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1、第九章 氣動元件 氣動系統(tǒng)常用的執(zhí)行元件為氣缸和氣馬達。 氣缸用于實現直線往復運動，輸出力和直 線位移；氣馬達用于實現連續(xù)回轉運動， 輸出力矩和角位移。 氣缸的分類 一、氣缸的分類 氣缸的種類很多，分類的方法也不同， 一般可按壓縮空氣作用在活塞端面上的方 向、結構特征和安裝形式來分類?，F將氣 缸的類型和安裝形式分別列于表 9-1及表 9-2中。 二、常用氣缸的特點 （ 1）普通氣缸 氣缸主要由缸筒、活塞桿、前后端蓋 及密封件等組成，如圖 9-1所 示為普通 氣 缸結構。 （ 2）薄膜氣缸 薄膜氣缸主要由缸體、膜片、膜盤和活 塞桿組成。如圖 9-2所示。 （ 3）無桿氣缸 無桿氣缸沒有剛性活塞桿
2、，利用活塞直 接或間接實現直線運動。如圖 9-3 所示。 三、氣缸的使用 氣缸的使用時應注意以下幾點： 1）根據工作任務的要求，選擇汽缸的結構形 式、安裝方式并確定活塞桿的推力和拉力。 2）一般不使用滿行程，而使用其行程余量為 30-100mm； 3）氣缸工作的推薦速度在 0。 5 1m/s，工作 壓力為 0.4 0.6MPa,環(huán)境溫度為 5 60 C 范圍內。 四、氣馬達的工作原理 如圖 9-4所示 第二節(jié) 氣動控制元件 控制元件按其作用和功能分為壓 力控制閥、流量控制閥和方向控制閥 三類。 一、方向控制閥 類型 : 單向型 換向型 閥心結構： 截止式 滑閥式 1、單向型控制閥 單向型控制閥
3、中包括單向閥，或門型梭閥 和快速排氣閥。其中單向閥與液壓單向閥 類似。 （ 1）或門型梭閥 或門型梭閥相當于兩個單向閥的組 合。圖 9-5為或門型梭閥結構圖，它有兩個 輸入口 P1、 P2，一個輸出口 A，閥芯在兩個 方向上起單向閥的作用。 工作原理： P1進氣 ， P2切斷， P1A ， A有輸出； P2進氣 ， P1切斷， P2A ， A有輸出； P1、 P2進氣，高壓側進氣口 A ； P1 P2，則先加入壓力的一側 A ；另一側 通路關閉 ； 應用 （ 2）與門型梭閥 與門型梭閥相當與兩個單向閥的組合， 適用于互鎖回路中。與門型梭閥的結構如 圖 9-7。 工作原理 P1、 P2同時輸入，
4、 A口有輸出； P1、 P2無輸入，口無輸出； P1 P 2，則低壓側 A；高壓側關閉； 與門型梭閥應用回路 （ 3）快速排氣閥 功用：使氣動元件或裝置快速排氣。 結構：見圖 9-9。 工作原理 P口進氣，膜片 封住排氣口， PA ； 氣流反向流動， P的壓力 ， A口的 氣壓將膜片頂起封住 P口， AO ； 快速排氣閥的應用 裝于換向閥與氣缸之間，使氣缸的排 氣過程不經過換向閥即可完成。 2、換向型控制閥 功用：通過改變氣體流通的通道使氣 體的流動方向發(fā)生變化，進而改變執(zhí) 行元件的方向。 控制方式：氣壓控制、電磁控制、機 械控制、手動控制、時間控制。 二、壓力控制閥 壓力控制閥主要有減壓閥、
5、溢流閥和順序 閥三類 1、減壓閥 減壓閥的作用是降低由空氣壓縮機來 的壓力，以適于每臺氣動設備的需要，并 使這一部分壓力保持穩(wěn)定。按調節(jié)壓力方 式不同，減壓閥有直動型和先導型兩種。 一、直動型減壓閥 圖 9-11 所示為 QTY型 直動型減壓閥的結構簡圖。 工作原理 閥處于工作狀態(tài)時，壓縮空氣 P1口 閥口 11 P2口流出。 當順時針旋轉手柄 1，壓縮 2、 3推動膜片 5 下凹，使閥桿 7帶動閥芯 9下移，打開進氣 閥口 11，壓縮空氣通過閥口 11的節(jié)流作用， 使輸出壓力低于輸入壓力，以實現減壓的 作用。于此同時，有一部分氣流經阻尼孔 6 進入膜片室 12，在膜片下部產生一向上的 推力。
6、當推力與彈簧的作用相互平衡后， 閥口開度穩(wěn)定在某一值上，減壓閥就輸出 一定壓力的氣體。閥口 11開度越小，節(jié)流 作用越強，壓力下降也越多。 （ 2）先導型減壓閥 組成：先導閥 主閥 工作原理：當氣流從 P1流入閥體后，一部 分經閥口 9 P2口， 另一部分經固定節(jié)流孔 1 中氣室 5 噴嘴 2 擋板 3 及孔道反饋至下氣室 6， 閥桿 7中心孔及排氣孔 8 大氣。 把手柄旋到一定位置，使噴嘴擋板的 距離在工作范圍內，減壓閥就進入工 作狀態(tài)。中氣室 5的壓力隨噴嘴與擋板 間距離的減小而增大，于是推動閥芯 打開進氣閥口 9，即有氣流流到出口， 同時經孔道發(fā)饋到上氣室 4，與調壓彈 簧相平衡。 若輸
7、入壓力瞬時升高，輸出壓力也相 應升高，通過孔口的氣流使下氣室 6的 壓力也升高，破壞了膜片原由的平衡， 使閥桿 7上升，節(jié)流閥口減小，節(jié)流作 用增強，輸出壓力下降，使膜片兩端 作用力重新平衡，輸出壓力恢復到原 來的調定值。 當輸出壓力瞬時下降時，經噴嘴擋板 的放大也會引起中氣室 5的壓力較明顯 升高，而使閥芯下移，閥口開大，輸 出壓力升高，并穩(wěn)定到原數值上。 減壓閥選擇時應根據氣源壓力確定閥 的額定輸入壓力，氣源的最低壓力應 高于減壓閥最高輸出壓力 0.1Mpa以上。 減壓閥一般安裝在空氣過濾之后，油 霧器之前 。 （ 3）定值器 定值器即高精度減壓閥。結構見圖 9-13。 規(guī)格： 0.14M
8、Pa 輸出范圍 0 0.1MPa 0.35MPa 輸出范圍 0 0.25MPa 性能： 氣源壓力在 10%時，定值器輸出 壓力不超過 0.3%； 氣源壓力為額定值時，輸出壓力為 最大值的 80%，流量 0 600L/h，輸出壓 力變化 1%。 （ 4）減壓閥的應用 2、溢流閥 作用 當系統(tǒng)壓力超過調定值時，便自 動排氣，使系統(tǒng)的壓力下降，以保證 系統(tǒng)安全，故也稱其為安全閥。 分類 按控制方式分，溢流閥有 直動型 和 先導型 兩種。 1. 直動型溢流閥 如圖 9-15所示，將閥 p口與系統(tǒng)相連接， O口 通大氣壓力，當系統(tǒng)壓 力大于溢流閥調定壓力 時，氣體推開閥芯，經 閥口從 O口排至大氣， 使
9、系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在調定 值。 （ 2）先導型溢流閥 如圖 9-16所示。溢流閥的先導閥為減壓閥 由它減壓后 的空氣從上部 K口 進入閥內，以代 替直動型的彈簧 控制溢流閥。 （ 3） 溢流閥的應用 3、順序閥 順序閥的作用是依靠氣路中壓力 的大小來控制機構按順序動作。順序 閥常與單向閥并聯結合成一體，稱為 單向順序閥。 工作原理 當壓縮空氣由 P口 腔 4， 若作用在活塞 3上的力 彈 簧 2上的力時，閥關閉。 當作用于活塞上的力 彈簧力時，活塞被頂起， 壓縮空氣經腔 4 腔 5由 A 口流出，進入其它控制 元件或執(zhí)行元件，此時 單向閥關閉。 當切換起源時（圖 b）， 腔 4壓力迅速下降，順序 閥
10、關閉，此時腔 5壓力高 于腔 4壓力，在氣體壓力 差作用下，打開單向閥， 壓縮空氣由右腔 5經單向 閥 6流入左腔 4向外排出。 （ 2）順序閥的應用 圖 9-20所示為用順序閥控制兩個氣缸順序 動作的原理圖。 結構和圖形符號： 見圖 9-19 三、流量控制閥 流量控制閥主要有節(jié)流閥，單向節(jié)流 閥和排氣節(jié)流閥等。 一、節(jié)流閥 作用 通過改變閥的通流面積來調節(jié)流量。 結構 ：見圖 9-21 工作原理 氣體由輸入口 P進入閥內，經閥座 與閥芯間的節(jié)流通道從輸出口 A流出， 通過調節(jié)螺桿使閥芯上下移動，改變 節(jié)流口通流面積，實現流量的調節(jié)。 2、單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯組合而 成
11、的組合式控制閥。 結構 見圖 9-23 工作原理 當氣流由 P至 A正向流動時，單向閥在彈簧 和氣壓作用下關閉，氣流經節(jié)流閥節(jié)流后 流出，而當由 A至 P反向流動時，單向閥打 開，不起節(jié)流作用。 3、帶消聲器的節(jié)流閥 功用 ：安裝在執(zhí)行元件的排氣口處，用來控 制執(zhí)行元件排入大氣中氣體的流量并降低 排氣噪聲。 應用 第三節(jié) 邏輯元件 氣動邏輯元件： 是一種以壓縮空氣為工作 介質，通過元件內部可動部件的動作，改 變氣流流動的方向，從而實現一定邏輯功 能的流體控制元件。 分類： 按工作壓力分： 高壓、低壓、微壓三種。 按結構形式分： 截止式 *、膜片式、滑閥式 和球閥式。 氣動邏輯元件的特點 1.元
12、件孔徑較大，抗污染能力較強，對氣源的 凈化程度要求較低。 2.元件在完成切動作后，能切斷氣源和排氣孔 之間的通道，無功耗氣量較低。 3.負載能力強，可帶多個同類型元件。 4.在組成系統(tǒng)時，元件連接方便，調試簡單。 5. 適應能力較強，可在各種惡劣環(huán)境下工作。 6.響應時間一般在 10ms以內。 二、 高壓截止式邏輯元件 1.“ 是門 ” 和 “ 與門 ” 元件 圖 9-26為 “ 是門 ” 元件 及 “ 與門 ” 元件的結構 圖。圖中， P為氣源口， a為信號輸入口， S為 輸出口。 工作原理 (動畫 ) a無信號， P S， S無輸出 ; a有信號， P S， S有輸出 . 當氣源口 P改為
13、信號口 b時，則成 “ 與 門 ” 元件，即只有當 a和 b同時輸入信 號時， S才有輸出，否則 S無輸出。 2.“ 或門 ” 元件 圖 9-27為 “ 或門 ” 元件的結構圖。 工作原理 當只有 a信號輸入時，閥片 3被推動 下移，打開上閥口，接通 aS 通路， S 有輸出。類似地，當只有 b信號輸入時， bS 接通 ,S也有輸出。顯然，當 a,b均 有信號輸入時， S定有輸出。顯示活塞 1用于顯示輸出的狀態(tài)。 3.“ 非門 ” 和 “ 禁門 ” 元件 圖 9-28為 “ 非門 ” 及 “ 禁門 ” 元件的結構 圖 .a為信號輸入孔， S為信號輸出孔 ,P為氣源 孔。 工作原理 (動畫 )
14、在 a無信號輸入時，閥片 1在氣源壓力作用 下上移，開啟下閥口，關閉上閥口，接通 PS 通路， S有輸出。 當 a有信號輸入時，膜片 6在輸入信號作用 下，推動閥桿 3及閥片 1下移，開啟上閥口， 關閉下閥口， S無輸出。顯然此時為 “ 非門 ” 元件。 若將氣源口 P改為信號 b口，該元件就成為 “ 禁門 “ 元件。在 a,b均有信號時，閥片 1 及閥桿 3在 a輸入信號作用下封住 b孔， S無 輸出；在 a無信號輸入，而 b有輸入信號時， S就有輸出，即 a輸入信號起 “ 禁止 “ 作用。 4.“ 或非 ” 元件 圖 9-29為 “ 或非 ” 元件 工作原理圖。 P為氣源 口， S為輸出口
15、， a、 b、 c為三個信號輸入口。 工作原理 (動畫 ) 當三個輸入口均為無信號輸入時，閥 芯 3在氣源壓力作用下上移，開啟下閥 口，接通 PS 通路， S有輸出。三個輸 入口只要有一個口有信號輸入，都會 使閥芯下移關閉閥口，截斷 PS 通路， S無輸出。 “ 或非 ” 元件是一種多功能邏輯元件， 用它可以組成 “ 與門 ” 、 “ 或門 ” 、 “ 非門 ” 、 “ 雙穩(wěn) ” 等邏輯元件。 4. 記憶元件 記憶元件分為單輸出和雙輸出兩種。雙輸 出記憶元件稱為雙穩(wěn)元件，單輸出 記憶元 件稱為單記憶元件。 圖 9-30為 “ 雙穩(wěn) ” 元 件原理圖。 工作原理 當 a有控制信號輸入時，閥芯 2
16、帶動滑塊 4右 移，接通 PS1 通路， S1有輸出，而 S2與排 氣孔 O相通，無輸出。此時 “ 雙穩(wěn) ” 處于 “ 1” 狀態(tài)，在 b輸入信號到來之前， a 信 號雖消失，閥芯 2仍總是保持在 右端位置。 當 b有輸入信號時，則 PS2 相通， S2有輸 出， S1O 相通，此時元件置 “ O” 狀態(tài)， b 信號消失后， a信號未到來前，元件一直保 持此狀態(tài)。 圖 9-31為單記憶元件的工作原理圖。 工作原理 當 b有信號輸入時，膜片 1使閥芯 2上移，將 小活塞 4頂起，打開氣源通道，關閉排氣口， 使 S有輸出。如 b信號撤消，膜片 1復原，閥 芯在輸出端壓力作用下仍能保持在上面位 置，
17、 S仍有輸出，對 b置 “ 1” 信號起記憶作 用。當 a有信號輸入時，使閥芯 2下移，打 開排氣通道，活塞 4下移，切斷氣源， S無 輸出。 二、邏輯元件的應用舉例 1、 “ 或門 ” 元件控制線路 圖 9-32為采用梭閥作 “ 或門 ” 元件控制線 路 工作原理 當信號 a及 b 均 無輸入時（圖示狀 態(tài)），氣缸處于原始位置。 當信號 a及 b有輸入時，梭閥 S有輸出， 使二位四通閥克服彈簧力作用切換至 上方位置，壓縮空氣即通過二位四通 閥進入氣缸下腔，活塞上移。 當信號 a或 b解除后，二位四通閥在彈 簧作用下復位， S無輸出，二位四通閥 也在彈簧作用下復位，壓縮空氣進入 氣缸上腔，使氣
18、缸復位。 2、雙手操作安全回路 圖 9-33為用二位三通按鈕式換向閥和邏 輯 “ 禁門 ” 元件組成的安全回路。 當兩個按鈕閥同時按下時， “ 或門 ” 的輸出信號 S1要經過單向節(jié)流閥 3進入 蓄能器 4，經一定時間的延時后才能經 邏輯 “ 禁門 ” 5輸出，而 “ 與門 ” 的輸 出信號 S2是直接輸入到 “ 禁門 ” 6上的。 因此 S2比 S1早到達 “ 禁門 ” 6， “ 禁 門 ” 6有輸出。 輸出信號 S4一方面推動主控制閥 8換向使缸 7前進，另一方面又作為 “ 禁門 ” 5的一個 輸入信號，由于此信號比 S1早到達 “ 禁 門 ” 5，故 “ 禁門 ” 5無輸出。如果先按閥
19、1， 后按閥 2，且按下的時間間隔大于回路中延 時時間 t，那么， “ 或門 ” 的輸出信號 S1先 到達 “ 禁門 ” 5， “ 禁門 ” 5有輸出 S3輸出， 而輸出信號 S3是作為 “ 禁門 ” 6的一個輸入 信號的，由于 S3比 S2早到達 “ 禁門 ” 6，故 “ 禁門 ” 6無輸出，主控制閥不能切換，氣 缸 7不能動作。 若先按下閥 1，則其效果與同時按下兩 個閥 的效果相同。但若只按下其中任 一個閥，則使換向閥 8進不能換向。 第四節(jié) 氣源裝置及輔件 一、 氣源裝置 氣源裝置是用來產生具有足夠壓力和流量的壓 縮空氣并將其凈化、處理及儲存的一套裝置。 圖 9-34所示為常見的氣源裝
20、置。其主要由以下 元件組成。 1、空氣壓縮機 功用： 將機械能轉變?yōu)闅怏w壓力能的 裝置，是啟動系統(tǒng)的動力源。 分類： 活塞式，膜片式、螺桿式，其 中氣壓系統(tǒng)最常使用的機型為活塞式 壓縮機。 在選擇空氣壓縮機時，其額定壓力 工 作壓力，其流量應等于系統(tǒng)設備最大 耗氣量并考慮管路泄露等因素。 空氣壓縮機 2、后冷卻器 功用： 將壓縮機排出的壓縮氣體溫度 由 120 150 降至 40 50 ，使其中 水汽、油霧汽凝結成水滴和油滴，以 便經除油器析出。 分類： 后冷卻器一般采用水冷換熱裝 置，其結構形式有：列管式、散熱片 式，管套式、蛇管式和板式等。其中， 蛇管式冷卻器最為常用。 結構 3、除油器
21、功用： 分離壓縮空氣中凝聚的水分和 油分等雜質使壓縮空氣得到初步凈化。 分類： 環(huán)形回轉式、撞擊折回式、離 心旋轉式和水浴式等。 圖 9-35為撞擊折回并環(huán)形回轉式除油器 。 工作原理： 壓縮空氣自入口進入后，因 撞擊隔板而折回向下，繼而后回升向 上，形成回轉環(huán)形流，使水滴、油滴 和雜志在離心力和慣性力作用下，從 空氣中分離析出，并沉降在底部，定 期打開底部閥門排出，初步凈化的空 氣從出口送往儲氣罐 。 3、干燥器 功用： 為了滿足精密啟動裝置用氣， 把初步凈化的壓縮空氣進一步凈化以 吸收和排除其中的水分、油分、及雜 質，使?jié)窨諝庾兂筛煽諝狻?分類： 潮解式、加熱式、冷凍式等。 空氣干燥器：吸
22、收式 空氣干燥器：吸附式 空氣干燥器：冷凍式 五、空氣過濾器 功用： 濾除壓縮空氣的水分、油滴及 雜質，以達到氣動系統(tǒng)所要求的凈化 程度。 安裝： 它屬于二次過濾器，大多與減 壓閥、油霧器一起構成氣動三聯件。 通常垂直安裝在氣動設備入口處，進 出氣孔不得裝反，使用中注意定期放 水，清洗或更換濾芯。 選擇： 空氣過濾器主要根據系統(tǒng)所需 要的流量，過濾精度和容許壓力等參 數來選取。 圖 9-36所示為空氣過濾器結構圖。 氣動三聯件 工作原理： 壓縮空氣從輸入口進入后，沿旋風 葉子強烈旋轉，夾在空氣中的水滴、 油滴和雜質在離心力的作用下分離出 來，沉積在存水杯底，而氣體經過中 間濾心時，又將其中微粒
23、雜質和霧狀 水分濾下，沿擋水板流入杯底。潔凈 空氣經出口輸出。 6、儲器罐 功用： 調節(jié)氣流，減少輸出氣流的壓力脈 動，使輸出氣流具有流量連續(xù)性和氣壓穩(wěn) 定性。 容積的選擇： 當已知空氣壓縮機排氣 q時， 儲器罐容積可參考下述經驗公式： q 30m/min Vc = 0.1qm 儲氣罐 二、 氣 動 輔 件 1、油霧器 功用： 油霧器是氣壓系統(tǒng)中一種特殊 的注油裝置，其作用是把潤滑油霧化 后，經壓縮空氣攜帶進入系統(tǒng)中各潤 滑部位，滿足潤滑的需要。 圖 9-37是油霧器的結構圖。 油霧器 工作原理： 氣路 :從輸入口進入，大部分從主氣道流出， 一小部分通過小孔 A 閥座 8腔中 儲油杯 4 上腔
24、 C,(此時特殊單向閥處在中間位置 )如 圖 9-38示。 油路： 油液受壓后經吸油管 7將單向閥 6 頂起 視油器 5 噴嘴 1腔，被主氣道 中的氣流從小孔 B中引射出來。 供油量： 1mL/10m3 油量的調節(jié)： 調節(jié)視油器上的節(jié)流閥 9可調節(jié) 油量，使滴油量可在 0 200滴 /分范圍內變 化。 切斷供油： 當旋松油塞 10后，使腔 C與大氣相 通，此時特殊單向閥 2背壓降低而關閉，從 而切斷了氣體與上腔 C的通道，單向閥 6也 由于 C腔壓力降低處于關閉狀態(tài)，氣體也不 會從吸油管進入 C腔。因此可以在不停氣源 的情況下從油塞口給油霧器加油。 2、消聲器 功用： 排除壓縮氣體高速通過氣動
25、元件排 到大氣時產生的刺耳 噪聲污染。 結構： 圖 9-39是膨脹 干涉吸收型消聲器。 工作原理 氣流經過對稱斜孔分成多束進入擴散室 A后膨脹，減速后與反射套碰撞，然后反射 到 B室，在消聲器中心處，氣流束互相撞擊、 干涉。當兩個聲波相位相反時，使聲波的 振幅相互減弱達到消耗聲能的目的。最后 聲波通過消聲器內壁的消聲材料，殘余聲 能由于消聲材料的細孔相摩擦而變成熱能， 再次達到降低聲強的效果。 3、轉換器 轉換器是將電、液、氣信號相互轉換的輔 件，用來控制氣動系統(tǒng)工作。 1）氣 /電轉換器 圖 9-40是低壓氣 /電轉換器結構圖。它是把 氣信號轉換成電信號的元件。 氣 /電轉換器 工作原理 硬
26、芯與焊片是兩個長斷電觸點。當有 一定壓力的氣動信號由輸入口進入后，膜 片向上彎曲，帶動硬芯與限位螺釘接觸， 即與焊片導通，發(fā)出電信號。氣信號消失 后，膜片帶動硬芯復位，觸點斷開，電信 號消失。 選擇時要注意： 信號工作壓力大小、電源 種類、額定電壓和額定電流大小。 安裝： 不應傾斜和倒置，以免發(fā)生誤動作， 控制失靈。 2）電 /氣轉換器 下圖是電 /氣轉換器結構圖，其作用與 氣 /電轉換器相反，是將電信號轉換成氣信 號的元件。 工作原理： 當無電信號時，橡膠擋板 4在彈 簧 1的作用下上抬，噴嘴打開，由氣源輸入 的氣體經噴嘴排空，輸出口無輸出。當線 圈 2通入電流時，產生磁場吸下銜鐵 3，橡 膠擋板擋住噴嘴。輸出口有氣信號輸出。 本章小結 1、氣壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的結構及動作原理。 2、氣壓系統(tǒng)三大類控制元件的功能。 3、壓力控制閥的基本結構和原理及應用。 4、節(jié)流閥和調速閥各自的特點和應用。 5、方向控制閥的種類、結構、工作原理和應用。 6、邏輯元件的原理和特點。 再見！
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