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1、液压与气动技术,主讲： 机电工程系 廖雪梅,第十一章 气动元件,第十一章 气动元件,气动元件是指利用压缩空气工作的元件。 按功能的不同可分为：气动执行元件、气动控制元件、气动检测元件、真空元件和其他辅助元件。,利用压缩空气的能量，实现各种机械运动（直线往复运动、摆动、转动）的装置。 主要包括：气缸和气马达,11.1 气动执行元件,一、气缸的分类及工作原理,气缸的分类,气缸是气动自动化系统中使用最为广泛的一种执行元件。根据使用条件、场合的不同，其结构、功能和形状也不一样，种类繁多。 一般常用按气缸的结构分类（见书表11.1.1）：,单作用气缸 双作用气缸 特殊气缸,气缸的工作原理,单作用气缸,活
2、塞 复位弹簧 进、排气口 呼吸口 活塞密封圈 缸体、缸盖和卡簧,单作用气缸是指压缩空气仅在一端进气，并推动活塞运动，而活塞的返回则是借助于其他外力,双作用气缸,双作用气缸两个方向的运动都是通过气压传动进行。在压缩空气作用下，双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以缩回。,摆动气缸,摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定的角度范围内作往复摆动的气动执行元件。,短行程气缸,短行程气缸结构紧凑，轴向尺寸比普通气缸短，即气缸杆运动的行程短。分为：单作用和双作用两种类型,扁平气缸,扁平气缸是指气缸的活塞和缸筒的形状为扁平形状的气缸。 扁平气缸具有抗扭转力矩的特点，同时由于有一个方向上尺寸小，可以成组安装。,导
3、向气缸,导向气缸是指具有导向功能的气缸，一般为标准气缸和导向装置的集合体。 导向气缸具有导向精度高，抗扭转力矩强，工作平稳等特点。,无杆气缸,无杆气缸即没有活塞杆的气缸。它是通过活塞直接或间接地带动外滑块作往复运动。 特点：行程长，可节省安装空间。 活塞与外滑块之间的耦合方式一般为磁性耦合和机械耦合。,机械接触式无活塞杆气缸,多位气缸,多位气缸是采用数个普通气缸串联的结构，通过设定各气缸的行程大小，控制气缸的动作，获得多个停止位置。,多位气缸原理,多位气缸原理,多位气缸原理,多位气缸原理,多位气缸原理,双活塞杆气缸,双活塞杆气缸是气缸的两端均有活塞杆的气缸。该气缸的活塞位于活塞杆中间，往返行程
4、的运动特性相同。,汽缸的密封材料,所用密封材料为： 丁腈 橡 胶：工作温度 -20 +80 氟 橡 胶：工作温度 -20 +190 聚 四 氟 乙烯：工作温度 -20 +200,气缸安装方式:,气缸安装方式由气缸与设备之间连接形式决定。若在任何时候都不需要变换气缸安装方式，则可将安装方式设计为固定式，相反，应将安装方式设计为非固定式，即按模块式构造准则，通过采用安装附件，可以改变气缸安装方式。,二、气马达的工作原理,气动马达是利用压缩空气的压力能驱动工作部件作连续旋转运动的气动执行元件。,按结构形式分： 叶片式 活塞式 齿轮式,11.2 控制元件,气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量
5、和流动方向，保证气动执行元件或机构按规定的程序正常工作的各类气动元件。 按功能可分为：,压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀 逻辑控制元件,控制和调节压缩空气压力的元件称为压力控制阀。 控制和调节压缩空气流量的元件称为流量控制阀。 改变和控制气流流动方向的元件称为方向控制阀。,什么是气动逻辑元件呢？,通过改变气流方向和通断实现各种逻辑功能的元件。 近年来，随着气动元件的小型化以及PLC控制在气动系统中的大量应用，气动逻辑元件的应用范围正在逐渐减小。,11.2.1 压力控制阀,按照压力控制阀在气动系统中的作用不同，压力控制阀可分为 3 类：,减压阀 溢流阀 顺序阀,一 减压阀,空压站输出的空气压力
6、高于每台气动装置所需压力，且压力波动较大。因此每台气动装置的供气压力都需要减压阀来减压，并保持供气压力稳定（当输入压力在一定范围内改变时，能保持输出压力不变）。,一 减压阀,作用：,将输入压力降到气动工作系统所需要的工作压力，并保持压力恒定。,减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。,减压阀工作原理,直动型是利用弹簧力直接作用来达到调压目的的。 先导型减压阀是利用一个预先调整好的气压来代替直动型的调压弹簧来实现调压目的的。,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作原理,溢流减压阀工作
7、原理,减压阀符号,直型动减压阀,先导型减压阀,溢流减压阀,减压阀的应用（一）,减压阀的应用（二）,二 溢流阀,作用：,当气动系统中的工作压力超过设定值时，排出多余的压缩空气，以保证进口的压力为设定值。常用作安全阀使用。,溢流阀的调压方式也有直动式和先导式两种。,溢流阀是一种用于维持回路中空气压力恒定的压力控制阀；而安全阀是一种防止系统过载、保证安全的压力控制阀。,符号：,直动型溢流阀 工作原理,直动 先导,P 口压力大于调定压力时阀导通,溢流阀的应用,三 顺序阀,作用： 顺序阀是利用回路中的压力变化来控制动作顺序的压力阀。 顺序阀常与单向阀组合单向顺序阀。,单向顺序阀工作原理,符号：,顺序阀的
8、结构图,控制口12达到预定值，顺序阀 1和 2 口导通。,顺序阀应用：,当驱动按钮阀动作时，气缸伸出并对工件进行加工。只要达到预定压力，气缸就复位。顺序阀的预定压力可调。,11.2.2 流量控制阀,流量控制阀是通过改变压缩空气在管路中流动时受到的局部阻力来实现控制压缩空气流量。 流量控制阀主要有：节流阀、单向节流阀和排气节流阀。,一、节流阀,原理：,通过改变阀的通流截面实现流量调节。,符 号,二、单向节流阀,单向阀和节流阀并联组合而成，单方向起节流作用。常用于气缸的速度控制，又称速度控制阀。,符 号,单向节流阀工作原理,利用单向节流阀控制气缸的速度方式有进气节流和排气节流两种方式。 进气节流控
9、制：它是控制进入气缸的流量以调节活塞的运动速度。采用这种控制方式，如活塞杆上的负荷有轻微变化，将导致气缸速度的明显变化。因此速度稳定性差，仅用于单作用气缸、小型气缸或短行程气缸的速度控制。,排气节流控制：它是控制气缸排气量的大小，而进气是满流的。这种控制方式能为气缸提供背压来限制速度，故速度稳定性好，常用于双作用气缸的速度控制。单向节流阀用于气动执行元件的速度调节时应尽可能直接安装在气缸上。,应用,进气节流 排气节流,三、带消声器的节流阀,消声器和节流阀组合而成。,四、柔性节流阀,结构简单、压降较小、动作可靠、对污染不敏感。,气动流量阀的应用特点：,由于气体的压缩性，用气动流量阀调速比液压流量
10、阀调速要困难得多。 要注意： 1、管道上不能有漏气； 2、气缸体和活塞之间要有可靠的润滑； 3、流量控制阀应尽量安装在气缸或气马达附近； 4、尽可能采用出口节流调速方式； 5、外加负载应稳定，必要时可借助液压或机械装置补偿负载的变化。,11.2.3 方向控制阀,主要有：单向阀和换向阀 阀芯结构：截止式和滑阀式,一、单向型控制阀,气流只能沿着一个方向流动的控制阀称为单向阀。,如：单向阀、梭阀、双压阀和快速放气阀。,单向阀,或门型梭阀,或门型梭阀,梭阀在逻辑回路和气动程序控制回路中应用广泛，常用作信号处理元件。下图为数个输入信号需连接（并联）到同一个出口的应用方法，所需梭阀数目为输入信号数减一。,
11、或门型梭阀,应用：,当1S1 、1S2二个按钮阀中任何一个动作，气缸活塞杆都伸出时。,应用：,当1S1 、1S2二个按钮阀中任何一个动作，气缸活塞杆都伸出时。,与门型梭阀（双压阀）,与门型梭阀（双压阀）,与梭阀一样，双压阀在气动控制系统中也作为信号处理元件，数个双压阀的连接方式如图，只有数个输入口皆有信号时，输出口才会有信号。双压阀的应用也很广泛，主要用于互锁控制、安全控制、检查功能或者逻辑操作。,与门型梭阀（双压阀）,应用：,应用：,应用：,当1S1 、1S2二个按钮阀中同时动作，气缸活塞杆都伸出时。,快速排气阀,快速排气阀可使气缸活塞运动速度加快，特别是在单作用气缸情况下，可以避免其回程时
12、间过长。为了降低排气噪声，这种阀一般带消声器。,快速排气阀,进气沿气口（1）至气口（2）方向，由于单向阀开启，压缩空气可自由通过，排气口（3）被圆盘式阀芯关闭。,若气口（2）为进气口，圆盘式阀芯就关闭气接口（1），压缩空气从大排气口（3）排出。,一般情况下，快速排气阀直接安装在气缸上或应靠近气缸安装。,二、换向型控制阀,可以改变气流流动方向的控制阀 称为换向型控制阀。 常用的有气压控制、电磁控制、人力控制和机械控制四类。,电磁控制换向阀,直控式机控阀,杠杆滚轮式机控阀,人力控制换向阀,换向阀符号,换向阀符号,换向阀气接口标识（ISO 5599-3）,换向阀气接口标识（ISO 5599-3）,1
13、 输入口（进气口） 2、4 输出口（工作口） 3、5 排气口 12、14 控制口 10 输出信号清零的控制口 81、91 外部控制口 82、84 控制气路排气口,按 控 制 方 式 分,二位五通气控换向阀工作原理,三位五通气控换向阀工作原理,11.4 气源装置及辅件,气源装置是给气动系统提供符合要求的压缩空气的系统。包括：压缩空气发生装置、压缩空气净化装置、储存和传输管道等。,一、空气压缩机,空气压缩机是气源装置（空压站）的核心设备，其作用是将电动机输出的机械能转换成压缩空气的压力能。,活塞式 膜片式 叶片式 螺杆式,按输出压力分：,低压空压机：0.21.0MPa 中压空压机：1.010MPa
14、 高压空压机：10100MPa,按输出流量分：,微型 100m3/min,二、后冷却器,后冷却器安装在压缩机出口管道上。,作用：,将压缩空气温度由 140 170 降至 40 50 。 使其中水汽、油雾汽凝结成水滴和油滴。,三、除油器,除油器的作用是分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质。使压缩空气得到初步净化。,符 号,四、干燥器,为满足精密气动装置用气，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的装置。 主要的空气干燥方法有：,冷冻法 吸附法,吸收法 高分子隔膜干燥法,冷冻干燥法：,将潮湿的空气冷却到露点温度一下，使空气中的水气凝结成水滴并清除出去，
15、然后再将压缩空气加热至环境温度输给系统使用。,吸附干燥法：,利用有吸附性能的吸附剂（硅胶、活性氧化铝等）吸附空气中水气的一种净化装置,吸收干燥法：,是一个纯化学过程，它是利用不可再生的化学干燥剂获得干燥压缩空气的方法。 空气中的湿气与干燥剂化合形成化合物，从容器底部流出。,五、空气过滤器,空气过滤器的作用是滤除压缩空气的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所要求的净化程度。,空气过滤器属于二次过滤器，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。,过滤器,油雾器,减压阀,空气过滤器原理,旋风叶子 滤芯 挡水板 滤杯 冷凝物 排放螺栓,油雾器,油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空
16、气为动力，将特定的润滑油喷射成雾状混合于压缩空气中，随压缩空气进入需要润滑的部位，达到润滑的目的。它的主要作用：,减少运动件的摩擦，保证元件动作正常； 减少密封材料的磨损，防止泄漏； 防止管道及金属零件的腐蚀，延长使用寿命。,油雾器工作原理,油杯 单向截止阀 空气流量传感器 视油杯 单向阀 吸油管,六、储气罐,储气罐的主要作用：,储存一定量的压缩空气，调节空压机输出气量不平衡的情况，减小压缩空气气压脉动，稳定系统压力； 在停电或以外停机时用作应急气源； 进一步降低压缩空气温度，分离压缩空气中的部分水分和油分。,储气罐属于压力容器。制造使用和维护应严格执行国家有关压力容器管理标准,管道系统的布置: 1、进入用气车间首先要有“压缩空气入口装置”（压力表、流量计、油水分离器、减压阀和阀门）； 2
