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1、第十一章 气 压 传 动,“气压传动与控制”简称气动，它包括传动和控制两方面的内容。气压传动具有节能、高效、价廉，结构简单、污染小等优点。,11.1气压传动概述,11.1.1空气的性质和气体状态方程 1. 空气的性质 （1）空气的组成气压传动的工作介质是压缩空气。通常将不含水蒸汽的空气称为干空气，而含有水蒸气的空气称为湿空气。 （2）空气的密度空气的密度是指单位体积中的空气质量，用表示，即：（11-1） （3）粘性气体在流动时 产生内摩擦力的性质叫粘性，它的大小用粘度来表示。,（4）气体体积的易变特性由于气体分子间的距离大，分子之间内聚力小，分子运动起来较自由，体积也容易变化，其体积随压力和温
2、度的变化而变化，且变化规律符合气体状态方程。 （5）湿度空气中含有水分的多少对整个气压传动系统的稳定性和寿命都有一定影响。因此必须采取一些措施，减少压缩空气中所含水分。 2、理想气体的状态方程不计粘度，并将气体分子看作是一些弹性的、不占体积的质点，这样的气体称作“理想气体”，理想气体的状态应符合下列关系：,理想气体的状态方程将有以下几种变化形式： （1）等温变化过程（波意耳定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当温度不变时，有：（2）等压变化过程（盖-吕萨克定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当压力不变时，有：（3）等容变化过程（查理定律）对于一定质量的气体，在状态变化中，当体积不变时，
3、有：,11.1.2 气压传动系统的工作原理和组成1.气压传动系统的工作原理以气动剪切机为例，简单介绍气压传动系统的工作原理。图2-1a为气动剪切机的工作原理图。,(a)结构原理图 (b)气压传动系统图 图11-1 气动剪切机,l空气压缩机；2后冷却器；3分水排水器 ； 4贮气罐； 5空气过滤器；6减压阀；7油雾器； 8行程阀；9气控换向阀；10气缸；11工料,11.2.1 气动动力元件气压动力元件是气动系统的动力源，即空气压缩机（简称空压机）。空气压缩机将电动机输出的机械能转换成气体的压力能输送给气动系统，是气动系统的动力源 1. 空气压缩机的分类容积式和速度式（叶片式）两大类。,11.2 气
4、动动力元件和辅助元件,2. 空气压缩机的工作原理,图11-2 活塞式空气压缩机工作原理 l缸体；2活塞；3活塞杆； 4曲柄连杆机构；5吸气阀；6排气阀,11.2.2 气动辅助元件 气动辅助元件分为气源净化元件和其他辅助元件。1气源净化元件 （1）后冷却器后冷却器的作用是将空压机排出的压缩空气温度由140170降至40左右，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和析出，凝结成水滴和油滴，以便经除油器排出。水冷却式后冷却器的结构形式有：蛇管式、列管式、套管式等。如图22所示。其作用都是通过强制循环水使压缩空气降温，生成的冷凝水经自动排水器排出。, 蛇管式如图113(a)所示，压缩空气在管内流动，冷却水
5、在管外水套中流动。蛇管式后冷却器的结构简单，使用和维护方便，应用广泛，适用于流量较小的任何压力范围。 列管式如图113(b)所示，压缩空气在管间流动，冷却水在管内流动。管内流动的冷却水可以是单程或双程流动，通过隔板的配置，管外的压缩空气以垂直于管束的流向曲折流动。, 套管式如图113(c)所示，压缩空气在内管中流动，冷却水在内外管套之间流动，由于流动面积较小，流速较高，有利于热交换。其结构笨重，适用于空气压力较高而流量不大、且换热面积较小的场合使用。,图11-3 冷却器 (a)蛇管式 (b)列管式 (c)套管式,(2) 分水排水器(油水分离器)分水排水器的作用是分离压缩空气中凝聚的水分和油分等
6、杂质，使压缩空气得到初步净化。如图11-4所示的分水排水器,图11-4 分水排水器,(3) 储气罐储气罐的作用是用来调节气流，减少输出气流的压力脉动，使输出气流流量连续、气压稳定。图115为立式储气罐的结构示意图。储气罐安装时应使进气口在下，出气口在上。,图11-5 储气罐,(4) 空气干燥器目前工业上常用的干燥方法主要是吸附法和冷冻法，吸附法是干燥处理中应用最普遍的一种方法。图116是吸附式干燥器的结构示意图。,图11-6 空气干燥器,图形符号,1湿空气进气管；2顶盖；3、5、10法兰；4、6再生空气进气管；7再生空气排气管；8干燥空气输出管；9排水管；17密封垫；11、22密封垫；12、1
7、5、20铜丝过滤网；13毛毡层；14下栅板；16、21吸附剂层；17支撑板；18壳体；19上栅板,(5) 空气过滤器空气过滤器的作用是进一步滤除压缩空气的水分、油滴及杂质，以达到气压系统所要求的净化程度。图117为在气源装置的出口使用的普通空气过滤器（也称分水滤气器，属于二次过滤器）的结构原理图。,图11-7 空气过滤器,1旋风叶子；2滤芯；3存水杯；4档水板；5手动放水阀,(6) 油雾分离器（除油器）空气过滤器不能分离悬浮油雾粒子，这是由于处于干燥状态的微小（23）油粒很难附着于固体表面。要分离这种油雾，需要使用带凝聚式滤芯的油雾过滤器。图11-8所示为油雾分离器结构原理,图形符号,11-8
8、 油雾分离器,图11-9 凝聚式滤芯结构原理,(1) 油雾器油雾器是一种特殊的注油装置。它的作用是使润滑油雾化后注入空气流中，随空气进人需要润滑的部件中，达到润滑的目的。表11-10为油雾器的常见故障及其排除方法。,图11-10 油雾器,l进气口； 2、3小孔；4出口；5储油杯；6单向阀； 7节流阀；8视油帽；9油塞；10截止阀；11吸油管,2）消声器常用的消声器有三种型式：吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型。（1） 吸收型消声器图1111为吸收型消声器结构图,图11-11 为吸收型消声器, 膨胀干涉型消声器主要用于消除中、低频噪声，尤其是低频噪声。它的缺点是结构较大，不够紧凑。 膨胀干涉吸收
9、型消声器如图1112所示为干涉吸收型消声器,图11-12 膨胀干涉吸收型消声器 l，5端盖；2反射套；3消音套；4吸音层,（3）转换器在气动控制系统中，也与其它自动控制装置一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分工作介质为气体，而信号传感部分和执行部分可能用电或液体传输，这就要通过转换器来转换。常用的转换器有：气电、电气、气液等。 气电转换器及电气转换器,图形符号,图11-13 高压型气电转换器,1螺母；2弹簧；3微动开关；4爪枢；5圆盘；6膜片；7顶杆, 气液转换器气液转换器就是把气压转换成液压的压力转换装置。图1114是气液转换器的结构原理图,图形符号,图11-14 气液转换器,11.3
10、气动执行元件,气动执行元件能将压缩空气的转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动等，输出力或转矩。气动执行元件可以分为气缸和气马达两大类。,气缸是气动系统中常用的气动执行元件，它将压缩空气的压力能转化为机械能，输出力驱动机构作往复直线运动或通过机械机构转化为旋转运动。1. 普通气缸普通气缸用于无特殊要求的场合，如一般的驱动，定位、夹紧装置的驱动等。,11.3.1 气缸,(1) 单作用气缸,图11-15 单作用气缸,1后缸盖；2活塞；3前缸盖；4活塞杆；5通气孔；6弹簧；7进排气孔,(2) 双作用气缸 双作用气缸的特点是压缩空气可使活塞向两个方向运动。双作用气缸的结构如图11-16
11、所示。,图11-16 双作用气缸,1有杆腔；2无杆腔；3后缸盖；4活塞； 5密封圈； 6缸筒；7前缸盖；8活塞杆,2. 特殊气缸 （1）气液阻尼缸图1117为串联式气一液阻尼缸的工作原理图，,图11-17 串联式气液阻尼缸,(a)单作用式 ( b) 双作用式,图11-18 薄膜式气缸 1缸体；2膜片；3膜盘；4活塞杆,（2）薄膜式气缸,图11-19 冲击气缸,1、6进（排）气； 2有杆腔； 3活塞； 4低压排气口； 5储能腔； 7后盖； 8中盖； 9密封垫片； 10活塞杆；11前盖,(3) 冲击气缸,(4) 伸缩套筒式气缸在某些场合下，要求气缸的缩回时尺寸要小，而伸出时行程要大，这就需要采用伸
12、缩套筒式气缸，它分为单作用和双作用两种。图1121为伸缩套筒式气缸的工作原理图。其特点是行程长，径向尺寸较大，轴向尺寸小，推力和速度随工作行程的变化而变化。,图11-21 伸缩套筒式气缸,(5) 摆动气缸（摆动马达）图1122为摆动气缸的工作原理图，,(a) 单叶片式 (b)双叶片式,l叶片； 2转子； 3缸体；4定子,(6) 回转气缸,图11-23 回转气缸,1活塞杆 2、5密封圈3缸体 4活塞6缸盖 7、8轴承9导气头体10导气头芯,11.3.2. 气马达1. 马达的分类和工作原理气动系统最常用的是容积式。容积式气马达按其结构可分为：叶片式、活塞式、齿轮式以及摆动式。现以最常用的叶片式气马
13、达为例简介气马达工作原理，如图1124所示,图11-24 叶片式气马达,1定子；2转子；3、4叶片,11.4 气动控制元件气动控制阀在气动系统中是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向等的气动控制元件，其作用是保证气动系统中的气动装置按设计中所规定的程序正常工作。根据气动控制阀的功能和用途，可将其主要作如下分类： （1）方向控制阀 （2）压力控制阀 （3）流量控制阀 按阀的基本结构可分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。,11.4.1 方向控制阀在气动回路中，方向控制阀的作用是控制气流通道的通断和改变压缩空气的流动方向。气动方向控制阀若按阀内气体的流动方向，可分为单向型控制阀和换向型控制阀两大类。
14、,1单向型方向控制阀只允许气流沿着一个方向流动的方向控制阀，通称为单向型方向控制阀。 （1）单向阀单向阀是一种气流在阀体内只能向一个方向流动而不能反向流动的阀。图1125所示为单向阀的动作原理图。,图11-25 单向阀工作原理 1活塞； 2弹簧,(2) 或门型梭阀或门型梭阀可以看作是由两个单向阀组合而成的。其动作原理和图形符号如图1127所示。图11-28为 或门型梭阀的结构图。,图11-27 或门型梭阀工作原理,图11-28 或门型梭阀的结构 l阀体； 2阀芯,3) 快速排气阀快速排气阀简称快排阀，它是为加快气缸运动速度作快速排气用的。图1129是快速排气阀的一种结构形式和图形符号。当压缩空
15、气进入进气口P，使膜片1受压变形下移，P与A的通道被打开，同时排气口O被关闭；当 P口没有压缩空气进入时，在 A口和P口压差作用下，膜片向上恢复，P口关闭，使A口气体通过O口快速排气。,图11-29 快速排气阀 l膜片；2一阀体,图11-30 快速排气阀的应用 1单作用气缸；2快排阀；3节流阀；4手动阀,2换向型方向控制阀气压控制换向阀 电磁控制换向阀 机械控制换向阀 人力控制换向阀,1.4.2 压力控制阀为保证气动系统动作的稳定性、耐久性和安全性，以及达到节能等目的，常采用不同的器件来控制气动回路在不同区段或不同工况时的气体压力。 这一类控制气体压力的阀，统称为压力控制阀。从阀的功能来分，压
16、力控制阀有减压阀、溢流阀、安全阀和顺序阀等。,1减压阀减压阀的作用是将较高的输人压力调整到低于输入压力的稳定的调定压力输出，以保证气动系统或装置的工作压力稳定，不受输出空气流量变化和气源压力波动的影响。图1139为一种常用的直动式减压阀结构原理图。,图11-39 直动式减压阀,1调节螺钉； 2调压弹簧； 3溢流阀口； 4橡胶膜片； 5阀杆； 6反馈导管； 7进气阀门； 8复位弹簧,2溢流阀(安全阀)溢流阀和安全阀在结构和功能方面往往相类似，有时可不加以区别。它们的作用都是当气动回路和容器中的压力上升到超过调定值时，把超过调定值的压缩空气排入大气，以保持进口压力的调定值。实际上，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。图1140为溢流阀的工作原理。,
