演示文稿氣動工作原理及回路設計

演示文稿氣動工作原理及回路設計現在是1頁\一共有49頁\編輯于星期二（優(yōu)選）氣動工作原理及回路設計現在是2頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質進行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。

除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于實現自動控制、中遠程控制、過載保護等優(yōu)點外，還具有工作介質處理方便，無介質費用、泄漏污染環(huán)境、介質變質及補充等優(yōu)勢。

但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。

應用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工氣壓傳動基礎知識空氣的物理性質理想氣體的狀態(tài)方程氣體的流動規(guī)律氣體在管道中的流動特性氣動元件的通流能力充、放氣溫度與時間的計算現在是3頁\一共有49頁\編輯于星期二空氣的物理性質空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的空氣稱為干空氣?？諝獾拿芏葘τ诟煽諝猞?ρo×273/（273+t）×p/0.1013空氣的粘度較液體的粘度小很多，且隨溫度的升高而升高?？諝獾膲嚎s性和膨脹性體積隨壓力和溫度而變化的性質分別表征為壓縮性和膨脹性。空氣的壓縮性和膨脹性遠大于固體和液體的壓縮性和膨脹性。濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來表示。濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度之分。壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來，相對濕度將大大增加，到溫度降到露點以后，水蒸氣就要凝析出來?，F在是4頁\一共有49頁\編輯于星期二理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。一定質量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間，有如下氣體狀態(tài)方程成立pV/T=常量或p=ρRT氣體狀態(tài)變化過程等溫過程

p1V1=p2V2=常量在等溫過程中，無內能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過程。絕熱過程一定質量的氣體和外界沒有熱量交換時的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。

p1V1k

=p2V2k

=常量式中k為絕熱指數，對空氣來說k=1.4。氣動系統(tǒng)中快速充、排氣過程可視為絕熱過程?，F在是5頁\一共有49頁\編輯于星期二氣體的流動規(guī)律氣體流動基本方程連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因氣體可以壓縮（ρ≠常數），又因氣體流動很快，來不及與周圍環(huán)境進行熱交換，按絕熱狀態(tài)計算，則有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常數因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力，則有

v2/2+gz+kp/（k-1）ρ=常數在低速流動時，氣體可認為是不可壓縮的（ρ＝常數），則有v2/2+gz+p/ρ=常數現在是6頁\一共有49頁\編輯于星期二

聲速與馬赫數聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質中的傳播速度稱為聲速。聲音傳播過程屬絕熱過程。對理想氣體來說，聲音在其中傳播的相對速度只與氣體的溫度有關。氣體的聲速c是隨氣體狀態(tài)參數的變化而變化的。氣流速度與當地聲速（c=341m/s）之比稱為馬赫數，Ma＝v/cMa是氣體流動的一個重要參數，集中反映了氣流的壓縮性，Ma愈大，氣流密度變化越大。當v＜

c，Ma＜1時，稱為亞聲速流動；當v＝c，Ma＝1時，稱為聲速流動，也叫臨界狀態(tài)流動；當v

＞c，Ma＞1時，稱為超聲速流動?，F在是7頁\一共有49頁\編輯于星期二當v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。當v≈140m/s時，應考慮壓縮性。在氣動裝置中，氣體流動速度較低，且經過壓縮，可以認為不可壓縮；自由氣體經空壓機壓縮的過程中是可壓縮的。

氣體在管道中的流動特性v1v2v1v2v2>v1v2<v1

v1v2v1v2v2<v1v2>v1

在超聲速流動時

(Ma>1)

在亞聲速流動時

(Ma<1)現在是8頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動元件的通流能力

氣動元件的通流能力，是指單位時間內通過閥、管路等的氣體質量。目前通流能力可以采用有效截面積S和質量流量q表示。有效截面積由于實際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實際面積小，此最小截面積稱為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力。有效截面積的簡化計算對于閥口或管路S=αA式中

α為收縮系數，由相關圖查出；A為孔口實際面積。多個元件組合后有效截面積的計算并聯(lián)元件

SR＝∑Si串聯(lián)元件1/SR2＝∑1/Si2現在是9頁\一共有49頁\編輯于星期二

不可壓縮氣體通過節(jié)流小孔的流量當氣體以較低的速度通過節(jié)流小孔時，可以不計其壓縮性，將其密度視為常數，由伯努利方程和連續(xù)性方程聯(lián)立推導的流量公式與液壓傳動的小孔流量公式有相同的表達形式工程中常采用近似公式：

qm=εcA[2ρ(p1-p2)]1/2式中ε為空氣膨脹修正系數；c為流量系數；A為節(jié)流孔面積?？蓧嚎s氣體通過節(jié)流小孔（氣流達到聲速）的流量氣流在不同流速時應采用有效截面積的流量計算公式?，F在是10頁\一共有49頁\編輯于星期二充氣、放氣溫度與時間的計算

在氣動系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機構充氣，或由它們向外排氣所需的時間及溫度變化是正確利用氣動技術的重要問題。向定積容器充氣問題充氣時引起的溫度變化向容器充氣的過程視為絕熱過程，容器內壓力由p1升高到p2，，容器內溫度也由室溫T1升高到T2，充氣后的溫度為T2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］式中

Ts為熱力學溫度，設定Ts=Ti；k為絕熱指數。但容器內溫度下降至室溫，其內的氣體壓力也要下降，下降后的穩(wěn)定值為p=p2T1/T2現在是11頁\一共有49頁\編輯于星期二

充氣時間

容器內壓力由p1充氣到p2所需總時間t＝t1+t2＝(1.285－p1／p2)ττ

＝5.217×10－3×（V/kS）(273/Ts)1/2

充氣時，容器中的壓力逐漸上升，充氣過程基本上分為聲速和亞聲速兩個充氣階段。當容器中氣體壓力小于臨界壓力，在最小截面處氣流的速度都是聲速，流向容器的氣體流量將保持為常數。在容器中壓力達到臨界壓力以后，管中氣流的速度小于聲速，流動進入亞聲速范圍，隨著容器中壓力的上升，充氣流量將逐漸降低。

現在是12頁\一共有49頁\編輯于星期二

容器的放氣

絕熱放氣時容器中的溫度變化容器內空氣的初始溫度為T1，壓力為p1，經絕熱放氣后溫度降低到T2，壓力降低到p2，則放氣后溫度為

T2=T1(p2/p1)（k-1）/k

但容器停止放氣，容器內溫度上升到室溫，其內的壓力也上升至pp=p2T1/T2現在是13頁\一共有49頁\編輯于星期二放氣時間與充氣過程一樣，放氣過程也分為聲速和亞聲速兩個階段。容器由壓力p1將到大氣壓力pa所需絕熱放氣時間為T=t1+t2=｛（2k/k-1）［(p1/pe)(k-1)/2k-1)］+0.945(p1/1.013×105)(k-1)/2k｝ττ=5.217×10-3V(273/T1)1/2/kS式中pe

為放氣臨界壓力（1.92×105Pa)現在是14頁\一共有49頁\編輯于星期二9.2氣源裝置及氣動元件現在是15頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供合乎質量要求的壓縮空氣。執(zhí)行元件將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達。控制元件控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉換、處理氣動信號的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等?，F在是16頁\一共有49頁\編輯于星期二氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質量要求的壓縮空氣，是氣動系統(tǒng)的重要組成部分。氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。氣源裝置由以下四部分組成氣壓發(fā)生裝置——空氣壓縮機；凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設備；管道系統(tǒng)；氣動三大件?，F在是17頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣壓發(fā)生裝置空氣壓縮機將機械能轉化為氣體的壓力能，供氣動機械使用?？諝鈮嚎s機的分類分容積型和速度型。常用往復式容積型壓縮機，一般空壓機為中壓，額定排氣壓力1MPa；低壓空壓機排氣壓力0.2MPa；高壓空壓機排氣壓力10MPa?？諝鈮嚎s機的選用原則依據是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數?？諌簷C輸出流量qVn＝(qVn0+qVn1)/(0.7～0.8)qVn0——

配管等處的泄漏量qVn1——

工作元件的總流量現在是18頁\一共有49頁\編輯于星期二

壓縮空氣的凈化裝置和設備氣動系統(tǒng)對壓縮空氣質量的要求：壓縮空氣要具有一定壓力和足夠的流量，具有一定的凈化程度。不同的氣動元件對雜質顆粒的大小有具體的要求?；烊雺嚎s空氣中的油分、水分、灰塵等雜質會產生不良影響：混入壓縮空氣的油蒸汽可能聚集在貯氣罐、管道等處形成易燃物，有引起爆炸的危險，另一方面潤滑油被汽化后會形成一種有機酸，對金屬設備有腐蝕生銹的作用，影響設備受命?；煸趬嚎s空氣中的雜質沉積在元件的通道內，減小了通道面積，增加了管道阻力。嚴重時會產生阻塞，使氣體壓力信號不能正常傳遞，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失靈。壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會凝結成水并聚集在個別管段內。在北方的冬天，凝結的水分會使管道及附件結冰而損壞，影響氣動裝置正常工作。壓縮空氣中的灰塵等雜質對運動部件會產生研磨作用，使這些元件因漏氣增加而效率降低，影響它們的使用壽命。因此必須要設置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥的提高壓縮空氣質量、進行氣源凈化處理的輔助設備?，F在是19頁\一共有49頁\編輯于星期二

壓縮空氣凈化設備

一般包括后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器。

后冷卻器將空氣壓縮機排出具有140℃～170℃的壓縮空氣降至40℃～50℃，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。

油水分離器主要利用回轉離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質顆粒從壓縮空氣中分離出來。現在是20頁\一共有49頁\編輯于星期二貯氣罐的主要作用是貯存一定數量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱氣流脈動引起的管道振動，進一步分離壓縮空氣的水分和油分。

干燥器的作用是進一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、顆粒雜質等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。主要采用吸附、離心、機械降水及冷凍等方法?，F在是21頁\一共有49頁\編輯于星期二

管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧器

管道系統(tǒng)布置原則現在是22頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質量的最后保證。分水過濾器作用是除去空氣中的灰塵、雜質，并將空氣中的水分分離出來。原理：回轉離心、撞擊，性能指標：過濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性油霧器特殊的注油裝置。原理當壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達到潤滑的目的。性能指標：流量特性、起霧油量減壓閥起減壓和穩(wěn)壓作用。氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。注意改正圖中錯誤現在是23頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動輔件消聲器氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產生刺耳的噪聲。噪聲的強弱隨排氣的速度、排氣量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設消聲器。消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。消聲器的類型：吸收型；膨脹干涉型；膨脹干涉吸收性。管道連接件包括管子和各種管接頭。管子可分為硬管和軟管。一些固定不動的、不需要經常裝拆的地方使用硬管；連接運動部件、希望裝拆方便的管路用軟管。常用的是紫銅管和尼龍管。管接頭分為卡套式、擴口螺紋式、卡箍式、插入快換式等?，F在是24頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動執(zhí)行元件

普通氣缸

膜片氣缸是一種用壓縮空氣推動非金屬膜片作往復運動的氣缸，可以是單作用式，也可以是雙作用式。適用于氣動夾具、自動調節(jié)閥及短行程工作場合。

氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的裝置。包括氣缸和氣馬達。實現直線運動和做功的是氣缸；實現旋轉運動和做功的是氣馬達。氣缸的分類及典型結構現在是25頁\一共有49頁\編輯于星期二無桿氣缸原理鋁制缸筒2沿軸向方向開槽，為防止內部壓縮空氣泄漏和外部雜物侵入，槽被內部抗壓密封件4和外部防塵密封件7密封，塑料的內外密封件互相夾持固定著。無桿活塞3兩端帶有唇型密封圈，活塞兩端分別進、排氣，活塞將在缸筒內往復移動。通過缸筒槽的傳動舌片5，該運動被傳遞到承受負載的導架6上。此時，傳動舌片將密封件4、7擠開，但它們在缸筒的兩端仍然是互相夾持的。因此傳動舌片與導架組件在氣缸上移動時無壓縮空氣泄漏。

特點由于獨特的設計，該氣缸只需要較小的安裝空間。

組成由缸筒2，防塵和抗壓密封件7、4，無桿活塞3，左右端蓋1，傳動舌片5，導架6等組成?，F在是26頁\一共有49頁\編輯于星期二

沖擊氣缸

由缸筒、活塞和固定在缸筒上的中蓋組成，中蓋上有一噴嘴。它能產生相當大的沖力，可以充當沖床使用。整個工作過程分為三個階段：復位段氣源由孔A供氣，孔B排氣，活塞上升至密封墊封住噴嘴，氣缸上腔成為密封的儲氣腔。儲能段氣源改由孔B進氣，孔A排氣。由于上腔氣壓作用在噴嘴上面積較小，而下腔氣壓作用面積大，故使上腔貯存很高的能量。沖擊段上腔壓力繼續(xù)升高，下腔壓力繼續(xù)降低，當上下腔壓力比大于活塞與噴嘴面積比時，活塞離開噴嘴，上腔氣體迅速充入活塞與中蓋間的空間?；钊麑⒁詷O大的加速度向下運動。氣體的壓力能轉換為活塞的動能，產生很大的沖擊力?，F在是27頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣缸的工作特性氣缸的速度在運動過程中氣缸活塞的速度是變化的，通常說氣缸速度是指活塞平均速度。氣缸的理論輸出力其計算公式與液壓缸相同。氣缸的效率和負載率氣缸實際所能輸出的力受摩擦力的影響，其影響程度用氣缸效率η表示，η與缸徑D和工作壓力p有關，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之間。在研究氣缸性能和確定缸徑時，常用到負載率β的概念，定義β＝（氣缸實際負載F/氣缸理論輸出力F0）％。β的選取與氣缸的負載性質及運動速度有關氣缸的耗氣量指氣缸在往復運動時所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關，是選擇空壓機排量的重要依據?，F在是28頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣馬達

氣動馬達的特點和應用可無級調速；可雙向旋轉；有過載保護作用，過載時轉速降低或停轉；具有較高的啟動轉矩，可直接帶負載啟動；輸出功率相對較小，轉速范圍較寬；耗氣量大，效率低，噪聲大；工作可靠，操作方便。氣動馬達在使用中必須得到良好的潤滑

葉片式氣馬達的工作原理及特性葉片式氣馬達的工作原理與葉片式液壓馬達相似。特性曲線最大特點是具有軟特性：當氣壓不變時，它的轉矩、轉速、功率均隨著外負載的變化而變化。現在是29頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動控制閥壓力控制閥減壓閥—氣動三大件之一，用于穩(wěn)定用氣壓力。溢流閥—只作安全閥用。順序閥—由于氣缸（馬達）的軟特性，很難用順序閥實現兩個執(zhí)行元件的順序動作

流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運動速度。節(jié)流閥單向節(jié)流閥排氣節(jié)流閥現在是30頁\一共有49頁\編輯于星期二方向控制閥：換向閥氣壓控制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）電磁控制換向閥，電、氣控制換向閥機械控制換向閥人力控制換向閥

單向閥梭閥兩個單向閥的組合，相當于“或門”?？焖倥艢忾y現在是31頁\一共有49頁\編輯于星期二產品圖片現在是32頁\一共有49頁\編輯于星期二現在是33頁\一共有49頁\編輯于星期二9.3氣動基本回路

與常用回路現在是34頁\一共有49頁\編輯于星期二氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于組合方式不同，所得到的系統(tǒng)的性能卻各有差異。因此，要想設計出高性能的氣動系統(tǒng)，必須熟悉各種基本回路和經過長期生產實踐總結出的常用回路。氣動基本回路壓力和力控制回路換向回路速度控制回路位置控制回路基本邏輯回路

氣動常用回路安全保護回路同步動作回路往復動作回路記數回路振蕩回路現在是35頁\一共有49頁\編輯于星期二壓力控制回路一次壓力控制回路電接觸式壓力表根據貯氣罐壓力控制空壓機的起、停，一旦貯氣罐壓力超過一定值時，溢流閥起安全保護作用。簡單壓力控制回路采用溢流式減壓閥對氣源實行定壓控制?，F在是36頁\一共有49頁\編輯于星期二

高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。高低壓切換回路利用換向閥和減壓閥實現高低壓切換輸出。現在是37頁\一共有49頁\編輯于星期二過載保護回路正常工作時，閥1得電，使閥2換向，氣缸活塞桿外伸。如果活塞桿受壓的方向發(fā)生過載，則順序閥動作，閥3切換，閥2的控制氣體排出，在彈簧力作用下?lián)Q至圖示位置，使活塞桿縮回?，F在是38頁\一共有49頁\編輯于星期二

力控制回路

串聯(lián)氣缸回路通過控制電磁閥的通電個數，實現對分段式活塞缸的活塞桿輸出推力的控制。

氣動系統(tǒng)一般壓力較低，所以往往是通過改變執(zhí)行元件的受力面積來增加輸出力?，F在是39頁\一共有49頁\編輯于星期二

采用氣液增壓器的增力回路利用氣液增壓器1把較低的氣壓變?yōu)檩^高的液壓力，提高了氣液缸2的輸出力。

沖擊氣缸回路閥1得電，沖擊氣缸下腔由快速排氣閥2通大氣，閥3在氣壓作用下切換，氣罐4內的壓縮空氣直接進入沖擊氣缸，使活塞以極高的速度運動，該活塞所具有的動能轉換成很大的沖擊力輸出，減壓閥5調節(jié)沖擊力的大小。現在是40頁\一共有49頁\編輯于星期二換向回路

單作用氣缸換向回路

用三位五通換向閥可控制單作用氣缸伸、縮、任意位置停止。

雙作用氣缸換向回路用三位五通換向閥除控制雙作用缸伸、縮換向外，還可實現任意位置停止?，F在是41頁\一共有49頁\編輯于星期二速度控制回路氣動系統(tǒng)功率不大，主要用節(jié)流調速的調速方法。

氣閥調速回路單作用氣缸調速回路用兩個單向節(jié)流閥分別控制活塞桿的升降速度。

排氣節(jié)流閥調速回路通過兩個排氣節(jié)流閥控制氣缸伸縮的速度。

緩沖回路活塞快速向右運動接近末端，壓下機動換向閥，氣體經節(jié)流閥排氣，活塞低速運動到終點。單作用氣缸快速返回回路活塞返回時，氣缸下腔通過快速排氣閥排氣?，F在是42頁\一共有49頁\編輯于星期二

氣液聯(lián)動速度控制回路由于氣體的可壓縮性，運動速度不穩(wěn)定，定位精度不高。在氣動調速、定位不能滿足要求的場合，可采用氣液聯(lián)動。

氣液缸并聯(lián)且有中間位置停止的變速回路氣缸活塞桿端滑塊空套在液壓阻尼缸活塞桿上，當氣缸運動到調節(jié)螺母6處時，氣缸由快進轉為慢進。液壓阻尼缸流量由單向節(jié)流閥2控制，蓄能器能調節(jié)阻尼缸中油量的變化。

氣液缸串聯(lián)變速回路當活塞桿右行到撞塊A碰到機動換向閥后開始作慢速運動。改變撞塊的安裝位置，即可改變開始變速的位置。

氣液缸串聯(lián)調速回路

通過兩個單向節(jié)流閥，利用液壓油不可壓縮的特點，實現兩個方向的無級調速，油杯為補充漏油而設?，F在是43頁\一共有49頁\編輯于星期二位置控制回路采用串聯(lián)氣缸定位