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1、华中科技大学气源装置及气动元件课件本讲稿第一页，共十九页n气动系统由下面几种元件及装置组成气动系统由下面几种元件及装置组成n气源装置气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。合乎质量要求的压缩空气。n执行元件执行元件 将气体压力能转换成机械能并完将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。成做功动作的元件，如气缸、气马达。n控制元件控制元件 控制气体压力、流量及运动方向控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，如各种阀类；
2、能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。处理装置。n气动辅件气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。器、管道、接头等。本讲稿第二页，共十九页气源装置气源装置n气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。的重要组成部分。n气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定
3、压力和流量，并具有一定的净化程度。程度。n气源装置由以下四部分组成气源装置由以下四部分组成n气压发生装置气压发生装置空气压缩机；空气压缩机；n净化、贮存压缩空气的装置和设备；净化、贮存压缩空气的装置和设备；n管道系统；管道系统；n气动三大件。气动三大件。本讲稿第三页，共十九页 气压发生装置气压发生装置空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。械使用。空气压缩机的分类空气压缩机的分类 分容积型和速度型。分容积型和速度型。常用往复式容积型压缩机，一般空压机为中压，额定排气压力常用往复式容积型压缩机，一般空压机为中压，额定排气压力1MPa；低
4、压空压机排气压力低压空压机排气压力0.2MPa；高压空压机排气压力高压空压机排气压力10MPa。空气压缩机的选用原则空气压缩机的选用原则 依据是气动系统所需要依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。的工作压力和流量两个参数。n空压机输出流量空压机输出流量 qVn(qVn0+qVn1)/(0.70.8)nqVn0 配管等处的泄漏量配管等处的泄漏量nqVn1 工作元件的总流量工作元件的总流量本讲稿第四页，共十九页 压缩空气的净化装置和设备压缩空气的净化装置和设备气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一
5、定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。体的要求。混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响：混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响：n混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，有引起爆炸的危险，另一方面润滑油被汽化后会形成一种有机酸，有引起爆炸的危险，另一方面润滑油被汽化后会形成一种有机酸，对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备受命。对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备受命。n混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小
6、了通道面积，混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小了通道面积，增加了管道阻力。严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常增加了管道阻力。严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常传递，使系统工作不稳定甚至失灵。传递，使系统工作不稳定甚至失灵。n压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常工作。工作。n压缩空气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增压缩空
7、气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增加而效率降低，影响它们的使用寿命。加而效率降低，影响它们的使用寿命。n因此必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、因此必须要设置除油、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。进行气源净化处理的辅助设备。本讲稿第五页，共十九页 压缩空气净化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、干燥器。一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器。后冷却器后冷却器 将空气压缩机排出具有将空气压缩机排出具有140170的压缩空气降至的压缩空气降至4050，压缩空气中的油雾和水
8、气亦凝，压缩空气中的油雾和水气亦凝析出来。冷却方式有水冷和气冷式两种。析出来。冷却方式有水冷和气冷式两种。油水分离器油水分离器 主要利用回主要利用回转离心、撞击、水浴等方法转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其他杂质颗使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。粒从压缩空气中分离出来。本讲稿第六页，共十九页n贮气罐的主要作用是贮存贮气罐的主要作用是贮存一定数量的压缩空气，减一定数量的压缩空气，减少气流脉动，减弱气流脉少气流脉动，减弱气流脉动引起的管道振动，进一动引起的管道振动，进一步分离压缩空气的水分和步分离压缩空气的水分和油分。油分。干燥器的作用是进一步除去压缩空干燥器的作用是进一步除
9、去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。主要采较高的气动装置、气动仪表等。主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。本讲稿第七页，共十九页 管道系统和气动三大件管道系统和气动三大件气动三大件：分水过滤器，减气动三大件：分水过滤器，减压阀，油雾器压阀，油雾器 管道系统布置原则管道系统布置原则本讲稿第八页，共十九页 气动三大件气动三大件气动三大件是压缩空气质量的最后保证。气动三大件是压缩空气质量的最后保证。分水过滤器分水过滤器 作用
10、是除去空气中的灰尘、杂质，作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。并将空气中的水分分离出来。原理：回转离心、撞击，原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性量特性油雾器油雾器 特殊的注油装置。特殊的注油装置。原理原理 当压缩空气流过时，当压缩空气流过时，它将润滑油喷它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。达到润滑的目的。性能指标：流量特性、起雾油量性能指标：流量特性、起雾油量减压阀减压阀 起减压和稳压作用起减压和稳压作用。气动三大件的安装连接次序
11、：分水过滤器、减气动三大件的安装连接次序：分水过滤器、减压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用一件或两件。也可以少于三件，只用一件或两件。注意改正图中错误注意改正图中错误本讲稿第九页，共十九页气动辅件气动辅件n消声器消声器n气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排气量和空气产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排气量和空气通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大，通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大，一
12、般可达一般可达100120dB，为了降低噪声在排气口要装设消声，为了降低噪声在排气口要装设消声器。器。n消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。从而降低噪声的。n消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。n管道连接件管道连接件 包括管子和各种管接头。包括管子和各种管接头。n管子可分为硬管和软管。管子可分为硬管和软管。一些固定不动的、不需要经常一些固定不动的、不需要经常装拆的地方使用硬管；连接运动部件、希望装拆方便的管装拆的地方使用硬管；连接运动部件、希望
13、装拆方便的管路用软管。常用的是紫铜管和尼龙管。路用软管。常用的是紫铜管和尼龙管。n管接头分为卡套式、扩口螺纹式、卡箍式、插入快换式等。管接头分为卡套式、扩口螺纹式、卡箍式、插入快换式等。本讲稿第十页，共十九页气动执行元件气动执行元件 普普通通气气缸缸 膜片气缸是一种用压缩空气推动非金属膜膜片气缸是一种用压缩空气推动非金属膜片作往复运动的气缸，可以是单作用式，也片作往复运动的气缸，可以是单作用式，也可以是双作用式。适用于气动夹具、自动调可以是双作用式。适用于气动夹具、自动调节阀及短行程工作场合。节阀及短行程工作场合。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。包括气气动执行元件是将压缩空
14、气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。气马达。气缸的分类及典型结构气缸的分类及典型结构本讲稿第十一页，共十九页无杆气缸无杆气缸原理原理 铝制缸筒铝制缸筒2 沿轴向方向开槽，为防沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件被内部抗压密封件4 和外部防尘密封件和外部防尘密封件7 密封，塑料的内外密封件互相夹持固定密封，塑料的内外密封件互相夹持固定着。无杆活塞着。无杆活塞3 两端带有唇型密封圈，两端带有唇型密
15、封圈，活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。通过缸筒槽的传动舌片往复移动。通过缸筒槽的传动舌片5，该，该运动被传递到承受负载的导架运动被传递到承受负载的导架6 上。上。此时，传动舌片将密封件此时，传动舌片将密封件4、7挤开，挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此传动舌片与导架组件在气缸上移动因此传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。时无压缩空气泄漏。特点特点 由于独特的设计，该气缸只需要较小的安装空间。由于独特的设计，该气缸只需要较小的安装空间。组成组成 由缸筒由缸筒2，防尘和抗压密封件，防尘和抗
16、压密封件7、4，无杆活塞，无杆活塞3，左右端盖，左右端盖1，传动舌片传动舌片5，导架，导架6等组成。等组成。本讲稿第十二页，共十九页 冲击气缸冲击气缸 由缸筒、活塞和固定在缸筒上的中盖组成，中盖上有一喷嘴。它能产生相当大由缸筒、活塞和固定在缸筒上的中盖组成，中盖上有一喷嘴。它能产生相当大的冲力，可以充当冲床使用。整个工作过程分为三个阶段：的冲力，可以充当冲床使用。整个工作过程分为三个阶段：复位段复位段 气源由孔气源由孔A 供气，孔供气，孔B 排气，活塞上升至密封垫封住喷嘴，排气，活塞上升至密封垫封住喷嘴，气缸上腔成为密封的储气腔。气缸上腔成为密封的储气腔。储能段储能段 气源改由孔气源改由孔B
17、进气，孔进气，孔A 排气。由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小，排气。由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小，而下腔气压作用面积大，故使上腔贮存很高的能量。而下腔气压作用面积大，故使上腔贮存很高的能量。冲击段冲击段 上腔压力继续升高，下腔压力继续降低，当上下腔压力比大于活塞与上腔压力继续升高，下腔压力继续降低，当上下腔压力比大于活塞与喷嘴面积比时，活塞离开喷嘴，上腔气体迅速充入活塞与中盖间的空间。活塞将喷嘴面积比时，活塞离开喷嘴，上腔气体迅速充入活塞与中盖间的空间。活塞将以极大的加速度向下运动。气体的压力能转换为活塞的动能，产生很大的冲击力。以极大的加速度向下运动。气体的压力能转换为活塞的动能，产生很大
18、的冲击力。本讲稿第十三页，共十九页 气缸的工作特性气缸的工作特性气缸的速度气缸的速度 在运动过程中气缸活塞的速度是变化的，通常说气缸速度是在运动过程中气缸活塞的速度是变化的，通常说气缸速度是指活塞平均速度。指活塞平均速度。气缸的理论输出力气缸的理论输出力 其计算公式与液压缸相同。其计算公式与液压缸相同。气缸的效率和负载率气缸的效率和负载率 气缸实际所能输出的力受摩擦力的影响，其影响程度用气缸效率气缸实际所能输出的力受摩擦力的影响，其影响程度用气缸效率表示，表示，与缸径与缸径D和工作压力和工作压力p有关，有关，D增大、增大、p提高，提高，增大，一般在增大，一般在0.70.95之间。之间。在研究气
19、缸性能和确定缸径时，常用到负载率在研究气缸性能和确定缸径时，常用到负载率的概念，定义的概念，定义（气缸实际负载（气缸实际负载F/气缸理论输出力气缸理论输出力F0）。的选取与气缸的负载的选取与气缸的负载性质及运动速度有关性质及运动速度有关气缸的耗气量气缸的耗气量 指气缸在往复运动时所消耗的压缩空气量，其大小与气缸性能无关，指气缸在往复运动时所消耗的压缩空气量，其大小与气缸性能无关，是选择空压机排量的重要依据。是选择空压机排量的重要依据。本讲稿第十四页，共十九页 气马达气马达 气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用 可无级调速；可无级调速；可无级调速；可无
20、级调速；可双向旋转；可双向旋转；可双向旋转；可双向旋转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽；耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大；工作可靠
21、，操作方便。工作可靠，操作方便。工作可靠，操作方便。工作可靠，操作方便。气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑 叶片式气马达的工作原理及特性叶片式气马达的工作原理及特性叶片式气马达的工作原理及特性叶片式气马达的工作原理及特性 叶片式气马达的工作原理与叶片式液压马叶片式气马达的工作原理与叶片式液压马达相似。达相似。特性曲线最大特点是具有软特性：当气特性曲线最大特点是具有软特性：当气特性曲线最大特点是具有软特性：当气特性曲线最大特点是具有软特性：当气压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载压不变时，
22、它的转矩、转速、功率均随着外负载压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载的变化而变化。的变化而变化。的变化而变化。的变化而变化。本讲稿第十五页，共十九页气动控制阀气动控制阀压力控制阀压力控制阀n减压阀减压阀气动三大件之一，用于稳定气动三大件之一，用于稳定用气压力。用气压力。n溢流阀溢流阀只作安全阀用。只作安全阀用。n顺序阀顺序阀由于气缸（马达）的软特性，由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作序动作 流量控制阀流量控制阀 用于控制执行元件运用于控制执行元件运动速度。动速度。节流阀节流阀 单向节流阀单向节流阀 排气节流阀排气节流阀本讲稿第十六页，共十九页n方向控制阀：方向控制阀：n换向阀换向阀气压控制换向阀（加气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、压控制、泄压控制、差压控制）差压控制）电磁控制换向阀，电、电磁控制换向阀，电、气控制换向阀气控制换向阀机械控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀人力控制换向阀 单向阀单向阀 梭阀梭阀 两个单向阀的组合，相当于两个单向阀的组合，相当于“或门或门”。快速排气阀快速排气阀本讲稿第十七页，共十九页产品图片产品图片本讲稿第十八页，共十九页本讲稿第十九页，共十九页