機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）（第三版） 課件 -第15章-氣壓傳動(dòng)

機(jī)

械

基

礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)）（第三版）§15-1氣壓傳動(dòng)概述§15-2氣源裝置、輔助元件和執(zhí)行元件§15-3氣動(dòng)控制元件與基本回路第15章

氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)概述一、氣壓傳動(dòng)的工作原理及組成氣缸的活塞桿伸出時(shí)氣動(dòng)平口鉗夾緊工件，活塞桿縮回時(shí)松開(kāi)工件?！?5-1氣動(dòng)平口鉗傳動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)平口鉗傳動(dòng)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)1、氣動(dòng)三聯(lián)件（包括手動(dòng)排水過(guò)濾器、帶壓力表的減壓閥和油霧器）、旋鈕式二位三通換向閥6、單氣控二位五通換向閥7和氣缸8等組成。1．氣動(dòng)平口鉗工作過(guò)程空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，先進(jìn)入手動(dòng)排水過(guò)濾器，然后經(jīng)減壓閥降壓后進(jìn)入油霧器，與油霧器產(chǎn)生的霧狀潤(rùn)滑油混合后，分別輸送給信號(hào)控制元件和氣缸控制元件。信號(hào)控制元件通過(guò)氣壓控制氣缸控制元件動(dòng)作，氣缸控制元件通過(guò)分別接通氣缸兩側(cè)內(nèi)腔實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)平口鉗活動(dòng)鉗口的左右移動(dòng)。（1）氣動(dòng)平口鉗的夾緊動(dòng)作當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕式二位三通換向閥6的旋鈕使其左位工作時(shí)，壓縮空氣通過(guò)換向閥6使單氣控二位五通換向閥7左位工作，換向閥7接通氣缸左側(cè)氣路，使氣缸左腔進(jìn)入壓縮空氣，活塞向右移動(dòng)，夾緊工件。（2）氣動(dòng)平口鉗的松開(kāi)動(dòng)作再次旋轉(zhuǎn)換向閥6的旋鈕使其右位工作，壓縮空氣被截?cái)?，同時(shí)使控制管路與大氣相連，排出壓縮空氣。換向閥7右位工作，接通氣缸右側(cè)氣路，使氣缸右腔進(jìn)入壓縮空氣。氣缸左腔的空氣通過(guò)換向閥7的排氣孔排出?；钊蜃笠苿?dòng)，松開(kāi)工件。2．氣壓傳動(dòng)的工作原理氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，靠壓縮空氣的壓力傳遞動(dòng)力或信息的流體傳動(dòng)；傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)將壓縮空氣經(jīng)由管路和控制閥輸送給氣動(dòng)執(zhí)行元件，把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。3．氣動(dòng)系統(tǒng)的組成及各部分的作用氣源裝置是指產(chǎn)生、處理和儲(chǔ)存壓縮空氣的裝置，其主要設(shè)備是空氣壓縮機(jī)，復(fù)雜的氣源裝置（空氣壓縮站）還包括壓縮空氣的凈化和儲(chǔ)存裝置?？諝鈮嚎s機(jī)（簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）將原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能。（1）氣源裝置執(zhí)行元件是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的元件。（2）執(zhí)行元件控制調(diào)節(jié)元件是對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中氣體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。（3）控制調(diào)節(jié)元件輔助元件是指除以上三種元件以外的其他元件，它們對(duì)保持系統(tǒng)正常、可靠、穩(wěn)定和持久地工作起著重要的作用。（4）輔助元件氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所使用的工作介質(zhì)是清潔的空氣。（5）工作介質(zhì)二、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（1）工作介質(zhì)為空氣，來(lái)源經(jīng)濟(jì)方便，用過(guò)之后可直接排入大氣，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、遠(yuǎn)距離輸送，且對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，可應(yīng)用于易燃、易爆場(chǎng)所。1．氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)（3）氣壓傳動(dòng)具有動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、管路不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，且不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問(wèn)題。（4）氣壓傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。（5）由于空氣的可壓縮性，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù)。（1）由于空氣具有可壓縮性，所以氣缸或氣馬達(dá)的動(dòng)作速度受負(fù)載的影響較大。（2）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的動(dòng)力較小。（3）工作介質(zhì)沒(méi)有自潤(rùn)滑性，需要另設(shè)潤(rùn)滑裝置。（4）噪聲大。2．氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)氣源裝置、輔助元件和執(zhí)行元件一、氣源裝置氣源是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源。通常情況下，排氣量≥6m3/min時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置空氣壓縮站.若排氣量<6m3/min，則可將空氣壓縮機(jī)安裝在系統(tǒng)旁直接為系統(tǒng)供氣?！?5-21．空氣壓縮站空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器1后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)2，輸出的壓縮空氣溫度一般為140～170℃，含有水分、油分和其他雜質(zhì)。進(jìn)入后冷卻器3，使溫度下降至40～50℃，大部分的水汽和油霧凝結(jié)成水滴和油滴。然后進(jìn)入手動(dòng)排水分離器4，使大部分水分、油分和其他雜質(zhì)分離出來(lái)，得到初步凈化后的壓縮空氣被送入氣罐5中。（1）一次凈化（2）二次凈化一次凈化處理后的壓縮空氣送入空氣干燥器8中進(jìn)一步去除殘留的水分，然后經(jīng)過(guò)空氣精過(guò)濾器9進(jìn)一步清除壓縮空氣中的顆粒和油氣后進(jìn)入氣罐10?？諝鈮嚎s機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的設(shè)備，它將機(jī)械能（通常由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生）轉(zhuǎn)換成氣體壓力能。2．空氣壓縮機(jī)當(dāng)?shù)谝患?jí)氣缸的活塞3按箭頭所示方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣閥4打開(kāi)，排氣閥5關(guān)閉，空氣在大氣壓力作用下進(jìn)入第一級(jí)氣缸2內(nèi)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸12旋轉(zhuǎn)，通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)氣缸的活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（１）吸氣當(dāng)曲軸帶動(dòng)活塞3向箭頭所示的反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣閥4在壓縮空氣的作用下關(guān)閉，氣缸2內(nèi)的空氣被壓縮。當(dāng)氣缸2內(nèi)的空氣壓力增加到高于冷卻管6內(nèi)的壓力時(shí)，排氣閥5被打開(kāi)，壓縮空氣進(jìn)入冷卻管。（２）排氣

在第一級(jí)氣缸2排氣時(shí)，第二級(jí)氣缸9進(jìn)行吸氣；在第一級(jí)氣缸吸氣時(shí)，第二級(jí)氣缸進(jìn)行排氣。第一級(jí)氣缸排出的壓縮空氣經(jīng)第二級(jí)氣缸壓縮后得到了更高的輸出壓力。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，并且容易實(shí)現(xiàn)大容量和高壓輸出；缺點(diǎn)是振動(dòng)大，噪聲大，且因?yàn)榕艢鉃閿嗬m(xù)進(jìn)行，輸出有脈動(dòng)，需要?dú)夤??；钊娇諌簷C(jī)的特點(diǎn)二、氣動(dòng)輔助元件氣動(dòng)輔助元件用于對(duì)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)行凈化、減壓、降溫或穩(wěn)壓等處理，以保證氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)正常工作。常用氣動(dòng)輔助元件有手動(dòng)排水分離器、氣罐、手動(dòng)排水過(guò)濾器、油霧器、消聲器、氣管與氣動(dòng)管接頭等。1．手動(dòng)排水分離器壓縮空氣從進(jìn)氣口4進(jìn)入分離器殼體，氣流先受隔板2的阻擋，被撞擊而折回向下，之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，最后從出氣口3排出。在凝結(jié)的水滴、油滴等雜質(zhì)受慣性力作用分離析出，沉降在殼體底部。2．氣罐氣罐儲(chǔ)存壓縮空氣，減小氣源輸出氣流的波動(dòng)，進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水分和油分。氣罐的進(jìn)氣口在下，出氣口在上。氣罐上設(shè)有安全閥、壓力表及排放油水的閥門等。3．手動(dòng)排水過(guò)濾器壓縮空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入后，被引到旋風(fēng)葉子1處，旋風(fēng)葉子上有很多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)。

手動(dòng)排水過(guò)濾器用于分離夾雜在氣體中的雜質(zhì)。夾雜在氣體中較大的水滴、油滴等，在慣性力的作用下與存水杯3的內(nèi)壁碰撞，并分離出來(lái)沉到杯底。微?；覊m和霧狀水汽則在氣體通過(guò)濾芯2時(shí)被攔截而濾除，清潔的空氣便從出氣口輸出。擋水板4可防止氣體將存水杯中積存的污水卷起。手動(dòng)排水閥5用于排出污水。4．油霧器油霧器的作用是將潤(rùn)滑油霧化，并隨壓縮空氣一起進(jìn)入被潤(rùn)滑部位。當(dāng)壓縮空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入后，通過(guò)噴嘴5下端的小孔進(jìn)入閥座7的腔室內(nèi)，推動(dòng)鋼球6向下運(yùn)動(dòng)。壓縮空氣進(jìn)入存油杯10的上腔，油面受壓，壓力油經(jīng)吸油管9將鋼球8頂起。鋼球上部管道有一個(gè)方形小孔，鋼球不會(huì)把管道封死。壓力油不斷地流入儲(chǔ)油室3內(nèi)，再流入噴嘴5中，被主管氣流從噴嘴的小孔中引射出來(lái)，霧化后從出氣口輸出。5．氣動(dòng)三聯(lián)件及氣動(dòng)二聯(lián)件氣動(dòng)三聯(lián)件是指由手動(dòng)排水過(guò)濾器、帶壓力表的減壓閥和油霧器組成的氣源處理裝置。手動(dòng)排水過(guò)濾器和帶壓力表的減壓閥組合在一起形成氣動(dòng)二聯(lián)件。6．消聲器當(dāng)有壓氣體通過(guò)消聲罩時(shí)，聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低了噪聲強(qiáng)度。7．氣管與氣動(dòng)管接頭氣管可分為硬管和軟管兩種。硬管用于固定不動(dòng)且不需要經(jīng)常裝拆的部位（如總氣管和支氣管等）；連接運(yùn)動(dòng)部件和臨時(shí)使用、希望裝拆方便的管路應(yīng)使用軟管。氣動(dòng)管接頭按其結(jié)構(gòu)及工作原理分為插入式、卡套式、鎖母式、卡箍式、快換式等類型。插入式氣動(dòng)管接頭使用時(shí)，插入接管6，靠彈性片3卡住接管的外表面，使接管在受到向外的拉力時(shí)不會(huì)被拉出來(lái)。拆卸時(shí)，向內(nèi)按壓按鈕5，使彈性片和接管外表面分離，即可將接管從接頭中抽出。三、氣動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)執(zhí)行元件是指以壓縮空氣為動(dòng)力源，將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。氣動(dòng)執(zhí)行元件主要有氣缸和氣馬達(dá)，前者做直線運(yùn)動(dòng)，后者做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1．氣缸氣缸的種類很多，常用的有單作用氣缸和雙作用氣缸。單作用氣缸只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠壓縮空氣，活塞的復(fù)位靠彈簧力或重力；雙作用氣缸的活塞往返全都依靠壓縮空氣來(lái)完成。（1）單作用單桿氣缸只有活塞一側(cè)可輸入壓縮空氣，活塞另一側(cè)的呼吸口與大氣接通。壓縮空氣只能在一個(gè)方向上做功，活塞的反方向動(dòng)作依靠復(fù)位彈簧實(shí)現(xiàn)。（2）雙作用單桿氣缸壓縮空氣進(jìn)入右腔時(shí)，壓縮空氣的作用力克服活塞桿上的負(fù)載，活塞桿伸出。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入左腔時(shí)（右腔與大氣相通），推動(dòng)活塞右移，活塞桿收回。2．氣馬達(dá)氣馬達(dá)是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的裝置。壓縮空氣由A孔輸入后，分為兩路：一路經(jīng)定子1兩端密封蓋的槽進(jìn)入葉片底部，葉片靠氣體推力和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力緊密地貼在定子的內(nèi)壁上。另一路進(jìn)入定子內(nèi)腔，使葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。做功后的廢氣由B口排出。（1）非膨脹葉片式氣馬達(dá)工作原理圖若壓縮空氣從B口輸入、A口排出，則改變氣馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。（2）不完全膨脹葉片式氣馬達(dá)工作原理圖壓縮空氣在一次排氣口C進(jìn)行第一次排氣，其余壓縮空氣膨脹后在二次排氣口B進(jìn)行第二次排氣。四、常用氣源、氣動(dòng)執(zhí)行元件及輔助元件的圖形符號(hào)空氣壓縮機(jī)氣罐雙作用單桿缸氣馬達(dá)單作用單桿缸（彈簧復(fù)位，彈簧腔帶連接氣口）壓力表手動(dòng)排水過(guò)濾器手動(dòng)排水分離器油霧器消聲器氣動(dòng)三聯(lián)件氣動(dòng)控制元件與基本回路氣動(dòng)控制元件用來(lái)控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流向，可分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。氣動(dòng)控制基本回路包括方向控制回路、壓力控制回路和速度控制回路?！?5-3一、方向控制閥與方向控制回路氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的方向控制閥是氣壓傳動(dòng)中通過(guò)改變壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流的通斷，來(lái)控制執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)元件。常見(jiàn)的方向控制閥有單向閥、換向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。1．方向控制閥（1）單向閥單向閥是指使氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)的閥。氣動(dòng)單向閥的圖形符號(hào)與液壓?jiǎn)蜗蜷y相同。壓縮空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入，使閥芯3左移，從出氣口流出。當(dāng)進(jìn)氣口無(wú)壓縮空氣時(shí)，在彈簧力和出氣口余氣壓力作用下，閥口關(guān)閉，則從出氣口進(jìn)入的壓縮空氣無(wú)法通過(guò)單向閥。（2）換向閥利用換向閥閥芯相對(duì)于閥體的運(yùn)動(dòng)，可使氣路接通或斷開(kāi)，從而使氣動(dòng)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。二位三通機(jī)動(dòng)換向閥二位三通機(jī)動(dòng)換向閥在常位，閥芯將進(jìn)氣口與出氣口之間的通道關(guān)閉，兩氣口不相通。而出氣口與排氣口相通，出氣口的壓縮空氣可以通過(guò)排氣口排入大氣中。二位三通機(jī)動(dòng)換向閥當(dāng)壓下推桿1時(shí)接通氣路；當(dāng)松開(kāi)推桿1時(shí)斷開(kāi)氣路，同時(shí)工作回路與大氣接通，排出壓縮空氣。常用氣動(dòng)換向閥的圖形符號(hào)2．方向控制回路按下手動(dòng)換向閥1的按鈕，壓縮空氣使二位四通雙氣控?fù)Q向閥4左位工作，壓縮空氣經(jīng)換向閥4進(jìn)入氣缸2的左腔，活塞向右行進(jìn)，活塞桿伸出。同時(shí)，要松開(kāi)手動(dòng)換向閥1的按鈕，讓換向閥1的閥芯在彈簧力的作用下復(fù)位。當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程換向閥3的推桿時(shí)，壓縮空氣使換向閥4右位工作。壓縮空氣經(jīng)換向閥4進(jìn)入氣缸2的右腔，活塞桿返回。二、壓力控制閥與壓力控制回路1．壓力控制閥壓力控制閥用于調(diào)節(jié)和控制氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力。常見(jiàn)的有溢流閥和減壓閥等。（1）溢流閥當(dāng)氣罐或回路中氣壓上升到調(diào)定壓力后，系統(tǒng)需要減壓，溢流閥可通過(guò)排出氣體的方法降低系統(tǒng)壓力，起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。氣動(dòng)溢流閥也分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。直動(dòng)式溢流閥當(dāng)進(jìn)氣口的壓力超過(guò)調(diào)定值時(shí)，閥芯（鋼球）上移，從閥右側(cè)的排氣口排氣。當(dāng)進(jìn)氣口壓力低于調(diào)定壓力時(shí)，閥芯下移，閥口關(guān)閉。旋轉(zhuǎn)調(diào)壓螺套1可調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力，進(jìn)而改變溢流閥的調(diào)定壓力。直動(dòng)式溢流閥的圖形符號(hào)當(dāng)氣罐5或氣源1的壓力超過(guò)規(guī)定壓力值時(shí)，溢流閥4接通，氣罐5或氣源1輸出的壓縮空氣由溢流閥4排入大氣。（2）減壓閥在氣動(dòng)系統(tǒng)中，往往氣源輸出的壓縮空氣的壓力比設(shè)備實(shí)際需要的壓力要高些，同時(shí)其波動(dòng)值也較大，給系統(tǒng)帶來(lái)不穩(wěn)定性，因此需要用減壓閥進(jìn)行減壓和穩(wěn)壓。減壓閥按壓力調(diào)節(jié)方式分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。壓縮空氣從進(jìn)氣口輸入，經(jīng)進(jìn)氣閥口節(jié)流減壓后從出氣口輸出。1）減壓原理直動(dòng)式減壓閥輸出氣流的一部分由阻尼孔進(jìn)入膜片氣室，在膜片的下方產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，使膜片向上凸起，閥芯7隨之上移，把閥口開(kāi)度減小，使減壓閥的輸出壓力下降。當(dāng)作用于膜片上的推力與彈簧力相平衡后，減壓閥的輸出壓力便保持一定。當(dāng)輸入壓力瞬時(shí)升高，輸出壓力也隨之升高，作用于膜片5上的氣體推力也隨之增大，破壞了原來(lái)的力的平衡，使膜片5向上的凸起增加。因復(fù)位彈簧8的作用，閥桿6和閥芯7上移，使節(jié)流口減小，輸出壓力下降，直到達(dá)到新的平衡為止。2）穩(wěn)壓原理若輸入壓力瞬時(shí)下降，輸出壓力也隨之下降，膜片5回縮，進(jìn)氣閥口開(kāi)度增大，節(jié)流作用減小，輸出壓力又基本上回升至原值。3）調(diào)壓原理

旋轉(zhuǎn)旋鈕1，通過(guò)調(diào)壓彈簧2、3和膜片5等使閥芯8移動(dòng)，改變節(jié)流口的大小。氣動(dòng)減壓閥的圖形符號(hào)2．壓力控制回路在工作過(guò)程中，夾緊軸類工件需要較大的夾緊力，而夾緊薄壁套類工件則需要較小的夾緊力。這就需要用到高、低壓轉(zhuǎn)換回路。高、低壓轉(zhuǎn)換回路利用兩個(gè)減壓閥3、4得到不同的壓力，