第11章 氣動(dòng)元件

1、第11章 氣 動(dòng) 元 件,氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)一樣，都是利用流體作為工作介質(zhì)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的，故在工作原理、系統(tǒng)組成、元件結(jié)構(gòu)與圖形符號等方面非常相似。 企業(yè)傳動(dòng)比液壓傳動(dòng)壓力低、工作介質(zhì)粘度小，相應(yīng)地氣動(dòng)元件上有不同的要求。 氣動(dòng)元件包括氣源裝置、輔助元件、動(dòng)力元件和執(zhí)行元件。,11.1 氣源裝置及輔助元件,11.1.1 氣源裝置,氣源裝置是為系統(tǒng)提供動(dòng)力的部分，其性能的好壞直接影響氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作；輔助

2、元件是元件連接和提高系統(tǒng)可靠性以及改善工作環(huán)境等所必需的組成部分。,氣源裝置將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能，為氣動(dòng)系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的壓縮空氣，且要求提供的氣體清潔、干燥。 由空氣壓縮機(jī)，存儲、凈化壓縮空氣的裝置，傳輸壓縮空氣的管路系統(tǒng)及其它輔件組成。,11.1 氣源裝置及輔助元件,11.1.1 氣源裝置,圖11-1 氣源裝置組成示意圖,1-空氣壓縮機(jī)；2-后冷卻器；3-油水分離器；4、7-儲氣罐；5-

3、干燥器；6-空氣過濾器,1-空氣壓縮機(jī)：用以產(chǎn)生壓縮空氣，吸氣口裝有空氣過濾器；2-后冷卻器：用以降低壓縮空氣的溫度，使汽化的水、油凝結(jié)出來；3-油水分離器：用以分離并排出凝結(jié)的水滴、油滴、雜質(zhì)等；4-儲氣罐：用以存儲壓縮空氣，穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，并除去部分油分和水分；,5-干燥器：用以進(jìn)一步吸收或排除壓縮空氣中的水分及油分， 使之變成干燥空氣；6-過濾器：用以進(jìn)一步過濾壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)顆粒；7-儲氣罐：儲氣罐4

4、輸出的壓縮空氣用于一般要求的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)（稱為一次凈化），從儲氣罐7輸出的壓縮空氣可用于要求較高的氣動(dòng)系統(tǒng)。,1、空氣壓縮機(jī) 是氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，它將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。（1）空氣壓縮機(jī)的分類 按工作原理分為：容積式和速度式兩大類； 按輸出壓力分為：低壓壓縮機(jī)、中壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)和超高壓壓縮機(jī)； 按輸出流量分為：微型、小型、中型、大型； 按潤滑方式分為：油潤滑和無油潤滑

5、,（2）空氣壓縮機(jī)的工作原理 容積式空氣壓縮機(jī)為例。最常用的是活塞式空氣壓縮機(jī)，其工作原理與容積式液壓泵一致。如圖11-2所示。,圖11-2 活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理圖,1-排氣閥；2-氣缸；3-活塞；4-活塞桿；5-滑塊；6-滑道；7-連桿；8-曲柄；9-吸氣閥,（3）空氣壓縮機(jī)的選用 以氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個(gè)參數(shù)為依據(jù)。目前工程實(shí)際中常用的工作壓力為0.5-0.8MPa，可直接選用額定壓力為

6、0.7-1MPa的低壓空氣壓縮機(jī)，特殊需要也可選用中、高壓或超高壓的空氣壓縮機(jī)。,2、壓縮空氣的凈化裝置 凈化設(shè)備一般包括后冷卻器、油水分離器、干燥器、空氣過濾器、儲氣罐。（1）后冷卻器 一般安裝在空氣壓縮機(jī)的出口管路上，其作用是把空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣的溫度由140-170℃降至40-50℃，使得其中尚存的大部分水、油轉(zhuǎn)化成液態(tài)，以便于排出。 一般是水冷式的換熱器，其結(jié)構(gòu)形式有蛇管式、列管式、套

7、管式等。如圖11-3列管式結(jié)構(gòu)示意圖。,圖11-3 列管式后冷卻器,2、壓縮空氣的凈化裝置 凈化設(shè)備一般包括后冷卻器、油水分離器、干燥器、空氣過濾器、儲氣罐。（2）油水分離器 其作用是將經(jīng)后冷卻器降溫析出的水滴、油滴等雜質(zhì)從壓縮空氣中分離出來。 工作原理：使壓縮空氣進(jìn)入油水分離器后產(chǎn)生流向和流速的急劇變化，再依靠慣性作用，將密度比壓縮空氣大的油滴和水滴分離出來。,圖11-4 撞擊擋板式油水分離器,2

8、、壓縮空氣的凈化裝置 凈化設(shè)備一般包括后冷卻器、油水分離器、干燥器、空氣過濾器、儲氣罐。（3）儲氣罐 其作用是存儲一定數(shù)量的壓縮空氣，以解決空氣壓縮機(jī)的輸出氣量和氣動(dòng)設(shè)備的耗氣量之間的不平衡；消除空氣壓縮機(jī)排氣的壓力波動(dòng)及由此引起的管道振動(dòng)，保證供氣的連續(xù)性、平穩(wěn)性；進(jìn)一步分離壓縮空氣中的油分、水分。,（3）儲氣罐 為保證儲氣罐的正常使用，每個(gè)儲氣罐還應(yīng)包括以下附件： 1）安全閥 調(diào)整極限壓

9、力，其調(diào)整壓力比工作壓力高10%； 2）壓力表 指示罐內(nèi)空氣壓力 3）檢查孔 清除內(nèi)部雜質(zhì)、檢查內(nèi)部情況 4）排液接管 位于儲氣罐的底部，用于排放底部所積油和水。,圖11-5 儲氣罐,（4）干燥器 其作用是為了滿足精密氣動(dòng)設(shè)備用氣，把初步凈化的壓縮空氣進(jìn)一步凈化以吸收和排除其中的水分、油分及雜質(zhì)，使?jié)窨諝庾兂筛煽諝狻?壓縮空氣的干燥方法有機(jī)械法、離心法、冷凍法和吸附法等。,圖11-6 吸

10、附式干燥器,（5）分水過濾器 在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)之前，首先經(jīng)過空氣過濾器，以濾去其中所含的灰塵和雜質(zhì)。 過濾的原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將灰塵和雜質(zhì)與空氣分離。,圖11-7 分水濾氣器,11.1.2 輔助元件,1、油霧器 油霧器的作用是把潤滑油霧化后，注入壓縮空氣中，并隨氣流進(jìn)入需要潤滑的部位，滿足潤滑的需要。這種注油方法具有潤滑均勻、穩(wěn)定，耗油量少喝不需要大的儲

11、油設(shè)備等特點(diǎn)。,圖11-8 油霧器,油霧器一般安裝在分水過濾器、減壓閥之后，并盡可能靠近換向閥；需要注意不要將油霧器的進(jìn)出口接反，儲油杯也不可倒置；應(yīng)避免把油霧器安裝在換向閥和氣缸之間，以免造成浪費(fèi)。,圖11-9 截止閥,11.1.2 輔助元件,2、消聲器 氣動(dòng)系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)不同，它沒有回氣管道，壓縮空氣使用后直接排入大氣。氣缸、氣馬達(dá)及氣動(dòng)閥等元件排出氣體的速度很高，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的排氣噪聲。 為降低排氣噪聲，一

12、般要在換向閥的排氣口安裝消聲器。 消聲器有吸收型、膨脹干涉型和膨脹干涉吸收型。,圖11-10 消聲器,11.2 氣動(dòng)執(zhí)行元件,氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的元件。氣動(dòng)執(zhí)行元件分為氣缸和氣馬達(dá)兩大類。 氣缸可實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出為力或轉(zhuǎn)矩，氣馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出為轉(zhuǎn)矩。,11.2 氣動(dòng)執(zhí)行元件,11.2.1 氣缸,1、氣缸的分類 1）按壓縮空

13、氣對活塞端面作用力的方向，可分為單作用氣缸和雙作用氣缸。 2）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為活塞式、柱塞式、膜片式、葉片擺動(dòng)式及氣液阻尼缸等。 3）按功能可分為普通氣缸和特殊氣缸 4）按安裝方式，可分為固定式氣缸、軸銷式氣缸、回轉(zhuǎn)式氣缸、嵌入式氣缸等。,11.2 氣動(dòng)執(zhí)行元件,11.2.1 氣缸,2、常用氣缸的工作原理及用途（1）普通氣缸 筒內(nèi)只有一個(gè)活塞和一個(gè)活塞桿的氣缸，也稱為活塞式氣缸，主要由缸筒、活

14、塞桿、活塞、導(dǎo)向套、前缸蓋與后缸蓋以及密封元件組成。有雙作用式和單作用式兩種。 如圖11-11普通型單桿雙作用氣缸 如圖11-12普通型單桿單作用氣缸,圖11-11 普通型單桿雙作用氣缸,圖11-12 普通型單桿單作用氣缸,（2）膜片式氣缸 薄膜式氣缸是以薄膜取代活塞帶動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)的一種氣缸，它利用壓縮空氣通過膜片推動(dòng)活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造容易、成本低、維修方便、壽命長、泄漏少、效率高

15、等優(yōu)點(diǎn)，但因膜片的變形量有限，氣缸的行程較小，且輸出的推力隨行程的增大而減小。 適用于氣動(dòng)夾具、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥及短行程場合。 按結(jié)構(gòu)可分為單作用式和雙作用式兩種。 如圖11-13.,圖11-13 膜片式氣缸,（3）氣液阻尼氣缸 因氣體具有很大的壓縮性，一般普通氣缸在工作負(fù)載變化時(shí)，會產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象，氣缸的平穩(wěn)性較差，且不易使活塞獲得準(zhǔn)確的停止位置。為使活塞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可利用液壓油的性質(zhì)采用氣

16、液阻尼缸。 如圖11-14串聯(lián)式氣液阻尼缸 如圖11-15并聯(lián)式氣液阻尼缸工作原理,圖11-14 串聯(lián)式氣液阻尼缸,圖11-15 并聯(lián)式氣液阻尼缸工作原理,（4）沖擊式氣缸 沖擊式氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為活塞高速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較大的沖擊力，擊打工件作功的一種氣缸。 如圖11-16 沖擊氣缸,圖11-16 沖擊氣缸,11.2.2 氣缸的工作特性及計(jì)算,11.2.3 氣缸的選擇與使用,11.2.4 氣動(dòng)馬達(dá)

17、,圖11-17 葉片式氣動(dòng)馬達(dá),11.3 氣動(dòng)控制元件,氣動(dòng)控制元件是在氣動(dòng)系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向、發(fā)送信號的元件，利用它們可以組成具有特定功能的控制回路，使氣動(dòng)執(zhí)行元件或控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定程序正常工作。 氣動(dòng)控制閥的功用、工作原理等和液壓控制閥相似，但有以下不同：1、使用的能源不同；2、對泄漏的要求不同3、對潤滑的要求不同；4、壓力范圍不同5、使用特點(diǎn)不同,11.3.1 壓力控制閥,在氣壓傳動(dòng)

18、系統(tǒng)中，用于控制空氣壓力的元件稱為壓力控制閥。 這類閥的共同特點(diǎn)是利用作用于閥芯上的壓縮空氣的壓力和彈簧力相平衡的原理來進(jìn)行工作的。 按其控制功能分為三類： 減壓閥、安全閥、順序閥,11.3.1 壓力控制閥,1、減壓閥 氣動(dòng)設(shè)備的氣源一般都來自于壓縮空氣站。它所提供的壓縮空氣的壓力通常都高于每臺設(shè)備所需的工作壓力且壓力波動(dòng)較大。因此，在系統(tǒng)入口處裝以減壓閥，以將入口處空氣壓力調(diào)節(jié)到每臺氣動(dòng)裝置實(shí)際需要的

19、壓力，并保持該壓力值的穩(wěn)定。 減壓閥的調(diào)壓方式有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。 如圖11-18 直動(dòng)式減壓閥,11.3.1 壓力控制閥,2、安全閥（溢流閥） 當(dāng)回路中氣壓上升到所規(guī)定的調(diào)定壓力以上時(shí)，氣流需要經(jīng)排氣口排出，以保持輸入壓力不超過設(shè)定值。 如圖11-19 安全閥的工作原理。,圖11-19 安全閥的工作原理,11.3.1 壓力控制閥,3、順序閥 順序閥是依靠氣壓系統(tǒng)中壓力的變化來控制氣動(dòng)回路中各執(zhí)

20、行元件按順序動(dòng)作的壓力閥。 其工作原理與液壓順序閥基本相同，順序閥常與單向閥組合成單向閥順序閥。 如圖11-20 單向順序閥的工作原理。,圖11-20 單向順序閥的工作原理圖,11.3.2 方向控制閥,方向控制閥是氣動(dòng)控制回路中用來控制壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流的通斷，以控制執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)控制元件。1、單向型方向控制閥（1）單向閥 氣體只能沿著一個(gè)方向流動(dòng)，反向不能流動(dòng)的閥，與液壓閥中的單

21、向閥相似，其結(jié)構(gòu)如圖11-21所示。,11.3.2 方向控制閥,圖11-21 單向閥,11.3.2 方向控制閥,1、單向型方向控制閥（2）或門型梭閥 或門型梭閥相當(dāng)于兩個(gè)單向閥的組合，其作用相當(dāng)于邏輯元件中的“或門”。 如圖11-22所示。,圖11-22 或門型梭閥,11.3.2 方向控制閥,1、單向型方向控制閥（3）與門型梭閥 與門型梭閥也相當(dāng)于兩個(gè)單向閥的組合，其作用相當(dāng)于邏輯元件中的“與門”。 如圖

22、11-23所示。,圖11-23 與門型梭閥,11.3.2 方向控制閥,1、單向型方向控制閥（4）快速排氣閥 快速排氣閥又稱快排閥，是為使氣動(dòng)元件快速排氣，加快氣缸運(yùn)動(dòng)速度而設(shè)置的，一般安裝在換向閥和氣缸之間。 如圖11-24所示。,圖11-24 快速排氣閥,11.3.2 方向控制閥,2、換向型方向控制閥（1）氣壓控制換向閥 是利用壓縮空氣的壓力推動(dòng)閥芯移動(dòng)，使換向閥換向，從而實(shí)現(xiàn)氣路換向或通斷。氣壓控制換向閥適

23、用于易燃、易爆、潮濕、灰塵多的場合，操作時(shí)安全可靠。 可分為加壓控制、卸壓控制和差壓控制三種。,11.3.2 方向控制閥,加壓控制是指所加的控制信號是逐漸上升的，當(dāng)氣壓增加到閥芯的動(dòng)作壓力時(shí)，閥換向。 卸壓控制是利用逐漸減小作用在閥芯上的氣控信號壓力而使閥換向的一種控制方法。當(dāng)減小到某一壓力值時(shí)，閥換向。 差壓控制是利用控制氣壓在面積不等的活塞上產(chǎn)生的壓差使閥換向的一種控制方法。,圖11-25 單氣控加壓式

24、換向閥,1）單氣控加壓式換向閥,圖11-26 雙氣控滑閥式換向閥的工作原理,2）雙氣控滑閥式換向閥,圖11-27 氣壓延時(shí)換向閥,（2）氣壓延時(shí)換向閥,圖11-28 單電控直動(dòng)式電磁閥工作原理,（3）電磁控制換向閥1）直動(dòng)式電磁換向閥,圖11-29 雙電控直動(dòng)式電磁閥工作原理,（3）電磁控制換向閥1）直動(dòng)式電磁換向閥,圖11-30 先導(dǎo)式雙電磁鐵控制換向閥的工作原理,（3）電磁控制換向閥2）先導(dǎo)式電磁換向閥,11.3.3 流量控制

25、閥,流量控制閥是通過改變閥的通流面積來調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，進(jìn)而控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度、換向閥的切換時(shí)間和氣動(dòng)信號的傳遞速度的氣動(dòng)控制元件。流量控制閥包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥等。,圖11-31 節(jié)流閥,1、節(jié)流閥,圖11-32 單向節(jié)流閥,2、單向節(jié)流閥,單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的組合式流量控制閥，常用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，又稱為速度控制閥。,圖11-33 排氣節(jié)流閥,3、排氣節(jié)流閥,11.4 氣動(dòng)邏輯元件,圖