气压传动系统的基本组成.docx

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气压传动系统的基本组成

第三章气动传动系统的基本组成

【课程性质】

理论课

【教学目标】

1、掌握气压传动的工作就原理及组成

2、了解气压传动的特点

【教学重点】

掌握气压传动的工作就原理及组成

【教学难点】

掌握气压传动的工作就原理及组成

【教学课时】

4课时

【教学策略】

采用多媒体动画的教学方式，进行直观教学

【教学方法】

讲授法，多媒体教学法

【教学过程】

环节

教学内容

师生互动

设计意图

导

入

一、气压传动及其应用

气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。

因为以压缩空气为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，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，在机械工业、冶金工业、轻纺食品工业、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各个部门已得到广泛的应用。

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课

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二、气压传动系统的工作原理

气压传动系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。

三、气压传动系统的组成

典型的气压传动系统，一般由以下部分组成：

1气压发生装置它原动机输出的机械能转变为空气的压力能。

其主要设备是空气压缩机。

2．控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度，并按设计的程序正常工作。

如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。

3．执行元件是将空气的压力能转变为机械能的能量转换装置

四、气压传动的特点

1.空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设置回收管路，因而也不存在介质变质、补充和更换等问题。

2.因空气粘度小（约为液压油的万分之一），在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。

即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境。

3.与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。

4.气动元件结构简单，制造容易，适于标准化、系列化、通用化。

5.气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。

6.空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载自动保护，也便于贮气罐贮存能量，以备急需。

7.排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。

气压传动的缺点

1.空气具有可压缩性，当载荷变化时，气动系统的动作稳定性差，但可以采用气液联动装置解决此问题。

2.工作压力较低（一般为0.4～0.8MPa），又因结构尺寸不宜过大，因而输出功率较小。

3.气信号传递的速度比光、电子速度慢，故不宜用于要求高传递速度的复杂回路中，但对一般机械设备，气动信号的传递速度是能够满足要求的。

4.排气噪声大，需加消声器。

五、气压装置及辅件

气源装置包括压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化等辅助装置。

它为气动系统提供合乎质量要求的压缩空气，是气动系统的一个重要组成部分。

气源装置一般由气压发生装置、净化及贮存压缩空气的装置和设备、传输压缩空气的管道系统和气动三大件四部分组成。

气压发生装置

1.空气压缩机的分类

空气压缩机简称空压机，是气源装置的核心，用以将原动机输出的机械能转化为气体的压力能。

空压机有以下几种分类方法：

（1）按工作原理分类：

（2）按输出压力p分类：

（3）按输出流量

（即铭牌流量或自由流量）分类

3.空气压缩机的选用原则

选择空压机的依据是：

气动系统所需的工作压力和流量两个主要参数。

空气压缩机的额定压力应等于或略高于气动系统所需的工作压力，一般气动系统的工作压力为0.4～0.8MPa，故常选用低压空压机，特殊需要亦可选用中、高压或超高压空压机。

输出流量的选择，要根据整个气动系统对压缩空气的需要再加一定的备用余量，作为选择空气压缩机（或机组）流量的依据。

空气压缩机铭牌上的流量是自由空气流量。

压缩空气净化设备

直接由空气压缩机排出的压缩空气，如果不进行净化处理，不除去混在压缩空气中的水分、油分等杂质是不能为气动装置使用的。

因此必须设置一些除油、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。

压缩空气净化设备一般包括：

后冷却器、油水分离器、贮气罐和干燥器。

1.后冷却器

后冷却器安装在空气压缩机出口管道上，空气压缩机排出具有140℃～170℃的压缩空气经过后冷却器，温度降至40℃～50℃。

这样，就可使压缩空气中油雾和水汽达到饱和使其大部分凝结成滴而析出。

2.油水分离器

油水分离器主要利用回转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其它杂质颗粒从压缩空气中分离出来。

撞击折回式油水分离器结构形式如图所示。

3.贮气罐

贮气罐的主要作用是贮存一定数量的压缩空气，减少气源输出气流脉动，增加气流连续性，减弱空气压缩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。

4.干燥器

干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分和颗粒杂质等，使压缩空气干燥，提供的压缩空气，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。

压缩空气干燥方法主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。

三、管道系统

管道系统包括管道和管接头。

1.管道

气动系统中常用的管道有硬管和软管。

硬管以钢管和紫铜管为主，常用于高温高压和固定不动的部件之间连接。

软管有各种塑料管、尼龙管和橡胶管等，其特点是经济、拆装方便、密封性好，但应避免在高温、高压和有辐射场合使用。

2.管接头

管接头是连接、固定管道所必需的辅件，分为硬管接头和软管接头两类。

3.管道系统的选择

气源管道的管径大小是根据压缩空气的最大流量和允许的最大压力损失决定的。

四、气动三大件

空气过滤器、减压阀和油雾器一起称为气动三大件，三大件依次无管化连接而成的组件称为三联件，是多数气动设备必不可少的气源装置。

大多数情况下，三大件组合使用，其安装次序依进气方向为空气过滤器、减压阀和油雾器。

1.空气过滤器

空气过滤器又名分水滤气器、空气滤清器，它的作用是滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所要求的净化程度。

它属于二次过滤器，大多与减压阀，油雾器一起构成气动三联件，安装在气动系统的入口处。

2.油雾器

油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使压缩空气具有润滑气动元件的能力。

油雾器的选择主要根据气压系统所需额定流量和油雾粒度大小来确定油雾器的型式和通径，所需油雾粒度在50

m左右选用普通型油雾器。

3.减压阀

3.减压阀

气动三大件中所用的减压阀，起减压和稳压作用，工作原理与液压系统减压阀相同。

4.气动三大件的安装次序

气动系统中气动三大件的安装次序如下图所示。

目前新结构的三大件插装在同一支架上，形成无管化连接。

其结构紧凑、装拆及更换元件方便，应用普遍。

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。

一、气缸

气缸是气动系统的执行元件之一。

它是将压缩空气的压力能转换为机械能并驱动工作机构作往复直线运动或摆动的装置。

与液压缸比较，它具有结构简单，制造容易，工作压力低和动作迅速等优点。

故应用十分广泛。

1.气缸的分类

气缸种类很多，结构各异、分类方法也多，常用的有以下几种。

（1）按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同分为单作用气缸和双作用气缸；

（2）按结构特点不同分为活塞式、薄膜式、柱塞式和摆动式气缸等；

（3）按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式、凸缘式、嵌入式和回转式气缸等；

（4）按功能分为普通式、缓冲式、气-液阻尼式、冲击和步进气缸等。

2.气缸的工作原理和用途

大多数气缸的工作原理与液压缸相同，以下介绍几种具有特殊用途的气缸。

（1）气-液阻尼缸在气压传动中，需要准确的位置控制和速度控制时，可采用综合了气压传动和液压传动优点的气-液阻尼缸。

下图为式气-液阻尼缸工作原理图。

串联式气-液阻尼缸的缸体较长，加工和安装时对同轴度要求较高，并要注意解决气缸和液压缸之间的油与气的互窜。

图b为并联式气-液阻尼缸，它由气缸和液压缸并联而成，其工作原理和作用与串联气-液阻尼缸相同。

这种气-液阻尼缸的缸体短，结构紧凑，消除了气缸和液压缸之间的窜气现象。

（2）薄膜式气缸薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆作直线运动的气缸。

下图为薄膜式气缸结构简图。

它可以是单作用的，也可以是双作用的。

二、气动马达

气动马达是将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置。

气动马达有叶片式、活塞式、齿轮式等多种类型，在气压传动中使用最广泛的是叶片式和活塞式马达。

下图为双向旋转叶片式气动马达的结构示意图。

当压缩空气从进气口进入气室后立即喷向叶片1，作用在叶片的外伸部分，产生转矩带动转子2作逆时针转动，输出机械能。

若进气、出气口互换，则转子反转，输出相反方向的机械能。

转子转动的离心力和叶片底部的气压力、弹簧力（图中未画出）使得叶片紧贴在定子3的内壁上，以保证密封，提高容积效率。

叶片式气动马达主要用于风动工具，高速旋转机械及矿山机械等。

气动马达的突出特点是具有防爆、高速等优点，也有其输出功率小、耗气量大、噪声大和易产生振动等缺点。

气动控制元件

气动控制元件按其功能和作用分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。

此外，还有通过控制气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件等。

一、方向控制阀

气动方向控制阀和液压方向控制阀相似，按其作用特点可分为单向型和换向型两种，其阀芯结构主要有截止式和滑阀式。

1.换向型控制阀

下图为二位三通电磁换向阀结构原理图。

二位三通电磁阀（a）原始状态　（b）通电状态　　（c）图形符号

二、压力控制阀

气动压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀。

下图为压力控制阀图形符号。

它们都是利用作用于阀芯上的流体（空气）压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。

下图所示为QTA型直动型调压阀（减压阀）。

调节手柄1以控制阀口开度的大小，即可控制输出压力的大小。

三、流量控制阀

气动流量控制阀主要有节流阀，单向节流阀和排气节流阀等。

都是通过改变控制阀的通流面积来实现流量的控制元件。

排气节流阀通常安装在换向阀的排气口处与换向阀联用，起单向节流阀的作用。

四、气动辅件

气动控制系统中，许多辅助元件往往是不可缺少的，如消声器、转换器、管道和接头等。

一、消声器

消声器的作用是排除压缩气体高速通过气动元件排到大气时产生的刺耳噪声污染。

气动系统中的消声器主要有吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。

二、转换器

转换器是将电、液、气信号相互间转换的辅件，用来控制气动系统工作。

气动系统中的转换器主要有气→电、电→气和气→液等。

气-液转换器的储油量应不小于液压缸最大有效容积的1.5倍。

气源装置的组成和布置示意图

1—空气压缩机2—后冷却器3—油水分离器

4、7—贮气罐5—干燥器6—过滤器8—加热器9—四通阀

图中，1为空气压缩机，用以产生压缩空气，一般由电动机带动。

其吸气口装有空气过滤器，以减少进入空气压缩机内气体的杂质量。

2为后冷却器，用以降温冷却压缩空气，使气化的水、油凝结起来。

3为油水分离器，用以分离并排出降温冷却凝结的水滴、油滴、杂质等。

4为贮气罐，用以贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。

5为干燥器，用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分及油分，使之变成干燥空气。

6为过滤器，用以进一步过滤压缩空气中的灰尘、杂质颗粒。

7为贮气罐。

贮气罐4输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统，贮气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统（如气动仪表及射流元件组成的控制回路等）。

8为加热器，可将空气加热，使热空气吹入闲置的干燥器中进行再生，以备干燥器Ⅰ、Ⅱ交替使用。

9为四通阀，用于转换两个干燥器的工作状态。

2.空气压缩机的工作原理

气动系统中最常用的是往复活塞式空压机，其工作原理如图所示。

（a）原理图（b）图形符号

活塞式压缩机工作原理图

1—缸体2—活塞3—活塞杆4—滑块5—曲柄连杆机构6—吸气阀7—排气阀

后冷却器

a）蛇管式b）列管式

干燥器

1—湿空气进气管2—顶盖3、5、10－法兰4、6－再生空气排气管7-再生空气进气管8—干燥空气输出管10—排水管11、22—密封垫12、15、20－钢丝过滤网13—毛毡14－下栅板

空气过滤器及图形符号图

1—旋风叶子2—滤芯3—存水杯4—挡水板5—排水芯

普通型油雾器及图形符号

1—输入口2—小孔3—喷嘴小孔4—输出口5—储油杯6—单向阀7—可调节流阀8—视油器10—油塞10—单向阀11—吸油管

气动三大件的安装次序

1—空气过滤器2—减压阀3—油雾器4—压力表

　气-液阻尼缸a串联b并联

1—气缸2—液压缸3—高位油箱

（a）单作用式　（b）双作用式

薄膜式气缸1—缸体2—膜片3—膜盘4－活塞杆

双向旋转叶片式气动马达

1—叶片2—转子3—定子

1.单向型控制阀

单向型控制阀包括单向阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀。

（1）或门型梭阀在气压传动系统中，当两个通路P1和P2均与另一通路A相通，而不允许P1与P2相通时，就要用或门型梭阀，如下图所示。

如图a所示，当P1进气时，将阀芯推向右边，通路P2被关闭，于是气流从P1进入通路A。

反之，气流则从P2进入A，如图b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。

图c为该阀的图形符号

或门型梭阀

（2）与门型梭阀（双压阀）与门型梭阀又称双压阀，该阀只有当两个输入口P1、P2同时进气时，A口才能输出。

下图所示为与门型梭阀。

与门型梭阀

（3）快速排气阀快速排气阀又称快排阀。

它是为加快气缸运动作快速排气用的。

下图为膜片式快速排气阀。

（a）结构示意图　　　　（b）图形符号

快速排气阀1—膜片2—阀体

（a）调压阀（减压阀）（b）顺序阀　　（c）安全阀（溢流阀）

压力控制阀（直动型）图形符号

1—手柄2—调压弹簧3—下弹簧座4—膜片5—阀芯6—阀套7—阻尼孔8—阀口10—复位弹簧

膨胀干涉吸收型消声器气-液转换器

教学

点评

总结

由于有液压传动的基础，此部分对同学们的难度不大，结合液压的部分进行讲解，学生掌握应该快很快。

在液压元件方面，尤其重点介绍了气动三大件及相应的安装次序、应用回路和作用，为下面的回路分析奠定基础；使学生对下环节的教学能够自行分析和学习。

梳理总结也可针对学生薄弱或易错处强调总结．

作

业

P110,1、2、3题

学生课后完成．