液壓與氣壓傳動(dòng) 第5版 教案 第13周 氣壓傳動(dòng)的工作原理及組成

教師課堂教學(xué)備課紙首頁，共頁授課班級授課時(shí)間出勤情況課題名稱授課方式理論章節(jié)課題第七章氣源裝置及輔助元件第一節(jié)氣壓傳動(dòng)的工作原理及組成第二節(jié)氣源裝置第三節(jié)輔助元件第八章氣動(dòng)執(zhí)行元件第一節(jié)氣缸第二節(jié)氣動(dòng)馬達(dá)教學(xué)目的1掌握氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理與組成，各部分的功用。2掌握氣源裝置的組成和作用。3掌握氣缸、氣馬達(dá)的類型的結(jié)構(gòu)教具、掛圖、課件重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1氣源裝置的組成和作用。2氣缸的結(jié)構(gòu)和原理。課后作業(yè)課后回顧任課教師簽名：教研室主任審閱簽名：第七章氣源裝置及輔助元件第一節(jié)氣壓傳動(dòng)的工作原理及組成一、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖7-1為氣動(dòng)剪切機(jī)工作原理。圖示位置為剪切前的預(yù)備狀態(tài)，空氣壓縮機(jī)1產(chǎn)生的壓縮空氣→后冷卻器2→油水分離器3→貯氣罐4→空氣過濾器5→調(diào)壓閥6→油霧器7→氣控?fù)Q向閥9→氣缸10。圖7－1氣動(dòng)剪切機(jī)的工作原理二、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成從上面實(shí)例可知?dú)鈮簜鲃?dòng)系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成：（1）氣源裝置氣源裝置是壓縮空氣的發(fā)生裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，并經(jīng)凈化裝置凈化，為各類氣壓傳動(dòng)設(shè)備提供潔凈的壓縮空氣。（2）執(zhí)行元件執(zhí)行元件是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的能量輸出裝置，主要為氣缸和氣馬達(dá)，它們將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。（3）控制元件用以控制壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向以保證系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有一定的輸出動(dòng)力和速度的元件。即各類壓力閥、流量閥、方向閥和邏輯閥等。（4）輔助元件過濾器、油霧器、消聲器、干燥器和轉(zhuǎn)換器等。它們對保持系統(tǒng)正常、可靠、穩(wěn)定和持久地工作起著十分重要的作用。（5）工作介質(zhì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所用的工作介質(zhì)是空氣。2．氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（1）氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1）工作介質(zhì)為空氣，來源經(jīng)濟(jì)方便，用過之后可直接排入大氣，處理簡單，不污染環(huán)境。2）由于空氣流動(dòng)損失小，壓縮空氣可集中供氣，作遠(yuǎn)距離輸送。3）氣壓傳動(dòng)具有動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、管路不易堵塞的特點(diǎn)，且不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題。4）對工作環(huán)境的適應(yīng)性好，可安全應(yīng)用于易燃易爆場所。5）氣壓傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝維護(hù)簡單。6）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。（2）氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1）由于空氣具有可壓縮性，所以氣缸的動(dòng)作速度受負(fù)載的影響比較大。2）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因而氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)輸出動(dòng)力較小。3）工作介質(zhì)空氣沒有自潤滑性，需要另設(shè)裝置進(jìn)行給油潤滑。三、氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)工作介質(zhì)為空氣，理論上把完全不含有蒸汽的空氣稱為干空氣。而實(shí)際上自然界中的空氣都含有一定量的水蒸汽，這種由干空氣和水蒸汽組成的氣體稱為濕空氣。空氣的干濕程度對系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和使用壽命都有著一定的影響。第二節(jié)氣源裝置氣源裝置的作用是產(chǎn)生具有足夠壓力和流量的壓縮空氣，同時(shí)將其凈化、處理及儲存，其主體部分是空氣壓縮機(jī)。氣源裝置還包括氣源凈化裝置，常見的氣源凈化裝置有后冷卻器、除油器、貯氣罐、干燥器等。圖7-2為一般壓縮空氣站的設(shè)備布置示意圖。圖7－2壓縮空氣站的設(shè)備布置示意圖一、空氣壓縮機(jī)1．活塞式空氣壓縮機(jī)的工作原理圖7-3所示為活塞式空氣壓縮機(jī)的工作原理。圖7－3活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理空氣壓縮機(jī)的選用選擇空氣壓縮機(jī)主要以氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量為依據(jù)。（1）排氣壓力一般氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力為0.5~0.8Mpa，選用額定排氣壓力為0.7~1Mpa的空氣壓縮機(jī)。（2）排氣流量把所有氣動(dòng)元件和裝置在一定時(shí)間內(nèi)的平均耗氣量之和作為確定空氣壓縮機(jī)站供氣量的依據(jù)。二、氣源凈化裝置 1．后冷卻器后冷卻器安裝在空氣壓縮機(jī)的出口，它的作用是將空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫壓縮空氣由140~170℃降低到40~50℃，使壓縮空氣中的油霧和水汽達(dá)到飽和，使其大部分析出并凝結(jié)成油滴和水滴分離出來，以便將其清除，達(dá)到初步凈化壓縮空氣的目的。后冷卻器主要有風(fēng)冷式和水冷式兩種。 （1）風(fēng)冷式后冷卻器圖7－4風(fēng)冷式后冷卻器 （2）水冷式后冷卻器圖7－5蛇管式后冷卻器結(jié)構(gòu)2．除油器除油器安裝在后冷卻器后的管道上，它的作用是分離壓縮空氣中凝聚的灰塵、水分和油分等雜質(zhì)。圖7-6所示為撞擊折回并環(huán)形回轉(zhuǎn)式除油器結(jié)構(gòu)原理。定期打開底部閥門將分離物排出。圖7－6撞擊折回并環(huán)形回轉(zhuǎn)式除油器結(jié)構(gòu)3．貯氣罐貯氣罐的作用是：（1）消除排氣壓力波動(dòng)，保證輸出氣流的穩(wěn)定性；（2）當(dāng)空壓機(jī)發(fā)生意外事故如突然停電時(shí)，貯氣罐的壓縮空氣可作為應(yīng)急動(dòng)力源使用；（3）進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水和油等雜質(zhì)。圖7－7貯氣罐4．空氣干燥器空氣干燥器的作用是吸收和排除壓縮空氣中的水分、油分和雜質(zhì)。從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)過后冷卻器、除油器和貯氣罐的初步凈化處理后以能滿足一般氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用要求。但對于一些精密機(jī)械、儀表等裝置還不能滿足要求，需要進(jìn)行干燥和再精過濾，在工業(yè)上常用的是冷凍法和吸附法。（1）冷凍式干燥器它是使壓縮空氣冷卻到一定的露點(diǎn)溫度，析出空氣中的水分。圖7－9不加熱再生式干燥器工作原理圖（2）吸附式干燥器它主要是利用具有吸附性能的吸附劑，表面能夠吸附水分的特性來清除水分的，從而達(dá)到干燥、過濾的目的。圖7-8所示為一種常見不加熱再生式干燥器。第三節(jié)輔助元件 主要輔助元件有過濾器、油霧器、消聲器、轉(zhuǎn)換器等。一、過濾器過濾器的作用是濾除壓縮空氣中的油污、水分和灰塵等雜質(zhì)。常用的過濾器分一次過濾器，二次過濾器和高效過濾器。1．一次過濾器一次過濾器也稱簡易過濾器，它由殼體和濾芯所組成，空氣進(jìn)入空壓機(jī)之前，必須經(jīng)過簡易空氣過濾器。2．二次過濾器二次過濾器也稱空氣過濾器或分水濾氣器，壓縮空氣從輸入口進(jìn)入后，被引入旋風(fēng)葉子1，旋風(fēng)葉子上有許多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)。這樣夾雜在空氣中的較大水滴、油滴和灰塵等便獲得較大的離心力與存水杯的內(nèi)壁碰撞，從空氣中分離出來沉到水杯底部。二、油霧器油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，隨著壓縮空氣進(jìn)入需要潤滑的部位，達(dá)到潤滑氣動(dòng)元件的目的。圖7-10所示為普通型油霧器（一次油霧器）的結(jié)構(gòu)圖。圖7－11普通型油霧器的結(jié)構(gòu)原理圖氣源處理裝置空氣過濾器、減壓閥和油霧器組合在一起構(gòu)成氣源處理裝置，通常稱為氣動(dòng)三聯(lián)件。圖7-12四、消聲器在氣動(dòng)系統(tǒng)工作過程中，由于排出氣體速度很高，氣體體積急劇膨脹，產(chǎn)生渦流，引起氣體振動(dòng)，發(fā)出強(qiáng)烈的排氣噪聲。為消除和減弱這種噪聲，應(yīng)在換向閥的排氣口安裝消聲器。常用的消聲器有三種型式：吸收型、膨脹干涉型和膨脹干涉吸收型。圖7-14（1）吸收型消聲器主要利用吸聲材料來降低噪聲，如圖7-11所示。其工作原理是：當(dāng)氣流通過消聲罩1時(shí)，氣流受阻，可使噪聲降低約20dB。（2）膨脹干涉型消聲器膨脹干涉型消聲器結(jié)構(gòu)很簡單，相當(dāng)于一段比排氣孔口徑大的管件。當(dāng)氣流通過時(shí)，讓氣流在管道里膨脹、擴(kuò)散、反射、相互干涉而消聲。（3）膨脹干涉吸收型消聲器是綜合上述兩種消聲器的特點(diǎn)而構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如圖7-12所示。工作原理是：氣流由端蓋上的斜孔引入，在A室擴(kuò)散、減速、碰壁撞擊后反射到B室，氣流束互相沖撞、干涉，進(jìn)一步減速，并通過消聲器內(nèi)壁的吸聲材料排向大氣。圖7－15膨脹干涉吸收型消聲器示意圖五、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是一種可以將電、液、氣信號發(fā)生相互轉(zhuǎn)換的輔件。常用的有氣電、電氣、氣液轉(zhuǎn)換器。氣液轉(zhuǎn)換器氣液轉(zhuǎn)換器是一種把空氣壓力轉(zhuǎn)換成相同液體壓力的氣動(dòng)元件。根據(jù)氣與油之間接觸的狀況分為隔離式與非隔離式兩種結(jié)構(gòu)。圖7-13所示為非隔離式氣液轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理。圖7－16氣液轉(zhuǎn)換器2．電-氣轉(zhuǎn)換器圖7-14所示為電-氣轉(zhuǎn)換器的工作原理，是將電信號轉(zhuǎn)換為氣信號的元件。圖7－17氣-電轉(zhuǎn)換器工作原理圖第八章氣動(dòng)執(zhí)行元件第一節(jié)氣缸一、氣缸的分類氣缸的種類很多，分類的方法也不同，一般按壓縮空氣作用在活塞端面上的方向、結(jié)構(gòu)、功能和安裝形式來分類。1．按壓縮空氣在活塞端面作用力方向（1）單作用氣缸（2）雙作用氣缸2．按氣缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有活塞式、薄膜式、柱塞式、擺動(dòng)式氣缸等。3．按氣缸的功能（1）普通氣缸（2）特殊氣缸4．按氣缸的安裝方式分為耳座式、法蘭式、軸銷式和凸緣式。二、氣缸的工作原理1．普通氣缸（1）單作用氣缸如圖8-1所示為彈簧復(fù)位式單作用氣缸。圖8－1彈簧復(fù)位式單作用氣缸（2）雙作用氣缸圖8-2所示為單桿雙作用氣缸結(jié)構(gòu)圖。圖8－2單桿雙作用氣缸結(jié)構(gòu)2．特殊氣缸（1）氣液阻尼缸氣液阻尼氣缸是由氣缸和液壓缸組合而成，它以壓縮空氣為能源，利用油液的不可壓縮性和控制流量來獲得活塞的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度。圖8-3所示的工作原理。它的液壓缸和氣缸共用同一缸體，兩活塞固定在同一活塞桿上。圖8－3氣液阻尼缸（2）薄膜式氣缸如圖8-4所示為薄膜式氣缸，它是一種利用膜片在壓縮空氣作用下產(chǎn)生變形來推動(dòng)活塞桿做直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。它有單作用式（圖8-4a）所示和雙作用式（圖8-4b）所示兩種。薄膜式氣缸中的膜片有平膜片和盤形膜片兩種，因受膜片變形量限制，活塞位移較小，一般都不超過50mm。圖8－4薄膜式氣缸（3）沖擊氣缸沖擊氣缸把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為活塞高速運(yùn)動(dòng)能量的一種氣缸?；钊畲笏俣瓤梢赃_(dá)到10m/s以上，利用此動(dòng)能做功，與同尺寸的普通氣缸相比，其沖擊能要大上百倍。沖擊氣缸有普通型和快速型兩種，它們的工作原理相同，圖8-5所示為普通沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖。圖8－5普通沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖沖擊氣缸在結(jié)構(gòu)上分為活塞桿腔5、活塞腔4和蓄能腔1三個(gè)工作腔，以及帶有排氣小孔3的中蓋2，沖擊氣缸的工作過程一般分為三步。1）壓縮空氣進(jìn)入沖擊氣缸活塞桿腔，蓄能腔與活塞腔通大氣，活塞上移至上限位置，封住中蓋上的噴嘴，中蓋與活塞間的環(huán)型空間經(jīng)排氣小孔與大氣相通。2）蓄能腔進(jìn)氣，其壓力逐漸上升，在與中蓋噴嘴口相密封接觸的活塞面上，其承受的向下推力逐漸增大，與此同時(shí)，活塞桿腔排氣，其壓力逐漸變小，活塞桿腔活塞下端面上的受力逐漸減小。3）當(dāng)活塞上端推力大于下端的推力時(shí)，活塞立即離開噴嘴口向下運(yùn)動(dòng)，在噴嘴打開瞬間，活塞腔與蓄能腔立刻連通，活塞上端的承壓面突然增大為整個(gè)活塞面，于是活塞在巨大的壓力差作用下，加速向下運(yùn)動(dòng)，使活塞、活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在瞬間加速達(dá)到很高的速度，獲得最大沖擊速度和能量。（4）擺動(dòng)氣缸擺動(dòng)氣缸也稱擺動(dòng)氣馬達(dá)，是一種在小于360°角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件，輸出力矩使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)。葉片式擺動(dòng)氣缸分為單葉片式和雙葉片式兩種。單葉片式輸出軸擺動(dòng)角度小于360°，雙葉片式輸出軸擺動(dòng)角小于180°。圖8－6葉片式擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖磁性開關(guān)氣缸帶磁性開關(guān)氣缸是將磁性開關(guān)裝在氣缸的缸筒外側(cè)，缸筒必須是導(dǎo)磁性弱、隔磁性強(qiáng)的材料。在非磁性體的活塞上安裝一個(gè)永久磁環(huán)，隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近開關(guān)時(shí)，舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點(diǎn)閉合；當(dāng)磁環(huán)移開開關(guān)后，簧片失磁，觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)閉合或斷開時(shí)發(fā)出電信號。圖8-7帶閥組合氣缸（6）帶閥組合氣缸有多種不同有組合。帶有電磁閥和單向節(jié)流閥的帶閥缸，在前后缸蓋上的進(jìn)排氣口上均有一個(gè)由單向節(jié)流閥和螺栓組成的組合件，通過它來調(diào)節(jié)進(jìn)排氣的流量，以調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。圖8-8（7）雙軸氣缸在雙活塞桿氣缸中，通過連接板將兩個(gè)并列的活塞桿連接起來，在定位和移動(dòng)工具或零件時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可以抗扭轉(zhuǎn)。（8）氣動(dòng)手指氣缸氣動(dòng)手指氣缸能實(shí)現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動(dòng)機(jī)械手的關(guān)鍵部件。第二節(jié)氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，工作時(shí)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)。一、氣動(dòng)馬達(dá)的分類及特點(diǎn)常用氣動(dòng)馬達(dá)有葉片式、活塞式、薄膜式等類型。氣動(dòng)馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)相比，有如下特點(diǎn)。（1）工作安全。適用于惡劣的工作環(huán)境。（2）有過載保護(hù)作用，不會因過載而發(fā)生燒毀。（3）能夠順利實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。能快速啟動(dòng)和停止。（4）滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其溫升較小。（5）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。（6）單位功率尺寸小，重量輕，且操縱方便，維修簡單。但氣馬達(dá)目前還存在速度穩(wěn)定性較差、耗氣量大、效率低、噪聲大和易產(chǎn)生振動(dòng)等不足。二、葉