气动系统基础资料

气压传动空气的物理性质马赫数及其作用气体的流动规律气源装置及气动元件气源装置气动辅件气动执行元件气动控制阀空气的物理性质空气的密度ρ空气的粘度粘性：空气流动时质点间相对运动产生内摩擦阻力的性质动力粘度μ运动粘度ν影响粘度的因素温度随温度的升高而升高。空气的压缩性和膨胀性体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。声速与马赫数声波在介质中的传播速度称为声速。对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的温度有关。气体的声速c是随气体状态参数的变化而变化的。气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数，Ma＝v/cMa是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，Ma愈大，气流密度变化越大。当v＜c，Ma＜1时，称为亚声速流动；当v＝c，Ma＝1时，称为声速流动；当v＞c，Ma＞1时，称为超声速流动。当v≤50m/s时，不必考虑压缩性。当v≈140m/s时，应考虑压缩性，压缩8%。在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压缩的。理想气体的状态方程不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。气体状态方程成立pV/T=常量或p=ρRT气体的流动规律气体流动基本方程连续性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ρ＝常数），则有v2/2ρ+p=常数p1+v12/2ρ=p2+v22/2ρ+⊿p⊿p——压力损失，包括沿程压力损失和局部压力损失气源装置及气动元件气源装置气动控制阀气动执行元件气动辅件气压传动的组成及工作原理气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。由此可知，气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是：(1)气源装置是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；(2)控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；(3)执行元件是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置，它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等;(4)辅助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。气源装置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。气源装置由以下四部分组成气压发生装置——空气压缩机；净化、贮存压缩空气的装置和设备；管道系统；气动三大件。气压发生装置空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。空气压缩机的分类分容积型和速度型。空气压缩机的选用原则依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。压缩空气的净化装置和设备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、干燥器管道系统和气动三大件气动三大件：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。原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性油雾器特殊的注油装置。原理当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。性能指标：流量特性、起雾油量减压阀起减压和稳压作用。压力控制阀压力控制阀的功能：控制系统中压缩空气的压力,以满足系统对不同压力的需要压力控制阀的工作原理：均是利用空气压力和弹簧力相平衡的原理来工作的压力控制阀的分类:减压阀、定值器：降压稳压作用安全阀、限压切断阀：限压安全保护作用顺序阀、平衡阀：根据气路压力不同进行某种控制气动控制阀压力控制阀减压阀—气动三大件之一，用于稳定用气压力。溢流阀—只作安全阀用。顺序阀—由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作减压阀（调压阀）：减压和稳压减压阀是气动系统中必不可少的一种调压元件调压阀图17-15调整手柄调压弹簧下弹簧座膜片阀芯阀套阻尼孔阀口复位弹簧顺序阀：依靠回路中压力的高低变化实现执行元件的顺序动作顺序阀的工作原理关闭状态b)开启状态顺序阀工作原理图17-16c)图17-16为顺序阀的工作原理顺序阀：依靠回路中压力的高低变化实现执行元件的顺序动作顺序阀的应用顺序阀的应用图17-17图17—17顺序阀的应用安全阀（溢流阀）功能:当储气罐或气动回路中的压力超过一定值时，安全阀能立即打开放气，以阻止压力继续升高产生危险，系统中起过压保护作用工作原理关闭状态开启状态安全阀的工作原理图17-18流量控制阀流量控制阀用于控制执行元件运动速度。节流阀单向节流阀排气节流阀节流阀：通过改变阀的通流面积来调节流量节流阀的工作原理节流阀的结构图图17-23节流阀的工作原理图17-22图17-22节流阀节流阀：通过改变阀的通流面积来调节流量节流阀的应用节流阀的应用图17-24图17-24节流阀的应用排气节流阀:不仅具有节流调速的作用，而且还能起到降低排放气流噪声的作用排气节流阀只能安装在排气口，调节排出气体的流量以控制执行元件的速度A排气节流阀图17-25柔性节流阀：通过调节阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流作用柔性节流阀图17-26图17-26柔性节流阀方向控制阀：方向控制阀：换向阀气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、差压控制）电磁控制换向阀，电、气控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀单向阀梭阀两个单向阀的组合，相当于“或门”。快速排气阀方向控制阀与方向控制回路方向控制阀单向型控制阀换向型控制阀：通过改变气体通路使气流方向发生改变换向型控制阀按驱动方式可分为气压控制阀、电磁控制阀、机械控制阀、手动控制阀和时间控制阀方向控制回路单作用气缸换向回路双作用气缸换向回路单向型控制阀单向阀：气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀单向阀多与节流阀组合起来控制执行元件的运动速度AAa)关闭状态b开启状态图17-1单向阀工作原理图PP图17-1单向阀工作原理图单向阀图17-2AAPP图17-2单向阀单向型控制阀梭阀（或门）相当于两个单向阀的组合或门图17-3梭阀在手动—自动换向回路中的应用或门在手动----自动换向回路中的应用图17-4图17-4或门在手动—自动换向回路中的应用双压阀在钻床控制回路中的应用单向型控制阀快速排气阀：加快气缸排气腔排气，以提高气缸运动速度快速排气阀通常装在换向阀与气缸之间，使气缸的排气不需要通过换向阀而快速完成，从而加快了气缸往复运动的速度快速往复运动回路快速排气阀图17-6c)图17-6快速排气阀快速往复运动回路换向型控制阀气压控制换向阀：利用气体压力推动阀芯运动实现换向的单气控截止式换向阀图17-8单电磁铁换向阀工作原理图17-9换向型控制阀电磁控制换向阀：电磁铁的衔铁直接推动阀芯进行换向单电磁铁换向阀工作原理图17-9双电磁铁直动式换向阀工作原理图图17-10PABOABOPOOABP1212a)b)c)1212换向型控制阀时间控制换向阀：使气流通过气阻（如小孔、缝隙等）节流后到气容（储气空间）中，经过一定时间气容内建立起一定的压力后，再使阀芯动作的换向阀延时换向阀图17-11aKAPOK图17-11延时换向阀脉冲阀图17-12弹簧膜片图17—12脉冲阀气动执行元件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。包括气缸和气马达。实现直线往复运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。按气缸的结构特征分为：a.活塞式b.薄膜式c.柱塞式；按压缩空气对活塞是作用力的方向分为：a.单作用式b.双作用式；按气缸的功能分为：普通气缸、薄膜气缸、冲击气缸、气—液阻尼缸、缓冲气缸和摆动气缸。气缸气缸的优点：结构简单、成本低、工作可靠；在有可能发生火灾和爆炸的危险场合使用安全；气缸的运动速度可达到1-3m/s，在自动化生产线中缩短辅助动作（例如传输、压紧等）的时间，提高劳动生产率，具有十分重要的意义。气缸的缺点：主要是由于空气的压缩性使速度和位置控制的精度不高，输出功率小。普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸。有单作用和双作用气缸两种。典型气缸的介绍——普通气缸当压缩空气作用在活塞右侧面积上的作用力，大于作用在活塞左侧面积上的作用力和摩擦力等反向作用时，压缩空气推动活塞向左移动，使活塞杆伸出。反之，压缩空气推动活塞向右移动，使活塞和活塞杆缩回到初始位置。在气缸往复运动的过程中，推（或拉）动机构作往复运动。单作用气缸工作原理（singleactingcylinder）1-呼吸孔2-前端盖3-缸筒4-弹簧5-活塞杆6-密封件单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回）,而另一端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。特点：结构简单；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；复位弹簧的反作用力随压缩行程的增大而增大，因此活塞的输出力随活塞运动的行程增加而减小；缸体内安装弹簧、增加了缸筒长度，缩短了活塞的有效行程。这种气缸一般多用于行程短，对输出力和运动速度要求不高的场合（用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上）。标准气缸简介我国目前已生产出五种从结构到参数都已标准化、系列化的气缸，简称标准化气缸。标准化气缸的标记标准化气缸的标记是用符号“QG”表示，用符号“A、B、C、D、H”表示五种系列QGA----无缓冲普通气缸；QGB----细杆（标准杆）缓冲气缸；QGC----粗杆缓冲气缸；QGD----气液阻尼缸；QGH----回转缸。例：QGA100×135表示：直径为100mm，行程为135mm的无缓冲普通气缸。QGA、B、C、D、H缸径×行程二、几种特殊气缸简介薄膜气缸diaphragmcylinder1-缸盖2-膜片3-膜盘4-弹簧5-缸体6-活塞杆7-呼吸孔工作时，膜片在压缩空气作用下推动活塞杆运动。它的优点是：结构简单、紧凑、体积小、重量轻；密封性好，不易漏气；加工简单，成本低，无磨损件，维护修方便等。适用于行程短的场合。缺点是：行程短，一般不超过50mm。平膜片的行程更短，约为其直径的1/10。无杆气缸(rodlesscylinder)在压缩空气作用下，活塞—滑块机械组合装置可以作往复运动。双端双活塞气缸这个双端双活塞杆气缸具有两个双端活塞杆。双活塞杆气缸这个双活塞杆气缸具有两个活塞杆。双端活塞杆气缸在压缩空气作用下，双端活塞杆气缸的活塞杆可以双端伸出或回缩。多位气缸通过将缸径相同但行程不同的两个气缸连接起来，可以使组合后的气缸具有三个停止位置。增力气缸增力气缸综合了两个双作用气缸的特点，即将两个双作用气缸串联连接在一起形成一个独立执行元件。摆动气缸(rotarycylinder)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。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。齿轮齿条式叶片式摆动气缸应用实例气爪（手指气缸）（gripper）气—液阻尼缸三、气缸的固定方式四、气动马达（airmotors）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