第十一章气动元件.pptx

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1、17 二月 2023在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件被称为气动执行元件。可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称为气缸；可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为气马达。11.1 执行元件第1页/共156页17 二月 202311.1 执行元件主要内容：气缸的分类气缸的结构几种工业中常见的气缸气缸的设计计算气缸的选择和使用气动马达第2页/共156页17 二月 2023 在气动自动化系统中，气缸由于其相对较低的成本、容易安装、结构简单、耐用、各种缸径尺寸及行程可选，因而是应用最广泛的一种执行元件。根据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。要完全确切地对气缸进行分类

2、较困难，气缸主要的分类方式如下:一、气缸的分类第3页/共156页17 二月 2023一、气缸的分类1 1、按结构分类，其分类如图。第4页/共156页17 二月 20232 2、按尺寸分类通常将缸径为2.52.56mm6mm的称为微型气缸8 825mm25mm为小型气缸3232320mm320mm为中型气缸大于320mm320mm为大型气缸。一、气缸的分类第5页/共156页17 二月 20233 3、按安装方式分类固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动，如图（a a）、（b b）、（c c）、（d d）所示。摆动式气缸 缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动。如图（e e）、（f f）、（g g）所

3、示。一、气缸的分类第6页/共156页17 二月 20234 4、按缓冲方式分类活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞在行程终端撞击端盖造成气缸损伤和降低撞击噪音，在气缸行程终端，一般都设有缓冲装置。缓冲可分为单侧缓冲和双侧缓冲，固定缓冲和可调缓冲。设有缓冲装置的气缸，称缓冲气缸；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲气缸适用于微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸。气缸缓冲的类型：弹性垫缓冲(一般为固定的)：弹性垫缓冲是在活塞两侧设置橡胶垫,或者在两端缸盖上设置橡胶垫,吸收动能,常用于缸径小于25mm25mm的气缸。气垫缓冲(一般为可调的)：气垫缓冲是利用活塞在行程终端前封闭的 缓冲腔室所形成的气垫作用

4、来吸收动能的,适用于大多数气缸的缓冲。一、气缸的分类(Cylindertypes)第7页/共156页17 二月 20235 5、按润滑方式分类给油气缸：给油气缸使用的工作介质是含油雾的压缩空气，对气缸内活塞、缸筒等相对运动部件进行润滑和不给油气缸：不给油气缸所使用的压缩空气中不含油雾，是靠装配前预先添加在密封圈内的润滑脂使气缸运动部件润滑的。注意 不给油气缸也可以给油使用，但一旦给油使用后,则必须一直给油使用,否则将引起密封件过快磨损。这是因为压缩空气中的油雾已将润滑脂洗去,而使气缸内部处于无油润滑状态了。一、气缸的分类(Cylindertypes)第8页/共156页17 二月 20236 6

5、、按驱动方式分类单作用气缸双作用气缸一、气缸的分类(Cylindertypes)第9页/共156页17 二月 2023活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元件组成。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第10页/共156页17 二月 2023活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元件组成。（1 1）缸筒 一般采用圆筒形结构,但随着气缸品种发展、加工工艺技术的提高，已广泛采用方形、矩形的异形管材及用于防转气缸的矩形或椭圆孔的异形管材。缸筒材料一般采用冷拔钢管、铝合金管、不锈钢管、铜管和工程塑料管，中小型气缸大多用铝合金管和不锈

6、钢管,对于广泛使用的开关气缸的缸筒要求用非导磁材料，用于冶金、汽车等行业的重型气缸一般采用冷拔精拉钢管,也有用铸铁管的。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第11页/共156页17 二月 2023（1 1）缸筒 缸筒材料表面要求有一定的硬度,以抗活塞运动时的磨损。钢管内表面需镀铬珩磨,镀层厚度0.02mm0.02mm，铝合金管需硬质阳极氧化处理，硬氧膜层厚度303050m50m。缸筒与活塞间隙配合精度H9H9级，圆柱度误差0.0020.0020.0030.003，表面粗糙度为Ra0.2Ra0.20.40.4，缸筒两端面对内孔轴线的垂直度允差0.050.050.10.1

7、，气缸筒应能承受1.51.5倍最高工作压力条件下的耐压试验，不得有泄漏缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式进行计算：式中：b b 缸筒壁厚(cm)(cm)；D D缸筒内径(cm)(cm)；p p缸筒承受的最大气压力(Mpa)(Mpa)；缸筒材料的许用应力(MPa)(MPa)。实际缸筒壁厚,对于一般用途的气缸约取计算值的7 7倍,重型气缸约取计算值的2020倍，再圆整到标准管材尺寸。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第12页/共156页17 二月 2023（2 2）活塞杆 活塞杆是用来传递力的重要零件,要求能承受拉伸、压缩、振动等负载,表面耐磨,不生锈。活塞杆材质一般选用3

8、535、4545碳钢,特殊场合用精轧不锈钢等材料，钢材表面需镀铬及调质热处理。气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏；多数场合活塞杆承受的是推力负载，必须考虑细长杆的压杆稳定性。气缸水平安装时，应考虑活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。活塞杆头部连接处，在大惯性负载运动停止时，往往伴随着冲击，由于冲击作用而容易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲吸收装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第13页/共156页17 二月 2023（3 3）活

9、塞 气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内做摩擦滑动，且必须承受冲击。在高速运动场合,活塞有可能撞击缸盖。因此,要求活塞具有足够的强度和良好的滑动特性。对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能,特别是耐磨性和不发生“咬缸”现象。活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞宽度越小,气缸的总长就越短。活塞的滑动面小容易引起早期磨损和卡死，如“咬缸”现象。一般对标准气缸而言,活塞宽度约为缸径的202025%25%，该值需综合考虑使用条件，由活塞与缸筒、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有用黄铜制造的。二、气缸的基本结构(Cylindercon

10、struction)第14页/共156页17 二月 2023（4 4）导向套 导向套用作活塞杆往复运动时的导向。因此，同对活塞的要求一样,要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受重载时引起的弯曲、振动及冲击。在粉尘等杂物进入活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤。导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料,也可用铜颗粒烧结的含油轴承材料。导向套内径尺寸容许公差一般取H8H8，表面粗糙度Ra0.4Ra0.4。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第15页/共156页17 二月 2023（5 5）密封：动密封和静密封。缸筒和缸盖等固定部分的密封称为静密

11、封；活塞在缸筒里作回转或往复运动处的部件密封称为动密封。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第16页/共156页17 二月 2023（5 5）气缸的密封 缸盖和缸筒连接的密封 一般采用形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时也采用橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。活塞的密封 活塞有两处地方需密封:一处是活塞与缸筒间的动密封，除了用形圈和唇形圈外,也有用W W形密封，它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封结构，W W形密封是双向密封,轴向尺寸小。另一处是活塞与活塞杆连接处的静密封，一般用形密封圈。下图为常用活塞式密封结构。二、气缸的基本结构(Cyl

12、inderconstruction)第17页/共156页17 二月 2023二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第18页/共156页17 二月 2023（5 5）气缸的密封 活塞杆的密封 一般在缸盖的沟槽里放置唇形圈和防尘圈,或防尘组合圈,保证活塞杆往复运动的密封和防尘。缓冲密封 有两种方法:一种是采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上；另一种是采用气缸缓冲专用密封圈,它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体构成,压配在缸盖上作缓冲密封，这种缓冲专用密封圈的性能比前者好。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第19页/共156页17 二月 2023（5 5）

13、密封原理 气缸密封性能好坏，是影响气缸性能的重要因素。按密封原理，可将密封圈分成压缩密封圈和气压密封圈两大类。压缩密封是依靠安装时的预压缩力使密封圈产生弹性变形达到密封作用的，如型和方型密封圈等，气压密封是靠工作气压使密封圈的唇部变形来达到密封作用的，如唇型密封圈。二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)第20页/共156页17 二月 2023二、气缸的基本结构(Cylinderconstruction)（5 5）密封原理第21页/共156页17 二月 2023气缸的缸筒内径D（简称缸径）和活塞行程L是选择气缸的重要参数。1 1缸径 D D：气缸的缸筒内径尺寸见表9-1(

14、GB2348)气缸的规格第22页/共156页17 二月 20232 2活塞行程L L 气缸活塞行程系列按照优先顺序分成三个等级选用，见表9-29-2至表9-49-4。气缸的规格第23页/共156页17 二月 20233.3.常用中小型气缸尺寸见表9-59-5。其中标准行程是指符合行程系列尺寸的，生产厂商能正常供货的规格。气缸的规格第24页/共156页17 二月 2023三、几种工业中常见的气缸第25页/共156页17 二月 2023普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸。有单作用和双作用气缸两种。1、普通气缸 第26页/共156页17 二月 2023双作用气缸动作原理（Doublea

15、ctingcylinders）1、普通气缸 第27页/共156页17 二月 2023单作用气缸动作原理（Singleactingcylinders）单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回）,而另一端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。1、普通气缸第28页/共156页17 二月 2023单作用气缸动作原理（Singleactingcylinders）跟据复位弹簧位置，单作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸。当弹簧装在有杆腔内，由于弹簧的作用力使气缸活塞杆初始位

16、置处于缩回的位置，这种气缸称为预缩型单作用气缸；当弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为预伸型气缸。如图（b b）所示为预缩型单作用气缸结构原理图，这种气缸在活塞杆侧装有复位弹簧,在前缸盖上开有呼吸用的气口。除此之外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间采用滚压铆接方式固定。单作用缸行程受内装回程弹簧自由长度的影响，其行程长度一般在100mm100mm以内。图（a a）所示是几种型号单作用缸的外形图。1、普通气缸第29页/共156页17 二月 2023 标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、普通厂商通常作为通用产品供应市场的气缸。

17、如符合国际标准ISO6430ISO6430、ISO6431ISO6431或ISO6432ISO6432的普通气缸。符合我国标准GB8103-87GB8103-87（即ISO6431ISO6431）、德国标准DIN ISO6431DIN ISO6431等气缸都是标准气缸。在国际上，几乎所有的气动专业厂商目前都已生产符合ISO6431ISO6431，ISO6432ISO6432标准的气缸。对于ISO6431ISO6431标准而言，标准主要内容是对气缸的缸径系列、活塞杆伸出部分的螺纹尺寸作了规定，对同一缸径的气缸的外形尺寸（其长度、宽度、高度）作了限制，并对气缸的连接尺寸作了统一的规定。这一规定仅针

18、对连接对外部连接尺寸的统一，而连接件与气缸的连接尺寸未作规定。因此，对于两家都符合ISO6431ISO6431标准的气缸不能直接互换，而必须连同连接件一起更换。这一点在气缸选用时要特别注意。2、标准气缸 第30页/共156页17 二月 2023 无杆气杆没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现往复运动。行程为L L的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间约为2.2L2.2L。没有活塞杆，则占有安装空间仅为1.2L1.2L，且行程缸径比可达5050至100100。没有活塞杆，还能避免由于活塞杆及杆密封圈的损伤而带来的故障。而且由于没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等，双向行程具有同样的

19、推力，有利于提高定位精度。这种气缸的最大优点是节省了安装空间，特别适用于小缸径、长行程的场合。无杆气缸现已广泛用于数控机床、注塑机等的开门装置上及多功能坐标机器手的位移和自动输送线上工件的传送等。3、无杆气缸(Rodlesscylinder)第31页/共156页17 二月 2023无杆气缸主要分为机械接触式和磁性耦合式两种。通常将磁性耦合无杆气缸称为磁性气缸。3、无杆气缸(Rodlesscylinder)第32页/共156页17 二月 20233、无杆气缸(Rodlesscylinder)图5.19 绳索气缸 缆索气缸第33页/共156页17 二月 20233、无杆气缸(Rodlesscyli

20、nder)磁感应气缸(Cylinder with magnetic)第34页/共156页17 二月 2023磁感应气缸(Cylinderwithmagnetic)图9-109-10（b b）所示为一种磁性耦合的无杆气缸。它是在活塞上安装了一组高磁性的永久磁环4 4,磁力线通过薄壁缸筒(不锈钢或铝合金非导磁材料)与套在外面的另一组磁环2 2作用。由于两组磁环极性相反具有很强的吸力。当活塞在一侧输入气压作用下移动时,则在磁耦合力作用下,带动套筒与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。它的特点：小型、重量轻、无外部空气泄漏、维修保养方便。当速度快、负载大时，内外磁环易脱开，即负载大小受速度影

21、响,且磁性藕合的无杆气缸中间不可能增加支承点,最大行程受到限制，图9-109-10（a a）为其外形图。3、无杆气缸(Rodlesscylinder)第35页/共156页17 二月 2023磁性开关气缸是指在气缸的活塞上装有一个永久磁环，而将磁性开关装在气缸的缸筒外侧。其余和一般气缸并无两样。气缸可以是各种型号的气缸，但缸筒必须是导磁性弱、隔磁性强的材料。如铝合金、不锈钢、黄铜等。当随气缸移动的磁环靠近磁性开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后，簧片失磁，触点断开。这样可以检测到气缸的活塞位置而控制相应的电磁阀动作。图9-119-11为带磁性开关气缸的工作

22、原理图。以前，气缸行程位置的检测是靠在活塞杆上设置行程挡块触动机械行程阀来发信号的。从而给设计、安装、制造带来不便。而用磁性开关气缸则使用方便、结构紧凑、开关反应时间快，故得到广泛应用。4、带磁性开关的气缸(Cylinderwithmagneticlimitedswitch)第36页/共156页17 二月 20234.带磁性开关的气缸(Cylinderwithmagneticlimitedswitch)第37页/共156页17 二月 20235、摆动气缸(Rotarycylinder)第38页/共156页17 二月 2023摆动气缸是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称为旋转气缸

23、。摆动气缸目前在工业上应用广泛，多用于安装位置受到限制，或转动角度小于3603600 0的回转工作部件，其动作原理也是将压缩空气的压力能转变为机械能。常用的摆动气缸的最大摆动角度分为90900 0、1801800 0、2702700 0三种规格。图9-129-12为其应用实例。按照摆动气缸的结构特点可分为齿轮齿条式和叶片式两类。5.摆动气缸(Rotarycylinder)第39页/共156页17 二月 20231 1齿轮齿条式摆动气缸 齿轮齿条式摆动气缸有单齿条和双齿条两种。图9-139-13（b b）为单齿条式摆动气缸的结构原理图，压缩空气推动活塞6 6带动齿条3 3作直线运动，齿条3 3则

24、推动齿轮4 4作旋转运动，由输出轴5 5（齿轮轴）输出力矩。输出轴与外部机构的转轴相连，让外部机构作摆动。摆动气缸的行程终点位置可调，且在终端可调缓冲装置，缓冲大小与气缸摆动的角度无关，在活塞上装有一个永久磁环，行程开关可固定在缸体的安装沟槽中。图9-139-13（a a）为其外形图。5.摆动气缸(Rotarycylinder)第40页/共156页17 二月 20232、叶片式摆动气缸叶片式摆动气缸可分为单叶片式和双叶片式和多叶片式。叶片越多，摆动角度越小，但扭矩却要增大。单叶片型输出摆动角度小于3600，双叶片型输出摆动角度小于1800，三叶片型则在1200以内。图914（b）、（c）分别为

25、单、双叶片式摆动气缸的结构原理图。在定子上有两条气路，当左腔进气时，右腔排气，叶片在压缩空气作用下逆时针转动，反之，作顺时针转动。旋转叶片将压力传递到驱动轴上作摆动。可调止动装置与旋转叶片相互独立，从而使得挡块可以调节摆动角度大小。在终端位置，弹性缓冲垫可对冲击进行缓冲。图914（a）为叶片式摆动缸的外形图。5、摆动气缸(Rotarycylinder)第41页/共156页17 二月 20235、摆动气缸(Rotarycylinder)第42页/共156页17 二月 20235.摆动气缸(Rotarycylinder)第43页/共156页17 二月 2023气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械

26、手的关键部件。图9-159-15所示的气爪的特点是：1)1)所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高；2)2)抓取力矩恒定；3)3)在气缸两侧可安装非接触式检测开关；4)4)有多种安装、连接方式。6、气爪（手指气缸）（Gripper）第44页/共156页17 二月 2023图9-159-15（a a）所示为FESTOFESTO平行气爪，平行气爪通过两个活塞工作，两个气爪对心移动。这种气爪可以输出很大的抓取力，既可用内抓取，也可用于外抓取。图9-159-15（b b）所示为FESTOFESTO摆动气爪，内外抓取40400 0摆角 ，抓取力大，并确保抓取力矩始终恒定。图9-1

27、59-15（c c）所示为FESTOFESTO旋转气爪，其动作和齿轮齿条的啮合原理相似。两个气爪可同时移动并自动对中，其齿轮齿条原理确保了抓取力矩始终桓定。图9-159-15（d d）所示为FESTOFESTO三点气爪，三个气爪同时开闭，适合夹持圆柱体工件及工件的压入工作。6、气爪（手指气缸）（Gripper）第45页/共156页17 二月 2023气液阻尼缸是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。由气缸产生驱动力，而用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动。这种气缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置,克服了普通气缸在负载变化较大时容易产生的“爬行”或“自移”现象，可以满足驱动刀具进行切削加工的要求。图

28、916所示为串联式气液阻尼缸原理图。它的液压缸和气缸共用同一缸体，两活塞固联在同一活塞杆上。当气缸右腔供气，左腔排气时活塞杆伸出的同时带动液压缸活塞左移，此时液压缸左腔排油经节流阀5流向右腔，对活塞杆的运动起阻尼作用。调节节流阀便可控制排油速度，由于两活塞固联在同一活塞杆上，便也控制了气缸活塞的左行速度。反向运动时因单向阀3开启，活塞杆可快速缩回，液压缸无阻尼。油箱4是为了克服液压缸两腔面积差和补充泄漏用的，如将气缸、液压缸位置改为图917的并联型气液阻尼缸，则油箱可省去，改为油杯补油即可。7、气液阻尼缸 第46页/共156页17 二月 20237、气液阻尼缸 第47页/共156页17 二月

29、20237、气液阻尼缸 第48页/共156页17 二月 20238、套筒气缸 套筒气缸又称伸缩气缸，分为单作用和双作用两种，图5.85.8所示为其结构原理图。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。气缸的推力由最后一级即直径最小的一级来确定。图5.8 套筒气缸结构原理第49页/共156页17 二月 20239、多位气缸采用数个气缸串联起来，并通过设定各个气缸的行程。以获得多个停止位置的气缸，称多位气缸。其结构原理如图所示。第50页/共156页17 二月 202310、串联气缸 将两个缸径相同的普通双作用气缸串联在一起即为串联气缸，如图5.105.10所示。由

30、于两个活塞串联在一根活塞杆上，其输出力比一个活塞的气缸增加一倍。这种气缸常用于要求增加气缸输出力，而不能增大气缸直径，但允许增长缸体的场合。第51页/共156页17 二月 202311、制动气缸 带有制动装置的气缸称为制动气缸，也称锁紧气缸。制动装置一般安装在普通气缸的前端，其结构有卡套锥面式、弹簧式和偏心式等多种形式。图5.12a5.12a所示的制动气缸为卡套锥面式制动装置，它由制动闸瓦、制动活塞和弹簧等构成。图5.12 制动气缸a)制动气缸 b)放松状态 c）夹紧状态第52页/共156页17 二月 20231.1.气缸的理论输出力普通双作用气缸的理论推力（N N）为：式中,D,D一缸径(m

31、)(m)，p p一气缸的工作压力(Pa)(Pa)。理论拉力(N)(N)为：式中,d,d一活塞杆直径（m m）时,估算时可令d=0.3Dd=0.3D。四、普通气缸的设计计算 第53页/共156页17 二月 20232 2气缸的负载率气缸的负载率：是指气缸的实际负载力F F与理论输出力F0F0之比。负载力是选择气缸的重要因素。负载情况不同，作用在活塞轴上的实际负载力也不同。四、普通气缸的设计计算 第54页/共156页17 二月 20232 2气缸的负载率表9-69-6所示几个负载实例。四、普通气缸的设计计算 第55页/共156页17 二月 20232 2气缸的负载率四、普通气缸的设计计算 第56页

32、/共156页17 二月 2023举例 用气缸水平推动台车，负载质量M=150kgM=150kg，台车与床面间摩擦系数0.30.3，气缸行程L=300mmL=300mm，要求气缸的动作时间t=0.8st=0.8s，工作压力P=0.5MpaP=0.5Mpa。试选定缸径。四、普通气缸的设计计算 第57页/共156页17 二月 20233.3.气缸的耗气量 耗气量是指气缸住复运动时所消耗的压缩空气量，它的大小与气缸的性能无关，但它是选择空压机排量的重要参数。气缸的耗气量与气缸的活塞直径D D、活塞杆直径d d、活塞的行程L L以及单位时间往返次数N N有关。以单出杆双作用气缸为例，活塞杆伸出和退回行程

33、的耗气量分别为 因此，活塞往复一次所耗压缩空气量为 若活塞每分钟往返N次，则每分钟活塞运动的耗气量为四、普通气缸的设计计算 第58页/共156页17 二月 20233.3.气缸的耗气量 上述计算的是理论耗气量，但由于泄漏等因素的影响，实际耗气量要更大些。因此实际耗气量Vs=（1.21.5）V V 计算的是压缩空气的耗气量，这是选择气源供气量的重要依据。未经压缩的自由空气的耗气量要比该值大，当实际消耗的压缩空气量为时，其自由空气的耗气量为 式中p为工作压力（Mpa）。四、普通气缸的设计计算 第59页/共156页17 二月 2023气缸的合理选用，是保证气动系统正常稳定工作的前提。所谓合理选用气缸

34、，就是要根据各生产厂家要求的选用原则，使气缸符合正常的工作条件，这些条件主要包括工作压力范围、负载要求、工作行程、工作介质温度、环境条件(温度等)、润滑条件及安装要求等。五、气缸的选择和使用要求第60页/共156页17 二月 20231 1气缸的选择要点1 1）根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力F F和负载率，再根据使用压力应小于气源压力8585的原则，按气源压力确定使用压力P P。对单作用缸按杆径与缸径比为0.50.5，双作用缸杆径与缸径比为0.30.30.40.4预选，并根据公式便可求得缸径D D，将所求出的D D值标准化即可。如D D尺寸过大，可采用机械扩力机构。2 2）根据气缸

35、及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程,为便于安装调试，对计算出的距离以加大101020mm20mm为宜，但不能太长，以免增大耗气量。3 3）根据使用目的和安装位置确定气缸的品种和安装形式。可参考相关手册或产品样本。4 4）确定管路及控制元件。活塞(或缸筒)的运动速度主要取决于气缸进、排气口及导管内径，选取时以气缸进排气口连接螺纹尺寸为基准。为获得缓慢而平稳的运动可采用气液阻尼缸。普通气缸的运动速度为0.50.51m1ms s左右，对高速运动的气缸应选用缓冲缸或在回路中加缓冲。五、气缸的选择和使用要求第61页/共156页17 二月 20232 2气缸的使用要求1 1）气缸的一般工作条件是：周

36、围环境及介质温度505060600 0C C，工作压力0.40.40.6Mpa0.6Mpa（表压）。超出此范围时，应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。2 2）安装前应在1.51.5倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。3 3）在整个工作行程中负载变化较大时，应使用有足够出力余量的气缸。4 4）不使用满行程工作，特别在活塞伸出时以避免撞击损坏零件（宜采用外部机械限位）。5 5）注意合理润滑，除无油润滑气缸外应正确设置和调整油雾器。6 6）气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏，大多数场合活塞杆承受的是推力负载,必须考虑细长杆的压杆稳定性和气缸水平安装时活塞杆伸出因

37、自重而引起活塞杆头部下垂的问题。安装时还要注意受力方向，活塞杆不允许承受径向载荷。7 7）活塞杆头部连接处,在大惯性负载运动停止时,往往伴随着冲击,由于冲击作用而容易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。五、气缸的选择和使用要求第62页/共156页17 二月 2023六、气动马达（Airmotors）气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩、驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和

38、齿轮式气马达。第63页/共156页17 二月 20231叶片式气动马达的工作原理 图918所示是双向叶片式气动马达的工作原理图。压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端的密封盖的槽进入叶片底部(图中未表示)，将叶片推出，使叶片贴紧在定于内壁上，大部分压缩空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转，作功后的气体由定子上的孔c和B排出。若改变压缩空气的输入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。六、气动马达（Airmotors）第64页/共156页17 二月 2023六、气动马达（Airmotors）第65页

39、/共156页17 二月 2023齿轮式气马达 齿轮式气马达有双齿轮式和多齿轮式，而以双齿轮式应用得最多。齿轮可采用直齿、斜齿和人字齿。图5.435.43为齿轮式气马达结构原理。这种气马达的工作室由一对齿轮构成，压缩空气由对称中心处输入，齿轮在压力的作用下回转。采用直齿轮的气马达可以正反转动，采用人字齿轮或斜齿轮的气马达则不能反转。如果采用直齿轮的气马达，则供给的压缩空气通过齿轮时不膨胀，因此效率低。当采用人字齿轮或斜齿轮时，压缩空气膨胀6060一7070，提高了效率。齿轮式气马达与其它类型的气马达相比，具有体积小、重量轻、结构简单、对气源质量要求低、耐冲击及惯性小等优点。但转矩脉动较大，效率较

40、低。小型气马达转速能高达10000r10000rmin,min,大型的能达到1000r1000rminmin，功率可达50kW50kW。主要应用于矿山工具。六、气动马达（Airmotors）第66页/共156页17 二月 2023六、气动马达（Airmotors）齿轮式气马达结构原理第67页/共156页17 二月 2023（1 1）气动马达的特点1）工作安全，具有防爆性能，适用于恶劣的环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。2 2）有过载保护作用。过载时马达只是降低转速或停止，当过载解除后运转，并不产生故障。3 3）可以无级调速。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转

41、速。4 4）比同功率的电动机轻1 13 31 11010，输出功率惯性比较小。5 5）可长期满载工作，而温升较小。6)6)功率范围及转速范围均较宽，功率小至几百瓦，大至几万瓦，转速可从每分钟几转到上万转。7 7）具有较高的启动转矩，可以直接带负载启动。启动、停止迅速。8 8）结构简单，操纵方便，可正反转，维修容易，成本低。9 9）速度稳定性差。输出功率小，效率低，耗气量大。噪声大，容易产生振动。六、气动马达（Airmotors）第68页/共156页17 二月 2023（2 2）气动马达的应用 气动马达的工作适应性较强，可适用于无级调速、启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便人工

42、操纵及有过载可能的场合。目前，气动马达主要应用于矿山机械、专业性的机械制造业、油田、化工、造纸、炼钢、船舶、航空、工程机械等行业，许多气动工具如风钻、风扳手、风砂轮等均装有气动马达。随着气压传动的发展，气动马达的应用将更趋广泛。六、气动马达（Airmotors）第69页/共156页17 二月 2023六、气动马达（Airmotors）第70页/共156页17 二月 202311.2 控制元件 第71页/共156页17 二月 20231、控制元件按功能和用途可分为方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀三大类。此外，还有通过改变气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件。近年来，随着气动元件的小型化

43、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。0.概述第72页/共156页17 二月 20230.概述2、气动控制系统可分为断续控制和连续控制两类。1.在断续控制系统中，通常要用压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀来实现程序动作；2.在连续控制系统中，除了要用压力、流量控制阀外，还要采用伺服、比例控制阀等，以便对系统进行连续控制。第73页/共156页17 二月 20230.概述第74页/共156页17 二月 202311.2 控制元件教学内容：压力控制阀流量控制阀方向控制阀第75页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）压力控制

44、阀是用来控制气动系统中压缩空气的压力，满足各种压力需求或用于节能。压力控制阀有减压阀、安全阀（溢流阀）和顺序阀三种。空压站输出的空气压力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。对于低压控制系统 (如气动测量)，除用减压阀降低压力外，还需要用精密减压阀（或定值器）以获得更稳定的供气压力。这类压力控制阀当输入压力在一定范围内改变时，能保持输出压力不变。当管路中的压力超过允许压力时，为了保证系统的工作安全，住往用安全阀实现自动排气，使系统的压力下降。（空压机、储气罐顶部必须装安全阀）气动装置中不便安装行程阀而要依据气压的大小来控制两

45、个以上的气动执行机构的顺序动作时，就要用到顺序阀。第76页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）一减压阀1.1.直动型减压阀 QTYQTY型直动型减压阀的特点：、空气减压阀是在一般气动控制系统和一般气动管路中需要保持一定空气压力的条件下使用。、空气减压阀亦称气动调压阀是溢流式直动型空气减压阀，它直接靠手柄操纵调压弹簧来调节输出压力，可在规定调压范围内实现无级调压，并保持稳定于调定值。、空气减压阀下游压力(输出口压力)超过调定压力时，溢流阀开始溢流，故对于不准溢漏到空气中的有害气体，不得直接采用本系列产品。、空气减压阀采用平衡式进气阀，故输入压力在高于调

46、定压力的范围内的变动对输出压力影响甚微。第77页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）1.1.直动型减压阀外形与图形符号 型号说明 第78页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）1.1.直动型减压阀 QTYQTY型直动型减压阀的工作原理：第79页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）2.2.先导型减压阀 类型：内部先导型：所用的调节气体由装在阀内部的小型直动式减压阀提 供外部先导型：控制气由外部减压阀提供工作原理（内部先导型）：3.3.减压阀的应用第80页/共156页1

47、7 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）4.4.减压阀选择和使用（1 1）根据系统控制精度和要求，先择直动型或先导型减压阀、定 值器；（2 2）安装顺序：空气过滤器（分水滤气器+减压阀+油雾器）；（3 3）安装时，注意按减压阀上的箭头方向安装，不得反装；（4 4）不用时将旋钮放松，以膜片受压变形。第81页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）二安全阀 作用：防止系统内压力超过最大许用压力以保护回路或气动装置的安全。阀的输入口与控制系统（或装置）相连，当系统压力小于此阀的调定压力时，弹簧力使阀芯紧压在阀座上，如图（a a）所示。

48、当系统压力大于此阀的调定压力时，则阀芯开启，压缩空气从R R口排放到大气中，如图（b b）所示。此后，当系统中的压力降低到阀的调定值时，阀门关闭，并保持密封。第82页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）二、安全阀 第83页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）二、安全阀 图4.37 膜片式安全阀第84页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）三、溢流阀1.1.结构、功能 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。溢流阀的作用是当气动回路和容器中的压力上

49、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。第85页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）三、溢流阀2.2.直动型溢流阀3.3.先导型溢流阀 第86页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）四、顺序阀 顺序阀是靠回路中的压力变化来控制气缸顺序动作的一种压力控制阀，常用来控制气缸的顺序动作。在气动系统中，顺序阀通常安装在需要某一特定压力的场合，以便完成某一操作。只有达到需要的操

50、作压力后，顺序阀才有气信号输出。第87页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）四、顺序阀 顺序阀的工作原理 a)进气 b)排气 单向顺序阀的工作原理第88页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）四、顺序阀结构图第89页/共156页17 二月 20231、压力控制阀（Pressure valves）顺序阀应用：图1030为顺序阀的应用回路。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。第90页/共156页17 二月 20232、流量控制阀（Flow contro