第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件.ppt

液压与气动技术液压与气动技术第五单元第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件气源系统及净化装置和气动执行元件2005620教学内容：教学内容：l气源系统的组成l气源系统的净化装置（难点）l气动执行元件（重点）深圳职业技术学院液压与气动技术气动系统的基本组成部分包括哪些呢？请大家根据机器的组成部分先思考一下？机器是由三部分组成：原动机（能量的产生或转换）、传动机构（能量的传递、分配和控制）、工作机（能量的消耗）。气动系统的基本组成部分：压缩空气的产生、压缩空气的传输、压缩空气的消耗（工作机）。气动系统的基本组成示意图如下图所示。一、气动系统的基本组成：深圳职业技术学院液压与气动技术由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统三个主要部分组成。一、气动系统的基本组成：传输深圳职业技术学院液压与气动技术一、气动系统的基本组成示例气压产生装置气压产生装置分分水水滤滤气气器器压压力力控控制制阀阀油油雾雾器器方方向向控控制制阀阀消声器消声器流量控制阀流量控制阀汽汽缸缸气压的传递、分配和控制即输送系统气压的消耗深圳职业技术学院液压与气动技术二、气动系统各组件及主要功能压缩机：把机械能转变为气压能。电动机：给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。压力开关：被调节到一个最高压力：停止电动机，最低压力，重新激活电动机。单向阀：阻止压缩空气反方向流动。储气罐：贮存压缩空气。压力表：显示储气罐内的压力。自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。冷冻式空气干燥器：将压缩空气冷却到零上若干度，以减少系统中的水份。主管道过滤器：它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力。深圳职业技术学院液压与气动技术二、气动系统各组件及主要功能压缩空气的分支输出管路：压缩空气要从主管道顶部输出到分支管路，以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里，当压缩空气达到低处时，水传到管子的下部，流入自动排水器内，将凝结水去除。自动排水器：每一根下接管的末端都应有一个排水器，最有效的方法是用一个自动排水器，将留在管道里的水自动排掉。空气处理组件：使压缩空气保持清洁和合适压力，以及加润滑油到需要润滑的另件中以延长这些气动组件的寿命方向控制阀：通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运动的方向。执行组件：把压缩空气的压力能转变为机械能，图标是一个直线气缸，它也可以是回转执行组件或气动马达等。速度控制阀：能简便实现执行组件的无级调速。深圳职业技术学院液压与气动技术二、气动系统各组件及主要功能请大家思考一下：请大家思考一下：在气动系统中，在气动系统中，压缩空气为什么能推动气缸往复运动压缩空气为什么能推动气缸往复运动，即为，即为什么能实现气压传动？什么能实现气压传动？是不是因为压缩空气有压力？压力是如何产生的呢？是不是因为压缩空气有压力？压力是如何产生的呢？压力是由于气体分子热运动而互相碰撞，在容器的单位面积上产压力是由于气体分子热运动而互相碰撞，在容器的单位面积上产生的力的统计平均值。生的力的统计平均值。那我们该如何来度量压缩空气呢？那我们该如何来度量压缩空气呢？深圳职业技术学院液压与气动技术三、气动技术中的压力概念 在ISO标准中压力的单位为帕斯卡（1Pa=1N/m2），由于这个单位非常小，为了阅读和表达方便，常用0.1MPa(1bar)为压力单位，这个单位适合在工业中应用：1Mpa103Kpa106Pa 0.1MPa=100Kpa=1bar（巴）在工程上有时也使用老的公制单位kgfcm2（千克力每平方厘米）、atm（atmosphere大气压）、lbf/in2(psi，磅力每平方英寸)等以满足实际需要。绝对压力：相对于真空的压力表压力（GA）：高于大气压的那部分压力真空度（Torr）：低于大气压的压力标准大气压：1013mbar760Torr（托为1mm汞柱产生的压力）深圳职业技术学院液压与气动技术四、气动技术中的压力表示深圳职业技术学院液压与气动技术五、气源系统 气源系统是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系统一般由气压发生装置、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组成。典型的气源及空气净化处理系统如图所示。1-空压机 2-储气罐 3-阀门 4-主管过滤器 5-干燥机 6-主管过滤器深圳职业技术学院液压与气动技术六、空气压缩机空气压缩机 (Air compressor)(Air compressor)1.空压机是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。2.按工作原理分类：可分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机的工作原理是压缩空压机中气体的体积，使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。3.空气压缩机分为往复式与回转式两大类。往复式可细分为活塞式与膜片式，回转式可细分为叶片式与螺杆式。深圳职业技术学院液压与气动技术六、空气压缩机空气压缩机 (Air compressor)(Air compressor)4.按空压机输出压力大小分类低压空压机 02 10MPa中压空压机 10 10MPa高压空压机 10 100MPa超高压空压机 100MPa 5.按空压机输出流量(排量)分类微型 1m3Min小型 1 10 m3Min中型 10 100 m3Min大型 100m3Min深圳职业技术学院液压与气动技术气压传动l气压发生装置深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理1.常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三种，下图为单级活塞式空压机工作原理。深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理1.单级活塞式空压机通常用于需要（0.3-0.7）Mpa压力范围的系统。在单级压缩机中，若空气压力超过0.6Mpa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时，应采取多级压缩。2.多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。下面介绍多级空压机工作原理 深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理2.二级活塞式空压机工作原理。深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理 2.由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。如果最终压力为0.7Mpa，第一级通常将它压缩到0.3Mpa，然后经过中间冷却器被冷却，压缩空气通过中间冷却器后温度大大下降，再输送到第二级气缸中压缩到0.7Mpa。因此，相对于单级压缩机提高了效率。最后输出温度可控制在120度左右。深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理3.叶片式空压机深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理 3.在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排气阀。在转子的每次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小。通常情况下，叶片式空压机需采用润滑油对叶片、转子和机体内部进行润滑、冷却和密封，所以排出的压缩空气中含有大量的油份。因此在排气口需要安装油气分离器和冷却器，以便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理4.膜片式压缩机 深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理 4.膜片式压缩能提供5巴的压缩空气。由于它完全没有油，因此广泛用于食品、医药和相类似的工业中。膜片使气室容积发生变化，在下行程时吸进空气，上行程时压缩空气。深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理5.螺杆式空压机深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理5.螺杆式空压机深圳职业技术学院液压与气动技术七、空压机的工作原理 5.螺杆式压缩机，由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆，油分离器将油与输出空气分开。此类压缩机可连续输出流量可超过400m3min，压力高达10巴。和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气。虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐，但过去工业上最普遍使用的仍然是往复式压缩机。深圳职业技术学院液压与气动技术八、空压机的特性参数 1.压缩机的标准流量:用标准容积流量来表示，在大气压下有压流量:在有压工作状态下的流量;p标1.013bar 2.输出流量的确定：k1漏损1.151.5，k2备用1.31.6，k3利用，查表 3.热效率及总效率:单级压缩机的最终压力较低，其纯容积效率较高。然而，随着最终压力的逐渐增加，热量损失变得愈来愈重要，具有较高热效率的二级压缩机的优越性就体现出来了。“单位能量消耗”是衡量总效率的指针，并且能用于估计制造压缩空气所需的费用。平均估算：1kw电能产生120150Lmin(=0.120.15m3minkw)工作压力为7巴的压缩空气。深圳职业技术学院液压与气动技术八、空压机的特性参数单级/多级压缩机总效率图深圳职业技术学院液压与气动技术九、空压机的选用1.根据气动系统所需要的工作压力和流量确定空压机的输出压力Pc和供气量Qc.P为气动系统的工作压力（Mpa），为系统中各个气动执行元件工作的最高工作压力。为气动系统总的压力损失，除了考虑管路的沿程阻力损失和局部阻力损失外，还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所必需的最低输入压力，以及气动元件工作时的压降损失。深圳职业技术学院液压与气动技术十、空压机的选用2.空压机供气量的大小应包括：目前气动系统中各设备所需的耗气量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数（如避免空压机在全负荷下不停地运转、气动元件和管接头的漏损及各种气动设备是否同时连续使用等）Q为气动系统的最大耗气量（m3Min）；K为修正系数。一般可取=1.31.5。有了供气压力与供气量，按空压机的特性要求，选择空压机的类型和型号。深圳职业技术学院液压与气动技术十一、空压机的使用注意事项1.空压机的安装位置。空压机的安装地点必须清洁，无粉尘、通风好、湿度小、温度低且要留有维护保养空间，所以一般要安装在专用机房内。2.噪音。空压机一运转即产生噪音。必须考虑噪音的防治，如设置隔声罩、设置消声器、选择噪音较低的空压机等。一般而言，螺杆式空压机的噪音较小。3.使用专用润滑油并定期更换，启动前应检查润滑油位，并用手拉动传动带使机轴转动几圈，以保证启动时的润滑。启动前和停车后，都应及时排除空压机气罐中水分。深圳职业技术学院液压与气动技术十二、储气罐(Reservoir)1.储气罐的作用：2.1）使压缩空气供气平稳，减少压力脉动。3.2）作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。4.3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。5.4）可降低空压机的启动-停止频率，其功能相当于增大了空压机的功率。6.5）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。深圳职业技术学院液压与气动技术十二、储气罐(Reservoir)2.储气罐的形状：储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。储气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，一般以立式居多。深圳职业技术学院液压与气动技术十二、储气罐(Reservoir)3.储气罐的使用注意事项：1）储气罐属于压力容器，应遵守压力容器的有关规定，必须有产品耐压合格证书。2）储气罐上必须安装有安全阀（当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出）、压力表（显示储气罐内的压力）、压力开关（用储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力，达到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机）、单向阀（让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动）、最低处应设有排水阀（排掉凝结在储气罐内所有的水）。深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置(Air cleaning equipment)深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置 从空压机输出的压缩空气到达各用气设备之前，必须将压缩空气中含有的大量水分、油分及粉尘杂质等除去，以得到适当的压缩空气质量，避免它们对气动系统的正常工作造成危害，并且用减压阀调节系统所需压力以得到适当出力。在必要的情况下，使用油雾器使润滑油雾化并混入压缩空气中润滑气动元件，降低磨损，提高元件寿命。除水过程；过虑过程；调压过程；润滑过程。深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置1.压缩空气的除水装置（干燥器）(Air dryers)（1）后冷却器 空压机输出的压缩空气温度高达1201800C,在此温度下，空气中的水分完全呈气态。后冷却器的作用就是将空压机出口的高温压缩空气冷却到400C，并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，以便对将其清除。后冷却器有风冷式和水冷式两大类。深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置（1）风冷式和水冷式后冷却器深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置1.压缩空气的除水装置（干燥器）(Air dryers)（2）冷冻式空气干燥器 冷冻式空气干燥器的工作原理是，使湿空气冷却到其露点温度以下，使空气中水蒸气凝结成水滴并清除出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。冷冻式干燥器具有结构紧凑，使用维护方便，维护费用较低等优点，适用于空气处理量较大，压力露点温度不是太低（250C）的场合。冷冻式干燥器在使用时，应考虑进气温度、压力及环境温度和空气处理量。进气温度应控制在400C以下，超出此温度时，可在干燥器前设置后冷却器。进入干燥器的压缩空气压力不应低于干燥器的额定工作压力。环境温度宜低于400C，若环境温度过低，可加装暖气装置，防止冷凝水结冰。干燥器实际空气处理量，在考虑了进气压力、温度和环境温度等因素后，应不大于干燥器的额定空气处理量。深圳职业技术学院液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置（2）冷冻式空气干燥器深圳职业技术学院液压与气动技术（3）吸收式干燥器l吸收干燥法是一个纯化学过程。在干燥罐中，压缩空气中水分与干燥剂发生反应，使干燥剂溶解，液态干燥剂可从干燥罐底部排出。根据压缩空气温度、含湿量和流速，必须及时填满干燥剂。l干燥剂的化学物质通常用氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂等。因为化学物质是会慢慢用尽的。因此，干燥剂必须在一定的时间内进行补充。l这种方法的主要优点是它的基本建设和操作费用都较低。但进口温度不得超过300C，其中干燥剂的化学物质具有较强烈腐蚀性，必须仔细检查滤清，防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。深圳职业技术学院液压与气动技术（3）吸收式干燥器深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置（1）主管道过滤器:安装在主要管路中。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力，它能清除管道内的灰尘、水份和油。这种过滤器的滤芯一般是快速更换型滤芯，过滤精度一般为35um，滤芯是由合成纤维制成，由于纤维以矩阵形式排列。深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置（1）主管道过滤器深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置（2）标准过滤器l标准过滤器主要是指安装在气动回路上，压缩空气从入口进入过滤器内部后，因导流板1（旋风叶片）的导向，产生了强烈的旋转，在离心力作用下，压缩空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯4的内表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出，进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。挡水板的作用是防止已积存在滤杯中的冷凝水再混入气流中。定期打开排水阀6，放掉积存的油、水和杂质。l标准过滤器的过滤精度为5um。为防止造成二次污染，滤杯中的水每天都应该是排空的。深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置（2）标准过滤器深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置（3）自动排水器(Water separator)l自动排水器用来自动排出管道、气罐、过滤器滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应用、靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，而且有些场合也不便于人工操作，因此自动排污装置得到广泛应用。自动排水器可作为单独的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置安装在过滤器等元件的壳体内（底部）。深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置浮子式自动排水器（3）自动排水器(Water separator)深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的过虑装置；电机驱动自动排水器深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的调压装置 所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，而在各种气动系统中，皆可出现或多或少的压力波动。气动与液压传动不同，一个气源系统输出的压缩空气通常可供多台气动装置使用。气源系统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。如果压力过高，将造成能量的损失并增加损耗；过低的压力则出力不足，造成不良效率。例如空压机的开启与关闭所产生的压力波动对系统的功能会产生不良影响。因此每台气动装置的供气压力都需要用减压阀减压，并保持稳定。对于低压控制系统(如气动测量)，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供气压力。深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的调压装置（1）减压阀l 减压阀的作用是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。l减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。直动式是借助弹簧力直接操纵的调压方式；先导式是用预先调整好的气压来代替直动式调压弹簧进行调压的，一般先导式减压阀的流量特性比直动式好。l直动式减压阀通径小于2025mm，输出压力在01.0MPa范围内最为适当，超出这个范围应选用先导式。深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的调压装置：直动式减压阀直动式减压阀深圳职业技术学院液压与气动技术压缩空气的调压装置（2）先导式减压阀:先导式减压阀是使用预先调整好压力的空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀部分的结构与直动式减压阀相同。先导式减压阀的调压空气一般是由小型的直动式减压阀供给的。若将这个小型直动式减压阀与主阀合成一体，则称为内部先导式减压阀。若将它与主阀分离，则称为外部先导式减压阀，它可以实现远距离控制。深圳职业技术学院液压与气动技术（2）先导式减压阀压缩空气的调压装置深圳职业技术学院液压与气动技术1.使压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成。油雾器是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。目前，气动控制系统中的控制阀、气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。2.普通型油雾器也称为全量式油雾器，把雾化后的油雾全部随压缩空气输出，油雾粒径约为20um。普通型油雾器又分为固定节流式和自动节流式两种，前者输出的油雾浓度随空气的流量变化而变化，后者输出的油雾浓度基本保持恒定。不随空气流量的变化而变化。压缩空气的润滑装置深圳职业技术学院液压与气动技术固定节流式普通型油雾器 压缩空气的润滑装置深圳职业技术学院液压与气动技术截止阀深圳职业技术学院液压与气动技术对于现代气动组件，润滑不一定是必需的。它们可不需供油润滑而长期工作。这些组件的寿命和特性完全是满足现代机械制造高频率的需要。“不需供油润滑”系统的优点包括：a)、节省润滑设备，润滑油和维护时加油等成本。b)、是最清洁卫生的系统；如在粮食和药品工业中特别重要。c)、油不混入到大气中，得到健康和安全的工作环境。压缩空气的润滑装置深圳职业技术学院液压与气动技术 但在要求机件作极高速运动的地方或在气缸口径较大(大约25mm以上)时应采用油雾润滑并尽可能将油雾器直接安装于气缸供气管道上。当然，加油量不能过大，否则将发生下列问题：a.零部件由于加油过多产生故障b.对周围环境产生油雾污染c.设备长期停用后发生零部件结胶d.给正确调整油雾器造成困难 那些由压缩机在产生压缩空气时带入的杂质油则是不能用作为控制系统组件的润滑油的。压缩空气的润滑装置深圳职业技术学院液压与气动技术 油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以和空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组成气源调节装置（通常称之为气动三联件），使之具有过滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为空气过滤器一减压阀一油雾器，不能颠倒，安装时气源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于5m。气动三联件（Air service unit）的工作原理图如图、外形图及图形符号如图所示。压缩空气的润滑装置深圳职业技术学院液压与气动技术气动三联件FRL深圳职业技术学院液压与气动技术气动三联件（FRL：Filter Regulator Lubricator）深圳职业技术学院液压与气动技术从空压机输出的压缩空气要通过管路系统被输送到各气动设备上，管路系统如同人体的血管。输送空气的管路配置如设计不合理，将产生下列问题：压降大，空气流量不足；冷凝水无法排放；气动设备动作不良，可靠性降低；维修保养困难。压缩空气的输送(Air distribution)深圳职业技术学院液压与气动技术气动系统的管路按其功能分为：1吸气管路：从吸入口过滤器到空压机吸入口之间的管路，此段管路管径易大以降低压力损失。2排出管路：从空压机排气口到后冷却器或储气罐之间的管路，此段管路应能耐高温高压与振动。3.气管路：从储气罐到气动设备间的管路。送气管路又分成主管路和从主管路连接分配到气动设备之间的分支管路。主管道是一个固定安装的用于把空气输送到各处的耗气系统。主管路中必须安装断路阀，它能在维修和保养期间把空气主管道分离成几部分。4控制管路：连接气动执行件和各种控制阀间的管路。此种管路大多数采用软管。5排水管道：收集气动系统中的冷凝水并将水分排出管路。管路的分类 深圳职业技术学院液压与气动技术按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置：终端管道和环状管道。普通气动设备大多采用不高于8巴的压缩空气源，故一般按照只有一种压力要求来处理，采用同一压力管道，用减压阀来满足用气设备的压力要求。1.终端管道终端管道 这种系统简单，经济性好。多用于间断供气，一条支路上可安装一个截止阀，用于关闭系统。管道应在流动方向上有1：100的斜度以利于排水,并在最低位置设置排水器。主管路配管方式(Piping layout)深圳职业技术学院液压与气动技术主管路配管方式(Piping layout)1.终端管道终端管道 深圳职业技术学院液压与气动技术 按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置：终端管道和环状管道。2环状管道环状管道 这种系统供气可靠性高，压力损失小，压力稳定，但投资较高。在环状主管道系统中空气从两边输入到达高的消耗点，这可将减压力降至最低。这种系统中冷凝水会流向各个方向，因此必须设置足够的自动排水装置。另外，每条支路上及支路间都要设置截止阀。这样，当关闭支路时，整个系统仍能供气。主管路配管方式(Piping layout)深圳职业技术学院液压与气动技术主管路配管方式(Piping layout)2环状管道环状管道深圳职业技术学院液压与气动技术当压缩空气有多种压力要求时：1）气动设备有多种压力要求且用气量都比较大时，采用多种压力管道空气系统，设置多种压力管网，分区供气；2）管路中多数设备为低压装置但有少数高压装置时，该怎么办呢？可采用管道空气与瓶装供气相结合的供气系统，管道供大量低压气，瓶装供少量高压气。主管路配管方式(Piping layout)深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术深圳职业技术学院液压与气动技术主要内容主要内容l气缸的分类；l典型气缸的结构特点及工作原理；l气缸的设计计算；l气动马达；l气缸的选择和使用。深圳职业技术学院液压与气动技术l在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件被称为气动执行元件。l可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件称为气缸；l可以实现连续旋转运动的气动执行元件称为气马达。0.绪论绪论深圳职业技术学院液压与气动技术 在气动自动化系统中，气缸由于其相对较低的成本、容易安装、结构简单、耐用、各种缸径尺寸及行程可选，因而是应用最广泛的一种执行元件。根据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。要完全确切地对气缸进行分类较困难，气缸主要的分类方式如下:1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术1.气缸的分类(Cylinder types)1 1、按结构分类，其分类如图。、按结构分类，其分类如图。深圳职业技术学院液压与气动技术2 2、按尺寸分类、按尺寸分类l通常将缸径为2.56mm的称为微型气缸l825mm为小型气缸l32320mm为中型气缸l大于320mm为大型气缸。1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术3 3、按安装方式分类、按安装方式分类l固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动，如图9-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。l摆动式气缸 缸体围绕一个固定轴可作一定角度的摆动。如图9-2（e）、（f）、（g）所示。1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术3 3、按安装方式分类、按安装方式分类1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术4 4、按缓冲方式分类、按缓冲方式分类l活塞运动到行程终端的速度较大，为防止活塞在行程终端撞击端盖造成气缸损伤和降低撞击噪音，在气缸行程终端，一般都设有缓冲装置。缓冲可分为单侧缓冲和双侧缓冲，固定缓冲和可调缓冲。l设有缓冲装置的气缸，称缓冲气缸；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲气缸适用于微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸。l气缸的缓冲可分为弹性垫缓冲(一般为固定的)和气垫缓冲(一般为可调的)。弹性垫缓冲是在活塞两侧设置橡胶垫,或者在两端缸盖上设置橡胶垫,吸收动能,常用于缸径小于25mm的气缸。气垫缓冲是利用活塞在行程终端前封闭的缓冲腔室所形成的气垫作用来吸收动能的,适用于大多数气缸的缓冲。1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术5 5、按润滑方式分类、按润滑方式分类l可分为给油气缸和不给油气缸两种。给油气缸使用的工作介质是含油雾的压缩空气，对气缸内活塞、缸筒等相对运动部件进行润滑。不给油气缸所使用的压缩空气中不含油雾，是靠装配前预先添加在密封圈内的润滑脂使气缸运动部件润滑的。l使用时应注意，不给油气缸也可以给油使用，但一旦给油使用后,则必须一直给油使用,否则将引起密封件过快磨损。这是因为压缩空气中的油雾已将润滑脂洗去,而使气缸内部处于无油润滑状态了。1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术6 6、按驱动方式分类、按驱动方式分类l按驱动气缸时压缩空气作用在活塞端面上的方向分l有单作用气缸和双作用气缸两种。1.气缸的分类(Cylinder types)深圳职业技术学院液压与气动技术l普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸。l有单作用和双作用气缸两种。2.典型典型气缸的介绍普通气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l双作用气缸动作原理（双作用气缸动作原理（Double-actingcylinders）2.典型典型气缸的介绍普通气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l单作用气缸动作原理（单作用气缸动作原理（Single-actingcylinders）单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回）,而另一端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。2.典型典型气缸的介绍普通气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l单作用气缸动作原理（单作用气缸动作原理（Single-actingcylinders）跟据复位弹簧位置，单作用气缸分为预缩型气缸和预伸型气缸。当弹簧装在有杆腔内，由于弹簧的作用力使气缸活塞杆初始位置处于缩回的位置，这种气缸称为预缩型单作用气缸；当弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为预伸型气缸。如图9-4（b）所示为预缩型单作用气缸结构原理图，这种气缸在活塞杆侧装有复位弹簧,在前缸盖上开有呼吸用的气口。除此之外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间采用滚压铆接方式固定。单作用缸行程受内装回程弹簧自由长度的影响，其行程长度一般在100mm以内。图9-4（a）所示是几种型号单作用缸的外形图。2.典型典型气缸的介绍普通气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l单作用气缸动作原理（单作用气缸动作原理（Single-actingcylinders）2.典型典型气缸的介绍普通气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元件组成。（1）缸筒一般采用圆筒形结构,但随着气缸品种发展、加工工艺技术的提高，已广泛采用方形、矩形的异形管材及用于防转气缸的矩形或椭圆孔的异形管材。缸筒材料一般采用冷拔钢管、铝合金管、不锈钢管、铜管和工程塑料管，中小型气缸大多用铝合金管和不锈钢管,对于广泛使用的开关气缸的缸筒要求用非导磁材料，用于冶金、汽车等行业的重型气缸一般采用冷拔精拉钢管,也有用铸铁管的。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（1）缸筒缸筒材料表面要求有一定的硬度,以抗活塞运动时的磨损。钢管内表面需镀铬珩磨,镀层厚度0.02mm，铝合金管需硬质阳极氧化处理，硬氧膜层厚度3050m。缸筒与活塞间隙配合精度H9级，圆柱度误差0.0020.003，表面粗糙度为Ra0.20.4，缸筒两端面对内孔轴线的垂直度允差0.050.1，气缸筒应能承受1.5倍最高工作压力条件下的耐压试验，不得有泄漏缸筒壁厚可根据薄壁筒的计算公式进行计算：式中：b 缸筒壁厚(cm)；D缸筒内径(cm)；p缸筒承受的最大气压力(Mpa)；缸筒材料的许用应力(MPa)。l实际缸筒壁厚,对于一般用途的气缸约取计算值的7倍,重型气缸约取计算值的20倍，再圆整到标准管材尺寸。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（2）活塞杆 活塞杆是用来传递力的重要零件,要求能承受拉伸、压缩、振动等负载,表面耐磨,不生锈。活塞杆材质一般选用35、45碳钢,特殊场合用精轧不锈钢等材料，钢材表面需镀铬及调质热处理。气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏；多数场合活塞杆承受的是推力负载，必须考虑细长杆的压杆稳定性。气缸水平安装时，应考虑活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。活塞杆头部连接处，在大惯性负载运动停止时，往往伴随着冲击，由于冲击作用而容易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻挡装置和缓冲吸收装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（3 3）活塞）活塞气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内做摩擦滑动，且必须承受冲击。在高速运动场合,活塞有可能撞击缸盖。因此,要求活塞具有足够的强度和良好的滑动特性。对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能,特别是耐磨性和不发生“咬缸”现象。活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞宽度越小,气缸的总长就越短。活塞的滑动面小容易引起早期磨损和卡死，如“咬缸”现象。一般对标准气缸而言,活塞宽度约为缸径的2025%，该值需综合考虑使用条件，由活塞与缸筒、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型气缸的活塞有用黄铜制造的。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（4 4）导向套）导向套导向套用作活塞杆往复运动时的导向。因此，同对活塞的要求一样,要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受重载时引起的弯曲、振动及冲击。在粉尘等杂物进入活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤。导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料,也可用铜颗粒烧结的含油轴承材料。导向套内径尺寸容许公差一般取H8，表面粗糙度Ra0.4。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（5 5）密封）密封：动密封和静密封动密封和静密封。缸筒和缸盖等固定部分的密封称为静密封；活塞在缸筒里作回转或往复运动处的部件密封称为动密封。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（5 5）气缸的密封）气缸的密封缸盖和缸筒连接的密封一般采用形密封圈安装在缸盖与缸筒配合的沟槽内，构成静密封。有时也采用橡胶等平垫圈安装在连接止口上，构成平面密封。活塞的密封活塞有两处地方需密封:一处是活塞与缸筒间的动密封，除了用形圈和唇形圈外,也有用W形密封，它是把活塞与橡胶硫化成一体的一种密封结构，W形密封是双向密封,轴向尺寸小。另一处是活塞与活塞杆连接处的静密封，一般用形密封圈。图9-5为常用活塞式密封结构。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（5 5）气缸的密封）气缸的密封活塞杆的密封一般在缸盖的沟槽里放置唇形圈和防尘圈,或防尘组合圈,保证活塞杆往复运动的密封和防尘。缓冲密封有两种方法:一种是采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上；另一种是采用气缸缓冲专用密封圈,它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体构成,压配在缸盖上作缓冲密封，这种缓冲专用密封圈的性能比前者好。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（5 5）密封原理）密封原理气缸密封性能好坏，是影响气缸性能的重要因素。按密封原理，可将密封圈分成压缩密封圈和气压密封圈两大类。如图9-6所示。压缩密封是依靠安装时的预压缩力使密封圈产生弹性变形达到密封作用的，如型和方型密封圈等，如图9-6（a）所示。气压密封是靠工作气压使密封圈的唇部变形来达到密封作用的，如唇型密封圈，如图9-6（b）所示。3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术（5 5）密封原理）密封原理3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)深圳职业技术学院液压与气动技术3.气缸的基本结构气缸的基本结构(Cylinderconstruction)（5 5）密封原理）密封原理深圳职业技术学院液压与气动技术标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、普通厂商通常作为通用产品供应市场的气缸。如符合国际标准ISO6430、ISO6431或ISO6432的普通气缸。符合我国标准GB8103-87（即ISO6431）、德国标准DIN ISO6431等气缸都是标准气缸。在国际上，几乎所有的气动专业厂商目前都已生产符合ISO6431，ISO6432标准的气缸。对于ISO6431标准而言，标准主要内容是对气缸的缸径系列、活塞杆伸出部分的螺纹尺寸作了规定，对同一缸径的气缸的外形尺寸（其长度、宽度、高度）作了限制，并对气缸的连接尺寸作了统一的规定。这一规定仅针对连接对外部连接尺寸的统一，而连接件与气缸的连接尺寸未作规定。因此，对于两家都符合ISO6431标准的气缸不能直接互换，而必须连同连接件一起更换。这一点在气缸选用时要特别注意。4.标准气缸 深圳职业技术学院液压与气动技术l气缸的缸筒内径D（简称缸径）和活塞行