模塊一

氣壓傳動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)Chart模塊導(dǎo)讀氣壓傳動(dòng)技術(shù)是一種非常杰出的工業(yè)技術(shù),它不僅是工業(yè)設(shè)備中的一種驅(qū)動(dòng)技術(shù),而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能控制。由于空氣是最潔凈的工作介質(zhì),在高度重視環(huán)保的當(dāng)今社會(huì),氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用在工業(yè)化國(guó)家中將會(huì)變得越來越重要。本模塊介紹了中國(guó)古代對(duì)氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用及我國(guó)氣動(dòng)工業(yè)的發(fā)展與展望,對(duì)工業(yè)上典型的氣動(dòng)元件進(jìn)行了介紹,并針對(duì)典型氣動(dòng)回路進(jìn)行了分析。在本模塊最后所提供的與鉗工國(guó)家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及使用維護(hù)內(nèi)容,可通過掃碼的方式獲取并進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。Chart學(xué)習(xí)單元一氣壓傳動(dòng)概述【任務(wù)介紹】如圖1-1(a)所示是一臺(tái)氣動(dòng)剪切機(jī),如圖1-1(b)所示是剪切機(jī)的氣動(dòng)回路圖,這是一種利用壓縮空氣進(jìn)行工作的機(jī)器。結(jié)合圖1-1(b)將其中使用的元件按照氣動(dòng)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分類,并填寫元件的功效。Chart學(xué)習(xí)單元一氣壓傳動(dòng)概述【任務(wù)分析】要想完成此任務(wù),必須了解:什么是氣壓傳動(dòng)?利用壓縮空氣工作的設(shè)備究竟需要用什么樣的元件組合在一起?它們的功效是什么?這種傳動(dòng)形式的優(yōu)、缺點(diǎn)是什么?因此要想認(rèn)識(shí)利用壓縮空氣工作的設(shè)備,有必要對(duì)這些問題進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解?！局R(shí)目標(biāo)】了解氣壓傳動(dòng)及其在工業(yè)中的應(yīng)用；掌握氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及每一部分的功效；了解氣壓傳動(dòng)的優(yōu)、缺點(diǎn)；掌握氣動(dòng)技術(shù)中常用的物理量?！灸芰δ繕?biāo)】能夠識(shí)別氣動(dòng)系統(tǒng)回路圖中的氣動(dòng)元件；能夠結(jié)合系統(tǒng)圖解讀元件的作用。Chart氣壓傳動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣作為傳動(dòng)介質(zhì),傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)的技術(shù),簡(jiǎn)稱為氣動(dòng)技術(shù)(pneumatictechnology)。20%30%50%一、中國(guó)古代對(duì)壓縮空氣的應(yīng)用早在公元2000多年前,中國(guó)人就認(rèn)識(shí)到在一定條件下,空氣受壓縮能產(chǎn)生動(dòng)力并實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。以夏商時(shí)代(約公元前21世紀(jì))為例,當(dāng)時(shí)青銅冶煉應(yīng)用一種鼓風(fēng)助燃設(shè)備———手拉滑板式風(fēng)箱,如圖1-2所示。風(fēng)箱由矩形截面箱體、滑板(相當(dāng)于活塞)、連接在滑板上的雙拉桿、進(jìn)出風(fēng)口組成,整個(gè)結(jié)構(gòu)是全木制品。這是中國(guó)最古老的氣動(dòng)設(shè)備,靠人力往復(fù)拉推滑板產(chǎn)生壓縮空氣。ChartADDYOURTITLEINHERESTART10%20%30%40%公元前6世紀(jì),中國(guó)人發(fā)明了液態(tài)生鐵冶煉技術(shù),即把鐵礦石與木炭交替鋪設(shè)在高爐中,采用風(fēng)箱鼓風(fēng),加溫到1150~1300℃,使其變成鐵液流出,通過模具鑄造成各種形狀的鐵器。西漢時(shí)期(公元前2世紀(jì)),我國(guó)已有手搖葉片式風(fēng)車,又名“扇車”,用于揚(yáng)去谷物中的秕糠。風(fēng)車由車架、外殼、葉片、轉(zhuǎn)軸、手柄、料斗、調(diào)節(jié)門、出料口和排風(fēng)口組成,全木質(zhì)結(jié)構(gòu)。工作時(shí),手搖轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)葉片回轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓縮空氣,開啟調(diào)節(jié)門,讓谷物從出料口緩慢落下,谷殼及輕雜物從排風(fēng)口被風(fēng)力吹出機(jī)外,一人就可操作。這是中國(guó)古代的氣動(dòng)機(jī)械,從西漢起廣泛使用,到20世紀(jì)60年代后期才停止使用。Chart60%此外,東漢(25—220年)初年,南陽(yáng)太守杜詩(shī)推廣應(yīng)用了水排,以水力帶動(dòng)曲柄連桿往復(fù)壓縮皮囊風(fēng)箱,產(chǎn)生壓縮空氣助燃冶煉,使冶煉技術(shù)得到進(jìn)一步提高。上述這些有文字記載的實(shí)例,說明了我們中華民族在很早以前就將壓縮空氣應(yīng)用于日常生活與生產(chǎn)中,體現(xiàn)了中國(guó)人的智慧。Chart二、新中國(guó)氣壓傳動(dòng)工業(yè)的發(fā)展歷史及未來展望35%15%13%49%20世紀(jì)60年代初,我國(guó)一些企業(yè)開始了進(jìn)口設(shè)備配套氣動(dòng)元件的應(yīng)用和維修,在國(guó)防科研教育部門開始了氣動(dòng)技術(shù)的教育與研究。1967年,因第二汽車廠建設(shè)需要,第一機(jī)械工業(yè)部第二局組織幾家部屬研究所成立氣動(dòng)閥攻關(guān)組和氣源處理件攻關(guān)組自主研發(fā)兩類氣動(dòng)元件,確定上海紅光機(jī)械廠為我國(guó)第一個(gè)氣動(dòng)元件定點(diǎn)生產(chǎn)廠,標(biāo)志中國(guó)氣動(dòng)工業(yè)的萌芽誕生,迄今已過去了半個(gè)多世紀(jì)。Chart中國(guó)氣動(dòng)工業(yè)的發(fā)展,與國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的風(fēng)云變幻息息相關(guān),飽經(jīng)艱辛和曲折,承載光榮與夢(mèng)想。創(chuàng)建初期誕生的十幾家由一機(jī)部歸口管理的國(guó)營(yíng)氣動(dòng)企業(yè),工廠規(guī)模小,基礎(chǔ)薄弱,而現(xiàn)今都已發(fā)展成現(xiàn)代企業(yè)。20世紀(jì)90年代中期崛起的大批民營(yíng)企業(yè),開始多數(shù)是只有十幾人、幾臺(tái)簡(jiǎn)易設(shè)備、面積僅二三百平方米的小作坊。廠長(zhǎng)既是老板,又當(dāng)工人,省吃儉用,自我積累,不斷投入。不到10年的時(shí)間,許多企業(yè)就建起了數(shù)萬平方米以數(shù)控機(jī)床為主體的廠房。從事氣動(dòng)研究的科研院所和高校,以“強(qiáng)國(guó)、奉獻(xiàn)”的胸懷,“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合,自主創(chuàng)新,研究成功多項(xiàng)具有國(guó)際先進(jìn)水平的成果。例如,20世紀(jì)60年代中后期,為拍攝飛行器運(yùn)行軌跡,我國(guó)研制了15萬~20萬r/min空氣透平反射鏡裝置;20世紀(jì)70年代,建立了沖擊氣缸計(jì)算理論,并據(jù)此研制出速度達(dá)8~11m/s的氣缸,實(shí)現(xiàn)了高溫核輻射環(huán)境送料;20世紀(jì)80年代,研制了功耗不大于1W的低功率電磁閥、21MPa的高壓氣動(dòng)元件;20世紀(jì)90年代初,為制導(dǎo)系統(tǒng)研制了氣動(dòng)系統(tǒng)與元件、針對(duì)ISO6358:1989的氣動(dòng)元件;21世紀(jì)初期,由浙江大學(xué)開發(fā)的氣動(dòng)書法機(jī)器人在德國(guó)漢諾威工業(yè)展覽會(huì)亮相,這款機(jī)器人技術(shù)上主要是進(jìn)行了新型的集成化比例/伺服氣缸的研究,有效地克服了系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾性差、低速爬行、控制精度低等缺陷,實(shí)現(xiàn)機(jī)械重復(fù)定位精度小于0.02mm,連續(xù)跟蹤軌跡精度小于0.28mm目標(biāo);等等。Chart中國(guó)氣動(dòng)工業(yè)從無到有,由小變大,由弱漸強(qiáng),目前,產(chǎn)量規(guī)模已居世界第二,并開始向世界先進(jìn)行列邁進(jìn),發(fā)展的速度和創(chuàng)造的奇跡令人矚目。它是中國(guó)人以自強(qiáng)自立的價(jià)值觀,自力更生、艱苦奮斗的創(chuàng)業(yè)史,也是改革開放從仿學(xué)到自主創(chuàng)新超越的發(fā)展史。展望未來,中國(guó)氣動(dòng)工業(yè)發(fā)展方向可歸納為五大趨勢(shì),即綠色、智能、超常、融合和服務(wù)。以此滿足主機(jī)緊湊化、輕量化、組合化、集成化、系統(tǒng)化、精細(xì)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、大型化、極端化等的需求。中國(guó)氣動(dòng)工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要來自自身產(chǎn)品高效率、高質(zhì)量、高可靠性、長(zhǎng)壽命、輕量化和多樣化的特點(diǎn);基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的協(xié)同設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈;極端環(huán)境工況對(duì)其技術(shù)要求更加苛刻;環(huán)保、排放、能耗法律法規(guī)日趨嚴(yán)厲;電傳動(dòng)等技術(shù)在更多領(lǐng)域以更大的優(yōu)勢(shì)與氣動(dòng)等流體傳動(dòng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。就總體而言,氣動(dòng)工業(yè)2010—2020年為跟蹤提高階段,主要任務(wù)是大幅提高產(chǎn)品可靠性、使用壽命和技術(shù)水平,從根本上改變高端產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口的局面。2020—2030年為創(chuàng)新跨越階段,目標(biāo)是大幅度提高產(chǎn)品集成化技術(shù)水平,預(yù)計(jì)到2030年總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,自主創(chuàng)新能力居世界前列。Chart三、氣壓傳動(dòng)技術(shù)的典型應(yīng)用45%55%采用氣壓傳動(dòng)技術(shù)的控制系統(tǒng)是一種低成本的自動(dòng)化控制系統(tǒng),這種控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)設(shè)備上。例如,包裝機(jī)械、電子及半導(dǎo)體制造機(jī)械、汽車制造機(jī)械及生產(chǎn)線、家電制造生產(chǎn)線、食品制造業(yè)生產(chǎn)線、醫(yī)學(xué)設(shè)備、航空設(shè)備、塑料加工機(jī)械,甚至包括娛樂設(shè)施等,涉及行業(yè)設(shè)備眾多。以下結(jié)合氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用列舉三個(gè)典型的氣動(dòng)應(yīng)用實(shí)例。Chart1.電子及半導(dǎo)體產(chǎn)品制造機(jī)械電子產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中多采用專機(jī)和自動(dòng)生產(chǎn)線,并且在無塵車間進(jìn)行生產(chǎn),對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格,即便最細(xì)小的塵埃都有可能引起電子元件的短路。而氣動(dòng)技術(shù)無污染,能防止將污物帶入生產(chǎn)區(qū)域。此外,氣動(dòng)系統(tǒng)還具有動(dòng)作速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此,電子線路板上電子元器件的插裝都是由氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的。圖1-3所示為電子線路板插裝機(jī)。Chart2.汽車制造機(jī)械及生產(chǎn)線汽車制造廠的車架焊接生產(chǎn)線(見圖1-4)幾乎都應(yīng)用了氣壓傳動(dòng)技術(shù)。例如,車身外殼鋼板在沖壓工序中的輸送、車身外殼在指定工位被夾緊和定位、車身在工位間的移動(dòng)、點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速移動(dòng)和減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊、裝配工具等,都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)元件和控制系統(tǒng)。Chart3.輕工產(chǎn)品制造生產(chǎn)線洗衣機(jī)、電冰箱、彩電及家具等輕工產(chǎn)品的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上,隨處可見大小不一、形狀不同的氣缸、氣馬達(dá)、氣爪手及許多靈巧的真空吸盤,用來完成對(duì)產(chǎn)品的傳輸、加工包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)到指定位置等工作。另外,緊固螺釘、螺母等連接件都可應(yīng)用經(jīng)濟(jì)、快速、可靠的氣動(dòng)工具。Chart四、氣壓傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)介質(zhì)取之不盡，用之不竭；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便、壽命長(zhǎng)；能量可以儲(chǔ)存；不需要防爆設(shè)施；適于遠(yuǎn)距離輸送；系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速‘對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染；元件易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化；無過載的危險(xiǎn)Chart四、氣壓傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可以直接利用氣壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制；系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：輸出力受到限制；介質(zhì)需經(jīng)過處理后才能使用；系統(tǒng)控制精度受限制；排氣噪聲大。Chart五、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成40%20%20%27%圖1-5所示為皮帶壓花機(jī)的示意圖,圖1-6所示為皮帶壓花機(jī)氣動(dòng)控制系統(tǒng)回路圖。從圖1-6可看出,要想利用沖壓氣缸傳遞沖擊力在皮帶上壓花,氣動(dòng)系統(tǒng)必須具備氣源、空氣調(diào)節(jié)處理元件、控制元件、執(zhí)行元件和輔助元件五個(gè)部分,如圖1-7所示。這五部分構(gòu)成了一個(gè)完整的皮帶壓花機(jī)氣動(dòng)控制系統(tǒng),其中各組成部分常用元件的名稱及作用如下。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成氣動(dòng)系統(tǒng)是由氣源、空氣調(diào)節(jié)處理元件、控制元件、執(zhí)行元件及輔助元件組成。Chart氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成氣源——?dú)庠词菫闅鈩?dòng)系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的低溫、干凈、干燥、壓縮空氣的設(shè)備，包括空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐、干燥器等元件?？諝庹{(diào)節(jié)處理元件——對(duì)壓縮空氣進(jìn)行除水、除雜質(zhì)、除油、調(diào)壓處理及加注潤(rùn)滑油的元件。控制元件——控制壓縮空氣流量、壓力及流動(dòng)方向的元件。執(zhí)行元件——將壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的元件。輔助元件——連接上述元件及進(jìn)行壓力指示的元件。Chart氣動(dòng)技術(shù)中常用物理量1.壓力壓力定義——是指單位面積上所受到的法向力。壓力單位壓力的單位較多，可用帕Pa（N/m2）、兆帕MPa、巴bar、kgf/cm2、psi表示。壓力單位及換算單位名稱帕斯卡兆帕巴公斤力/平方厘米磅/平方英寸單位表示符號(hào)PaMPabarkgf/cm2psi換算關(guān)系1MPa=106Pa=105bar1bar=1.02kgf/cm2≈14.5psiChart70%Chart氣動(dòng)技術(shù)中常用物理量壓力表示方法：

氣動(dòng)技術(shù)中常用物理量2.流量——是指單位時(shí)間內(nèi)所流過的氣體體積。流量單位可用m3/min、L/min、cm3/min表示。3.濕度絕對(duì)濕度——在一定溫度和壓力下，單位體積的濕空氣中所含有的水蒸汽的質(zhì)量，用ρVB表示。飽和絕對(duì)濕度——在一定的溫度和壓力下，單位體積濕空氣中最大限度的含有水蒸汽的質(zhì)量，用ρB表示。相對(duì)濕度——在一定的溫度和壓力下，絕對(duì)濕度ρVB與飽和絕對(duì)濕度ρB之比的百分?jǐn)?shù)：用Φ表示。

即

ChartChart完成理論任務(wù)85%結(jié)合所學(xué)習(xí)的知識(shí)認(rèn)知內(nèi)容,氣動(dòng)剪切機(jī)中的氣動(dòng)元件標(biāo)注如圖1-9中所示,包括氣源系統(tǒng)、控制元件、執(zhí)行元件、空氣調(diào)節(jié)處理元件及輔助元件五部分。氣源系統(tǒng):由空氣壓縮機(jī)、后冷卻器、油水分離器及儲(chǔ)氣罐組成。它的作用是在電機(jī)的帶動(dòng)下,通過空氣壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)將自然界中1個(gè)大氣壓的空氣進(jìn)行壓縮,然后通過后冷卻器將壓縮空氣的溫度降下來,利用油水分離器將液態(tài)的水滴、油滴及固體雜質(zhì)分離出來,利用儲(chǔ)氣罐將進(jìn)入罐中處于靜止?fàn)顟B(tài)的氣體進(jìn)一步凈化并儲(chǔ)存,為系統(tǒng)提供連續(xù)流動(dòng)凈化后的壓縮空氣。Chart完成理論任務(wù)控制元件:圖1-9中的控制元件包括減壓閥、換向閥和行程閥,其中減壓閥用于調(diào)整剪切機(jī)的系統(tǒng)壓力,換向閥用于控制剪切氣缸運(yùn)動(dòng)方向,行程閥用于檢測(cè)工件位置并發(fā)信號(hào)。執(zhí)行元件:圖1-9中的執(zhí)行元件是一個(gè)單活塞桿的雙作用氣缸,它的作用是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為剪切鋼板的機(jī)械能?？諝庹{(diào)節(jié)處理元件:包括減壓閥分水過濾器和油霧器?？諝庹{(diào)節(jié)處理元件設(shè)置目的有三:一是進(jìn)一步除去水、氧化變質(zhì)的油及固態(tài)雜質(zhì);二是調(diào)定好系統(tǒng)所需壓力并穩(wěn)定系統(tǒng)壓力;三是對(duì)系統(tǒng)加注清潔的潤(rùn)滑油。輔助元件:主要指圖中的管路、接頭及壓力表等。其作用的是將各元件連接起來,使系統(tǒng)形成封閉回路并可檢測(cè)到封閉系統(tǒng)中的壓力。Chart思考與練習(xí)思考1:談?wù)勚袊?guó)氣動(dòng)工業(yè)的發(fā)展歷史給你帶來的啟示。思考2:結(jié)合對(duì)本單元學(xué)習(xí)的理解舉出2例常見的氣動(dòng)設(shè)備。練習(xí)1:圖1-10所示為利用氣壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的木料加工輸送生產(chǎn)線,結(jié)合圖示,指出其中10~16元件的名稱及作用。43%30%19%

9%

.Chart思考與練習(xí)練習(xí)2:圖1-11所示為生產(chǎn)線上的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上料的中間緩存設(shè)備,緩沖存儲(chǔ)的目的是緩解由于生產(chǎn)線上機(jī)器和機(jī)器間的生產(chǎn)節(jié)拍不協(xié)調(diào)而出現(xiàn)的物料堆積現(xiàn)象,這種機(jī)器還可以在生產(chǎn)線上個(gè)別工位的機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)揮作用。試確定圖1-11中哪些部分的運(yùn)動(dòng)可利用氣動(dòng)執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)。Chart學(xué)習(xí)單元二典型氣動(dòng)元件【任務(wù)介紹】圖1-12所示的小型氣動(dòng)沖床是完成小型工件的沖裁加工所使用的設(shè)備,通常選用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)。如果氣源提供壓縮空氣的壓力為6bar,該氣動(dòng)沖床所能輸出的最大沖裁力為1800N,最大有效行程為290mm,每分鐘沖裁20個(gè)工件,試確定沖床所使用的氣缸的參數(shù)(缸徑、活塞桿直徑、行程),設(shè)計(jì)出滿足沖床工作要求的氣動(dòng)回路圖并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上安裝、調(diào)試及運(yùn)行氣動(dòng)沖床系統(tǒng)。Chart學(xué)習(xí)單元一氣壓傳動(dòng)概述【任務(wù)分析】沖頭的沖裁動(dòng)作是利用氣缸驅(qū)動(dòng),氣缸的運(yùn)動(dòng)方向控制了沖頭的上、下運(yùn)動(dòng)方向,而氣缸運(yùn)動(dòng)方向又是通過壓縮空氣的流動(dòng)方向進(jìn)行控制的,這種利用壓縮空氣的流動(dòng)對(duì)外做功的元件被稱為氣動(dòng)執(zhí)行元件,驅(qū)動(dòng)沖頭運(yùn)動(dòng)的氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件中的一個(gè)典型代表,氣動(dòng)執(zhí)行元件還包括氣馬達(dá)和擺動(dòng)氣缸等。選擇氣缸型號(hào)時(shí),必須確定氣缸的主要參數(shù),即缸徑、活塞桿直徑及行程等結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù),這些需要結(jié)合實(shí)際工況通過計(jì)算來確定。要完成氣缸型號(hào)的選擇,必須了解氣缸結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)的計(jì)算方法。另外,控制沖頭運(yùn)動(dòng)方向就要控制氣缸的運(yùn)動(dòng)方向,而這需要控制壓縮空氣的流動(dòng)方向;控制沖床每分鐘沖裁的工件數(shù)量,就要控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度;進(jìn)入氣缸的壓縮空氣必須是處理過的,即要進(jìn)行過濾,除水、除油及除雜質(zhì);有些氣動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)需要加注潤(rùn)滑油;氣缸運(yùn)行過程中排氣腔內(nèi)的氣體要排向大氣會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲,這些都需要利用相應(yīng)的元件來解決。如何選擇相應(yīng)的元件組成氣動(dòng)系統(tǒng),根據(jù)什么規(guī)則繪制系統(tǒng)氣動(dòng)圖,裝調(diào)系統(tǒng)的過程中需注意的問題等內(nèi)容都是完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)要解決的問題?！局R(shí)目標(biāo)】了解壓縮空氣的生產(chǎn)設(shè)備，認(rèn)識(shí)其中元件的作用；掌握?qǐng)?zhí)行元件的作用、結(jié)構(gòu)、原理及職能符號(hào)；掌握壓力控制元件的作用、結(jié)構(gòu)、原理及職能符號(hào)；掌握流量控制元件的作用、結(jié)構(gòu)、原理及職能符號(hào)；掌握方向控制元件的作用、結(jié)構(gòu)、原理及職能符號(hào)；掌握輔助元件的作用、結(jié)構(gòu)、原理及職能符號(hào)。【能力目標(biāo)】能進(jìn)行氣缸參數(shù)的選型；能進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力、速度的調(diào)整。常用氣動(dòng)元件介紹ChartChart一、氣源系統(tǒng)認(rèn)知?dú)庠聪到y(tǒng)是為氣壓傳動(dòng)設(shè)備提供具有一定質(zhì)量、流量和壓力的壓縮空氣生產(chǎn)設(shè)備,由產(chǎn)生、處理和儲(chǔ)存壓縮空氣的設(shè)備組成。圖1-13所示為小型氣源系統(tǒng)的組成。

電機(jī)2驅(qū)動(dòng)活塞式空氣壓縮機(jī)1,將具有1個(gè)大氣壓的空氣壓縮成具有較高壓力的壓縮空氣,進(jìn)入小氣罐6。通過冷卻凈化,沉降在底部的雜質(zhì)可經(jīng)自動(dòng)排水閥5排出。壓縮空氣通過管路輸送到后冷卻器10,后冷卻器是通過降低壓縮空氣的溫度,將水蒸氣及油氣冷凝成液態(tài)的水滴和油滴,從后冷卻器的出口通過管路輸送到油水分離器9中;油水分離器將液態(tài)的水滴、油滴和雜質(zhì)分離出來。Chart一、氣源系統(tǒng)認(rèn)知圖1-14所示為大型氣源系統(tǒng)的組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞式空氣壓縮機(jī)1,將具有1個(gè)大氣壓的空氣壓縮成具有較高壓力的壓縮空氣,進(jìn)入后冷卻器2降低壓縮空氣的溫度,將水蒸氣及油氣冷凝成液態(tài)的水滴和油滴,從后冷卻器的出口通過管路輸送到油水分離器3中,將壓縮空氣中的液態(tài)的水滴、油滴和雜質(zhì)分離出來,通過管路進(jìn)入儲(chǔ)氣罐4中,進(jìn)一步沉降壓縮空氣中的水滴、油滴等雜質(zhì)。如果氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求較高,如儀表系統(tǒng),則氣源系統(tǒng)中必須要加裝干燥器5以便對(duì)壓縮空氣進(jìn)行進(jìn)一步的脫濕處理。通過管路使壓縮空氣繼續(xù)進(jìn)入干燥器5進(jìn)行脫濕處理,過濾器6進(jìn)一步過濾壓縮空氣中的雜質(zhì),通過儲(chǔ)氣罐7的進(jìn)一步沉降,具有一定壓力、流量的高質(zhì)量壓縮空氣就可通過管路輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。Chart一、氣源系統(tǒng)認(rèn)知后冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐的最低點(diǎn)都是易于儲(chǔ)存液態(tài)雜質(zhì)的地方,因此這些地方均應(yīng)設(shè)置手動(dòng)或自動(dòng)排水閥,以便排除系統(tǒng)中液態(tài)的油和水。根據(jù)圖1-13、圖1-14可知,氣源系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、后冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐等元件組成。有些儀表系統(tǒng)或要求更高的供氣系統(tǒng),還需添加干燥器等設(shè)備。氣源中產(chǎn)生壓縮空氣的元件稱為空氣壓縮機(jī),簡(jiǎn)稱空壓機(jī)。各類型空氣壓縮機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)及職能符號(hào)見表1-2。Chart一、氣源系統(tǒng)認(rèn)知處理和儲(chǔ)存壓縮空氣元件的工作原理、結(jié)構(gòu)及職能符號(hào)見表1-3。后冷卻器將壓縮機(jī)出口的壓縮空氣溫度降到系統(tǒng)所要求的溫度。職能符號(hào):Chart知識(shí)拓展Chart知識(shí)拓展油水分離器將壓縮空氣中的液態(tài)的油份和水分分離出來。職能符號(hào):Chart知識(shí)拓展管道供氣系統(tǒng)1.供氣管網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)成環(huán)形管路，以保證維修時(shí)仍能供氣；2.管道直徑選取應(yīng)以所產(chǎn)生壓力損耗不大于0.2bar為準(zhǔn)；3.管道鋪設(shè)時(shí)應(yīng)有一定的坡度，便于冷凝水排出；4.分支管路從上方出管；5.在管路最低點(diǎn)設(shè)置排水閥。Chart二、典型氣動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)系統(tǒng)中將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的元件稱為氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣動(dòng)執(zhí)行元件種類繁多,對(duì)初學(xué)者而言最簡(jiǎn)單、易于分辨的分類方法是按照?qǐng)?zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)軌跡將氣動(dòng)執(zhí)行元件劃分為氣缸、擺動(dòng)氣缸、氣馬達(dá)及吸盤四類,其中應(yīng)用最多的是氣缸。氣缸的運(yùn)動(dòng)軌跡是做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);擺動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)軌跡是做曲線運(yùn)動(dòng);氣馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)軌跡是做連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)。1.氣缸氣缸可按照氣體作用方式劃分為單作用氣缸和雙作用氣缸兩種。雙作用氣缸的常見結(jié)構(gòu)又有不帶緩沖和帶緩沖兩種形式。1)單作用氣缸結(jié)構(gòu)及工作原理單作用氣缸指利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸的活塞產(chǎn)生一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),而活塞另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)靠彈簧或其他外力驅(qū)動(dòng)的氣缸。Chart圖1-15所示為單作用氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)壓縮空氣從左接口進(jìn)入氣缸無桿腔,作用在活塞上產(chǎn)生向右的推力,當(dāng)推力大于彈簧力和活塞與活塞桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力時(shí),氣缸的活塞向右運(yùn)動(dòng),即活塞桿伸出;當(dāng)左接口與大氣相通,活塞左腔的壓縮空氣排出,活塞在彈簧力的作用下向左運(yùn)動(dòng),即活塞桿返回。Chart2)雙作用氣缸結(jié)構(gòu)及工作原理雙作用氣缸指活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)均由壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)的氣缸。(1)不帶緩沖的雙作用氣缸結(jié)構(gòu)及工作原理。圖1-16所示為不帶緩沖的雙作用氣缸結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1-16(a)所示,當(dāng)左接口與大氣相通,壓縮空氣從右接口進(jìn)入氣缸有桿腔時(shí),壓縮空氣作用在活塞面積和活塞桿桿面積差所形成的環(huán)形腔上產(chǎn)生向左的推力,當(dāng)推力大于活塞和活塞桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力時(shí),氣缸的活塞向左運(yùn)動(dòng),活塞左腔的壓縮空氣排出,即活塞桿返回;如圖1-16(b)所示,當(dāng)壓縮空氣從左接口進(jìn)入氣缸無桿腔,壓縮空氣作用在活塞上產(chǎn)生向右的推力,當(dāng)推力大于活塞和活塞桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力時(shí),氣缸的活塞向右運(yùn)動(dòng),即活塞桿伸出。Chart微課雙作用氣缸Chart(2)帶緩沖的雙作用氣缸結(jié)構(gòu)及工作原理。氣缸的活塞在缸筒中做往復(fù)運(yùn)動(dòng),為防止活塞在行程終端撞擊缸蓋,發(fā)生機(jī)械碰撞,造成機(jī)件變形、損壞及產(chǎn)生噪聲,需在氣缸運(yùn)行到接近終端的位置進(jìn)行緩沖。緩沖的方式很多,其中,最常見的是活塞在接近行程終端前,借助排氣受阻,使背腔形成一定的壓力,反作用在活塞上使氣缸運(yùn)行速度降低的方法,帶緩沖的雙作用氣缸結(jié)構(gòu)圖如圖1-17所示。Chart當(dāng)壓縮空氣從右接口進(jìn)入氣缸,壓縮空氣經(jīng)過右側(cè)的緩沖柱塞腔進(jìn)入氣缸右腔,作用在活塞的右面,產(chǎn)生向左的推力,活塞左行,活塞左腔的氣體經(jīng)緩沖柱塞腔從左接口排出。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到接近行程后終端時(shí),即緩沖柱塞進(jìn)入左側(cè)的緩沖柱塞腔時(shí),原排氣通道被封堵,排氣腔中的氣體需經(jīng)后端蓋上節(jié)流閥的節(jié)流口排出。由于節(jié)流口與原排氣通道相比,通流面積較小,排氣不暢,壓力升高,活塞進(jìn)入緩沖行程,形成一個(gè)甚至高于工作氣源壓力的背壓,使活塞向左運(yùn)動(dòng)的速度逐漸減慢。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度,可控制氣缸接近終端時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)的速度,即可調(diào)節(jié)緩沖的效果。Chart3)氣缸職能符號(hào)常見單作用氣缸職能符號(hào)見表1-4,常見雙作用氣缸職能符號(hào)見表1-5。Chart4)氣缸主要參數(shù)氣缸主要參數(shù)包括氣缸的缸徑、活塞桿直徑、氣缸行程、工作壓力等。其中缸徑的大小、工作壓力的高低標(biāo)志著氣缸理論推力的大小,活塞桿直徑的大小標(biāo)志著氣缸活塞桿的強(qiáng)度好壞,氣缸行程長(zhǎng)度標(biāo)志著氣缸的作用范圍。

(1)缸徑。氣缸的缸徑與氣缸輸出力、負(fù)載工況和負(fù)載率等因素有關(guān)。氣缸的理論輸出力與氣缸實(shí)際負(fù)載力以及氣缸的負(fù)載率關(guān)系如下。式中,氣缸的理論輸出力F0

與氣缸的缸徑和工作壓力有關(guān),單位為牛頓(N);氣缸實(shí)際負(fù)載力F與氣缸所受的負(fù)載狀態(tài)有關(guān),單位為牛頓(N)。Chart負(fù)載率與負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)確定了氣缸理論輸出力F0的表達(dá)式,根據(jù)負(fù)載狀態(tài)確定氣缸的實(shí)際負(fù)載力F和負(fù)載率β,就可反推出氣缸的缸徑大小。計(jì)算出缸徑D后,再參照標(biāo)準(zhǔn)氣缸缸徑進(jìn)行圓整(應(yīng)大于計(jì)算出的數(shù)值)即可,具體計(jì)算方法如下。①氣缸理論輸出力F0

表達(dá)式的確定。氣缸理論輸出力F0的計(jì)算公式見表1-6。Chart②氣缸實(shí)際負(fù)載力F計(jì)算。氣缸實(shí)際負(fù)載力F與負(fù)載狀態(tài)有關(guān),負(fù)載狀態(tài)與負(fù)載力的關(guān)系見表1-7。Chart③負(fù)載率β。根據(jù)氣缸負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選取負(fù)載率β,負(fù)載率與負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系見表1-8。10%20%30%40%Chart④工作壓力p的計(jì)算。工作壓力p根據(jù)氣源供氣條件來確定,一般取系統(tǒng)中減壓閥調(diào)定壓力的85%代入公式。如果確定了上述四項(xiàng)內(nèi)容,即氣缸理論輸出力F0的表達(dá)式及F、β、p的數(shù)值,代入公式中即可計(jì)算出氣缸缸徑,經(jīng)過圓整后得出所需氣缸缸徑。以單活塞桿雙作用氣缸為例,且氣缸伸出時(shí)為工作行程,根據(jù)表1-6可確定氣缸理論輸出力的表達(dá)式為為,代入公式中,得出根據(jù)實(shí)際工況,通過查表和計(jì)算,將F、β、p數(shù)值代入,即可計(jì)算出氣缸缸徑數(shù)值,通過查找產(chǎn)品手冊(cè),將缸徑值圓整后即得出所需氣缸缸徑大小。Chart(2)活塞桿直徑。確定了氣缸缸徑后,一般活塞桿的直徑按d=(0.2~0.3)D進(jìn)行計(jì)算,如果氣缸所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載較大,對(duì)氣缸活塞桿強(qiáng)度要求較高,也可按d=(0.3~0.4)D進(jìn)行計(jì)算,活塞桿直徑同樣也需要圓整,部分活塞桿直徑的圓整數(shù)值見表1-9。10%20%30%40%Chart(3)氣缸行程。氣缸的有效行程表示氣缸的作用范圍,以SMC公司生產(chǎn)的普通氣缸為例,部分氣缸標(biāo)準(zhǔn)行程數(shù)值見表1-10。5)氣缸型號(hào)：(1)單作用氣缸型號(hào)的表示方法。ChartChart以SMC公司生產(chǎn)的型號(hào)CDJ2B-12-50S-B氣缸為例說明。CDJ2B表示產(chǎn)品型號(hào),即內(nèi)置磁環(huán)型,帶一個(gè)磁性開關(guān)的氣缸;12表示氣缸的缸徑為12mm,50表示氣缸行程為50mm;S表示單作用氣缸為彈簧壓出型;B表示1個(gè)腳架的連接形式。(2)雙作用氣缸型號(hào)的表示方法。雙作用氣缸型號(hào)的表示方法如圖1-19所示。Chart以FESTO公司生產(chǎn)的型號(hào)為DGS-32-80-PPV-A氣缸為例說明。DGS表示活塞帶磁環(huán)的雙作用氣缸;32表示氣缸的缸徑為32mm;80表示氣缸行程為80mm;PPV表示氣缸兩端帶可調(diào)式緩沖功能;A表示在氣缸上可安裝接近開關(guān)。6)滿足特定工況要求的氣缸除了前面學(xué)習(xí)到的單作用氣缸、雙作用氣缸、緩沖氣缸外,在工業(yè)應(yīng)用中還有許多為滿足特定工況要求的特殊形式的氣缸。(1)雙活塞桿氣缸。雙活塞桿氣缸是具有兩個(gè)活塞桿的氣缸,活塞兩端氣體作用面積相同,因此適用于要求兩個(gè)方向的輸出力和運(yùn)動(dòng)的速度一樣的工況,如圖1-20所示。Chart微課雙桿式活塞缸結(jié)構(gòu)Chart(2)無活塞桿氣缸。如圖1-21所示,由于氣缸沒有活塞桿,節(jié)約安裝空間,受力好,承載部件與活塞為剛性連接,故可傳遞較高的扭矩及徑向載荷,導(dǎo)向性好,兩個(gè)方向的作用力和速度相同。10%20%30%40%Chart(3)多級(jí)氣缸。如圖1-22所示,多級(jí)氣缸將兩個(gè)或多個(gè)氣缸組裝在一起,可實(shí)現(xiàn)多個(gè)準(zhǔn)確的輸出位置,可應(yīng)用于閘閥控制、生產(chǎn)線分選等。(4)串級(jí)氣缸。如圖1-23所示,串級(jí)氣缸由兩個(gè)以機(jī)械形式串聯(lián)在一起的雙作用氣缸組成,用于行程較短、輸出力要求較大或徑向空間受限制的場(chǎng)合。Chart(5)膜片式氣缸。如圖1-24所示,膜片式氣缸的活塞為夾持在左右端蓋中由橡膠材料制成的膜片,依靠膜片在壓縮空氣作用下的變形,推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。這種氣缸不需要加注潤(rùn)滑油,密封性能好,但是工作行程受限制,壽命低。(6)伸縮氣缸。如圖1-25所示,伸縮氣缸由多個(gè)互相套在一起的套筒組成,整體長(zhǎng)度短,工作行程長(zhǎng)。與同缸徑的普通氣缸相比,伸縮氣缸的輸出力小,適用于軸向空間受限制,但工作行程要求又較長(zhǎng)的場(chǎng)合。Chart(7)沖擊氣缸。如圖1-26所示,沖擊氣缸通過對(duì)活塞上腔施加作用,即蓄能腔的快速充氣與活塞下腔的快速排氣相結(jié)合,使活塞桿快速下行并產(chǎn)生沖擊。(8)氣動(dòng)手爪。如圖1-27所示,氣動(dòng)手爪利用杠桿原理將氣缸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成手爪的開、閉運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)抓取工件的功能。Chart2.擺動(dòng)氣缸擺動(dòng)氣缸利用氣體的壓力能實(shí)現(xiàn)曲線運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)氣缸常用于物體的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、分類、夾緊、閥門的開閉以及機(jī)器人的手臂動(dòng)作等。擺動(dòng)氣缸職能符號(hào)如圖1-28所示。10%20%30%40%Chart知識(shí)拓展擺動(dòng)氣缸：做曲線運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。Chart微課擺動(dòng)氣缸Chart1)齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸如圖1-29所示,齒輪齒條式擺動(dòng)氣缸與雙作用氣缸的工作原理一樣,圖1-29(a)只是活塞桿的前端做成齒條形狀,在活塞桿伸出時(shí),撥動(dòng)齒輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),則齒輪軸輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖1-29(b)由于將齒輪安置在中間位置,受力較圖1-29(a)更好。Chart2)葉片式擺動(dòng)氣缸葉片式擺動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)原理如圖1-30所示,壓縮空氣從左接口進(jìn)入擺缸,作用在葉片左半部,產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)矩,葉片帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);壓縮空氣從右接口進(jìn)入擺缸,作用在葉片右半部,產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩,葉片帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。Chart3.氣馬達(dá)氣馬達(dá)是利用氣體壓力能實(shí)現(xiàn)連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)元件,其作用類似于電動(dòng)機(jī)。在工業(yè)中常常應(yīng)用高速、小扭矩葉片式氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝配工具,如氣扳子、氣改錐、氣砂輪;應(yīng)用低速、大扭矩活塞式氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng)小型機(jī)械,如小型起重機(jī)、絞車、絞盤、天車的吊鉤和拉管機(jī)等。雙向定量氣馬達(dá)職能符號(hào)如圖1-31所示。Chart知識(shí)拓展氣馬達(dá)：做連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。Chart微課氣馬達(dá)工作原理Chart1)葉片式氣馬達(dá)葉片式氣馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理如圖1-32所示,壓縮空氣從左接口進(jìn)入氣馬達(dá),壓力作用在封閉容腔內(nèi)的一對(duì)葉片上,產(chǎn)生大小不一樣、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩差驅(qū)動(dòng)葉片產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),葉片撥著轉(zhuǎn)子輸出順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),隨著轉(zhuǎn)動(dòng),氣體從上方排氣口排出;相反,壓縮空氣從右接口進(jìn)入氣馬達(dá),使輸出軸產(chǎn)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。職能符號(hào)Chart2)活塞式氣馬達(dá)活塞式氣馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理如圖1-33所示,按順時(shí)針的順序先后分別向各氣缸通氣,活塞產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)連桿帶動(dòng)曲柄將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);如按逆時(shí)針的順序先后分別向各氣缸通氣,驅(qū)動(dòng)連桿帶動(dòng)曲柄將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。10%20%30%40%Chart4.吸盤吸盤以真空吸附為動(dòng)力源,作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一種手段,已在電子、半導(dǎo)體元件組裝、汽車組裝、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械、輕工機(jī)械、食品機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料制品機(jī)械、包裝機(jī)械、鍛壓機(jī)械、機(jī)器人等許多方面得到廣泛的應(yīng)用。如真空包裝機(jī)械中,包裝紙的吸附、送標(biāo)、貼標(biāo),包裝袋的開啟;電視機(jī)的顯像管,電子槍的加工、運(yùn)輸、裝配及電視機(jī)的組裝;印刷機(jī)械中的雙張、折面的檢測(cè),印刷紙張的運(yùn)輸;玻璃的搬運(yùn)和裝箱;機(jī)器人抓起重物、搬運(yùn)和裝配;真空成型、真空卡盤等。總之,對(duì)任何具有較光滑表面的物體,特別對(duì)于非鐵、非金屬且不適合夾緊的物體,如薄的柔軟的紙張、塑料膜、鋁錨,易碎的玻璃及其制品,集成電路板等微型精密零件,都可使用真空吸附,完成各種作業(yè)。Chart1)真空系統(tǒng)組成真空系統(tǒng)是由真空發(fā)生器、吸盤、真空閥及輔助元件組成。真空發(fā)生器在真空系統(tǒng)中相當(dāng)于真空壓力源,吸盤相當(dāng)于執(zhí)行元件,真空閥相當(dāng)于控制元件(包括手動(dòng)閥、機(jī)控閥、氣控閥及電磁閥等),輔助元件指管件接頭、過濾器、消聲器等。這一講主要介紹相當(dāng)于執(zhí)行元件的吸盤。2)吸盤的作用與結(jié)構(gòu)吸盤是真空系統(tǒng)的執(zhí)行元件,用于將表面光滑平整的工件吸起并保持住,柔軟又有彈性的吸盤確保不會(huì)損壞工件。吸盤通常由丁腈橡膠、聚胺酯和硅橡膠等材料與金屬骨架壓制而成,硅橡膠吸盤適用于食品工業(yè)。Chart真空吸盤的結(jié)構(gòu)有圓形平吸盤和波紋形吸盤,見表1-11。Chart10%20%30%40%3)吸盤性能真空吸盤的外徑稱為公稱直徑,其吸持工件被抽空的直徑稱為有效直徑。一般真空吸盤公稱直徑有8mm、15mm、30mm、40mm、55mm、75mm、100mm和125mm等規(guī)格。真空吸盤的理論吸力F為式中,Δpu為真空度,kPa;De為真空吸盤的有效直徑,m。若已有一個(gè)真空吸盤,只要設(shè)定真空度,就可計(jì)算出吸盤的理論吸力;(N)為F的單位,牛頓。Chart4)吸盤的安裝吸盤的安裝是靠吸盤上的螺紋直接與真空發(fā)生器接口相連接。真空吸盤使用時(shí)應(yīng)該注意吸盤的安裝位置,即水平安裝還是垂直安裝,兩者吸持工件時(shí)受力狀態(tài)是不同的:吸盤水平安裝時(shí),除了要吸持住工件負(fù)載,還應(yīng)該考慮吸盤移動(dòng)時(shí)工件的慣性力對(duì)吸力的影響;吸盤垂直安裝時(shí),吸盤的吸力必須大于工件與吸盤間的摩擦力。Chart三、典型氣動(dòng)控制元件氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行元件的輸出運(yùn)動(dòng)的方向、輸出力和輸出速度往往需要加以控制,即對(duì)壓縮空氣的流動(dòng)方向、壓力和流量進(jìn)行控制。因此,將控制壓縮空氣流動(dòng)方向、壓力和流量的元件統(tǒng)稱為氣動(dòng)控制元件。氣動(dòng)控制元件種類繁多,分類方法也很多,其中最便于初學(xué)者記憶的分類方法是按照它們所要控制的對(duì)象劃分,為方向控制元件、壓力控制元件、流量控制元件三類。1.方向控制元件在各類方向控制元件中,可根據(jù)元件內(nèi)氣流的作用方向分為換向型方向控制閥和單向型方向控制閥。換向型方向控制閥控制氣流通、斷及流向,簡(jiǎn)稱換向閥,如手動(dòng)換向閥、氣控?fù)Q向閥、電磁換向閥等。單向型方向控制閥只允許氣流沿一個(gè)方向通過,如普通單向閥、氣控單向閥。Chart1)換向閥(1)換向閥操縱力。換向閥換向是需要對(duì)閥芯施加操縱力的,其控制形式有電磁力、人力、機(jī)械力和氣壓力之分,表示方法見表1-12。Chart微課手動(dòng)換向閥Chart10%20%30%40%(2)換向閥工作位置的數(shù)量。換向閥的工作位置指換向閥的切換狀態(tài),有幾個(gè)切換狀態(tài)就稱為有幾個(gè)工作位置,即稱為幾位閥。例如,有兩個(gè)工作位置簡(jiǎn)稱二位閥,有三個(gè)工作位置簡(jiǎn)稱三位閥。每一個(gè)工作位置用一個(gè)正方形表示,如二位閥用2個(gè)正方形“”表示,三位閥用3個(gè)正方形“”表示。(3)換向閥初始位置。換向閥的初始位置即未加控制信號(hào)時(shí)的位置。例如,人力操縱的換向閥的初始位置是指還沒有對(duì)閥施加外力時(shí)閥所處的狀態(tài)。Chart(4)換向閥通路接口的數(shù)量。換向閥通路接口的數(shù)量是指閥的輸入口、輸出口和排氣口累計(jì)后的總數(shù),不包括控制口數(shù)量。閥的接口可用字母表示,也可用數(shù)字表示(須符合ISO標(biāo)準(zhǔn))。兩個(gè)接口相通用“↑”或“↓”表示,氣流不通用表示。表1-13所示為閥工作位置與通路接口的表示方法。注:1.數(shù)字“1”表示輸入口,也可用字母“P”表示。2.數(shù)字“2”“4”表示輸出口,也可用字母“A”或“B”表示。3.數(shù)字“3”“5”表示排氣口,也可用字母“R”或“S”表示。Chart微課三位四通換向閥原理Chart(5)換向閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及職能符號(hào)。常見換向閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及職能符號(hào)見表1-14。Chart二位換向閥要注意的問題:加在二位雙氣控?fù)Q向閥、二位雙電控?fù)Q向閥上的控制信號(hào)只需要脈沖信號(hào)就可以;雙氣控?fù)Q向閥、雙電控?fù)Q向閥兩端的控制信號(hào)不能同時(shí)出現(xiàn)。2)單向閥單向閥是只允許氣流向一個(gè)方向流動(dòng)的閥,它的結(jié)構(gòu)原理圖及職能符號(hào)如圖1-34所示。當(dāng)氣流從輸入口1流入單向閥,閥芯右移,閥口打開,氣流從輸出口2流出;當(dāng)氣流從2口流入單向閥,閥芯緊緊地壓在閥座上,氣流截止。彈簧的作用一方面是增加閥口的密封性,防止低壓泄漏;另一方面是在氣流反向流動(dòng)時(shí)幫助閥芯迅速關(guān)閉。單向閥多與節(jié)流閥組合構(gòu)成速度控制閥,即單向節(jié)流閥,用于控制執(zhí)行元件某一方向的運(yùn)動(dòng)速度或在空壓機(jī)出口管路中安裝單向閥,防止氣體倒流。Chart2.壓力控制元件氣動(dòng)系統(tǒng)輸出力F的大小取決于系統(tǒng)的工作壓力p和氣體壓力所作用的面積A的乘積,因此,壓力的高低直接影響到輸出力的大小。在氣動(dòng)系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力的元件稱為壓力控制元件。壓力控制元件包括減壓閥、溢流閥和順序閥。其職能符號(hào)見表1-15。Chart1)減壓閥空氣壓縮機(jī)輸出壓縮空氣的壓力通常都高于氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力,因此需要減壓閥來降低壓力,并維持壓力在調(diào)定值,所以每一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)都需要使用減壓閥。減壓閥的作用是降低壓縮空氣的壓力,以適用每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的需要,并使氣體壓力保持穩(wěn)定,即達(dá)到減壓和穩(wěn)壓的作用。圖1-35所示為直動(dòng)式減壓閥外形及結(jié)構(gòu)原理。Chart其減壓的原理如下:旋轉(zhuǎn)調(diào)壓手輪壓縮調(diào)壓彈簧—彈簧力作用使節(jié)流口打開—從入口進(jìn)入壓縮空氣—到達(dá)節(jié)流口后減壓—從出口流出;當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)壓手輪時(shí)—可改變調(diào)壓彈簧的壓縮量—可控制節(jié)流口的開口大小—達(dá)到控制出口壓力高低的目的。節(jié)流口越大,阻力越小,出口壓力越高;節(jié)流口越小,阻力越大,出口壓力越低。其穩(wěn)壓的原理如下:當(dāng)出口壓力受負(fù)載變大影響時(shí)—出口壓力增高—平衡膜片上向下的作用力增大—平衡被打破膜片下移—減壓閥閥芯下移—節(jié)流口關(guān)小—出口壓力減小—恢復(fù)設(shè)定壓力達(dá)到穩(wěn)壓的目的。若出口壓力繼續(xù)升高—膜片下移量大—節(jié)流口關(guān)閉—減壓閥閥芯與溢流閥閥座脫開—?dú)怏w從溢流口流出—壓力下降—平衡膜片逐漸上移并找到新的平衡位置。當(dāng)受負(fù)載變小影響時(shí)—出口壓力降低—平衡膜片上向下的作用力變小—平衡被打破膜片上移—減壓閥閥芯上移—節(jié)流口開大—出口壓力增高—恢復(fù)設(shè)定壓力達(dá)到穩(wěn)定壓力的目的。從中不難看出,無論負(fù)載變大還是變小,減壓閥總是具有將出口壓力穩(wěn)定在調(diào)定壓力附近的功能。因此,減壓閥也稱為調(diào)壓閥。Chart知識(shí)拓展若氣源供氣不穩(wěn)定，氣體壓力升高，如果氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)沒有保護(hù)措施，氣壓系統(tǒng)中薄弱的環(huán)節(jié)將損壞。在這種情況下，將如何保護(hù)氣動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行呢？在氣動(dòng)系統(tǒng)中接入溢流閥來控制系統(tǒng)的最高壓力。研究溢流閥的工作原理、圖形符號(hào)及應(yīng)用。Chart2)溢流閥溢流閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)中的工作壓力超過調(diào)定值時(shí),把多余的壓縮空氣排入大氣,以保持進(jìn)口壓力的調(diào)定值。實(shí)際上氣動(dòng)系統(tǒng)中的溢流閥既可作為保持系統(tǒng)工作壓力恒定的壓力控制閥,又可作為防止系統(tǒng)過載、保證安全的壓力控制閥。溢流閥也有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種結(jié)構(gòu)。直動(dòng)式一般適用于管路通徑較小的系統(tǒng),先導(dǎo)式一般適用于管路通徑較大或需要遠(yuǎn)距離控制的系統(tǒng)。圖1-36所示為直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)原理。它由閥芯、閥體、調(diào)壓彈簧和調(diào)壓手輪等組成。Chart微課先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥Chart微課直動(dòng)式溢流閥直動(dòng)式溢流閥Chart知識(shí)拓展直動(dòng)式溢流閥

當(dāng)pA<F時(shí)閥口關(guān)閉當(dāng)pA=F時(shí)閥口即將打開,p=F/A，為開啟壓力當(dāng)pA>F時(shí)閥口打開，壓縮空氣穩(wěn)壓溢流條件:輸入口壓力p，閥芯截面積A，彈簧壓力F。Chart直動(dòng)式溢流閥的輸入口與控制系統(tǒng)連接。當(dāng)系統(tǒng)中的氣體壓力與作用面積相乘結(jié)果低于溢流閥彈簧調(diào)定壓力時(shí),兩者作用力之差形成閥座和閥芯之間的密封力,作用在閥芯上的彈簧力將閥芯壓緊在閥座上。隨著系統(tǒng)氣壓增加,即在閥芯左面產(chǎn)生的向右氣壓力逐漸升高,當(dāng)系統(tǒng)中的氣體壓力上升到某一值時(shí),閥的密封力變?yōu)榱?當(dāng)壓力繼續(xù)上升到閥芯的開啟壓力時(shí),閥芯開始右移并打開,壓縮空氣從溢流口急速噴出。閥芯開啟后,當(dāng)系統(tǒng)中的壓力繼續(xù)上升到閥的全開壓力時(shí),則閥芯全部開啟,從溢流口輸出額定流量的壓縮空氣。此后系統(tǒng)中的壓力逐漸降低,當(dāng)?shù)陀谙到y(tǒng)工作壓力的調(diào)定值時(shí),閥芯左移,閥口關(guān)閉,并保持密封。10%20%30%40%Chart知識(shí)拓展1.作溢流閥用。系統(tǒng)中的工作壓力超過調(diào)定值時(shí)，把多余的壓縮空氣排入大氣，以保持進(jìn)口壓力的調(diào)定值。

2.作安全閥用。起限壓保護(hù)作用，主要用于貯氣罐和重要的氣路中起安全保護(hù)作用。溢流閥作用Chart3.流量控制元件流量控制元件不僅可以控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的快慢,還可以控制氣流信號(hào)延遲的時(shí)間,調(diào)節(jié)氣缸緩沖能力的強(qiáng)弱等。氣動(dòng)系統(tǒng)中流量控制元件是經(jīng)常使用的元件。1)流量控制元件分類與職能符號(hào)流量控制元件分類與職能符號(hào)見表1-16。Chart知識(shí)拓展職能符號(hào)氣體流向：從左到右節(jié)流從右

到左節(jié)流可調(diào)節(jié)流閥Chart知識(shí)拓展排氣節(jié)流閥安裝在閥的排氣口，調(diào)節(jié)排入大氣的流量，以改變氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。常常帶有消聲器以減弱排氣噪聲，并能防止不清潔的環(huán)境通過排氣孔污染氣路中的元件。職能符號(hào)Chart2)流量控制元件結(jié)構(gòu)及工作原理(1)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)組合而成的流量控制閥,常用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度,故也常稱為速度控制閥。圖1-37所示為單向節(jié)流閥結(jié)構(gòu)原理。當(dāng)壓縮空氣從A向B流動(dòng)時(shí),氣流從節(jié)流口通過,單向閥口在氣壓力的作用下關(guān)閉,這時(shí)閥只起節(jié)流作用,當(dāng)壓縮空氣從B向A流動(dòng)時(shí),在氣壓力的作用下單向閥口打開,氣流從單向閥口通過,節(jié)流閥口在氣壓力的作用下關(guān)閉。單向節(jié)流閥職能符號(hào)見表1-16,它僅對(duì)一個(gè)方向上的氣流起節(jié)流作用,旁路的單向閥關(guān)閉;在相反方向上氣流可以通過開啟的單向閥自由流過。因此,在使用單向節(jié)流閥時(shí)應(yīng)注意安裝的方向性,采用此閥控制氣缸速度時(shí),應(yīng)盡可能直接安裝在氣缸進(jìn)氣口或出氣口附近。Chart(2)帶消聲器的排氣節(jié)流閥。如圖1-38所示,通常將此元件安裝在換向閥的排氣口上,控制排入大氣的流量以改變氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。排氣節(jié)流閥常帶有消聲器,可將排氣噪聲降低20dB以上。在不清潔的環(huán)境中,這種節(jié)流閥能防止空氣中的雜質(zhì)通過排氣孔污染氣路中的元件,一般用于換向閥與氣缸之間不能安裝速度控制閥的場(chǎng)合。10%20%30%40%Chart節(jié)流閥的選擇與使用注意事項(xiàng)如下。節(jié)流閥應(yīng)根據(jù)氣動(dòng)裝置或氣動(dòng)執(zhí)行元件的進(jìn)氣口、出氣口的通徑來選擇。節(jié)流閥應(yīng)根據(jù)流量調(diào)節(jié)范圍及使用條件來選用。由于受空氣的壓縮性及空氣阻力的影響,一般氣缸的運(yùn)動(dòng)速度不得低于30mm/s。在氣缸速度控制中,若能注意以下幾點(diǎn),則在多數(shù)場(chǎng)合可以達(dá)到比較滿意的控制結(jié)果。①?gòu)氐追乐构苈分械臍怏w泄漏,包括各元件接管處的泄漏,如接管螺紋的密封不嚴(yán)、軟管的彎曲半徑過小、元件的質(zhì)量欠佳等因素都會(huì)引起泄漏。②要注意減小氣缸的摩擦力。為此,應(yīng)選用高質(zhì)量的氣缸;使用中要保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài);要注意正確、合理地安裝氣缸,超長(zhǎng)行程的氣缸應(yīng)安裝導(dǎo)向支架。③控制氣動(dòng)執(zhí)行元件的速度有進(jìn)氣節(jié)流和出氣節(jié)流兩種方式,但多采用后者。用出氣節(jié)流的方法調(diào)控速度更穩(wěn)定和可靠。④加在氣動(dòng)執(zhí)行元件上的載荷必須穩(wěn)定。若載荷在行程中途有變化或變化不定,其速度控制相當(dāng)困難,甚至不可能控制。在不能消除載荷變化的情況下,可借助液壓傳動(dòng),如氣液阻尼缸以達(dá)到運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊的效果。Chart3)氣動(dòng)系統(tǒng)速度控制方法氣動(dòng)執(zhí)行元件的速度既可以利用節(jié)流閥控制壓縮空氣的進(jìn)氣量來調(diào)節(jié),又可以利用節(jié)流閥通過控制壓縮空氣的出氣量來調(diào)節(jié)。這兩種方式分別稱為進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速和出氣節(jié)流調(diào)速。(1)進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速。如圖1-39所示,進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速的原理是利用單向節(jié)流閥控制進(jìn)入氣動(dòng)執(zhí)行元件中的壓縮空氣流量,達(dá)到控制氣缸速度的目的。在要求執(zhí)行元件低速運(yùn)行的系統(tǒng)中,節(jié)流口必須開得很小,才能保證單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入執(zhí)行元件的壓縮空氣量少。因此,執(zhí)行元件運(yùn)行中由于位置變化引起的容積變化,壓縮空氣不能及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來,導(dǎo)致壓力降低,容易發(fā)生走走停停的現(xiàn)象,即“爬行”現(xiàn)象。另外,當(dāng)負(fù)載力與執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí),即拉力負(fù)載時(shí),采用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速無法控制執(zhí)行元件速度。Chart(2)出氣節(jié)流調(diào)速。如圖1-40所示,出氣節(jié)流調(diào)速的原理是利用單向節(jié)流閥控制流出氣動(dòng)執(zhí)行元件中的壓縮空氣流量,達(dá)到控制氣缸速度的目的。出氣節(jié)流調(diào)速控制氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)行過程中排氣腔氣體的流出量,由于對(duì)排氣進(jìn)行了節(jié)流,氣體不能及時(shí)排出,執(zhí)行元件運(yùn)行的過程中背腔始終具有一定的壓力。執(zhí)行元件在一定阻力的作用下運(yùn)行,當(dāng)負(fù)載有微小波動(dòng)時(shí)有利于其速度保持穩(wěn)定,并且在拉力負(fù)載作用下仍能控制其運(yùn)行的速度,是氣動(dòng)系統(tǒng)首選的調(diào)速方法。Chart四、氣動(dòng)輔助元件1.分水過濾器1)分水過濾器結(jié)構(gòu)及工作原理分水過濾器在氣動(dòng)系統(tǒng)中所起作用是分離壓縮空氣中液態(tài)的水、油和過濾固體雜質(zhì)。從氣動(dòng)系統(tǒng)的組成可知,壓縮空氣在進(jìn)入系統(tǒng)前首先要經(jīng)過分水過濾器做進(jìn)一步的凈化處理。圖1-41(a)所示為分水過濾器的結(jié)構(gòu)原理。壓縮空氣從左側(cè)箭頭所示入口進(jìn)入分水過濾器內(nèi)部后,因旋風(fēng)片的導(dǎo)向作用,迫使氣體產(chǎn)生了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn),在離心力作用下,壓縮空氣中混有的大顆粒固體雜質(zhì)和液態(tài)水滴、油滴等雜質(zhì)沿切線方向被甩到濾杯內(nèi)表面上,在重力作用下沿內(nèi)壁沉降至底部,打開底部排水閥的閥門,可將其從底部排出,而壓縮空氣穿過中間的濾芯從出口流出,濾芯會(huì)過濾掉一部分固態(tài)雜質(zhì)。圖1-41(b)所示為分水過濾器的職能符號(hào)。Chart微課分水過濾器Chart2)分水過濾器主要性能指標(biāo)(1)流量特性。流量特性指過濾器在一定的進(jìn)氣壓力下,其進(jìn)、出口兩端的壓力降與通過該元件的標(biāo)準(zhǔn)額定流量之間的關(guān)系。相同流量和進(jìn)氣壓力下,壓力降越小,表明流動(dòng)阻力越小。(2)分水效率。分水效率為過濾器分離液態(tài)水分的能力,定義為氣動(dòng)系統(tǒng)一般要求過濾器的分水效率大于80%。(3)過濾精度。過濾精度指過濾器從壓縮空氣中濾除的最小微粒尺寸,如過濾精度為5μm的濾芯會(huì)將直徑大于0.005mm的微粒幾乎全部濾除。濾芯的過濾精度按濾芯能濾除的最小微粒尺寸分為5μm、10μm、25μm和40μm四擋,可根據(jù)對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求來選定不同精度的濾芯。(4)分離度。分離度也稱過濾有效度或過濾效率,以被分離的某特定大小微粒的百分比表示,如對(duì)5μm微粒的過濾效率為99.99%,表明對(duì)于大于等于5μm的微粒99.99%的固態(tài)雜質(zhì)均能濾除掉。Chart知識(shí)拓展應(yīng)安裝在減壓閥、油霧器之前；過濾器必須垂直安裝，并使排水閥向下，殼體上箭頭所指為氣流方向，切勿裝反；經(jīng)常放水，存水杯中的積水不得超過擋水板，否則水仍將被氣流帶出，失去了過濾器的作用；應(yīng)定期清洗或更換濾芯；回避高溫介質(zhì)區(qū)。使用分水過濾器時(shí)應(yīng)注意Chart2.消聲器噪聲是一種嚴(yán)重的環(huán)境污染,它是一種無形的殺手,嚴(yán)重影響人們的生活和健康。氣動(dòng)設(shè)備在工作時(shí),有大量的壓縮空氣從閥的排氣口排到大氣中,壓力由6~8bar急劇地變?yōu)榇髿鈮?使氣體體積急劇膨脹,產(chǎn)生渦流,引起氣體振動(dòng)發(fā)出強(qiáng)烈的噪聲。為降低噪聲對(duì)人體的損害必須在排氣口加裝消聲器。消聲器是能削弱聲音傳播的分貝而允許氣流通過的一種氣動(dòng)元件。1)消聲器結(jié)構(gòu)及工作原理消聲器的結(jié)構(gòu)原理和職能符號(hào)如圖1-42所示,氣流進(jìn)入消聲器后,首先膨脹擴(kuò)散、減速、碰壁撞擊后反射,反射后的氣流束相互撞擊干涉,進(jìn)一步降低能量,通過敷設(shè)在消聲器內(nèi)壁的吸聲材料排向大氣,可將低頻噪聲降低約20dB,高頻噪聲降低約45dB。常見消聲器的主要技術(shù)參數(shù)見表1-17。Chart10%20%30%40%2)消聲器選擇、安裝及使用注意事項(xiàng)(1)必須選擇結(jié)構(gòu)耐用,孔眼不易堵塞、便于清洗的消聲器。金屬材料消聲器需用煤油或苯溶劑清洗消聲器,不能使用三氯乙烯溶劑清洗。(2)采用樹脂材料的連接體時(shí),安裝力不宜過大,不宜承受橫向載荷,以免損壞。(3)吸聲材料為聚丙烯或聚乙烯的消聲器不適于在有機(jī)溶劑氣體的環(huán)境中使用。(4)冬季特別是在寒冷地區(qū),要注意壓縮空氣中的水分會(huì)造成消聲器凍結(jié)。(5)選擇消聲器主要依據(jù)接口的尺寸、所要求的噪聲大小、最大使用壓力及環(huán)境和介質(zhì)的溫度等參數(shù)進(jìn)行選擇。接口的尺寸依據(jù)壓縮空氣的排氣流量選擇,可參考消聲器產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行選取。Chart3.管件與管接頭1)管件管件是氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中容易忽視的元件,但其設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的好壞往往影響整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)。如在施工時(shí)不注意管件的密封,將會(huì)造成壓縮空氣泄漏,不但浪費(fèi)能源,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使氣源壓力下降;不注意管網(wǎng)的設(shè)計(jì),會(huì)造成管路中積存冷凝水,影響閥、氣缸等元件的正常動(dòng)作。常用的管件材料分為金屬和非金屬兩種,金屬管件多用于車間氣源管道和大型氣動(dòng)設(shè)備,非金屬管件多用于中小型氣動(dòng)系統(tǒng)元件之間的連接以及需要經(jīng)常移動(dòng)的元件之間的連接,如氣動(dòng)工具等。管道連接大多采用螺紋聯(lián)接、嵌入式焊接和對(duì)接式焊接三種形式。(1)螺紋聯(lián)接。螺紋聯(lián)接將管道直接擰入接頭。(2)嵌入式焊接。嵌入式焊接把鋼制法蘭焊接在鋼管兩端,用來跟其他帶法蘭的鋼管或閥門、管件進(jìn)行連接。(3)對(duì)接式焊接。對(duì)接式焊接用于管道之間的焊接,以減少管道連接的接頭。焊接操作應(yīng)盡可能減小局部發(fā)熱及其影響,應(yīng)避免產(chǎn)生氣孔和焊渣,焊縫應(yīng)均勻。Chart2)管接頭管接頭是將氣動(dòng)元件和管路連接起來的不可缺少的重要元件,是氣動(dòng)系統(tǒng)必備的輔助元件。表1-18所示為常用管接頭的結(jié)構(gòu)和適用場(chǎng)合。Chart4.管路系統(tǒng)1)管路系統(tǒng)布置原則(1)管路系統(tǒng)的布置按供氣壓力考慮有以下幾種壓力要求。①多種壓力管路供氣系統(tǒng):適用于氣動(dòng)設(shè)備有多種壓力要求,且用氣量都比較大的情況。應(yīng)根據(jù)供氣壓力大小和使用設(shè)備的位置,設(shè)計(jì)幾種不同壓力的管路供氣系統(tǒng)。②降壓管路供氣系統(tǒng):適用于氣動(dòng)設(shè)備有多種壓力要求,但用氣量不大的情況。應(yīng)根據(jù)最高供氣壓力設(shè)計(jì)管路供氣系統(tǒng)。需要低壓的氣動(dòng)設(shè)備可利用減壓閥降壓獲得低壓。③管路供氣與瓶裝供氣相結(jié)合的供氣系統(tǒng):適用于大多數(shù)氣動(dòng)設(shè)備都使用低壓壓縮空氣,少部分氣動(dòng)設(shè)備需用氣量不大的高壓壓縮空氣的情況。應(yīng)根據(jù)對(duì)低壓壓縮空氣的要求設(shè)計(jì)管路供氣系統(tǒng),氣量不大的高壓壓縮空氣使用問題采用氣瓶供氣方式來解決。(2)按供氣的空氣質(zhì)量來考慮。根據(jù)各氣動(dòng)設(shè)備對(duì)壓縮空氣質(zhì)量的不同要求,分別設(shè)計(jì)成一般供氣系統(tǒng)和清潔供氣系統(tǒng)。若一般供氣系統(tǒng)的用氣量不大,為減少投資,可用清潔氣源代替;若清潔供氣系統(tǒng)用氣量不大,可在一般供氣系統(tǒng)的分支管路單獨(dú)設(shè)置小型凈化干燥裝置來解決。Chart(3)按供氣可靠性和經(jīng)濟(jì)性考慮。①終端管網(wǎng)供氣系統(tǒng)。這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)性好,多用于間斷供氣,即一條支路上可裝一個(gè)截止閥,也可兩個(gè)截止閥串聯(lián),一個(gè)不能關(guān)閉時(shí)可用備用的另一個(gè)閥。②環(huán)狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)。這種系統(tǒng)供氣可靠性高,壓力損失小,壓力較穩(wěn)定,但成本較高。每條支路及兩條支路間都要設(shè)置截止閥。當(dāng)支路上的閥門損壞需要修理時(shí),將環(huán)行管路兩側(cè)閥門關(guān)閉,整個(gè)系統(tǒng)仍能繼續(xù)供氣。這種系統(tǒng)冷凝水會(huì)流向各個(gè)方向,故應(yīng)設(shè)置較多的排水閥。2)管路安裝注意事項(xiàng)(1)管路安裝時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況盡量與其他管線(水管、煤氣罐、暖氣管等)統(tǒng)一協(xié)調(diào)布置。(2)壓縮空氣主管路應(yīng)沿墻或柱子架空鋪設(shè);為了便于排出冷凝水,沿壓縮空氣流動(dòng)方向主管道應(yīng)向下傾斜1°~3°;為了防止長(zhǎng)管道產(chǎn)生彎曲,應(yīng)在適當(dāng)位置安裝管道支撐。(3)分支管路應(yīng)從主管路上方出管,并在凹型管路的最低點(diǎn)和主管路末端最低點(diǎn)設(shè)置集水罐和排水閥。Chart知識(shí)拓展油霧器油霧器作用：使?jié)櫥挽F化，并隨著氣流進(jìn)入到需要潤(rùn)滑的部件。用油霧器加油，具有潤(rùn)滑均勻，穩(wěn)定，耗油量少和不需大的貯油設(shè)備等特點(diǎn)。Chart一、完成理論任務(wù)1.氣缸參數(shù)的選擇1)選擇驅(qū)動(dòng)沖頭的氣缸類型根據(jù)任務(wù)中氣動(dòng)沖床圖(見圖1-12)可知,氣缸驅(qū)動(dòng)沖頭向下快速運(yùn)動(dòng)對(duì)工件產(chǎn)生沖擊力,進(jìn)行沖裁加工。因此氣缸向下運(yùn)行時(shí)會(huì)遇到工件的阻力,氣缸需要一定的推力,而返回時(shí)也要將沖頭帶回,需要一定的拉力。氣缸在進(jìn)行兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)都需具有一定的力,且向下運(yùn)動(dòng)的力大于回程的力,因此選擇雙作用氣缸更適宜,這樣伸出時(shí)利用無桿腔進(jìn)氣產(chǎn)生大的沖裁力,返回時(shí)利用有桿腔進(jìn)氣產(chǎn)生小一些的拉力即可帶動(dòng)沖頭返回。2)選擇氣缸的連接方式由于氣缸需固定在沖床的支架上,在工作時(shí)承受的是垂直載荷,負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方向與活塞桿軸線一致,因而應(yīng)采用前法蘭的連接形式將氣缸固定在支架上。工作任務(wù)實(shí)踐Chart3)確定氣缸的主要參數(shù)(1)氣缸缸徑的確定。氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作狀態(tài)如圖1-43所示。根據(jù)圖中氣缸的負(fù)載狀態(tài),參考工作任務(wù)中的已知條件和表1-7,確定氣缸的軸向負(fù)載力F。F=1800N根據(jù)每分鐘沖裁20次,最大有效行程290mm(往返行程580mm),一次往返用時(shí)3s,氣缸的運(yùn)動(dòng)平均速度為根據(jù)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),參考表1-8,預(yù)選氣缸的負(fù)載率β=0.5。理論輸出推力表達(dá)式參考表1-6,系統(tǒng)所需壓縮空氣壓力6bar,則將計(jì)算出的氣缸缸徑數(shù)值圓整后,氣缸缸徑D應(yīng)選取100mm。Chart(2)活塞桿直徑確定。利用氣缸的沖擊力做功沖裁工件,因此氣缸活塞桿的剛度要強(qiáng),按照d=(0.3~0.4)D進(jìn)行計(jì)算較可靠,活塞桿直徑d取30~40mm,圓整后活塞桿直徑選擇為36mm。將D=100mm,d=36mm代入表1-6理論輸出推力和理論輸出拉力表達(dá)式中。由上式得出理論輸出推力4004N、理論輸出拉力3485N,均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沖床所需最大輸出力1800N,故氣缸推力和拉力均滿足工況要求。(3)氣缸行程確定。結(jié)合工況單向行程290mm,往返580mm,選擇氣缸最大行程為300mm。Chart2.沖床的氣動(dòng)回路圖設(shè)計(jì)沖頭是由雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)的,選擇控制氣缸運(yùn)動(dòng)方向的換向閥時(shí)可選擇手動(dòng)二位五通換向閥。根據(jù)工作要求,氣缸下行是沖裁加工,因此需要快速運(yùn)動(dòng),氣缸伸出不能進(jìn)行節(jié)流控制,但氣缸返回時(shí)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓?jié)流,通過單向節(jié)流閥控制返回的速度。通過分水過濾器和減壓閥控制壓縮空氣的質(zhì)量和保證壓力穩(wěn)定在調(diào)定值附近。沖床氣動(dòng)回路圖如圖1-44所示。氣動(dòng)回路圖解讀如下。元件1為氣源,提供具有一定壓力、流量和質(zhì)量的壓縮空氣。元件2為氣動(dòng)輔助元件,保證壓縮空氣質(zhì)量,并使壓力穩(wěn)定在調(diào)定值附近。元件3為手動(dòng)二位五通換向閥,控制氣缸運(yùn)動(dòng)方向。元件4為單向節(jié)流閥,采用出氣節(jié)流調(diào)速,控制氣缸上行速度。元件5為驅(qū)動(dòng)沖頭的氣缸,將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。Chart二、完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)1.實(shí)訓(xùn)步驟(1)將實(shí)驗(yàn)元件安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。(2)參考圖1-44用氣管將元件連接可靠。(3)啟動(dòng)手動(dòng)按鈕開關(guān),觀察系統(tǒng)運(yùn)行并進(jìn)行壓力、速度的調(diào)整。(4)完成評(píng)價(jià)考核表及實(shí)訓(xùn)報(bào)告。2.實(shí)訓(xùn)前準(zhǔn)備Chart3.主要元件安裝與調(diào)整方法介紹Chart4.完成工作任務(wù)評(píng)價(jià)考核表本單元實(shí)訓(xùn)結(jié)束后需完成下面實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)考核表,其中包括知識(shí)考核點(diǎn)、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及配分。5.完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告獲取附錄3實(shí)訓(xùn)報(bào)告,學(xué)生填寫完成后提交。Chart思考1:換向閥的驅(qū)動(dòng)方式有哪些?思考2:三位換向閥和二位換向閥在控制執(zhí)行元件時(shí)有什么區(qū)別?練習(xí)1:為了提高加工效率,人們通常使用造價(jià)低、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)單的氣動(dòng)控制的機(jī)床夾具(見圖1-45),對(duì)工件進(jìn)行快速夾緊和定位。當(dāng)按住按鈕時(shí),單作用氣缸伸出,松開夾持的工件;當(dāng)松開按鈕時(shí),單作用氣缸自動(dòng)返回,并夾緊工件。試設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行安裝與調(diào)試。思考與練習(xí)Chart練習(xí)2:圖1-46所示為數(shù)控機(jī)床裝夾機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理,利用氣動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)手爪的運(yùn)動(dòng),因此,可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的快速抓取,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械手工作過程:按下按鈕時(shí)活塞桿伸出,機(jī)械手松開;松開按鈕時(shí)活塞桿收回,機(jī)械手將工件抓緊。試設(shè)計(jì)滿足工作過程要求的氣動(dòng)機(jī)械手控制回路,并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與運(yùn)行。思考與練習(xí)Chart學(xué)習(xí)單元三單缸氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)與裝調(diào)【任務(wù)介紹】在生產(chǎn)線上進(jìn)行物料傳遞的過程中經(jīng)常會(huì)遇到傳送方向、位置高度的轉(zhuǎn)變,即需要轉(zhuǎn)運(yùn)裝置來完成此任務(wù)。圖1-47所示的物料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置,手動(dòng)操作控制開關(guān)后,單作用推料氣缸Z1能自動(dòng)往復(fù)推料,且每次推料返回后停留2s再伸出,直到將控制開關(guān)復(fù)位,推料氣缸停止在初始位置。為保證平穩(wěn)推料,對(duì)推料缸伸出速度要加以控制。試設(shè)計(jì)物料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)回路圖,將氣動(dòng)回路安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,并進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整,啟動(dòng)操作開關(guān)運(yùn)行系統(tǒng),填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。Chart任務(wù)分析從任務(wù)要求來看,推料缸是一個(gè)單作用氣缸,只有一個(gè)接口的壓縮空氣需要控制,選擇二位三通換向閥控制推料缸即可。推料缸要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往復(fù)循環(huán),必須借助氣缸前后終端安裝的行程開關(guān),當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到終端,將行程開關(guān)壓下,行程開關(guān)將輸出的氣信號(hào)反饋給換向閥,換向閥換向或復(fù)位。因此,選擇雙氣控二位三通換向閥作為氣缸的主控制閥。另外,由于每次返回后停留2s,需控制時(shí)間,所以需要借助氣動(dòng)時(shí)間控制元件來完成時(shí)間控制的任務(wù)。為了保證氣缸平穩(wěn)伸出,要利用單向節(jié)流閥對(duì)氣缸的速度進(jìn)行控制,只能采用進(jìn)氣節(jié)流的方式控制氣缸伸出的速度。在完成本任務(wù)前需認(rèn)識(shí)氣動(dòng)時(shí)間控制元件和了解一些典型的氣動(dòng)回路。10%20%30%40%Chart知識(shí)目標(biāo)(1)掌握氣動(dòng)時(shí)間控制元件的作用、結(jié)構(gòu)、工作原理及職能符號(hào);(2)掌握單缸氣動(dòng)回路分析;(3)掌握簡(jiǎn)單工況氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)方法。能力目標(biāo)(1)能進(jìn)行典型單缸氣動(dòng)回路的安裝與調(diào)試;(2)能進(jìn)行氣動(dòng)時(shí)間控制元件的安裝與調(diào)整;(3)能進(jìn)行簡(jiǎn)單工況的氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)Chart一、氣動(dòng)時(shí)間控制元件在利用氣動(dòng)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)時(shí),往往對(duì)其動(dòng)作會(huì)有時(shí)間要求。例如,由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的小型合模機(jī)構(gòu),要求模具合在一起保壓一定的時(shí)間再打開,這就要求控制模具的氣動(dòng)系統(tǒng)也能具有時(shí)間控制的功能。因此,氣動(dòng)時(shí)間控制元件應(yīng)運(yùn)而生,一般常用的氣動(dòng)時(shí)間元件有延時(shí)換向閥。1.延時(shí)換向閥結(jié)構(gòu)延時(shí)換向閥結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-48所示,由單氣控二位三通換向閥、單向節(jié)流閥及氣容等元件組成。2.延時(shí)換向閥工作原理如圖1-48(a)所示,當(dāng)控制口12沒有壓縮空氣時(shí),閥芯在彈簧力的作用下緊緊地頂在閥座上,閥口閉合,1口與2口不通,2口與3口相通;如圖1-48(b)所示,當(dāng)控制口12有壓縮空氣時(shí),氣體經(jīng)閥內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)流道,一方面作用在單向閥上,使單向閥閉合;另一方面通過節(jié)流閥進(jìn)入氣容內(nèi),作用在閥芯上。由于節(jié)流口很小,壓力逐漸升高,經(jīng)過一定時(shí)間后,作用在閥芯上的力能克服閥芯下端的彈簧力和氣壓力時(shí),閥芯下移,閥口開啟,1口與2口導(dǎo)通,3口截止,壓縮空氣從2口輸出;當(dāng)控制口12的壓縮空氣排出時(shí),氣容內(nèi)的帶壓氣體將單向閥頂開,經(jīng)單向閥閥口快速排出,閥芯在彈簧力和氣壓力的作用下快速?gòu)?fù)位,切斷1口和2口的通路。注意:延時(shí)換向閥延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短與節(jié)流口的大小、氣容的大小及控制口壓力的高低有關(guān)。Chart3.延時(shí)換向閥職能符號(hào)由于單氣控二位三通換向閥常態(tài)位有常通和常斷之分,因而延時(shí)換向閥又可拓展為延時(shí)接通信號(hào)型和延時(shí)切斷信號(hào)型兩種,其職能符號(hào)如圖1-49所示。10%20%30%40%Chart二、控制回路分析1.直接控制回路圖1-50所示為直接控制回路。啟動(dòng)按鈕開關(guān),氣缸伸出;松開按鈕開關(guān),氣缸返回。回路中的手動(dòng)換向閥直接控制執(zhí)行元件的伸出和返回。Chart2.間接控制回路單作用氣缸間接控制回路如圖1-51(a)所示。啟動(dòng)按鈕開關(guān),單氣控二位三通換向閥換向,氣缸伸出;松開按鈕開關(guān),單氣控二位三通換向閥復(fù)位,氣缸返回。此過程即回路中的手動(dòng)換向閥控制氣動(dòng)換向閥,氣動(dòng)換向閥再控制執(zhí)行元件,即手動(dòng)換向閥間接控制執(zhí)行元件。圖1-51(b)所示為雙作用氣缸間接控制回路。Chart直接控制回路與間接控制回路比較如下。(1)直接控制回路系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、操作容易,但不適宜操作大通徑的閥。(2)間接控制回路利用小通徑的閥去控制大通徑的換向閥,操作更省力;能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,即按鈕可安裝在遠(yuǎn)離氣缸的位置上。此種控制方式也適用于工作現(xiàn)場(chǎng)存在危險(xiǎn)的工況,是氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)中常常采用的控制方式。3.往返運(yùn)動(dòng)控制回路(以單作用氣缸為例)如圖1-52所示,操作開關(guān),手動(dòng)二位三通換向閥換向,壓縮空氣從此閥的2口輸出進(jìn)入主控閥的左控制口,推動(dòng)主控閥芯右移。壓縮空氣經(jīng)主控閥1口從2口輸出,進(jìn)入單作用氣缸無桿腔,克服彈簧力,推動(dòng)活塞向右移動(dòng),彈簧腔氣體從單作用氣缸排氣口排出,活塞桿伸出;當(dāng)活塞桿壓下行程開關(guān)S2時(shí),行程開關(guān)換向,壓縮空氣從行程開關(guān)S2的2口輸出,進(jìn)入主控閥的右控制口。由于此時(shí)手動(dòng)二位三通換向閥早已復(fù)位,主控閥的左控制口已通過手動(dòng)換向閥的2口與大氣相通,進(jìn)入主控閥右控制口的壓縮空氣推動(dòng)閥芯復(fù)位,單作用氣缸中的壓縮空氣經(jīng)管路到達(dá)主控閥輸出口2,經(jīng)主控閥排氣口3排出。單作用氣缸的活塞在彈簧力的作用下左移,活塞桿返回,實(shí)現(xiàn)一次往返運(yùn)動(dòng)。Chart4.自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制回路(以雙作用氣缸為例)如圖1-53所示,在氣缸沒有動(dòng)時(shí),氣缸停止在后終端,行程開關(guān)S1受壓,處于換向狀態(tài),即1口與2口相通。啟動(dòng)扳把開關(guān),二位三通換向閥換向,壓縮空氣從此閥的2口輸出進(jìn)入行程開關(guān)S1,從出口2輸出壓縮空氣,進(jìn)入主控閥的控制口14,推動(dòng)主控閥芯右移,壓縮空氣從主控閥輸出口4輸出,進(jìn)入氣缸無桿腔,推動(dòng)活塞向右移動(dòng),活塞桿伸出;當(dāng)活塞桿壓下行程開關(guān)S2時(shí),行程開關(guān)S2換向,壓縮空氣從行程開關(guān)S2的2口輸出,進(jìn)入主控閥的控制口12,此時(shí)行程開關(guān)S1早已復(fù)位,主