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1、第11章 气 动 元 件,气压传动与液压传动一样，都是利用流体作为工作介质传递动力和运动的，故在工作原理、系统组成、元件结构与图形符号等方面非常相似。企业传动比液压传动压力低、工作介质粘度小，相应地气动元件上有不同的要求。气动元件包括气源装置、辅助元件、动力元件和执行元件。,11.1 气源装置及辅助元件,11.1.1 气源装置,气源装置是为系统提供动力的部分，其性能的好坏直接影响气压传动系统能否稳定工作；辅助元件是元件连接和提高系统可靠性以及改善工作环境等所必需的组成部分。,气源装置将原动机供给的机械能转变为气体的压力能，为气动系统提供具有一定压力和流量的压缩空气，且要求提供的气体清洁、干燥。
2、由空气压缩机，存储、净化压缩空气的装置，传输压缩空气的管路系统及其它辅件组成。,11.1 气源装置及辅助元件,11.1.1 气源装置,图11-1 气源装置组成示意图,1-空气压缩机；2-后冷却器；3-油水分离器；4、7-储气罐；5-干燥器；6-空气过滤器,1-空气压缩机：用以产生压缩空气，吸气口装有空气过滤器；2-后冷却器：用以降低压缩空气的温度，使汽化的水、油凝结出来；3-油水分离器：用以分离并排出凝结的水滴、油滴、杂质等；4-储气罐：用以存储压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分；,5-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-过滤器：用以进一步
3、过滤压缩空气中的灰尘、杂质颗粒；7-储气罐：储气罐4输出的压缩空气用于一般要求的气压传动系统（称为一次净化），从储气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统。,1、空气压缩机 是气动系统的动力源，它将电动机输出的机械能转变为气体的压力能输送给气动系统。（1）空气压缩机的分类 按工作原理分为：容积式和速度式两大类；按输出压力分为：低压压缩机、中压压缩机、高压压缩机和超高压压缩机；按输出流量分为：微型、小型、中型、大型；按润滑方式分为：油润滑和无油润滑,（2）空气压缩机的工作原理 容积式空气压缩机为例。最常用的是活塞式空气压缩机，其工作原理与容积式液压泵一致。如图11-2所示。,图11-2 活塞
4、式空气压缩机工作原理图,1-排气阀；2-气缸；3-活塞；4-活塞杆；5-滑块；6-滑道；7-连杆；8-曲柄；9-吸气阀,（3）空气压缩机的选用 以气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数为依据。目前工程实际中常用的工作压力为0.5-0.8MPa，可直接选用额定压力为0.7-1MPa的低压空气压缩机，特殊需要也可选用中、高压或超高压的空气压缩机。,2、压缩空气的净化装置 净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、干燥器、空气过滤器、储气罐。（1）后冷却器 一般安装在空气压缩机的出口管路上，其作用是把空气压缩机排出的压缩空气的温度由140-170降至40-50，使得其中尚存的大部分水、油转化成液态，
5、以便于排出。一般是水冷式的换热器，其结构形式有蛇管式、列管式、套管式等。如图11-3列管式结构示意图。,图11-3 列管式后冷却器,2、压缩空气的净化装置 净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、干燥器、空气过滤器、储气罐。（2）油水分离器 其作用是将经后冷却器降温析出的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离出来。工作原理：使压缩空气进入油水分离器后产生流向和流速的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。,图11-4 撞击挡板式油水分离器,2、压缩空气的净化装置 净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、干燥器、空气过滤器、储气罐。（3）储气罐 其作用是存储一定数量的压缩空气，以
6、解决空气压缩机的输出气量和气动设备的耗气量之间的不平衡；消除空气压缩机排气的压力波动及由此引起的管道振动，保证供气的连续性、平稳性；进一步分离压缩空气中的油分、水分。,（3）储气罐 为保证储气罐的正常使用，每个储气罐还应包括以下附件：1）安全阀 调整极限压力，其调整压力比工作压力高10%；2）压力表 指示罐内空气压力 3）检查孔 清除内部杂质、检查内部情况 4）排液接管 位于储气罐的底部，用于排放底部所积油和水。,图11-5 储气罐,（4）干燥器 其作用是为了满足精密气动设备用气，把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和排除其中的水分、油分及杂质，使湿空气变成干空气。压缩空气的干燥方法有机械法、
7、离心法、冷冻法和吸附法等。,图11-6 吸附式干燥器,（5）分水过滤器 在进入空气压缩机之前，首先经过空气过滤器，以滤去其中所含的灰尘和杂质。过滤的原理是根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法将灰尘和杂质与空气分离。,图11-7 分水滤气器,11.1.2 辅助元件,1、油雾器 油雾器的作用是把润滑油雾化后，注入压缩空气中，并随气流进入需要润滑的部位，满足润滑的需要。这种注油方法具有润滑均匀、稳定，耗油量少喝不需要大的储油设备等特点。,图11-8 油雾器,油雾器一般安装在分水过滤器、减压阀之后，并尽可能靠近换向阀；需要注意不要将油雾器的进出口接反，储油杯也不可倒置；应
8、避免把油雾器安装在换向阀和气缸之间，以免造成浪费。,图11-9 截止阀,11.1.2 辅助元件,2、消声器 气动系统与液压系统不同，它没有回气管道，压缩空气使用后直接排入大气。气缸、气马达及气动阀等元件排出气体的速度很高，会产生强烈的排气噪声。为降低排气噪声，一般要在换向阀的排气口安装消声器。消声器有吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。,图11-10 消声器,11.2 气动执行元件,气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构作往复运动、摆动或旋转运动的元件。气动执行元件分为气缸和气马达两大类。气缸可实现直线往复运动或摆动，输出为力或转矩，气马达可实现连续回转运动，输出为转矩。,11
9、.2 气动执行元件,11.2.1 气缸,1、气缸的分类 1）按压缩空气对活塞端面作用力的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。2）按结构特点，可分为活塞式、柱塞式、膜片式、叶片摆动式及气液阻尼缸等。3）按功能可分为普通气缸和特殊气缸 4）按安装方式，可分为固定式气缸、轴销式气缸、回转式气缸、嵌入式气缸等。,11.2 气动执行元件,11.2.1 气缸,2、常用气缸的工作原理及用途（1）普通气缸 筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸，也称为活塞式气缸，主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前缸盖与后缸盖以及密封元件组成。有双作用式和单作用式两种。如图11-11普通型单杆双作用气缸 如图11-12普通型单杆
10、单作用气缸,图11-11 普通型单杆双作用气缸,图11-12 普通型单杆单作用气缸,（2）膜片式气缸 薄膜式气缸是以薄膜取代活塞带动活塞杆运动的一种气缸，它利用压缩空气通过膜片推动活塞杆作往复运动，具有结构简单、紧凑、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏少、效率高等优点，但因膜片的变形量有限，气缸的行程较小，且输出的推力随行程的增大而减小。适用于气动夹具、自动调节阀及短行程场合。按结构可分为单作用式和双作用式两种。如图11-13.,图11-13 膜片式气缸,（3）气液阻尼气缸 因气体具有很大的压缩性，一般普通气缸在工作负载变化时，会产生“爬行”或“自走”现象，气缸的平稳性较差，且不易使活塞
11、获得准确的停止位置。为使活塞运动平稳，可利用液压油的性质采用气液阻尼缸。如图11-14串联式气液阻尼缸 如图11-15并联式气液阻尼缸工作原理,图11-14 串联式气液阻尼缸,图11-15 并联式气液阻尼缸工作原理,（4）冲击式气缸 冲击式气缸是将压缩空气的能量转换为活塞高速运动，产生较大的冲击力，击打工件作功的一种气缸。如图11-16 冲击气缸,图11-16 冲击气缸,11.2.2 气缸的工作特性及计算,11.2.3 气缸的选择与使用,11.2.4 气动马达,图11-17 叶片式气动马达,11.3 气动控制元件,气动控制元件是在气动系统中控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向、发送信号的元
12、件，利用它们可以组成具有特定功能的控制回路，使气动执行元件或控制系统能够实现规定程序正常工作。气动控制阀的功用、工作原理等和液压控制阀相似，但有以下不同：1、使用的能源不同；2、对泄漏的要求不同3、对润滑的要求不同；4、压力范围不同5、使用特点不同,11.3.1 压力控制阀,在气压传动系统中，用于控制空气压力的元件称为压力控制阀。这类阀的共同特点是利用作用于阀芯上的压缩空气的压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。按其控制功能分为三类：减压阀、安全阀、顺序阀,11.3.1 压力控制阀,1、减压阀 气动设备的气源一般都来自于压缩空气站。它所提供的压缩空气的压力通常都高于每台设备所需的工作压力且压力
13、波动较大。因此，在系统入口处装以减压阀，以将入口处空气压力调节到每台气动装置实际需要的压力，并保持该压力值的稳定。减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。如图11-18 直动式减压阀,11.3.1 压力控制阀,2、安全阀（溢流阀）当回路中气压上升到所规定的调定压力以上时，气流需要经排气口排出，以保持输入压力不超过设定值。如图11-19 安全阀的工作原理。,图11-19 安全阀的工作原理,11.3.1 压力控制阀,3、顺序阀 顺序阀是依靠气压系统中压力的变化来控制气动回路中各执行元件按顺序动作的压力阀。其工作原理与液压顺序阀基本相同，顺序阀常与单向阀组合成单向阀顺序阀。如图11-20 单向顺序阀的
14、工作原理。,图11-20 单向顺序阀的工作原理图,11.3.2 方向控制阀,方向控制阀是气动控制回路中用来控制压缩空气的流动方向和气流的通断，以控制执行元件启动、停止及运动方向的气动控制元件。1、单向型方向控制阀（1）单向阀 气体只能沿着一个方向流动，反向不能流动的阀，与液压阀中的单向阀相似，其结构如图11-21所示。,11.3.2 方向控制阀,图11-21 单向阀,11.3.2 方向控制阀,1、单向型方向控制阀（2）或门型梭阀 或门型梭阀相当于两个单向阀的组合，其作用相当于逻辑元件中的“或门”。如图11-22所示。,图11-22 或门型梭阀,11.3.2 方向控制阀,1、单向型方向控制阀（3
15、）与门型梭阀 与门型梭阀也相当于两个单向阀的组合，其作用相当于逻辑元件中的“与门”。如图11-23所示。,图11-23 与门型梭阀,11.3.2 方向控制阀,1、单向型方向控制阀（4）快速排气阀 快速排气阀又称快排阀，是为使气动元件快速排气，加快气缸运动速度而设置的，一般安装在换向阀和气缸之间。如图11-24所示。,图11-24 快速排气阀,11.3.2 方向控制阀,2、换向型方向控制阀（1）气压控制换向阀 是利用压缩空气的压力推动阀芯移动，使换向阀换向，从而实现气路换向或通断。气压控制换向阀适用于易燃、易爆、潮湿、灰尘多的场合，操作时安全可靠。可分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。,11.
16、3.2 方向控制阀,加压控制是指所加的控制信号是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时，阀换向。卸压控制是利用逐渐减小作用在阀芯上的气控信号压力而使阀换向的一种控制方法。当减小到某一压力值时，阀换向。差压控制是利用控制气压在面积不等的活塞上产生的压差使阀换向的一种控制方法。,图11-25 单气控加压式换向阀,1）单气控加压式换向阀,图11-26 双气控滑阀式换向阀的工作原理,2）双气控滑阀式换向阀,图11-27 气压延时换向阀,（2）气压延时换向阀,图11-28 单电控直动式电磁阀工作原理,（3）电磁控制换向阀1）直动式电磁换向阀,图11-29 双电控直动式电磁阀工作原理,（3）电磁控制换向
17、阀1）直动式电磁换向阀,图11-30 先导式双电磁铁控制换向阀的工作原理,（3）电磁控制换向阀2）先导式电磁换向阀,11.3.3 流量控制阀,流量控制阀是通过改变阀的通流面积来调节压缩空气的流量，进而控制气缸的运动速度、换向阀的切换时间和气动信号的传递速度的气动控制元件。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。,图11-31 节流阀,1、节流阀,图11-32 单向节流阀,2、单向节流阀,单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，又称为速度控制阀。,图11-33 排气节流阀,3、排气节流阀,11.4 气动逻辑元件,图11-34 或门元件结构与符号,图11-35 是门和与门元件结构与符号,图11-36 非门和禁门元件结构与符号,图11-37 非门和禁门元件结构与符号,图11-38 双稳元件结构与符号,
