动速度主要取决于气缸进、排气口及导管内径的大小。①气缸一般正常工作条件周围的介质温度为-35~+80℃,工作压力为0.4~0.6MPa。③装配时,所有密封件的相对运动工作表面应涂以润滑脂。②安装前,应在1.5倍工作压力下进行试验,不应漏气。④安装的气源进口处必须设置油雾器,以便于工作中润滑。气缸的使用的要求⑤安装时,要注意动作方向,活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载。⑥负载在行程中有变化时,应使用输出力有足够余量的气缸,并要附加缓冲装置。⑦不使用满行程。特别是当活塞杆伸出时,不能使活塞与缸盖相碰击,否则容易破坏活塞和缸盖等零件。(2)气动马达。气动马达是将压缩空气的压力能转换成机械能的能量转换装置。①气动马达的选择。选择气动马达主要从负载状态出发。②气动马达的应用。由气动马达的工作特性及特点可见,气动马达工作适应性很强,可适用于无级调速、启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便人工操纵及有过载可能的场合。③气动马达的润滑。润滑是保证气动马达正常工作不可缺少的一环。(1)高压截止式逻辑元件

高压截止式逻辑元件是依靠气动信号推动阀芯动作,改变气流的流动方向,以实现一定逻辑功能的逻辑元件。①“是门”和“与门”元件②“或门”元件③“非门”元件(2)滑阀式逻辑阀

滑阀式逻辑阀的工作原理和滑阀式气动换向阀的工作原理基本上是一样的,只是具体结构和工艺有所不同,二位三通滑阀式逻辑阀的工作原理图及图形符号如图3-23所示。(3)逻辑回路

滑阀式逻辑阀是一种多功能逻辑阀,根据不同的连接方法可以组成多种逻辑回路,由逻辑阀组成的逻辑回路如图3-24所示。3.气动逻辑元件三、气动元件符号

除上述介绍的有关元件及符号外,在气动回路中还有其他常用元件,其符号如图3-25所示。PARTTHREE任务三气动控制阀一、气动控制阀结构与原理1.方向控制阀及换向回路

方向控制阀按气流在阀内的作用方向,可分为单向型控制阀和换向型控制阀。(1)单向型控制阀①单向阀②梭阀(“或门”阀)③双压阀(“与门”阀)④快速排气阀(2)换向型控制阀①气压控制换向阀②电磁控制换向阀③机械控制换向阀、人力控制换向阀④时间控制换向阀(3)换向回路。单作用式气缸的换向回路如图3-39所示。

梭阀是两个单向阀反向串联的组合阀。由于阀芯像织布梭子一样来回运动,因而称为梭阀。

“或门”型梭阀的结构图及图形符号如图3-26所示。其工作原理是当P1进气时,将阀芯推向右边,P2被关闭,于是气流从P1进入A腔,如图3-26(b)所示;

反之,从P2进气时,将阀芯推向左边,于是气流从P2进入A腔,如图3-26(c)所示;

当P1、P2同时进气时,哪端压力高,A就与哪端相通,另一端就自动关闭。

可见该阀两输入口中只要有一个输入,输出口就有输出,输入和输出呈现逻辑“或”的关系。

双压阀的工作原理图及图形符号如图3-28所示。

当P1进气时,将阀芯推向右端,A无输出,如图3-28(a)所示;当P2进气时,将阀芯推向左端,A无输出,如图3-28(b)所示;

只有当P1、P2同时进气时,A才有输出,如图3-28(c)所示;

当P1和P2气体压力不等时,气压低的通过A输出。

由此可见,该阀只有在两输入口中同时进气时A才有输出,输入和输出呈现逻辑“与”的关系。

快速排气阀的结构图及图形符号如图3-30所示。

当P进气时,膜片被压下封住排气口O,气体经膜片四周的小孔向A腔流入,A有输出,如图3-30(b)所示;

当P腔气体排空时,A腔压力将膜片顶起,P与A不通,A与O相通,A腔气体快速排向大气中,如图3-30(c)所示。

直动式单电磁铁二位三通电磁换向阀的工作原理图及图形符号如图3-34所示。

如果将阀中的弹簧改成电磁铁,则成为直动式双电磁铁二位五通电磁换向阀,其工作原理图及图形符号如图3-35所示。

单电磁铁控制的先导式电磁换向阀的工作原理图及图形符号如图3-36所示,其中控制的主阀为二位阀。同样,主阀也可为三位阀。

延时阀:二位三通延时阀结构图及图形符号如图3-37所示,它是由延时部分和换向部分组成的。

延时阀的应用回路如图3-38所示,它是一个压注机的使用回路。按下手动阀A,气缸下压工件,工件受压时间长短由B、C、D组成的延时阀完成。单作用式气缸的换向回路如图3-39所示。双作用式气缸的换向回路如图3-40所示。2.压力控制阀

压力控制阀可分为减压阀(也称调压阀)、安全阀(也称溢流阀)和顺序阀等。(1)减压阀

减压阀的作用是降压且稳压。①直动式减压阀②先导式减压阀(2)安全阀

安全阀在系统中能够限制系统的最高工作压力,起安全保护作用。(3)顺序阀

一般顺序阀都与单向阀组合到一起,称为单向顺序阀。(4)压力控制回路①一次压力控制回路②二次压力控制回路

QTY型直动式减压阀的结构图及图形符号如图3-41所示。

外部先导式减压阀的主阀如图3-42所示,主阀的工作原理与直动式减压阀相同。

一次压力控制回路如图3-43所示,常用电接触点压力表或溢流阀来控制。

二次压力控制回路如图3-44所示,用气源三联件(空气过滤器—减压阀—油雾器)调节系统压力为稳定值。(1)流量控制阀。流量控制阀就是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件,它包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。(2)速度控制回路。速度控制回路用来调节气缸的运动