《气动元件与设计》课件

气动元件与设计欢迎来到气动元件与设计课程！本课程旨在全面介绍气动技术的基础知识、元件类型、回路设计以及在自动化生产中的应用。通过本课程的学习，您将掌握气动系统的设计、安装、调试和维护技能，为未来的工程实践打下坚实的基础。课程简介课程目标本课程旨在使学生掌握气动元件的基本原理和设计方法，了解气动系统在工业自动化中的应用，培养学生解决实际工程问题的能力。通过理论学习和实践操作，使学生能够独立完成简单气动系统的设计、安装和调试。课程内容课程内容涵盖气动技术概述、气动元件分类、气动回路设计、气动系统维护与保养以及新型气动元件介绍等。重点讲解气源装置、空气处理装置、气动执行元件和气动控制元件的结构、工作原理和选择方法。考核方式课程考核包括平时作业、期中考试和期末设计。平时作业占20%，期中考试占30%，期末设计占50%。期末设计要求学生独立完成一个气动系统的设计，并进行仿真或实物搭建。气动技术概述1定义气动技术是以压缩空气为动力介质，利用气动元件实现机械运动和控制的技术。2发展历程从古代的风箱和水车到现代的自动化生产线，气动技术经历了漫长的发展过程。随着工业自动化的发展，气动技术在各个领域得到了广泛应用。3组成气动系统主要由气源装置、空气处理装置、气动执行元件、气动控制元件和气动辅助元件组成。气动系统的优势与应用优势气动系统具有结构简单、成本低廉、维护方便、响应速度快、安全可靠等优点。与液压系统相比，气动系统更加清洁环保。应用气动系统广泛应用于机械制造、电子、食品包装、医疗器械等领域。例如，自动化生产线、机器人、气动夹具、气动输送装置等。局限性气动系统的输出力相对较小，不适合重载场合。同时，气动系统的压力不稳定，精度较低。气动元件分类气源装置提供压缩空气，如空气压缩机。空气处理装置净化压缩空气，如过滤器、调压器、油雾器。气动执行元件将压缩空气的能量转化为机械能，如气缸、气马达。气动控制元件控制压缩空气的流动方向、压力和流量，如方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。气源装置：空气压缩机1作用空气压缩机是气动系统的动力源，用于将空气压缩到一定压力，为气动系统提供所需的压缩空气。2选择空气压缩机的选择应根据气动系统的用气量、工作压力和工作环境等因素综合考虑。选择合适的空气压缩机可以保证气动系统的正常运行和节能降耗。3维护空气压缩机的维护包括定期检查、清洗、更换滤芯和润滑油等。良好的维护可以延长空气压缩机的使用寿命，提高其工作效率。空气压缩机的工作原理吸气活塞向下运动，气缸内压力降低，吸气阀打开，空气进入气缸。压缩活塞向上运动，气缸内压力升高，吸气阀关闭，排气阀打开，压缩空气排出气缸。排气压缩空气经过排气管进入储气罐，储气罐内的压力达到设定值时，压缩机停止工作。空气压缩机的类型活塞式压缩机结构简单，维护方便，但噪音较大。1螺杆式压缩机效率高，噪音低，但成本较高。2涡旋式压缩机体积小，噪音低，适用于小型气动系统。3离心式压缩机排气量大，适用于大型气动系统。4空气处理装置：过滤器1精密过滤器去除更小的颗粒，保护气动元件。2油水分离器分离压缩空气中的油和水。3粗过滤器去除压缩空气中的灰尘和杂质。过滤器是气动系统中重要的空气处理装置，用于去除压缩空气中的灰尘、杂质、油和水等污染物，保证气动元件的正常运行和延长其使用寿命。过滤器的选择应根据气动系统的用气质量要求和工作环境等因素综合考虑。定期的清洗和更换滤芯是保证过滤器正常工作的重要措施。空气处理装置：调压器1设定压力根据需要调整输出压力。2稳定压力保持输出压力的稳定。3减压将高压气体降低到所需压力。调压器是气动系统中重要的空气处理装置，用于将压缩空气的压力调节到所需的工作压力，并保持输出压力的稳定。调压器的选择应根据气动系统的工作压力范围和流量要求等因素综合考虑。定期的检查和维护是保证调压器正常工作的重要措施。空气处理装置：油雾器AirOil油雾器是气动系统中重要的空气处理装置，用于将润滑油雾化后混入压缩空气中，随压缩空气一起进入气动元件，对其进行润滑，减少摩擦和磨损，延长其使用寿命。油雾器的选择应根据气动元件的润滑要求和工作环境等因素综合考虑。定期检查和添加润滑油是保证油雾器正常工作的重要措施。气动执行元件：气缸单作用气缸只有一个进气口，依靠压缩空气的压力推动活塞运动，依靠弹簧力或重力使活塞复位。双作用气缸有两个进气口，依靠压缩空气的压力推动活塞双向运动。伸缩气缸具有多个活塞杆，可以实现较长的行程。气缸的结构与工作原理结构气缸主要由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、密封件等组成。缸筒是气缸的主体，活塞在缸筒内做往复运动，活塞杆将活塞的运动传递出去。工作原理压缩空气通过进气口进入气缸，推动活塞运动，活塞杆随之运动，实现机械运动。通过控制进气口和排气口，可以控制活塞的运动方向和速度。气缸的分类：单作用气缸1特点结构简单，成本低廉，但行程较短，输出力较小。2应用适用于行程较短、输出力要求不高的场合，如夹紧、定位等。3类型可分为弹簧复位式、重力复位式和磁性开关式等。气缸的分类：双作用气缸特点行程较长，输出力较大，运动速度较快。应用适用于行程较长、输出力要求较高的场合，如推拉、升降等。类型可分为普通双作用气缸、缓冲双作用气缸和可调行程双作用气缸等。气缸的分类：特殊气缸回转气缸输出旋转运动。无杆气缸活塞杆不伸出缸体，通过磁力或机械连接传递运动。冲击气缸产生瞬间冲击力。气动控制元件：方向控制阀1作用控制压缩空气的流动方向，从而控制气动执行元件的运动方向。2表示方法用方格表示阀的工作位置，用箭头表示气流方向，用字母表示接口。3分类根据工作位置数、通路数和控制方式等进行分类。方向控制阀的结构与工作原理阀体阀的主体，内部有阀芯和气道。阀芯在阀体内移动，改变气流方向。控制方式手动、机械、气动、电磁等。方向控制阀的类型：二位阀二位二通阀有两个工作位置，两个通路。1二位三通阀有两个工作位置，三个通路。2二位五通阀有两个工作位置，五个通路。3方向控制阀的类型：三位阀1中封式中间位置所有通路都关闭。2中压式中间位置气源与所有通路相通。3中泄式中间位置所有通路都与排气口相通。三位阀具有三个工作位置，常用于控制双作用气缸的停止位置。根据中间位置的状态，可分为中封式、中压式和中泄式三种类型。选择合适的三位阀可以实现气缸的精确控制。方向控制阀的类型：换向阀1手动换向阀手动控制，适用于简单的气动系统。2机械换向阀机械触发，适用于自动化程度较高的气动系统。3电磁换向阀电磁控制，适用于远程控制和自动化控制。换向阀用于改变压缩空气的流动方向，实现气动执行元件的换向运动。根据控制方式的不同，可分为手动换向阀、机械换向阀和电磁换向阀等。电磁换向阀是应用最广泛的一种类型，具有控制精度高、响应速度快等优点。气动辅助元件：消声器消声器用于降低气动元件排气时的噪音，改善工作环境。消声器的选择应根据噪音要求和排气量等因素综合考虑。常用的消声器有烧结式消声器和多孔式消声器等。定期的清洗和更换消声器可以保证其消声效果。气动辅助元件：接头快速接头连接气管方便快捷。螺纹接头连接牢固，但安装拆卸较麻烦。插管接头连接简单，适用于小型气动系统。气动辅助元件：气管材质常用的气管材质有聚氨酯（PU）、聚乙烯（PE）和尼龙（PA）等。PU气管具有良好的柔韧性和耐磨性，PE气管具有良好的耐腐蚀性，PA气管具有较高的耐压性。选择气管的选择应根据气动系统的工作压力、工作温度和工作环境等因素综合考虑。同时，气管的内径应与气动元件的接口尺寸相匹配，以保证气动系统的正常运行。气动回路设计基础1回路图用图形符号表示气动元件和气路的连接关系。2设计原则安全可靠、经济合理、操作方便、维护简单。3设计步骤确定控制要求、选择气动元件、绘制回路图、进行仿真或实验验证。气动回路设计步骤确定控制要求明确气动系统的功能和性能指标。选择气动元件根据控制要求选择合适的气动元件。绘制回路图用图形符号表示气动元件和气路的连接关系。进行仿真或实验验证验证气动回路的正确性和可靠性。简单气动回路实例分析气缸控制回路控制气缸的往复运动。方向控制回路控制气流方向。流量控制回路控制气缸运动速度。直接控制回路1特点气动控制元件直接控制气动执行元件。2适用场合适用于控制简单、输出力要求不高的气动系统。3实例手动控制气缸的往复运动。间接控制回路特点气动控制元件通过中间元件控制气动执行元件。适用场合适用于控制复杂、输出力要求较高的气动系统。实例电磁阀控制气缸的往复运动。逻辑控制回路：与门回路原理只有当所有输入信号都为真时，输出信号才为真。1实现使用两个或多个串联的方向控制阀实现。2应用安全保护、多条件控制等。3逻辑控制回路：或门回路1应用多个启动按钮控制一个气缸。2实现使用两个或多个并联的方向控制阀实现。3原理只要有一个输入信号为真，输出信号就为真。或门回路是一种常用的逻辑控制回路，用于实现多个输入信号的逻辑或运算。例如，可以使用或门回路实现多个启动按钮控制一个气缸的启动。或门回路的实现方法是使用两个或多个并联的方向控制阀，只要有一个方向控制阀打开，气缸就能启动。逻辑控制回路：非门回路1输出输出信号与输入信号相反。2实现使用一个单作用气缸和一个常闭方向控制阀实现。3原理当输入信号为真时，输出信号为假；当输入信号为假时，输出信号为真。非门回路是一种常用的逻辑控制回路，用于实现输入信号的逻辑非运算。例如，可以使用非门回路实现当传感器检测到物体时，气缸停止运动。非门回路的实现方法是使用一个单作用气缸和一个常闭方向控制阀，当输入信号为真时，方向控制阀打开，气缸停止运动；当输入信号为假时，方向控制阀关闭，气缸开始运动。延时回路设计单稳态双稳态延时回路用于控制气动元件的动作时间，实现延时启动或延时停止等功能。常用的延时回路有单稳态延时回路和双稳态延时回路。延时回路的设计需要根据具体的控制要求选择合适的延时元件和回路结构，并进行参数调整。单稳态延时回路特点触发后，输出信号持续一段时间后自动复位。应用延时启动、延时停止等。双稳态延时回路特点触发后，输出信号保持不变，直到再次触发才复位。应用记忆功能、状态切换等。气动回路的故障诊断1步骤观察现象、分析原因、逐步排查、确定故障点。2工具万用表、压力表、流量计等。3方法分割法、替换法、对比法等。常见气动故障分析气源故障压缩机故障、气管堵塞、压力不足等。元件故障气缸泄漏、方向控制阀失效、密封件老化等。回路故障气路堵塞、元件连接错误、控制信号错误等。气动系统的维护与保养定期更换滤芯保证压缩空气的质量。定期添加润滑油减少气动元件的磨损。检查气路泄漏减少压缩空气的浪费。气动元件的选择原则1控制要求根据气动系统的功能和性能指标选择气动元件。2工作环境根据气动系统的工作环境选择耐高温、耐腐蚀等特殊气动元件。3经济性在满足控制要求的前提下，选择价格合理的气动元件。如何选择合适的气缸行程根据实际需要确定气缸的行程。缸径根据负载大小确定气缸的缸径。类型根据工作方式选择单作用气缸或双作用气缸。如何选择合适的方向控制阀工作位置数根据控制要求选择二位阀或三位阀。1通路数根据气路连接方式选择合适的通路数。2控制方式根据控制方式选择手动、机械、气动或电磁控制。3气动系统的节能措施1优化设计选择合理的元件和回路结构。2减少泄漏定期检查和维护气路，减少压缩空气的泄漏。3降低压力在满足控制要求的前提下，尽量降低气动系统的工作压力。气动系统的节能对于降低生产成本和保护环境具有重要意义。通过优化设计、减少泄漏和降低压力等措施，可以有效降低气动系统的能耗。此外，还可以采用新型节能气动元件，如比例阀和伺服阀等，进一步提高气动系统的节能效果。减少压缩空气泄漏1定期检查定期检查气路和元件，及时发现泄漏点。2紧固连接紧固气路和元件的连接，防止松动和泄漏。3更换密封件定期更换老化的密封件，保证气路的密封性。压缩空气泄漏是气动系统能耗的主要来源之一。通过定期检查、紧固连接和更换密封件等措施，可以有效减少压缩空气的泄漏，降低气动系统的能耗。此外，还可以采用泄漏检测仪等工具，快速准确地发现泄漏点。合理选择元件规格合理选择气动元件的规格，避免“大马拉小车”现象，可以有效降低气动系统的能耗。例如，选择合适的气缸缸径和方向控制阀的通径，可以减少压缩空气的消耗。此外，还可以采用轻量化气动元件，降低气动系统的惯性，提高其响应速度和节能效果。新型气动元件介绍比例阀可以精确控制气动元件的压力和流量。伺服阀具有更高的控制精度和响应速度。压电阀体积小、功耗低、响应速度快。比例阀的工作原理与应用工作原理通过控制电信号的大小，调节阀芯的开度，从而控制压缩空气的压力和流量。应用精确控制气缸的运动速度和位置、压力控制等。伺服阀的工作原理与应用1工作原理采用闭环控制系统，具有更高的控制精度和响应速度。2应用高精度位置控制、力控制等。3特点结构复杂，成本较高。气动抓取机构设计手指类型两指式、三指式、多指式等。驱动方式气缸驱动、气马达驱动等。控制方式手动控制、自动控制等。气动夹紧机构设计肘杆式夹紧力大，自锁性好。楔形式结构简单，夹紧力稳定。凸轮式夹紧速度快，操作方便。气动送料机构设计1直线送料采用气缸或无杆气缸实现直线运动。2旋转送料采用回转气缸或气马达实现旋转运动。3振动送料采用振动器实现物料的输送。气动控制在自动化生产中的应用自动装配气动抓取机构和夹紧机构实现零件的自动装配。自动检测气动传感器实现产品的自动检测。自动包装气动执行元件实现产品的自动包装。气动在机械制造领域的应用机床控制控制刀具的运动和工件的夹紧。1焊接设备控制焊接头的运动和焊接压力的调节。2搬运设备实现物料的搬运和装卸。3气动在电子行业的应用1SMT贴片控制吸嘴的运动和贴片压力。2自动测试控制测试探针的运动和接触压力。3元件组装实现电子元件的自动组装。在电子行业，气动技术广泛应用于SMT贴片、自动测试和元件组装等环节。气动元件具有体积小、重量轻、响应速度快等优点，能够满足电子行业对高精度、高速度的要求。此外，气动系统的成本较低，维护方便，也受到电子企业的青睐。气动在食品包装行业的应用1灌装控制灌装头的运动和灌装量。