液压与气动技术（第六版） 课件 第9章 气动执行元件

6.真空元件

（Vacuumcomponents）12345真空发生器真空吸盘真空顺序阀真空开关真空回路主要内容CONTENTS在低于大气压力下工作的元件称为真空元件；由真空元件所组成的系统称为真空系统（或称为负压系统）。真空系统作为实现自动化的一种手段已广泛用于轻工、食品、印刷、医疗、塑料制品以及自动搬运和机械手等各种机械，如玻璃的搬运、装箱；机械手抓取工件；印刷机械中的纸张检测、运输；包装机械中包装纸的吸附、送标、贴标、包装袋的开启；精密零件的输送；塑料制品的真空成型；电子产品的加工、运输、装配等各种工序作业。真空系统的真空是依靠真空发生装置产生的，真空发生装置有真空泵和真空发生器两种。真空泵是一种吸入口形成负压，排气口直接通大气，两端压力比很大的抽除气体的机械。主要用于连续大流量，适合集中使用且不宜频繁启停的场合。真空发生器是利用压缩空气的流动而形成一定真空度的气动元件，适合从事流量不大的间歇工作和表面光滑的工件。0.绪论旋片式真空泵旋片式真空泵工作原理典型的真空发生器的工作原理图如图11-1所示，它由先收缩后扩张的拉伐尔喷管1、负压腔2、接收管3和消声器4等组成。真空发生器是根据文丘里原理产生真空。当压缩空气从供气口P（1）流向排气口R（3）时，在真空口U（1V）上就会产生真空。吸盘与真空口1V连接，靠真空压力便可吸起物体。如果切断供气口P的压缩空气，则抽空过程就会停止。1、真空发生器（Vacuumgenerator）1、真空发生器（Vacuumgenerator）

图真空发生器其结构原理

图为其结构原理，由先收缩后扩张的喷嘴、扩散管和吸附口等组成。压缩空气从输入口供给，在喷嘴两端压差高于一定值后，喷嘴射出超声速射流或近声速射流。由于高速射流的卷吸作用，将扩散腔的空气抽走。使该腔形成真空。在吸附口接上真空吸盘，便可形成一定的吸力，吸起各种物体。

1、真空发生器（Vacuumgenerator）1、真空发生器（Vacuumgenerator）

真空发生器常设计成二级扩散管形式，如图所示。采用二级式真空发生器与单级式产生的真空度是相同的，但在低真空度时吸入流量增加约一倍。这样，在保持低真空度的应用场合，吸附动作响应快。如用于吸取透气性工件时特别有效。

图二级真空发生器

a)结构b)特性曲线特点用真空发生器产生真空的特点有：结构简单、体积小、使用寿命长。产生的真空度(负压力)可达88Kpa，吸入流量不大，但可控、可调，稳定可靠瞬时开关特性好，无残余负压。1、真空发生器（Vacuumgenerator）2、真空吸盘（Vacuumsuctioncups）

真空吸盘是直接吸吊物体的元件，是真空系统中的执行元件。吸盘通常是由橡胶材料和金属骨架压制而成。制造吸盘的材料通常由丁晴橡胶，聚氨脂橡胶和硅橡胶等，其中硅橡胶适用于食品行业。其吸力为1—10000N，适用于抓取薄片状的工件，如塑料片、硅钢片、纸张(盒)及易碎的玻璃器皿等，要求工件表面平整光滑、无孔和无油污。应用实例应用实例2、真空吸盘（Vacuumsuctioncups）真空吸盘的安装是靠吸盘上的螺纹直接与真空发生器或者真空安全阀、空心活塞杆气缸相连，见图11-3。3、真空顺序阀（Adjustablevacuumactuator）如要变化真空信号可使用真空顺序阀（或称真空控制阀），其结构原理与压力顺序阀相同，只是用于负压控制。图11-4为其原理图，图中当真空顺序阀的控制口1V上的真空达到设定值，二位三通换向阀就换向。3、真空顺序阀（Adjustablevacuumactuator）真空开关是用于检测真空压力的开关。当真空压力未达到设定值时，开关处于断开状态。当真空压力达到设定值时，开关处于接通状态，发出电信号，控制真空吸附机构动作。真空开关按触点形式可分为有触点式（磁性舌簧管开关）和无触点式（半导体真空开关）。膜片式真空开关属于有触点式真空开关，它是利用膜片感应真空压力变化，再用舌簧管开关配合磁环提供压力信号。图11-5为膜片式真空开关的工作原理图。4、真空开关（Vacuumswitch）4、真空开关（Vacuumswitch）典型的真空组件由真空发生器、真空吸盘、压力开关和控制阀构成。04图5.49b所示为真空释放电磁阀B通电时的工作状况。当被吸附的工件到位需要释放时，真空发生电磁阀A和释放电磁阀B同时动作(A断电，B通电)。此时。停止产生真空,同时压缩空气经B从吸附口流向吸盘，将工件快速释放。由此可见，真空发生用的电磁阀A的作用是接通供气，真空释放电磁阀B的作用是加快工件释放。03真空组件里常用两种电磁阀，真空发生用电磁阀和真空释放用电磁阀。01图5.49所示为一种真空组件动作原理图。图5.49a所示为真空发生电磁阀A通电时的工作状况，此时供气通路接通，压缩空气流人真空发生器产生真空，可以用来吸附工件。025、控制阀5、控制阀图5.49真空组件1a)真空发生电磁阀通电b)真空释放电磁阀通电25、真空回路5、真空回路图11-6为一个真空吸附回路。当启动手动阀1向真空发生器3提供压缩空气即产生真空，对吸盘2进行抽吸，当吸盘内的真空度达到调定值时，真空顺序阀4打开，推动二位三通阀换向，使控制阀5切换，气缸A活塞杆缩回（吸盘吸着工件移动）。当活塞杆缩回压下行程阀7时，延时阀7动作，同时开关1换向，真空断开（吸盘放开工件），经过设定时间延时后，主控制阀5换向，气缸伸出，完成一次吸放工件动作。真空发生器真空吸盘真空顺序阀真空开关真空回路5.4.3.2.1.6.总结试述真空发生器的工作原理。01试设计一个简单的真空拾放光滑工件的系统，并说明如何控制真空发生器拾取和放置工件。027.思考题与习题真空泵的原理、类型及应用CATALOGUE目录真空泵概述真空泵的工作原理真空泵的主要类型真空泵的应用领域真空泵的选择与维护真空泵市场的发展趋势与挑战01真空泵概述定义真空泵是利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。功能真空泵的主要功能是在某一封闭空间中改善、产生和维持真空，以满足特定工艺需求。定义与功能真空泵的工作原理于1933年在德国汉诺威大学被发现，并成功制造出产品。早期发展随着技术的不断进步，真空泵的应用范围逐渐扩大，涵盖了多个领域。现代应用近年来，随着新材料、新工艺的应用，真空泵的性能得到了进一步提升。技术创新真空泵的发展历程010203市场需求与前景展望前景展望随着科技的进步和工业的发展，真空泵的应用领域将进一步扩大，市场前景广阔。同时，对于高效、节能、环保型真空泵的需求也将不断增加，推动真空泵行业的技术创新和产业升级。发展趋势未来真空泵将朝着更高效、更智能、更环保的方向发展，以满足不断变化的市场需求。同时，随着新材料和新技术的应用，真空泵的性能和寿命将得到进一步提升。市场需求随着工业领域的不断拓展，真空泵的市场需求持续增长，尤其是在电子、化工、医药等领域。03020102真空泵的工作原理气体捕集泵的工作原理排气过程当气体压力达到一定程度时，排气阀打开，压缩后的气体被排出泵腔，从而完成一个工作循环。压缩过程随着泵腔内部转子或活塞等部件的运动，气体被逐渐压缩，压力升高。吸气过程气体捕集泵通过吸气口吸入气体，使气体进入泵腔内部。动力驱动在转子或叶片旋转过程中，泵腔容积发生变化，从而在吸气口吸入气体，在排气口排出气体。气体吸入与排出连续工作通过连续旋转，气体传输泵能够持续不断地吸入和排出气体，实现气体的连续传输。气体传输泵依靠外部动力（如电机）驱动泵腔内的转子或叶片等部件旋转。气体传输泵的工作原理不同类型的真空泵在抽气速率、极限真空度、工作稳定性等方面存在差异，需根据具体需求选择合适的泵型。性能比较各类真空泵因其工作原理和结构特点不同，适用于不同的应用场景，如科研实验、工业生产、医疗设备等。应用范围比较不同类型真空泵的制造成本、运行成本以及维护保养难易程度也有所不同，需综合考虑经济效益和使用便利性。成本与维护比较不同类型真空泵的比较03真空泵的主要类型应用领域广泛应用于科研、电子、化工等领域，用于抽取密闭容器中的气体，创造真空环境。工作原理气体捕集泵通过物理或化学方式，将容器内的气体分子捕集并排出，从而在容器内形成真空环境。常见类型吸附泵、吸气剂泵等。气体捕集泵气体传输泵工作原理气体传输泵通过机械方式，将容器内的气体压缩并转移，从而在容器内形成真空。与气体捕集泵不同，气体传输泵并不直接捕集气体分子，而是通过压缩和转移的方式排除气体。常见类型旋片泵、罗茨泵、滑阀泵等。这些泵具有不同的结构和工作原理，但都能有效地传输和排除气体。应用领域气体传输泵在真空技术、制冷技术、化工流程等领域有着广泛的应用。特别是在需要连续抽气、高真空度要求的场合，气体传输泵发挥着重要作用。例如，在半导体制造过程中，需要使用高真空度的环境来确保产品质量，此时气体传输泵就成为了关键设备之一。04真空泵的应用领域冶金行业的应用真空冶炼在真空环境下进行金属冶炼，可以避免金属氧化，提高金属纯度和质量。用于去除金属中的气体和杂质，提高金属材料的性能。真空脱气在真空状态下进行金属浇铸，可以减少铸件的气孔和缺陷，提高铸件质量。真空浇铸利用真空泵降低系统压力，从而降低物质的沸点，实现混合物的分离和提纯。真空蒸馏在真空状态下对物料进行干燥，可以提高干燥效率，避免物料氧化和变质。真空干燥通过真空泵降低溶液表面的蒸汽压，提高溶液的浓缩效率。真空浓缩化工行业的应用利用真空泵将包装袋内的空气抽出，延长食品的保质期和提高食品质量。真空包装用于去除食品中的水分，便于食品的储存和运输。真空脱水在食品加工过程中，通过真空浓缩可以提高食品的口感和品质。真空浓缩食品行业的应用在真空环境下，利用蒸发或溅射等方式在基材表面形成一层薄膜，提高产品的性能和美观度。常见的真空镀膜技术包括真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜等。这些技术广泛应用于电子元器件、光学仪器、装饰品等领域。真空镀膜在电子器件制造过程中，需要使用真空泵将器件内部的气体排出，以确保器件的性能和稳定性。例如，在制造真空管、半导体器件等过程中，都需要进行真空排气操作。真空排气电子镀膜行业的应用05真空泵的选择与维护如何选择合适的真空泵确定真空需求首先需要明确所需的真空度和抽气速率，以便选择适合的真空泵型号和规格。考虑工作环境根据工作环境的特点，如温度、湿度、腐蚀性气体等，选择能够适应这些条件的真空泵。了解被抽气体不同的真空泵对被抽气体的种类和性质有不同的适应性，因此需明确被抽气体的成分和特性。考虑经济性在满足性能需求的前提下，应选择性价比高的真空泵，以降低采购成本。安装准备检查真空泵及附件是否完好无损，阅读产品说明书，了解安装要求和注意事项。安装过程按照说明书指导，正确安装真空泵及附件，确保连接紧密、牢固。调试运行在安装完成后，进行空载试车和负载试车，检查真空泵的运行情况，确保其性能稳定、可靠。真空泵的安装与调试定期对真空泵进行检查，包括油位、密封件、轴承等部件的磨损情况，以及电机的工作状态。根据使用情况，定期更换真空泵油、过滤器等耗材，以保证真空泵的正常运行。定期对真空泵进行清洗，去除内部污垢和积碳，同时对轴承、密封件等部件进行润滑和保养。如发现真空泵出现异常声音、漏油、性能下降等问题，应及时进行故障排除，避免故障扩大。真空泵的维护与保养定期检查更换耗材清洗与保养故障排除06真空泵市场的发展趋势与挑战国内外市场需求增长随着工业领域的发展，真空泵在冶金、化工、食品、电子镀膜等行业的应用越来越广泛，市场需求持续增长。国际贸易环境影响全球贸易环境的变化可能对真空泵市场产生影响，如关税调整、贸易壁垒等。国内外市场竞争格局国内外市场上存在多个知名的真空泵制造商，市场竞争激烈。国内外市场动态分析技术创新与产品升级趋势高效节能技术为了提高真空泵的能效，降低运行成本，制造商们正致力于研发高效节能技术。智能化与自动化技术新型材料与制造工艺随着工业4.0的推进，真空泵的智能化和自动化水平不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。采用新型材料和先进的制造工艺可以提高真空泵的性能和使用寿命。行业竞争格局目前，真空泵市场上存在着国内外多个知名品牌，各品牌之间竞争激烈，市场份额分布较为均衡。未来发展预测随着工业领域对真空泵性能要求的不断提高，以及新技术的不断涌现，未来真空泵市场将迎来更多的发展机遇。同时，市场竞争也将更加激烈，企业需要不断提高产品质量和服务水平以赢得市场份额。行业竞争格局与未来发展预测THANKS感谢观看构建气动真空系统CATALOGUE目录气动真空系统概述真空物理基础气动真空系统设计要点性能测试与评估方法行业应用案例分析01气动真空系统概述气动真空系统是一种利用气体动力学原理，通过抽气装置创造并维持一定真空度的系统。定义基于真空物理的原理，当真空管道两端存在压力差时，气体将自动从高压区域向低压区域扩散，形成气体流动。通过抽气装置持续抽出系统内气体，降低系统压力，从而创造并维持所需的真空环境。基本原理定义与基本原理气动真空系统广泛应用于科研实验、工业生产、医疗卫生、食品加工等多个领域。例如，在科研实验中，气动真空系统为实验提供稳定的真空环境；在工业生产中，它可用于真空包装、真空镀膜等工艺；在医疗卫生领域，气动真空系统则用于吸引术中出血和分泌物等。应用领域不同领域对气动真空系统的需求各不相同，但通常都要求系统具有稳定性、可靠性、高效性以及易维护性。此外，随着科技的发展，对气动真空系统的智能化、自动化要求也越来越高。需求应用领域及需求系统组成与关键部件系统组成气动真空系统主要由气源（待抽容器）、系统构件（如管道、阀门等）以及抽气装置（如真空泵）组成。这些部分共同协作，确保气体从气源经过系统构件顺利流向抽气口，从而维持稳定的真空环境。气源系统构件提供待抽取的气体，可以是各种容器、反应釜或其他需要抽真空的设备。包括管道、阀门、接头等，用于连接气源和抽气装置，确保气体流动的顺畅性。关键部件在气动真空系统中，关键部件包括真空泵、真空计以及控制系统等。真空泵的性能直接影响到系统的抽真空速度和极限真空度；真空计则用于实时监测和显示系统内的真空度；控制系统则负责整个系统的自动化运行和监控。抽气装置如真空泵，负责抽出系统内的气体，降低系统压力，以创造和维持真空环境。系统组成与关键部件02真空物理基础稀薄气体物理运动规律稀薄气体中的能量传递主要研究气体分子之间的能量交换过程，以及气体与器壁之间的热交换机制。稀薄气体的流动特性探讨稀薄气体在不同条件下的流动规律，如粘滞性、扩散性以及压缩性等。稀薄气体分子运动的基本特征包括分子的平均自由程、碰撞频率以及速度分布等，这些特征决定了稀薄气体的宏观物理性质。123运用统计物理的原理和方法，研究稀薄气体分子的统计分布规律，揭示宏观物理量的微观本质。统计物理在真空物理中的应用通过热力学的基本理论，分析真空系统中气体的热力学过程，为真空技术的优化提供理论指导。热力学方法在真空技术中的运用综合运用统计物理和热力学的理论和方法，深入研究稀薄气体的物理运动规律，推动真空物理学科的发展。统计物理与热力学方法的结合统计物理和热力学方法应用03涨落现象与分子分布的关系探讨涨落现象与分子速度和能量分布之间的关系，为真空系统的设计和优化提供理论依据。01涨落现象的产生机制分析稀薄气体中涨落现象产生的原因，如温度涨落、压力涨落等，并探讨其对真空系统性能的影响。02分子速度和能量分布的特点研究稀薄气体分子速度和能量分布偏离常态理想气体麦克斯韦分布的特点，揭示非平衡态下分子的运动规律。涨落现象及分子分布特点非平衡态下稀薄气体的物理特性研究非平衡态下稀薄气体的物理性质和行为特征，如气体的扩散、粘附和脱附等过程。气体与固体表面的相互作用机制深入探讨气体分子与固体表面之间的相互作用机制，包括吸附、解吸以及化学反应等过程。非平衡态对真空系统性能的影响分析非平衡态对真空系统性能的影响，提出改善真空系统性能的方法和措施。非平衡态与表面相互作用03气动真空系统设计要点真空度要求与实现方式确定所需的真空度根据具体应用需求，明确系统所需的真空度范围。选择合适的真空泵设计合理的抽气系统根据真空度要求，选用合适的真空泵类型，如旋片泵、罗茨泵或扩散泵等。确保抽气系统能够有效地将气体从待抽容器中抽出，达到所需的真空度。优化管道布局避免管道过长、过细或弯曲过多，以减少气体流动的阻力。考虑气体回流问题在系统设计时，要防止已抽出的气体再次回流到待抽容器中。设计合理的气体流动路径减少气体在流动过程中的阻力，提高抽气效率。气体流动路径规划与优化关键部件选型及参数设置确定真空泵的参数根据真空度要求和抽气速率，确定真空泵的功率、转速和排气量等参数。考虑密封性能确保系统各部件之间的连接具有良好的密封性能，防止气体泄漏。选择合适的管道和阀门根据气体流量、压力和温度等参数，选用合适的管道材料和阀门类型。采用冗余设计在关键部件上采用冗余设计，以提高系统的可靠性和稳定性。实施定期维护定期对系统进行维护，检查各部件的工作状态，及时更换损坏的部件。监控与报警系统设置监控与报警系统，实时监测系统的运行状态，一旦发现问题及时报警并处理。系统稳定性与可靠性保障04性能测试与评估方法使用真空计可以直接测量真空室内的压力，常见的真空计有热电偶真空计、电离真空计和皮拉尼真空计等。真空计检测系统的泄漏情况，通常采用氦质谱检漏仪进行检测，这种方法灵敏度高，可以检测到微小的泄漏。泄漏检测真空度测试方法及仪器通过测量单位时间内通过的气体体积或质量来确定气体的流量，常用的仪器有质量流量计和体积流量计。流量测量测量气体流动的速度，可以采用热线风速仪、激光多普勒测速仪等仪器进行测量。流速测量气体流动性能测试在一定时间内，真空度的波动范围应该尽可