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(dá)。 氣缸用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動，輸出力和直線位移；氣馬達(dá)用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)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(jié)構(gòu)特征和安裝形式來分類。現(xiàn)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(diǎn) （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(jié)構(gòu)。,（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，利用活塞直接或間接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)

2、動。如圖9-3 所示。,三、氣缸的使用 氣缸的使用時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）根據(jù)工作任務(wù)的要求，選擇汽缸的結(jié)構(gòu)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。51m/s，工作壓力為0.40.6MPa,環(huán)境溫度為560C范圍內(nèi)。,四、氣馬達(dá)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(jié)構(gòu)： 截止式 滑閥式,1、單向型控制閥 單向型控制閥中包括單向閥，或門型梭閥和快速排氣閥。其中單向閥與液壓單向閥類似。

3、 （1）或門型梭閥 或門型梭閥相當(dāng)于兩個單向閥的組合。圖9-5為或門型梭閥結(jié)構(gòu)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(jìn)氣 ， P2切斷，P1A，A有輸出； P2進(jìn)氣 ， P1切斷，P2A，A有輸出；,P1、P2進(jìn)氣，高壓側(cè)進(jìn)氣口A； P1 P2，則先加入壓力的一側(cè)A；另一側(cè)通路關(guān)閉；,應(yīng)用,（2）與門型梭閥 與門型梭閥相當(dāng)與兩個單向閥的組合，適用于互鎖回路中。與門型梭閥的結(jié)構(gòu)如圖9-7。,工作原理 P1、P2同時輸入，A口有輸出； P1、P2無輸入，口無輸出； P1 P2，則低壓側(cè)A；高壓側(cè)關(guān)閉；,與門型梭閥應(yīng)用回路,（3）快速排氣閥 功

4、用：使氣動元件或裝置快速排氣。 結(jié)構(gòu)：見圖9-9。,工作原理 P口進(jìn)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(yīng)用 裝于換向閥與氣缸之間，使氣缸的排氣過程不經(jīng)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(jìn)而改變執(zhí)行元件的方向。 控制方式：氣壓控制、電磁控制、機(jī)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、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(jī)來的壓力，以適于每臺氣動設(shè)備的需要，并使這一部分壓力保持穩(wěn)定。按調(diào)節(jié)壓力方式不同，減壓閥有直動型和先

5、導(dǎo)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(jié)構(gòu)簡圖。,工作原理 閥處于工作狀態(tài)時，壓縮空氣P1口閥口11P2口流出。 當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)減壓的作用。于此同時，有一部分氣流經(jīng)阻尼孔6進(jìn)入膜片室12，在膜片下部產(chǎn)生一向上的推力。當(dāng)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(qiáng)，壓力下降也越多。,（2）先導(dǎo)型減壓閥 組成：先導(dǎo)閥 主閥 工作原理：當(dāng)氣流從 P1流入閥體后，一部

6、分經(jīng)閥口9P2口， 另一部分經(jīng)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(nèi)，減壓閥就進(jìn)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(jìn)氣閥口9，即有氣流流到出口，同時經(jīng)孔道發(fā)饋到上氣室4，與調(diào)壓彈簧相平衡。,若輸入壓力瞬時升高，輸出壓力也相應(yīng)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(qiáng)，輸出壓力下降，使膜片兩端作用力重新平衡，輸出壓力恢復(fù)到原來的調(diào)定值。,當(dāng)輸出壓力瞬時下降時，經(jīng)噴嘴擋板的放大也會引起中氣室5的

7、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(shù)值上。 減壓閥選擇時應(yīng)根據(jù)氣源壓力確定閥的額定輸入壓力，氣源的最低壓力應(yīng)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(jié)構(gòu)見圖9-13。,規(guī)格：0.14MPa 輸出范圍 00.1MPa 0.35MPa 輸出范圍 00.25MPa 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0600L/h，輸出壓力變化1%。,（4）減壓閥的應(yīng)用,2、溢流閥 作用 當(dāng)系統(tǒng)壓力超過調(diào)定值時，便自動排氣，使系統(tǒng)的壓力

8、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(dǎo)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(dāng)系統(tǒng)壓 力大于溢流閥調(diào)定壓力 時，氣體推開閥芯，經(jīng) 閥口從O口排至大氣， 使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在調(diào)定 值。,（2）先導(dǎo)型溢流閥 如圖9-16所示。溢流閥的先導(dǎo)閥為減壓閥 由它減壓后 的空氣從上部K口 進(jìn)入閥內(nèi)，以代 替直動型的彈簧 控制溢流閥。,（3） 溢流閥的應(yīng)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(jī)構(gòu)按順序動作。順序閥常與單向閥并聯(lián)結(jié)合成一體，稱為單向順序閥。,工作原理 當(dāng)壓縮空氣由P口腔4， 若作用在活塞

9、3上的力彈 簧2上的力時，閥關(guān)閉。 當(dāng)作用于活塞上的力 彈簧力時，活塞被頂起， 壓縮空氣經(jīng)腔4腔5由A 口流出，進(jìn)入其它控制 元件或執(zhí)行元件，此時 單向閥關(guān)閉。,當(dāng)切換起源時（圖b）， 腔4壓力迅速下降，順序 閥關(guān)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(jīng)單向 閥6流入左腔4向外排出。,（2）順序閥的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)流量。,結(jié)構(gòu)：見圖9-21,工作原理 氣體由輸入

10、口P進(jìn)入閥內(nèi)，經(jīng)閥座與閥芯間的節(jié)流通道從輸出口A流出，通過調(diào)節(jié)螺桿使閥芯上下移動，改變節(jié)流口通流面積，實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)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(lián)組合而成的組合式控制閥。 結(jié)構(gòu) 見圖9-23,工作原理 當(dāng)氣流由P至A正向流動時，單向閥在彈簧和氣壓作用下關(guān)閉，氣流經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后流出，而當(dāng)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(yīng)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(zhì)，通過元件內(nèi)部可動部件的動作，改變氣流流動的方向，從而實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的

11、流體控制元件。 分類： 按工作壓力分：高壓、低壓、微壓三種。 按結(jié)構(gòu)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(diǎn) 1.元件孔徑較大，抗污染能力較強(qiáng)，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(fù)載能力強(qiáng)，可帶多個同類型元件。 4.在組成系統(tǒng)時，元件連接方便，調(diào)試簡單。 5.適應(yīng)能力較強(qiáng)，可在各種惡劣環(huán)境下工作。 6.響應(yīng)時間一般在10ms以內(nèi)。,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(jié)構(gòu) 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)

12、 a無信號，P S，S無輸出; a有信號，P S，S有輸出. 當(dāng)氣源口P改為信號口b時，則成“與門”元件，即只有當(dāng)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(jié)構(gòu)圖。,工作原理 當(dāng)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(dāng)只有b信號輸入時，bS接通,S也有輸出。顯然，當(dāng)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(jié)構(gòu)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) 在a無信號輸入時，閥片1在氣源壓力作用

13、下上移，開啟下閥口，關(guān)閉上閥口，接通PS通路，S有輸出。 當(dāng)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(guān)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，a、b、 c為三個信號輸入口。,工作原理(動畫) 當(dāng)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

14、，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(guān)閉閥口，截?cái)郟S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(dāng)a有控制信號輸入時，閥芯2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(dāng)b有輸入信號時，則PS2相通，S2有輸出，S1O相

15、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(dāng)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(guān)閉排氣口，使S有輸出。如b信號撤消，膜片1復(fù)原，閥芯在輸出端壓力作用下仍能保持在上面位置，S仍有輸出，對b置“1”信號起記憶作用。當(dāng)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(yīng)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(dāng)信號a及b 均 無輸入時（圖示狀態(tài)），氣缸處于原始位置。 當(dāng)信號a及b有輸入時，梭閥S有

16、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(jìn)入氣缸下腔，活塞上移。 當(dāng)信號a或b解除后，二位四通閥在彈簧作用下復(fù)位，S無輸出，二位四通閥也在彈簧作用下復(fù)位，壓縮空氣進(jìn)入氣缸上腔，使氣缸復(fù)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(dāng)兩個按鈕閥同時按下時，“或門”的輸出信號S1要經(jīng)過單向節(jié)流閥3進(jìn)入蓄能器4，經(jīng)一定時間的延時后才能經(jīng)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(dá)“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(jìn)，另一方面又作

17、為“禁門”5的一個輸入信號，由于此信號比S1早到達(dá)“禁門”5，故“禁門”5無輸出。如果先按閥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(dá)“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(dá)“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(jìn)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(chǎn)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

18、裝置。其主要由以下元件組成。,1、空氣壓縮機(jī) 功用：將機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jī)型為活塞式壓縮機(jī)。 在選擇空氣壓縮機(jī)時，其額定壓力工作壓力，其流量應(yīng)等于系統(tǒng)設(shè)備最大耗氣量并考慮管路泄露等因素。,空氣壓縮機(jī),2、后冷卻器 功用：將壓縮機(jī)排出的壓縮氣體溫度由120150降至4050，使其中水汽、油霧汽凝結(jié)成水滴和油滴，以便經(jīng)除油器析出。 分類：后冷卻器一般采用水冷換熱裝置，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),3、除油器 功用：分離壓縮空氣中凝聚的水分和油分等雜質(zhì)使

19、壓縮空氣得到初步凈化。 分類：環(huán)形回轉(zhuǎn)式、撞擊折回式、離心旋轉(zhuǎn)式和水浴式等。,圖9-35為撞擊折回并環(huán)形回轉(zhuǎn)式除油器。,工作原理： 壓縮空氣自入口進(jìn)入后，因撞擊隔板而折回向下，繼而后回升向上，形成回轉(zhuǎn)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(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?分類：潮解式、加熱式、冷凍式等。,空氣干燥器：吸收式,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

20、的水分、油滴及雜質(zhì)，以達(dá)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(gòu)成氣動三聯(lián)件。通常垂直安裝在氣動設(shè)備入口處，進(jìn)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(jù)系統(tǒng)所需要的流量，過濾精度和容許壓力等參數(shù)來選取。,圖9-36所示為空氣過濾器結(jié)構(gòu)圖。,氣動三聯(lián)件,工作原理： 壓縮空氣從輸入口進(jìn)入后，沿旋風(fēng)葉子強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，夾在空氣中的水滴、油滴和雜質(zhì)在離心力的作用下分離出來，沉積在存水杯底，而氣體經(jīng)過中間濾心時，又將其中微粒雜質(zhì)和霧狀水分濾下，沿?fù)跛辶魅氡?。潔凈空氣?jīng)出口輸出。,6、儲器罐 功用：調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的壓力脈動，

21、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(dāng)已知空氣壓縮機(jī)排氣q時，儲器罐容積可參考下述經(jīng)驗(yàn)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(jīng)壓縮空氣攜帶進(jìn)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(jié)構(gòu)圖。,油霧器,工作原理： 氣路:從輸入口進(jìn)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(jīng)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(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)視油器上的節(jié)流閥9可調(diào)節(jié)油量，使滴油量可在0200滴/分范圍內(nèi)變化。 切斷供油：當(dāng)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(guān)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(guān)閉狀態(tài)，氣體也不會從吸油管進(jìn)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