机械基础---第9章--气压控制元件课件.ppt
气压传动概述,气压传动与控制简称“气动技术”，它是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动化作业的重要手段之一。气压传动是以气体为介质，在密闭容器里进行能量的传递。,一、气动技术的应用及发展现状,1、气动技术的应用现状 人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古时代，但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功的应用到火车的制动上。上世纪30年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。进入70年代，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛地应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。,汽车制造工业现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如车身在每个工序的移动、车身外壳被真空吸盘吸起和放下、在指定工位的夹紧和定位、点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。高频的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一。另外，搬运装置中使用的高速气缸（最大速度达3m/s）、复合控制阀的比例控制技术都代表了当今气动技术的新发展。,电子、半导体制造行业在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻吸住，运送到指定位置上。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。,生产自动化的实现60年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。在缝纫机、手表、自行车、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等许多工序中都使用气动技术。包装自动化的实现气动技术还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等许多行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装，用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序，用于对粘稠液体（如油漆、化装品、牙膏等）和有毒气体的自动计量灌装。,近20多年来，气动行业发展很快。70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，20多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达5:4，甚至接近5:5。由于气动元件的单价比液压元件便宜，在相同产值的情况下，气动元件的使用量及使用范围已远远超过了液压行业。中国改革开放以来，气动行业发展很快。1986年至1993年间，气动元件产值的年递增率达24.2%，高于中国机械工业产值平均年递增率10.5%的水平。1996年全国气动行业的产值约在6 000万美元左右。,二、气动技术的发展现状,9.1 气压传动的基本知识,气压传动：是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理：是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。由此可知，气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是：,一、气压传动的组成及工作原理,1、气源装置 是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；2、控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；3、执行元件 是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置，它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等;,4、辅助元件 保证气压系统正常工作所必需的部分。包括油水分离器、干燥器、过滤器等气源净化装置以及贮气罐、消声器、油雾器、管网、压力表及管件等。为了使气压传动系统能正常可靠地工作，其系统中分水滤气器、减压阀、油雾器是不可省略的，否则会造成系统气压不稳、积水、各元件锈蚀、动作不可靠等现象。上述三元件合称气动三大件。,http:/,http:/202.121.241.117/Fluid_Steam_Web/DH/DH.htm,http:/,http:/,二、气压传动的特点,气压传动与液压传动相比，有以下优点：(1)以空气作介质，介质清洁，易得，费用低，维护处理方便，管道不易堵塞；(2)空气粘度很小（约为油的万分之一），管道压力损失小，易集中供应和远距离输送；(3)气压传动动作迅速，一般只需0.020.3秒就可以达到所需的压力和速度；(4)压缩空气的工作压力较低，一般为0.40.8MPa。故可降低对气动元件的加工精度等的要求，易制造，成本低，所以气动元件大都已标准化和系统化，易购买；,(5)空气的性质受温度的影响小，高温下不会燃烧和爆炸，使用安全，温度变化时，其粘度变化极小，不会影响传动性能。气压传动与液压传动相比，有以下缺点：(1)由于空气的工作压力低，在输出力相同情况下，装置结构尺寸大，因此气动装置的总推力不宜过大（一般不大于1090KN）；(2)由于空气的可压缩性，气动装置的动作稳定性差，当外载荷变化时，对速度影响更大；(3)气动装置的噪声较大，特别是在排气时。,气源装置给系统提供足够清洁干燥且具有一定压力和流量的压缩空气。由空气压缩机排出的压缩空气虽然可以满足气动系统工作时的压力和流量要求，但其温度高达170摄氏度，且含有汽化的润滑油、水蒸气和灰尘等污染物，这些污染物将对气动系统造成下列不利影响：,三、气动系统对压缩空气的要求,1、混在压缩空气中的油蒸气可能聚集在贮气罐、管道、气动元件的容腔里形成易燃物，有爆炸危险。另外润滑油被汽化后形成一种有机酸，使气动元件、管道内表面腐蚀、生锈、影响其使用寿命。2、压缩空气中含有的水分，在一定压力温度条件下会饱和而析出水滴，并聚集在管道内形成水膜，增加气流阻力；如遇低温(0)或膨胀排气降温等，水滴会结冰而阻塞通道、节流小孔，或使管道附件等胀裂；游离的水滴形成冰粒后，冲击元件内表面而使元件遇到损坏。,3、混在空气中的灰尘等污染物沉积在系统内，与凝聚的油分、水分混合形成胶状物质，堵塞节流孔和气流通道，使气动信号不能正常传递，气动系统工作不稳定；同时还会使配合运动部件间产生研磨磨损，降低元件的使用寿命。4、压缩空气温度过高会加速气动元件中各种密封件、膜片和软管材料等的老化、且温差过大，元件材料会发生胀裂，降低系统使用寿命。因此，由空气压缩机排出的压缩空气必须经过降温、除油、除水、除尘和干燥，使之品质达到一定要求后，才能使用。,1、空气压缩机,空气压缩机是将原动机提供的机械能转变为气体压力能的装置，它属于动力元件。（1）空气压缩机的分类空气压缩机的种类很多，按工作原理不同可分为动力式和容积式。常用的是容积式，它是利用运动部件的位移来改变密封工作容积大小，以不断吸入和排出空气，以获得压缩空气。,四、气动传动元件,（2）容积式空气压缩机的工作原理图11.2a所示为单缸活塞式空气压缩机的工作原理简图。图中曲柄5作回转运动，通过连杆4，活塞3，带动气缸活塞3作上、下移动，活塞3顶面与缸体6组成密封容积A。,当活塞3向下移动时，密封容积A逐渐增大形成局部真空，完成吸气。当活塞3向上移动时，密封容积A逐渐减小，A腔内空气受到挤压，产生压力，当压力升高到一定值时，克服排气阀7弹簧力和排气管压力作用，推开排气阀7，将压缩空气经排气管压入系统中，完成排气。这样曲柄5通过连杆4不断驱动活塞3上、下往复移动，使密封容积A不断增大或减小，完成吸气和排气，获得压缩空气。图11.2b为图形符号。,气缸是将压缩空气的压力能转换为机械能并驱动工作机构作往复运动或摆动的装置，为执行元件。气缸的分类：按压缩空气对活塞端面的作用方向不同，气缸可分为单作用式和双作用式；按结构不同，可分为活塞式、叶片式、膜片式和气液阻尼式；按有无缓冲装置，可分为缓冲式和无缓冲式气缸。,2、气缸,3、气动控制阀,气压传动控制阀与液压传动控制阀类似，也可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。（1）压力控制阀压力控制阀是用来调节、控制系统中压缩空气的压力和依靠气体压力来控制执行元件顺序动作。根据功能不同可分为减压阀、顺序阀和安全阀。a:减压阀:在气动传动系统中，一个空压站输出的压缩空气往往要供给多台气动设备使用，因此它所提供的压缩空气压力应高于每台设备所需的最高压力。调压阀的作用是将较高的输入压力调整到符合设备使用要求压力并输出，且保持输出压力的稳定。由于输出压力必然小于输入压力，所以调压阀也常被称为减压阀。,b:顺序阀 顺序阀的工作原理与作用和液压同类阀相似。通过顺序阀，用气路本身的压力来控制两个或两个以上的气动执行元件的顺序动作。通常顺序阀和单向阀并联使用，称单向顺序阀。,c:安全阀 安全阀的作用是防止气动装置因气压过高而发生破裂等故障。,(2)流量控制阀 气压传动系统中的流量控制阀是通过改变阀的通流面积来控制空气流量的大小，以改变气缸工作时的运动速度、换向速度和气动信号的传递速度的元件。常用的有节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。由于它们的工作原理与液压阀中同类阀相似，故在此不再重复。下面只介绍排气节流阀。,图11.7为排气节流阀的工作原理图，气流从A口进入阀内，由节流口1节流后经由消声材料制成的消声套2排出。由于其结构简单、安装方便、故应用日益广泛。,(3)方向控制阀气压传动系统中，方向控制阀是通过改变压缩空气的流动方向和气流的通或断，来控制执行元件的运动方向、起动或停止。它的结构与工作原理和液压传动同类阀类似，一般有单向型和换向型两类。换向型有电磁换向阀、气控换向阀等。,4、气动辅件,气动辅助元件的作用是进行空气的净化、气动元件的润滑、消除排气噪声、气路连接等，以保证气动系统正常工作。气动辅助元件主要有空气过滤器、储气罐、油雾器和消声器等装置。（1）空气过滤器 空气进入气动系统前必须经过空气过滤器，空气过滤器的作用是进一步过滤压缩空气中的杂质。它的过滤原理是根据固体物质和空气分子大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法将灰尘和杂质与空气分离。空气过滤器常用的形式有两种，一种是油水分离器，另一种是分水过滤器。前者用于一次分离，后者用于两次分离。下面介绍一下分水过滤器。,图11.10所示为QSL型分水过滤器结构图。压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子1、旋风叶子上有许多成一定角度的小缺口，迫使气流产生强烈旋转，旋转产生的离心力将气体中夹杂的较大水滴、油滴和灰尘等由于自身惯性的作用与滤杯3内壁高速碰撞，从空气中分离出来流至杯底沉积，而微粒灰尘和雾状水汽则由滤芯2滤除。净化的有压气体经过滤后从输出口排出。挡水板4的作用是防止气流旋涡将水杯中积存的污水卷起，污水可通过放水阀5放掉。在某些人工排水不方便的场合，可采用自动排水式空气过滤器。分水过滤器具有过滤效率较高，过滤面积大，压力损失小的优点，故应用较广泛。,（2）储气罐 储气罐作用是：a:保证输出气流的连续性和平稳性；b:储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要时使用；c:进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。d:一般采用焊接结构，有立式和卧式两种，如图11.11所示为立式储气罐。,(3)油雾器 油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油油雾化后注入空气流中，随压缩空气流入到需要润滑的气动元件，以达到润滑目的。油雾器的主要作用有：a:减少相对运动件之间的摩擦，保证元件动作正常；b:减少密封材料的磨损，防止泄漏；c:防止管道及金属零部件的腐蚀，延长元件使用寿命。,图11.12为油雾器的结构和图形符号。压缩空气从气流入口进入，部分由小孔通过截止阀进入油杯的上腔A。油面受压缩空气的作用，使油液从吸油管6上升，顶开单向阀7流入视油帽9，再经过可调节流阀8滴入喷嘴小孔中，由主管道通过的气流从小孔把油引射出来，油滴被高速气流打碎雾化，并随气流出口输出，送入气动系统。,(4)消声器 消声器的作用是降低气动系统的噪声（排气时噪声可达100200分贝）。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和排气功率，从而达到降低噪声的目的。图11.13所示是气动装置中常用的一种吸收型消声器的结构原理，它是依靠装在体内的吸声材料（泡沫塑料、玻璃纤维、毛毡等）来消声的。消声器一般装在排气口。,机械手气压技术的应用,图11.16所示为气动机械手的结构示意图，图11.17为气动机械手气压传动系统图。要求该机械手实现动作顺序：立柱下降C0伸臂B1夹紧工件A0缩臂B0立柱顺时针转D1立柱上升C1放开工件A1立柱逆时针转D0。,该传动系统的工作循环分析如下：(1)按下启动阀q，主控阀C将处于C0位，活塞杆退回，即得到C0；(2)当C缸活塞杆上的挡铁碰到C0，则控制气将使主控阀B处于B1位，使B缸活塞杆伸出，即得到B1；(3)当B缸活塞杆上的挡铁碰到b1，则控制气将使主控阀A处于A0位，A缸活塞杆退回，即得到A0；(4)当A缸活塞杆上的挡铁碰到a0，则控制气将使主控阀B处于B0位，B缸活塞杆退回，即得到B0；,(5)当B缸活塞杆上的挡铁碰到b0，则控制气将使主控阀D处于D1位，D缸活塞杆往右，即得到D1；(6)当D缸活塞杆上的挡铁碰到d1，则控制气将使主控阀C处于C1位，使C缸活塞杆伸出，即得到C1；(7)当C缸活塞杆上的挡铁碰到C1，则控制气将使主控阀A处于A1位，使A缸活塞杆伸出，得到A1；(8)当A缸活塞杆上的挡铁碰到a1，则控制气将使主控阀D处于D0位，使D缸活塞杆往左，即得到D0；(9)当D缸活塞杆上的挡铁碰到d0，则控制气经启动阀q又使主控阀C处于C0位，新的一轮工作循环又重新开始。,11.3.1 公共汽车车门启闭机构中的应用,图11.14所示为采用连杆机构的车门启闭机构简图。当气缸内的活塞受压缩空气作用向左运动时，其连杆带动左扇车门轴上的摇臂，使左扇车门开启；同时，通过中间摇臂带动右侧连杆和右侧车门轴上的摇臂，使右扇车门与左扇车门同时开启。反之，则使车门关闭。,下面具体分析车门启闭时的气路工作原理。(1)车门已闭合 如图11.15a所示，压缩空气按实心箭头方向从储气罐经过手截阀后分成两路。其中到电磁阀的一路因进气孔A在关闭状态而受堵；另一路沿管路进入气缸左腔，使活塞左侧面受到气压，电磁阀的排气孔B在此时处于打开状态，使气缸的右腔通过管道及B孔与大气相通，使左腔气压高于右腔气压，从而推动活塞右移，通过连杆拉动车门至关紧为止。,(2)车门开启后 如图11.15b所示，接通门开关的电路，电磁阀的阀芯被电磁开关的推力推向右方，使进气阀口A打开，将排气阀口B关闭，此时压缩空气按实线分成两路，一路进入气缸左腔，另一路通过孔A进入气缸右腔，由于活塞左侧有效面积小于右侧有效面积，因此右侧受到的推力大于左侧，活塞向左移动，活塞的推杆带动连杆机构使车门开启。,精品课件！,精品课件！,(3)车门开始闭合 如图11.15c所示，切断电磁开关的电源，电磁阀失去了电磁推力，在弹簧的作用下回到左位，使进气口A关闭，排气口B打开，气缸右腔的压缩空气从B口排入大气，在左腔压缩空气作用下活塞右移，活塞的推杆带动连杆机构使车门逐渐合拢。需要附加说明的是调整螺钉的作用是调节气孔 C和D的孔隙大小，来控制车门启闭的快慢速度。,
