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第9章气压传动基础知识气压传动是指以压缩空气为工作介质来进行能量传递的一种传动形式。
由于它具有防火、防爆、节能、无污染等优点，因此，气动技术已广泛应用于国民经济的各个部门，特别是在工业机械手、高速机械手等自动化控制系统中的应用越来越多。
【本章学习目标】1．掌握气压传动的组成、工作原理及特点2．了解空气的基本性质和流动规律9.1 气压传动系统的组成及工作原理气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和控制的一门技术。
气压传动的工作原理是利用空气压缩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，也是由五部分组成的，如图9-1-1所示：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（工作介质）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．辅助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的元件，包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。
5．工作介质经除水、除油、过虑后的压缩空气。
图9-1-1 气压传动系统的组成1－电动机 2－空气压缩机 3－气罐 4－压力控制阀 5逻辑元件 6－方向控制阀 7－流量控制阀8－行程阀 9－气缸 10－消音器 11－油雾器 12－分水滤气器9．2 气压传动的特点及应用9.2.1 气压传动的特点气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。
单元八气压传动『概要』气压传动是以压缩空气为工作介质，以气体的压能传递动力的传动方式。
气动系统除包括气源装置、执行元件、控制元件及气动辅件外，还有用于完成一定逻辑功能的气动逻辑元件和感测、转换、处理气动信号的气动传感器及信号处理装置。
1.气源装置是由空气压缩机、空气净化与贮存装置、传压缩空气运输管道系统和气动三大件四部分组成。
2.气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能输出的装置，包括作直线运动的气缸和作旋转运动的气马达。
标准气缸的结构形式与活塞式液压缸基本相同。
3.气动控制阀与液压控制阀相似，按功能可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，其工作原理及结构与同类液压控制阀类似。
4.气动逻辑元件是在控制回路中能够满足逻辑功能需要的器件。
按结构分为有截止式、膜片式、滑阀式及其它形式的逻辑元件。
按功能分有“与门”、“非门”、“是门”、“禁门”、“或门”、“双稳”等逻辑元件。
『学习目标』本章内容主要要求了解气压传动系统的基本组成、常用元件的结构和工作原理、气动基本回路,气动系统的安装与调试，气动系统的使用与维护，气动系统主要元件的常见故障及其排除方法。
『学习提示』学习气压传动时，应当注意与液压传动的异同点，将气源装置、气动控制元件作为重点内容。
『重点、难点』1.气压传动系统的基本组成2.常用元件的结构和工作原理3.气动基本回路第一节学习指导学习要求：1.了解气压发生装置的结构和工作原理；2.了解净化、贮存压缩空气的装置和设备的结构和工作原理；3.了解传输压缩空气的管道系统；4.了解气动三大件的结构和工作原理；5.了解气动辅件的结构和工作原理。
主要内容：1.气压发生装置的结构和工作原理。
2.净化、贮存压缩空气的装置和设备的结构和工作原理。
3.传输压缩空气的管道系统。
4.气动三大件的结构和工作原理。
5.气动辅件的结构和工作原理。
重点和难点：1.空气压缩机的结构和工作原理；2.净化、贮存压缩空气的装置和设备的结构和工作原理；3.气动三大件的结构和工作原理气动辅件的结构和工作原理。
气源装置作业1填空题1．气压传动系统主要由以下五个部分组成：（1）（2）（3）（4）（5）。
2．选择空气压缩机主要是确定空气压缩机的和。
3．空气干燥器的作用是吸收和排除压缩空气中的水分、油分和杂质，是湿空气变成干空气的装置。
工业上常用的干燥方法主要有和。
4．二次过滤器，其滤灰效率为70%~90%，它和、称为气动三联件。
在空气压缩机的使用的即为二次过滤器。
5．过滤器的作用是滤除压缩空气中的油污、水分和灰尘等杂质，达到系统所需要的净化程度。
常用的过滤器分为、和。
6．消声器主要是通过对气流的阻尼或增加排气面积等方法，来降低排气速度和排气功率，从而达到降低噪声的目的。
常用的消声器有三种型式：、和。
2判断题1．与液压传动相比，气压传动具有动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补充和更换等问题。
（）2．油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，随着压缩空气进入需要润滑的部位，达到润滑气动元件的目的。
（）3．消声器主要是通过对气流的阻尼或增加排气面积等方法，来提高排气速度和排气功率，从而达到降低噪声的目的。
（）4．除油器安装在后冷却器的管道上，它的作用是分离压缩空气中凝聚的灰尘、水分和油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。
（）3选择题1．空气进入空压机之前，必须经过，以滤去空气中所含的一部分灰尘和杂质。
A．简易过滤器B．二次过滤器C．高效过滤器D．空气干燥器2．气压传动系统中所用的工作介质是空气。
气体体积随压力增大而减小的性质称为。
A．粘性B．膨胀性C．压缩性D．密度3．气缸和气马达，它们将压缩空气的压力能转换为机械能，在气压传动系统中属于。
A．气源装置B．执行元件C．控制元件D．辅助元件4．在气压传动系统中，适用于低压、大流量的场合的空气压缩机是。
A．活塞式B．螺杆式C．离心式D．叶片式5．压缩空气站是气压系统的。
A．执行元件 B. 辅助元件C．控制装置D．气源装置气动执行元件作业1填空题1．气动执行元件是将压缩空气的转化为的能量转换装置。
第九章⽓压传动讲解第九章⽓压传动⼀、空⽓过滤器1．组成由壳体和滤芯所组成2. 滤芯材料分为纸质、织物(⿇布、绒布、⽑毡)、陶瓷、泡沫塑料和⾦属(⾦属⽹、⾦属屑)等。
空⽓压缩机中普遍采⽤纸质过滤器和⾦属过滤器。
这种过滤器通常⼜称为⼀次过滤器，其滤灰效率为50％⼀70％；在空⽓压缩机的输出端(即⽓源装置)使⽤的为⼆次过滤器(滤灰效率为70％⼀90％)和⾼效过滤器(滤灰效率⼤于99％)。
⼆、除油器除油器⽤于分离压缩空⽓中所含的油分和⽔分。
其⼯作原理是：当压缩空⽓进⼊除油器后产⽣流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作⽤，将密度⽐压缩空⽓⼤的油滴和⽔滴分离出来。
三、空⽓⼲燥器空⽓⼲燥器是吸收和排除压缩空⽓中的⽔分和部分油分与杂质，使湿空⽓变成⼲空⽓的装置。
从压缩机输出的压缩空⽓经过冷却器、除油器和储⽓罐的初步净化处理后已能满⾜⼀般⽓动系统的使⽤要求。
但对⼀些精密机械、仪表等装置还不能满⾜要求。
为此需要进⼀步净化处理，为防⽌初步净化后的⽓体中的含湿量对精密机械、仪表产⽣锈蚀，为此要+进⾏⼲燥和再精过滤。
四、后冷却器后冷却器⽤于将空⽓压缩机排出的⽓体冷却并除去⽔分。
五、储⽓罐储⽓罐的作⽤是消除压⼒波动，保证输出⽓流的连续性；储存⼀定数量的压缩空⽓，调节⽤⽓量或以备发⽣故障和临时需要应急使⽤，进⼀步分离压缩空⽓中的⽔分和油分。
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。
⽴式储⽓罐的⾼度H为其直径D的2-3倍，同时应使进⽓管在下，出⽓管在上，并尽可能加⼤两管之间的距离，以利于进⼀步分离空⽓中的油⽔。
后冷却器、除油器、储器罐都属于压⼒容器，制造完毕后，应进⾏⽔压实验。
⼀、油雾器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，⽓动控制阀，⽓缸和⽓马达主要是靠这种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。
⼆、消声器⽓压传动装置的噪声⼀般都⽐较⼤，尤其当压缩⽓体直接从⽓缸或阀中排向⼤⽓，较⾼的压差使⽓体体积急剧膨胀，产⽣涡流，引起⽓体的振动，发出强烈的噪声，为消除这种噪声应安装消声器。
第九章气压传动★学习目的与要求1.掌握气压系统的工作原理和组成；2．掌握气源装置及辅助元件的工作原理；3．掌握气缸的工作原理；4．了解气马达的工作原理；5．掌握减压阀、顺序阀、流量阀的工作原理及应用；6．了解气动逻辑元件的工作原理及应用；7．掌握气动基本回路的工作原理及应用；8．学会阅读气动系统图；9．掌握气动系统的使用与维护知识。
★内容提要气压传动与液压传动的工作原理和系统组成相同，但工作介质不同。
气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式。
除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便，无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。
但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工作压力较低（0.3～1MPa），总输出力不宜大于10～40kN，且工作速度稳定性较差。
应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工第一节气压传动基础知识一、空气的物理性质1.空气的组成：主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。
含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。
2.空气的密度：对于干空气ρ=ρo×273/（273+t）×p/0.10133.空气的粘度：较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。
4.空气的压缩性和膨胀性体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。
空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。
5.湿空气所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。
湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度之分。
6.压缩空气的析水量压缩空气一旦冷却下来，相对湿度将大大增加，到温度降到露点以后，水蒸气就要凝析出来。
二、气体的状态变化1.理想气体的状态方程不计粘性的气体称为理想气体。
空气可视为理想气体。
一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，有如下气体状态方程成立pV/T=常量或p=ρRT2.气体状态变化过程及其规律（质量不变）（1）等温过程p1V1=p2V2=常量在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变成气体所做的功。
在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均可视为等温过程。
（2）绝热过程一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。
p1V1k=p2V2k=常量式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4。
气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。
三、充、放气温度与时间的计算在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行机构充气，或由它们向外排气所需的时间及温度变化是正确利用气动技术的重要问题。
1.向定积容器充气问题（1）充气时引起的温度变化向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高到p2，，容器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温度为T2=kT s/［1+p1(k-1)/p2］式中Ts为热力学温度，设定Ts=Ti；k为绝热指数。
但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降，下降后的稳定值为p=p2T1/T2（2）充气时间：充气时，容器中的压力逐渐上升，充气过程基本上分为声速和亚声速两个充气阶段。
当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。
在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度小于声速，流动进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。
容器内压力由p1充气到p2所需总时间t＝t1+t2＝(1.285－p1／p2)ττ＝ 5.217×10－3×（V/kS）(273/Ts)1/22.容器的放气（1）绝热放气时容器中的温度变化容器内空气的初始温度为T1，压力为p1，经绝热放气后温度降低到T2，压力降低到p2，则放气后温度为T2=T1(p2/p1)（k-1）/k 但容器停止放气，容器内温度上升到室温，其内的压力也上升至p p=p2T1/T2（2）放气时间与充气过程一样，放气过程也分为声速和亚声速两个阶段。
容器由压力p1将到大气压力p a所需绝热放气时间为T=t1+t2=｛（2k/k-1）［(p1/p e)(k-1)/2k-1)］+0.945(p1/1.013×105)(k-1)/2k｝ττ= 5.217×10-3V(273/T1)1/2/kS式中p e为放气临界压力（1.92×105Pa)第二节气源装置及气动元件气动系统由下面几种元件及装置组成1.气源装置压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。
它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。
2.执行元件将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。
3.控制元件控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。
4.气动辅件气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。
一、气源装置气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。
气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。
1.组成：气源装置由以下四部分组成气压发生装置——空气压缩机；净化、贮存压缩空气的装置和设备；管道系统；气动三大件。
2.气压发生装置（1）功用：空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。
（2）空气压缩机的分类分容积型和速度型。
常用往复式容积型压缩机，一般空压机为中压，额定排气压力1MPa；低压空压机排气压力0.2MPa；高压空压机排气压力10MPa。
（3）空气压缩机的选用原则依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。
空压机输出流量q Vn＝(q Vn0+q Vn1)/(0.7～0.8)q Vn0——配管等处的泄漏量q Vn1——工作元件的总流量3.压缩空气的净化装置和设备（1）气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。
不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。
（2）混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响：混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，有引起爆炸的危险，另一方面润滑油被汽化后会形成一种有机酸，对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备受命。
混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小了通道面积，增加了管道阻力。
严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常传递，使系统工作不稳定甚至失灵。
压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。
在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常工作。
压缩空气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增加而效率降低，影响它们的使用寿命。
因此必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。
（3）压缩空气净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器。
后冷却器：将空气压缩机排出具有140℃～170℃的压缩空气降至40℃～50℃，压缩空气中的油雾和水气亦凝析出来。
冷却方式有水冷和气冷式两种。
油水分离器：主要利用回转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。
贮气罐的主要作用是贮存一定数量的压缩空气，减少气流脉动，减弱气流脉动引起的管道振动，进一步分离压缩空气的水分和油分。
干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。
主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。
4.管道系统5.气动三大件（1）组成：分水过滤器，减压阀，油雾器。
气动三大件是压缩空气质量的最后保证。
①分水过滤器作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。
原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性②油雾器特殊的注油装置。
原理当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。
性能指标：流量特性、起雾油量③减压阀起减压和稳压作用。
（2）气动三大件的安装连接次序：分水过滤器、减压阀、油雾器。
多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用一件或两件。
二、气动执行元件气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。
包括气缸和气马达。
实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。
1.气缸的分类及典型结构（1）普通气缸（2）膜片气缸是一种用压缩空气推动非金属膜片作往复运动的气缸，可以是单作用式，也可以是双作用式。
适用于气动夹具、自动调节阀及短行程工作场合。
（3）无杆气缸组成：由缸筒2，防尘和抗压密封件7、4，无杆活塞3，左右端盖1，传动舌片5，导架6等组成。
原理：铝制缸筒2沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件4和外部防尘密封件7密封，塑料的内外密封件互相夹持固定着。
无杆活塞3两端带有唇型密封圈，活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。
通过缸筒槽的传动舌片5，该运动被传递到承受负载的导架6上。
此时，传动舌片将密封件4、7挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。
因此传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。
（4）冲击气缸由缸筒、活塞和固定在缸筒上的中盖组成，中盖上有一喷嘴。
它能产生相当大的冲力，可以充当冲床使用。
整个工作过程分为三个阶段：复位段：气源由孔A供气，孔B排气，活塞上升至密封垫封住喷嘴，气缸上腔成为密封的储气腔。
储能段：气源改由孔B进气，孔A排气。
由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小，而下腔气压作用面积大，故使上腔贮存很高的能量。
冲击段：上腔压力继续升高，下腔压力继续降低，当上下腔压力比大于活塞与喷嘴面积比时，活塞离开喷嘴，上腔气体迅速充入活塞与中盖间的空间。
活塞将以极大的加速度向下运动。
气体的压力能转换为活塞的动能，产生很大的冲击力。
2.气缸的工作特性（1）气缸的速度：在运动过程中气缸活塞的速度是变化的，通常说气缸速度是指活塞平均速度。
（2）气缸的理论输出力：其计算公式与液压缸相同。
（3）气缸的效率和负载率：气缸实际所能输出的力受摩擦力的影响，其影响程度用气缸效率η表示，η与缸径D 和工作压力p有关，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之间。
在研究气缸性能和确定缸径时，常用到负载率β的概念，定义β＝（气缸实际负载F/气缸理论输出力F0）％。
β的选取与气缸的负载性质及运动速度有关（4）气缸的耗气量：指气缸在往复运动时所消耗的压缩空气量，其大小与气缸性能无关，是选择空压机排量的重要依据。
3.气马达（1）叶片式气马达的工作原理及特性叶片式气马达的工作原理与叶片式液压马达相似。
特性曲线最大特点是具有软特性：当气压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载的变化而变化。
