气动元件讲解

第九章气动元件气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动，输出力和直线位移；气马达用于实现连续回转运动，输出力矩和角位移。气缸的分类一、气缸的分类气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般可按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征和安装形式来分类。现将气缸的类型和安装形式分别列于表9-1及表9-2中。二、常用气缸的特点（1）普通气缸气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成，如图9-1所示为普通气缸结构。（2）薄膜气缸薄膜气缸主要由缸体、膜片、膜盘和活塞杆组成。如图9-2所示。（3）无杆气缸无杆气缸没有刚性活塞杆，利用活塞直接或间接实现直线运动。如图9-3所示。三、气缸的使用气缸的使用时应注意以下几点：1）根据工作任务的要求，选择汽缸的结构形式、安装方式并确定活塞杆的推力和拉力。2）一般不使用满行程，而使用其行程余量为30-100mm；3）气缸工作的推荐速度在0。5～1m/s，工作压力为0.4～0.6MPa,环境温度为5～60°C范围内。四、气马达的工作原理如图9-4所示第二节气动控制元件控制元件按其作用和功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。一、方向控制阀类型:单向型换向型阀心结构：截止式滑阀式1、单向型控制阀单向型控制阀中包括单向阀，或门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似。（1）或门型梭阀或门型梭阀相当于两个单向阀的组合。图9-5为或门型梭阀结构图，它有两个输入口P1、P2，一个输出口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。工作原理：P1进气，P2切断，P1→A，A有输出；P2进气，P1切断，P2→A，A有输出；P1、P2进气，高压侧进气口→A；P1＝P2，则先加入压力的一侧→A；另一侧通路关闭；应用（2）与门型梭阀与门型梭阀相当与两个单向阀的组合，适用于互锁回路中。与门型梭阀的结构如图9-7。工作原理P1、P2同时输入，A口有输出；P1、P2无输入，口无输出；P1≠P2，则低压侧→A；高压侧关闭；与门型梭阀应用回路（3）快速排气阀功用：使气动元件或装置快速排气。结构：见图9-9。工作原理P口进气，膜片↓封住排气口，P→A；气流反向流动，P的压力↓，A口的气压将膜片顶起封住P口，A→O；快速排气阀的应用装于换向阀与气缸之间，使气缸的排气过程不经过换向阀即可完成。2、换向型控制阀功用：通过改变气体流通的通道使气体的流动方向发生变化，进而改变执行元件的方向。控制方式：气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制、时间控制。二、压力控制阀压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀三类1、减压阀减压阀的作用是降低由空气压缩机来的压力，以适于每台气动设备的需要，并使这一部分压力保持稳定。按调节压力方式不同，减压阀有直动型和先导型两种。一、直动型减压阀图9-11所示为QTY型直动型减压阀的结构简图。工作原理阀处于工作状态时，压缩空气P1口→阀口11→P2口流出。当顺时针旋转手柄1，压缩2、3推动膜片5下凹，使阀杆7带动阀芯9下移，打开进气阀口11，压缩空气通过阀口11的节流作用，使输出压力低于输入压力，以实现减压的作用。于此同时，有一部分气流经阻尼孔6进入膜片室12，在膜片下部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后，阀口开度稳定在某一值上，减压阀就输出一定压力的气体。阀口11开度越小，节流作用越强，压力下降也越多。（2）先导型减压阀组成：先导阀主阀工作原理：当气流从P1流入阀体后，一部分经阀口9→P2口，另一部分经固定节流孔1→中气室5→喷嘴2→挡板3及孔道反馈至下气室6，→阀杆7中心孔及排气孔8→大气。把手柄旋到一定位置，使喷嘴挡板的距离在工作范围内，减压阀就进入工作状态。中气室5的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大，于是推动阀芯打开进气阀口9，即有气流流到出口，同时经孔道发馈到上气室4，与调压弹簧相平衡。若输入压力瞬时升高，输出压力也相应升高，通过孔口的气流使下气室6的压力也升高，破坏了膜片原由的平衡，使阀杆7上升，节流阀口减小，节流作用增强，输出压力下降，使膜片两端作用力重新平衡，输出压力恢复到原来的调定值。当输出压力瞬时下降时，经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的压力较明显升高，而使阀芯下移，阀口开大，输出压力升高，并稳定到原数值上。减压阀选择时应根据气源压力确定阀的额定输入压力，气源的最低压力应高于减压阀最高输出压力0.1Mpa以上。减压阀一般安装在空气过滤之后，油雾器之前。（3）定值器定值器即高精度减压阀。结构见图9-13。规格：0.14MPa输出范围0～0.1MPa0.35MPa输出范围0～0.25MPa性能：气源压力在±10%时，定值器输出压力不超过0.3%；气源压力为额定值时，输出压力为最大值的80%，流量0～600L/h，输出压力变化﹤±1%。（4）减压阀的应用2、溢流阀作用当系统压力超过调定值时，便自动排气，使系统的压力下降，以保证系统安全，故也称其为安全阀。分类按控制方式分，溢流阀有直动型和先导型两种。1.直动型溢流阀如图9-15所示，将阀p口与系统相连接，O口通大气压力，当系统压力大于溢流阀调定压力时，气体推开阀芯，经阀口从O口排至大气，使系统压力稳定在调定值。（2）先导型溢流阀如图9-16所示。溢流阀的先导阀为减压阀由它减压后的空气从上部K口进入阀内，以代替直动型的弹簧控制溢流阀。（3）溢流阀的应用3、顺序阀顺序阀的作用是依靠气路中压力的大小来控制机构按顺序动作。顺序阀常与单向阀并联结合成一体，称为单向顺序阀。工作原理当压缩空气由P口→腔4，若作用在活塞3上的力﹤弹簧2上的力时，阀关闭。当作用于活塞上的力﹥弹簧力时，活塞被顶起，压缩空气经腔4→腔5由A口流出，进入其它控制元件或执行元件，此时单向阀关闭。当切换起源时（图b），腔4压力迅速下降，顺序阀关闭，此时腔5压力高于腔4压力，在气体压力差作用下，打开单向阀，压缩空气由右腔5经单向阀6流入左腔4向外排出。（2）顺序阀的应用图9-20所示为用顺序阀控制两个气缸顺序动作的原理图。结构和图形符号：见图9-19三、流量控制阀流量控制阀主要有节流阀，单向节流阀和排气节流阀等。一、节流阀作用通过改变阀的通流面积来调节流量。结构：见图9-21工作原理气体由输入口P进入阀内，经阀座与阀芯间的节流通道从输出口A流出，通过调节螺杆使阀芯上下移动，改变节流口通流面积，实现流量的调节。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组合式控制阀。结构见图9-23工作原理当气流由P至A正向流动时，单向阀在弹簧和气压作用下关闭，气流经节流阀节流后流出，而当由A至P反向流动时，单向阀打开，不起节流作用。3、带消声器的节流阀功用：安装在执行元件的排气口处，用来控制执行元件排入大气中气体的流量并降低排气噪声。应用第三节逻辑元件气动逻辑元件：是一种以压缩空气为工作介质，通过元件内部可动部件的动作，改变气流流动的方向，从而实现一定逻辑功能的流体控制元件。分类：按工作压力分：高压、低压、微压三种。按结构形式分：截止式*、膜片式、滑阀式和球阀式。气动逻辑元件的特点1.元件孔径较大，抗污染能力较强，对气源的净化程度要求较低。2.元件在完成切动作后，能切断气源和排气孔之间的通道，无功耗气量较低。3.负载能力强，可带多个同类型元件。4.在组成系统时，元件连接方便，调试简单。5.适应能力较强，可在各种恶劣环境下工作。6.响应时间一般在10ms以内。二、高压截止式逻辑元件1.“是门”和“与门”元件图9-26为“是门”元件及“与门”元件的结构图。图中，P为气源口，a为信号输入口，S为输出口。工作原理(动画)a无信号，PS，S无输出;a有信号，PS，S有输出.当气源口P改为信号口b时，则成“与门”元件，即只有当a和b同时输入信号时，S才有输出，否则S无输出。2.“或门”元件图9-27为“或门”元件的结构图。工作原理当只有a信号输入时，阀片3被推动下移，打开上阀口，接通a→S通路，S有输出。类似地，当只有b信号输入时，b→S接通,S也有输出。显然，当a,b均有信号输入时，S定有输出。显示活塞1用于显示输出的状态。3.“非门”和“禁门”元件图9-28为“非门”及“禁门”元件的结构图.a为信号输入孔，S为信号输出孔,P为气源孔。工作原理(动画)在a无信号输入时，阀片1在气源压力作用下上移，开启下阀口，关闭上阀口，接通P→S通路，S有输出。当a有信号输入时，膜片6在输入信号作用下，推动阀杆3及阀片1下移，开启上阀口，关闭下阀口，S无输出。显然此时为“非门”元件。若将气源口P改为信号b口，该元件就成为“禁门“元件。在a,b均有信号时，阀片1及阀杆3在a输入信号作用下封住b孔，S无输出；在a无信号输入，而b有输入信号时，S就有输出，即a输入信号起“禁止“作用。4.“或非”元件图9-29为“或非”元件工作原理图。P为气源口，S为输出口，a、b、c为三个信号输入口。工作原理(动画)当三个输入口均为无信号输入时，阀芯3在气源压力作用下上移，开启下阀口，接通P→S通路，S有输出。三个输入口只要有一个口有信号输入，都会使阀芯下移关闭阀口，截断P→S通路，S无输出。“或非”元件是一种多功能逻辑元件，用它可以组成“与门”、“或门”、“非门”、“双稳”等逻辑元件。4.记忆元件记忆元件分为单输出和双输出两种。双输出记忆元件称为双稳元件，单输出记忆元件称为单记忆元件。图9-30为“双稳”元件原理图。工作原理当a有控制信号输入时，阀芯2带动滑块4右移，接通P→S1通路，S1有输出，而S2与排气孔O相通，无输出。此时“双稳”处于“1”状态，在b输入信号到来之前，a信号虽消失，阀芯2仍总是保持在右端位置。当b有输入信号时，则P→S2相通，S2有输出，S1→O相通，此时元件置“O”状态，b信号消失后，a信号未到来前，元件一直保持此状态。图9-31为单记忆元件的工作原理图。工作原理当b有信号输入时，膜片1使阀芯2上移，将小活塞4顶起，打开气源通道，关闭排气口，使S有输出。如b信号撤消，膜片1复原，阀芯在输出端压力作用下仍能保持在上面位置，S仍有输出，对b置“1”信号起记忆作用。当a有信号输入时，使阀芯2下移，打开排气通道，活塞4下移，切断气源，S无输出。二、逻辑元件的应用举例1、“或门”元件控制线路图9-32为采用梭阀作“或门”元件控制线路工作原理当信号a及b均无输入时（图示状态），气缸处于原始位置。当信号a及b有输入时，梭阀S有输出，使二位四通阀克服弹簧力作用切换至上方位置，压缩空气即通过二位四通阀进入气缸下腔，活塞上移。当信号a或b解除后，二位四通阀在弹簧作用下复位，S无输出，二位四通阀也在弹簧作用下复位，压缩空气进入气缸上腔，使气缸复位。2、双手操作安全回路图9-33为用二位三通按钮式换向阀和逻辑“禁门”元件组成的安全回路。当两个按钮阀同时按下时，“或门”的输出信号S1要经过单向节流阀3进入蓄能器4，经一定时间的延时后才能经逻辑“禁门”5输出，而“与门”的输出信号S2是直接输入到“禁门”6上的。因此S2比S1早到达“禁门”6，“禁门”6有输出。输出信号S4一方面推动主控制阀8换向使缸7前进，另一方面又作为“禁门”5的一个输入信号，由于此信号比S1早到达“禁门”5，故“禁门”5无输出。如果先按阀1，后按阀2，且按下的时间间隔大于回路中延时时间t，那么，“或门”的输出信号S1先到达“禁门”5，“禁门”5有输出S3输出，而输出信号S3是作为“禁门”6的一个输入信号的，由于S3比S2早到达“禁门”6，故“禁门”6无输出，主控制阀不能切换，气缸7不能动作。若先按下阀1，则其效果与同时按下两个阀的效果相同。但若只按下其中任一个阀，则使换向阀8进不能换向。第四节气源装置及辅件一、气源装置气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及储存的一套装置。图9-34所示为常见的气源装置。其主要由以下元件组成。1