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1、品质管理课培训教材 主讲：张亚东,气动（Pneumatic)理论知识,第一章 概 论,气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 发展原因：,1 加工技术的提高，材料和密封技术的发展、 新工艺的出现以及电子技术的结合,2 工业机械化、自动化发展，生产效率和产品质量的需求（市场的需求）,第一节 气动技术的应用现状,1 汽车制造业：车身外壳的吸起和放下、点焊。 2 电子、半导体制造业：显象管的吸起，芯片的搬运、寿命实验 3 生产自动化的实现：搬运、转位、定位、加紧、进给、装卸、装配 4 包装自动化的实现：化肥的计量、粘
2、稠、有毒气体包装,高频、准确、平稳、省人,第二节 气动技术的特点,机械方式 ：凸轮、杠杆、连杆、齿轮和转动轴 电气方式：限位开关、继电器、延时器、电磁离合器 电子方式：半导体元件 液压方式：液压阀、缸 气动方式：气动阀、缸,从驱动、环境、操作、价格等方面考虑， 扬长避短 结合使用,自动化方式:,气动方式优点： 1 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，故使用安全。 工作介质是取之不尽、用之不完的空气，空气本身不花钱。 输出力及工作速度的调节非常容易。 可靠性高，使用寿命长。 利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。 全气动控制具有防火、防暴、耐潮的能力。 7 由于空气流动损失
3、小，压缩空气可集中供应，远距离输送。,气动方式缺点： 由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。 气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸稳定性不如液压缸。 气缸的输出力比液压缸小。,第三节 气动技术发展动向,高质量：阀 3000万次 缸（20005000）KM 高精度：0.50.1mm 0.01m 0.1mg 高速度: 10hz 3m/s 低功耗: 10.5w 小型化 轻量化: 铝合金、塑料 无给油化：低成本、寿命长 复合集成化 机电一体化：可编程控制器+传感器+气动元件,第二章 气动执行元件,将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动、夹持
4、的元件称为气动执行元件。,第一节 气动元件与系统的基本构成,气源设备： 空气压缩机、后冷却器、气罐 气源处理元件：过滤器、干燥器 气动控制元件：压力、方向、速度控制阀 气动执行元件：气缸、气马达、气爪 气动辅助元件：油雾器、消音器、管接头,1-增压阀 2-五通电磁阀 3-储气罐,第二节 气缸的分类,按结构分：有活塞式、非活塞式,标准型 ： CJ、CQ2、CM2、CG1、MB 省空间型： CU、CQ2 高精度型： CX、CXS、MGP/Q 带导杆型： MGP/Q 带阀型、无杆型、止动性、中停型、落下防止型、计测型 (以上机种为中国工厂常加工的机种）,按功能分类：,基本型： 不带安装件的气缸 有S
5、、B、A型 脚座型 ： L型 法兰型： F、G型,按安装方式分类：,耳环型： C、D、E型 耳轴型： T、U型,固定式,摆动式,按缓冲方式分类： 无缓冲 垫缓冲：设置聚氨酯橡胶垫 气缓冲 设置液压缓冲器,给油气缸：由压缩空气带入油雾 不给油气缸：靠预先在密封圈内添加的润滑脂来保证。,按润滑方式分类：,目前，绝大多数系列的气缸都是不给油式。需注意的是，它也可给油使用，单一旦给油，就必须保持给油，如中途停止给油，因润滑脂已被油冲洗掉而是它处于无润滑状态，使密封件过快磨损。,限位开关式 很少用 磁性开关式 常 用,按位置检测方式分类：,按驱动方式分类,单作用气缸 双作用气缸,请看样品,第三节 气缸的
6、基本构造,由于气缸的使用目的不同，气缸的构造是多种多样的，但使用最多的是单杆双作用气缸。,缸筒内径的大小代表了气缸输出力的大小。 活塞要在缸筒内作平稳的往复运动，缸筒内表面的表 面粗糙度应达Ra0.8m。 对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减少摩擦阻力和磨损，并能防止腐蚀。 缸筒材质：高碳钢管、高强度铝合金、黄铜、不锈钢。 注意：带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸缸筒材质：不锈钢、铝合金或黄铜。,缸筒,进排气通口： 缓冲机构（部分） 密封圈、防尘圈（杆侧端盖）：防止漏气、防尘。 导向套（杆侧端盖）：提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向载荷，减少活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命
7、；材质：烧结含油合金、铅青铜铸件。 材质：可锻铸铁、铝合金压铸（轻、防锈）、黄铜（微型缸）,端盖,气缸中的受力元件。 活塞密封圈：防止活塞左右两腔相互串气； 活塞耐磨环：提高气缸导向性；聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂 活塞的宽度：由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。 （滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死） 材质：铝合金、铸铁、黄铜（小缸径）,活塞,气缸中的重要受力元件 材质：高碳钢、表面经镀硬铬处理，不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。,活塞杆,第四节 缸筒与端盖的连接方法,整体型：采用锻造工艺把缸筒与一侧端盖作成一体，另一侧端盖与缸筒使用铆接或用卡圈固定。用于微型缸和中小型缸。,铆
8、接型：在端盖上开有沟槽，将缸筒两端压铆入端盖沟槽内，形成一体，用于中小型缸。CJ2、CM2 螺纹连接型：缸筒与端盖上有连接螺纹，将它们连接在一起。用于中小型缸。CG1 法兰型：缸筒和端盖上都有法兰，用螺栓将它们连在一起，用于省空间的中小型缸。CUW 拉杆型：用四根拉杆将两端盖与缸筒夹紧在一起，端盖与缸筒之间有密封圈。用于行程不太长也不太短的大中型气缸。MB、C95、CA,第五节 密封,动密封：回转或往复运动的部件密封； 静密封：静止件部分的密封；,要求：既能保证密封，滑动摩擦力又小。,压缩密封圈：将密封圈放入密封沟槽内时，便有一定的预压缩量，靠密封面上的接触面压力阻塞泄露通路。 气压密封圈：靠
9、气压力将密封圈的唇部压紧在密封面上以保证密封。,指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。,第三章标准气缸,第一节 单作用气缸,S型气缸：弹簧压回型 T型气缸：弹簧压出型,特点： 气缸结构简单，耗气量少； 缩短了气缸的有效行程； 作用力随压缩行程而变化； 弹簧具有吸收动能的能力，可减少行程终端的撞击作用。,在弹簧侧设有呼吸孔，最好有过滤片,应用范围：行程短，对输出力和运动速度要求不高的场合。,分类： 单活塞杆型：普通常用型 双活塞杆型：活塞两侧受压面积相等，两侧运动行程和输出力相等。工作台,第二节 双作用气缸,特点： 1、活塞前进或后退都能输出力；
10、2、结构简单,前因：运动速度大时，紧靠缓冲垫已不足吸收活塞对端盖的冲击力 构成：气缓冲装置是由缓冲套、缓冲密封圈和缓冲阀等组成。,第三节气缓冲气缸,1、当活塞向右运动时，右缓冲套接触右缓冲密封圈，活塞右侧便形成一个封闭气室（称为缓冲腔）。 2、缓冲腔气体根据缓冲阀开度向外排气； 3、活塞继续右行，气体绝热压缩，压力上升； 4、压力对活塞产生反作用力，使活塞减速，停止，避免撞击 注意：弹跳现象,工作原理,可调缓冲气缸：带缓冲阀，通过调节缓冲阀的开度，可改变缓冲能力。 缓冲行程不宜太长：因缓冲密封圈有节流作用，活塞动作反应慢。 不可调缓冲气缸：开有恒节流孔，形成背压，起到缓冲作用。 加大恒节流孔，
11、可使气缸的运动速度增大。,分类,提示：液压缓冲器 运动件质量大，运动速度很高的气缸。,要求： 缸筒必须是导磁性弱，隔磁性强的 材料（硬铝、不锈钢、黄铜）。 有触电舌簧型（AC、DC）、无触电固态电子型（DC）,第四节 带磁性开关的气缸,工作原理： 1、在非磁性体的活塞上安装一个永久性磁铁磁环：橡胶磁铁、塑料磁铁； 2、随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合，反之，断开，发出电信号。 3、信号控制相应电磁阀切换。,特点： 1、使用方便，结构紧凑， 2、可靠性好，寿命长，成本低、反映快 安装方法： 1、用钢带固定 2、固定在导轨上 3、卡固在拉杆上 4、直接安装,
12、安装位置： 在活塞应停止位置使活塞固定，让开关在活塞的上方左右移动，找出开关吸合时位置，左右吸合位置的中间位置。最高灵敏位置。,使用注意事项 1、从安全考虑，间距应比最大磁滞距离大3mm; 2、不得装在强磁场; 3、两缸筒间距大于40mm; 4、速度不得大于磁性开关能检测的最大速度 Vmax=Lmin/Tc（当速度过大时，选用带延时功能的磁性开关） 5、拧紧安装螺钉扭矩要适当：偏移、损坏,第五节 气缸的特性,1、当活塞两侧的压力差达到气缸的最低工作压力以上时，活塞开始移动。静摩擦力降为动摩擦力，稍有抖动 2、随外负载和排气回路的阻抗大小等因素的不同，导致活塞的运动速度及气缸的有效输出力的变化规
13、律也不同。P1、p2、u,一、气缸的瞬态特性(气缸的运动状态),延迟时间、 到达时间,u0 理论基准速度，mm/s; S排气回路的合成有效面积，mm2； A排气侧活塞的有效面积，cm2； 最大速度: um 平均速度：v,二、气缸的速度特性：,u0=1920*S/A,当速度小于50mm/s时，摩擦阻力和气体的可压缩性，出现“爬行” 当速度大于500mm/s时，摩擦生热加剧，加速密封件的磨损，加大冲击力。,气缸活塞杆受到的轴向负载力F与气缸的理论值之比。 负载率由负载的运动状态而定。,三、气缸的理论输出力,气缸的使用压力作用在活塞有效面积上产生的推力或拉力。 F0=/4D2p,四、气缸的负载率,气
14、缸的最低使用压力至最高使用压力的范围。0.150.25，11.5MP,五、使用压力范围,七、环境温度和介质温度：（软化、硬化脆裂） 非磁性开关气缸：5700C 磁性开关气缸：5600C,六、耐压性能： 气缸的最高使用压力为1.5倍，保压1min时气缸状况。,八、泄漏量： 气缸处于静止状态，从无杆侧和有杆侧交替输入最低压力和最高压力，从活塞处（内泄漏）及活塞杆和管接头等处（外泄漏）的泄漏流量。根据JIS B 8377标准，外（内）泄漏不得大于3+0.15d（D）mL/min,九、耐久性: 在活塞杆的轴向施加负载率为50%的负载，向气缸通入最高使用压力，调节速度控制阀，使活塞运动速度达到200mm
15、/s,活塞沿全行程作往复运动，气缸仍保证合格的累计行程。不低于 3000km,十、气缸的耗气量: 用于选用其他处理元件,第六节 气缸的选用,一、预选气缸的缸径,1、根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F 2、根据负载的运动状态，预选气缸的负载率 、根据气源提供条件，确定气缸使用压力,三、选择气缸的品种,二、预选气缸行程,1、根据气缸的运动状态是输出力还是拉力、负载率、气缸的行程L和气缸的动作时间t,可查得气缸的理论基准速度u0； 2、根据气缸的运动状态是输出推力还是拉力以及负载率，可查得气缸的最大速度um与理论基准速度u0之比，从尔求出气缸的最大速度um； 3、负载运动的动能1/2Mum2
16、和缓冲力的比较；,四、演算缓冲能力,七、计算气缸的空气消费量和所要空气量； 八、选择磁性开关； 九、选择活塞杆端部接头； 十、确定充（放）气回路中的各种气动元件；,五、选择安装方式,六、活塞杆长度的演算； 活塞杆端承受的横向负载大小与气缸行程的关系；,用气缸水平推动台车，负载质量M=150kg，台车与床面间的摩擦系数=0.3，气缸行程L=300mm,要求气缸的动作时间t=0.8s,供给压力p=0.5MPa,配管长l=3m,选择缸径及其充（放）气回路的元件组合。,例题,答案,解： 轴向负载力F=mg=0.3*150*9.8=450KN 根据表，预选负载率=25%，得气缸的理论输出力 F0=1800N 由p=0.5MPa,算出缸径为67.7mm,故应选缸径D=80mm, 已知L=300mm,t=0.8s,=25%，查出理论基准速度u0=500mm/s,=1.05，则气缸的最大速度um=525mm/s. 故负载运动的最大动能Em=1/
