认识气压传动.ppt

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1、第1章 认识气压传动,1.1 认识气压传动系统,本任务要求能读懂图1-1所示气动剪切机的工作原理图，了解气动系统的组成，并能说出其工作原理，同时知道空气的压力表示方法。气压传动系统的组成一、气源装置产生、处理和贮存压缩空气的设备称为气源设备。它为气动系统提供符合质量要求的压缩空气，是气动系统的一个重要组成部分。典型的气源装置的组成如图1-2所示。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,二、执行元件执行元件是气动系统的末端机构，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动马达或摆动马达等。1.单作用活塞式气缸单作用活塞式气缸

2、是指压缩空气仅在气缸的一端进气推动活塞运动，而活塞的返回则借助其他外力，如重力、弹簧力。单作用活塞式气缸有弹簧压回型和弹簧压出型，如图1-3(b)所示。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,单作用活塞式气缸的特点如下:由于单边进气，故结构简单，耗气量小;缸内安装了弹簧，缩短了活塞的有效行程;弹簧的弹力随其变形大小而发生变化，故活塞杆推力和运动速度在行程中有变化;弹簧具有吸收动能的能力，因而可减小行程终端的撞击作用。单作用活塞式气缸一般用于行程短且对输出力和运动速度要求不高的场合，如定位和夹紧装置等。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,当气缸工作时，活塞杆上输出的推力必

3、须克服弹簧的弹力及各种阻力，推力公式为式中F活塞杆的推力(工作负载)(N);D活塞直径(m);p气缸工作压力(Pa);F1弹簧弹力(N);-考虑总阻力损失时的效率，一般为0.70.8。当活塞运动速度0.2 m/s时，取大值;当 0.2 m/s时，取小值。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,图1-3所示的单作用活塞式气缸的结构直观性强，易理解，但难于绘制。在工程实际中，除某些特殊情况外，常用一系列标准的图形符号绘制，以表示元件的功能。目前我国的液压与气压系统图采用GB/T 786.1-2009所规定的图形符号绘制。图1-3(b)中分别表示了单作用气缸的图形符号。2.双作用活塞式气缸

4、双作用活塞式气缸是使用最广泛的一种最普通的气缸，它有进、排气两个接口，利用压缩空气的压力能使活塞杆实现两个方向的运动，如图1-4所示。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,双作用活塞式气缸工作时，活塞杆上的输出力用下式计算。式中F1当无杆腔进气时，活塞杆的输出力(N);F2当有杆腔进气时，活塞杆的输出力(N);D,d活塞和活塞杆直径(m;P气缸工作压力(Pa);-考虑总阻力损失时的效率，一般为0.70.8。当活塞运动速度0.2 m/s时，取大值;当 0.2 m/s时，取小值。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,三、控制元件控制元件用于控制压缩空气的压力、流量和流动方向

5、，以便使执行元件完成预定的工作循环。它包括各种方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。(一)方向控制阀能改变气体流动方向或通断的控制阀称为方向控制阀。方向控制阀分为单向阀和换向阀。1.单向阀有两个通口，气流只能向一个方向流动而不能反方向流动的阀称为单向阀。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,为了防止因气源压力下降或因耗气量增大造成的压力下降而出现逆流，在储气罐的输出端近处必须安装单向阀。单向阀只允许压缩空气单方向流动，而不允许其逆向流动。单向阀主要是利用圆锥、圆球、盘片或膜片作为止回块。单向阀的工作原理如图1-5所示。当气体正向流动时，进口气压推动止回块的力大于作用在止回块上的弹簧力

6、，阀芯被推开，形成流通状态。而当压缩空气由输出口进入时，气体压力与弹簧力使止回块顶在阀座上而封闭了通道，气体不能流通。单向阀的外形和图形符号如图1-6所示，带弹簧复位的单向阀在常态下处于常闭状态。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,2.换向阀(1)换向阀的工作原理。换向阀是利用阀芯和阀体相对位置的改变，控制各气口的接通或断开，以改变气体的流动方向，实现改变执行元件的运动方向的作用。二位三通手动换向阀的工作原理如图1-7(a)所示。换向阀有3个接口，分别是进气口P、出气口A和排气口R。在正常情况下，A、R两接口相通，P口堵塞;当按下推杆时，阀芯向右移动，使 P、A两接口相通，R口堵

7、塞。这种换向阀的阀芯和阀体之间的运动是相对直线运动，所以也称为滑阀。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,利用各种方向控制阀可以对单作用气动执行元件和双作用气动执行元件进行换向控制。如图1-7(c)所示，压下二位三通手动阀，压缩空气通过换向阀的A口输出，进入单作用活塞式气缸，推动气缸活塞杆向右运动(杆伸出);松开手动阀，压缩空气无法进入气缸，而气缸在活塞杆向右运动时进入的压缩空气则通过排气口R排出，此时，气缸活塞杆在弹簧力的作用下向左运动(杆缩回)。(2)换向阀的“位”和“通”。“位”和“通”是换向阀的重要概念，不同的“位”和“通”构成了不同类型的换向阀。阀芯的工作位置简称“位”，

8、阀芯有几个不同的工作位置就是几位阀。“通”表示阀体上外部通口，有几个接口，即为几通。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,进气口一般用P或IN表示，出气口一般用A或OUT表示，排气口与大气相通，通常用O或R表示。若无控制信号时，P和A相通则称为常通式，P和A断开则称为常闭式。在换向阀的图形符号中，方格表示工作位置，两个方格表示二位，三个方格表示三位。方格内箭头表示阀内空气的流动方向;方格内“”表示空气流动通道被阻塞;方格内“”表示与大气相通自由排放。三位阀有3个工作位置，若阀芯处于中间位置(也称零位)，各通口呈封闭状态，则称为中位封闭式阀;若出口与排气口相通，则称为中位泄压式阀;若

9、出口与进口相通，则称为中位加压式阀;若在中位泄压式阀的两个出口内装上单向阀，则称为中位止回式阀。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,换向阀的阀芯处于不同的工作位置时，各通口之间的通断状态是不同的。常见的二位和三位换向阀的图形符号如表1-1所示。(3)换向阀的分类。换向阀的分类主要是依据控制方式和工作位置数、通口数进行。换向阀的控制方式如表1-2所示。常用换向阀的图形符号及其含义如表1-3所示。(二)压力控制阀控制与调节压缩空气的压力大小的阀称为压力控制阀。图1-1中的元件6为减压阀，减压阀的作用是用来降压，使其输出压力与气动设备所需压力一致，并保持该压力的稳定。,上一页,下一页,

10、返回,1.1 认识气压传动系统,四、辅助元件使压缩空气净化、润滑、消声及用于元件间连接等所需的装置和元件称为辅助元件，如用于元件间的连接管道、显示压力大小的压力计等。五、工作介质1.压缩空气的压力压力是由于气体分子因热运动相互碰撞，在容器的单位面积上产生的力，相当于物理学中的压强，用P表示。即,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,式中P压强(N/m2或Pa)工程中也常用kPa(千帕)、MPa(兆帕),kgf/cm2,bar(巴)作为计量单位。1 kgf/cm2称为一个工程大气压。1 Mpa=1 x 103 kPa=10 bar=10.2 kgf/cm2。静止的气体和液体具有下列特性

11、。静止的气体和液体的压力，垂直作用于气体和液体接触的表面;静止的气体和液体中，任一点的各个方向的压力均相等。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,压力可用绝对压力、相对压力及真空度等方法来度量。绝对压力是指以绝对真空作为基准所表示的压力。相对压力是指以大气压力作为基准所表示的压力。由压力表测得的压力都是相对压力，所以相对压力也称表压力。当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此真空度是指比大气压力小的那部分数值，即 真空度=大气压力一绝对压力(1-5)绝对压力、相对压力和真空度的相互关系如图1-8所示。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,2.空气的湿度不含水蒸气

12、的空气称为干空气;含有水蒸气的空气称为湿空气。空气作为传动介质，其干湿程度对传动系统的稳定性和使用寿命都有直接影响。若空气中含有的水蒸气量较大，则此湿空气在一定的温度和压力条件下，会在气动系统的局部管道、气动元件中凝结成水滴，使气动元件和管道腐蚀、生锈，缩短使用寿命，甚至造成系统失灵。因此，气动系统对空气的含水量有明确的规定，并采取必要的措施防止水分进入系统。湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,绝对湿度是指每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量，也就是湿空气的水蒸气密度。湿空气中水蒸气的含量是有限的，在一定温度下，当湿空气中所含水蒸气的量达到最大限

13、度时的绝对湿度叫饱和绝对湿度。绝对湿度只能说明湿空气中所含水蒸气的多少，但不能说明空气所具有的吸收水蒸气的能力，所以常用相对湿度来表达这种能力。相对湿度是指在某温度和总压力不变的条件下，绝对湿度与饱和绝对湿度的比值。一般来说，相对空气湿度在60%70%内，人体感觉较舒适。而在气动系统中使用的空气，则是相对湿度越低越好。当温度下降时，空气中水蒸气的含量降低，因此对减少空气中所含水分来说，降低进入气动设备的空气温度是十分有利的。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,气压传动系统中也常采用降温法来消除湿空气中的水分。当大气冷却达到某一温度时，水分达到饱和，这一温度称为露点温度。如果空气继

14、续冷却，那么它不能保留所有的水分，过量的水分以小液滴的形式凝结出来形成冷凝水。降温法就是利用此原理除去空气中的水分的。综上所述，气压传动系统由五部分组成，具体归纳如表1-4所示。气压传动系统的特点与应用由于气压传动具备了许多突出的优点，因此，气压传动控制技术在电子工业、包装机械、印刷机械、食品机械等领域应用广泛。气压传动的特点如下:工作介质来源方便，不污染环境;,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,空气茹度小，能量损失小，宜于远程传输及控制;工作环境适应性好，可在易燃、易爆、多尘埃、强辐射、震动等恶劣工作环境下进行正常工作;易实现系统的自动化;元件易实现系列化、标准化和通用化，便于

15、设计、生产;工作压力低(一般低于1 MPa)，不易获得较大的输出力和转矩;由于空气的可压缩性大，气压传动的速度稳定性差，给系统的位置和速度控制精度带来很大影响，一般采用气液联动方能获得较理想的效果。排气噪声大，须加消声器;气压传动的工作介质本身没有润滑性，需另外加油雾器进行润滑。,上一页,下一页,返回,1.1 认识气压传动系统,随着工业的发展，气动技术已发展为包含传动、控制与检测在内的自动化技术。由于工业自动化技术的发展，气动控制技术以提高系统可靠性、降低总成本为目标，研究和开发系统控制技术和机、电、液、气综合技术。气动元件当前发展的特点和研究方向主要是节能化、小型化、轻量化、位置控制的高精度

16、化，以及与电子学相结合的综合控制技术。气压传动在各类行业中的应用如表1-5所示。,上一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,图1-9为送料装置的工作示意图，工作要求为:当工件加工完成后，按下按钮，送料气缸活塞杆伸出，把未加工的工件送入加工位置;松开按钮，气缸活塞杆收回，以待把下一个未加工工件送到加工位置。本任务要求能按照上述工作情况，设计出该送料装置的气动控制系统，并在实验台上完成相关的操作与调试。一、任务分析本任务主要要求气缸能够实现伸出、缩回两个方向的运动，这就需要使用方向控制阀对该机构实行方向控制。同时又要求采用手动操作方式来实现运动，所以方向控制阀必须是手动控制方式。而对于气

17、缸，若没有特殊要求，可采用单作用活塞式气缸，也可采用双作用活塞式气缸。,下一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,因气缸选择的不同影响了方向控制阀的选择，因而要完成送料装置的气动系统设计必须对方向控制阀的功能、工作原理、控制方式、图形符号等有一个全面的了解。通过该任务的实施，还要求学会正确选用气动元件，并搭建和调试该气动系统。二、设计参考方案1.采用单作用活塞式气缸图1-10是根据送料装置的工作要求设计出的气动系统控制回路图，这种控制方法是否正确，能否满足送料装置的工作要求，就需要对该回路图进行分析。,上一页,下一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,2.采用双作用活塞式气

18、缸(1)直接控制。图1-11是直接控制的采用双作用活塞式气缸的送料装置的气动系统控制回路图。(2)间接控制。图1-12是间接控制的采用双作用活塞式气缸的送料装置的气动系统控制回路图。,上一页,下一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,3.注意事项(1)双作用活塞式气缸是使用最广泛的一种普通的气缸;单作用气缸一般用于行程短且对输出力和运动速度要求不高的场合，如定位和夹紧装置等。(2)由一个阀直接控制气缸动作的方法称为直接控制法，一般用于驱动气缸所需的气流较小、控制阀的尺寸及所需操作力也较小的场合。用一个较小的控制元件(如图1-12所示二位三通阀)作为操作控制元件，利用压缩空气克服口径大

19、、流量大的主控元件(如图1-12所示二位五通阀)开启阻力的方法称为间接控制法，一般用于控制高速或大口径的气缸，这种方法可以用较小的操作力得到较大的开启力，易实现远程控制。,上一页,下一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,(3)在气动控制技术中，一般要求一个执行元件对应一个方向控制阀来控制其运动方向，这个方向控制阀称为主控阀。三、操作步骤(1)熟悉实验设备的使用方法，会进行气源的开关、元件的固定、管线的插接以及元件的选择。(2)根据任务要求设计送料装置的气动控制系统。(3)正确选择元器件，在实验台上合理布局，连接出正确的控制系统。(4)观察运行情况，检验气缸的动作是否符合送料装置的动

20、作要求，对使用中遇到的问题进行分析和解决。(5)在老师检查评估后，关闭气源，拆下管线，将元件放回原来位置。,上一页,下一页,返回,1.2 手动控制送料装置的设计与调试,四、问题探究(1)若将手动阀按钮按下一个极短暂的时间，然后立即释放，气缸会发生什么情况?(2)若按下手动阀按钮并立即释放，要求气缸能将工件送入加工位置，送料装置的气动控制系统需要进行什么改进?,上一页,返回,图1-1 气动剪切机的结构及工作原理图,返回,图1-2 典型的气源装置,返回,图1-3 单作用活塞式气缸的结构示意图与图形符号,返回,(a)结构示意图;(b)图形符号,图1-4 双作用活塞式气缸的结构示意图与图形符号,返回,

21、(a)结构示意图;(b)图形符号,图1-5 单向阀的工作原理图,返回,(a)流通时;(b)逆流被阻挡,图1-6 单向阀的外形与图形符号,返回,(a)外形;(b)图形符号,图1-7 二位三通手动换向阀,返回,(a)工作原理图;(b)图形符号;(c)应用,表1-1 二位和三位换向阀的图形符号,返回,表1-2 常用换向阀的控制方式与图形符号,返回,表1-3 常用换向阀的图形符号及其含义,返回,返回,表1-3 常用换向阀的图形符号及其含义(续),图1-8 绝对压力、相对压力和真空度的相互关系,返回,表1-4 气压传动系统的组成,返回,表1-5 气压传动在各类行业中的应用,返回,图1-9 送料装置的工作示意图,返回,图1-10 采用单作用活塞式气缸的送料装置,返回,图1-11 采用双作用活塞式气缸的送料装置,返回,图1-12 采用双作用活塞式气缸的送料装置,返回,