气压传动基础知识教案15

第15 次课教学整体设计

教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）

步骤1：复习巩固、检查课后搜集的资料（10分钟）

一、复习速度控制回路实验目的；

二、复习速度控制回路实验方法和步骤。

三、检查预习情况。

步骤2：本节课学习任务、情境设计（5分钟）

本节课主要学习气压传动的工作原理，气压传动元件，气动基本回路。通过学习气压传动有关方面的知识，了解气压传动的工作过程。

步骤3-1：讲授知识（30分钟）

第6章气压传动基础知识

6-1 气压传动概述

气压传动在工业生产中得到了广泛的应用。气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递、转换和控制的传动形式。由于空气介质来源易得、无污染，易防火、防爆，因此，气压传动在一些行业生产中起着重要的作用。

一、气压传动的工作原理

气压传动系统如图6-1所示

图6-1气压传动系统

1－电动机 2－空气压缩机 3－储气罐 3-压力控制阀 4-逻辑元件 5-方向控制阀6-流量控制阀 7-机控阀 9－气缸 8-消声器 11－油雾器 12－空气过滤器

其工作原理概括为压缩空气的产生与净化、净化空气的调节与控制、执行机构完成工作机的要求。

气源装置是由电机１带动空气压缩机２产生压缩空气经冷却、油水分离后进入储气罐３备用；压缩空气从储气罐引出经空气过滤器12再次净化，然后经减压阀４、油雾器11、逻辑元件５、换向阀６和流量阀７到达汽缸９，通过机控阀８控制完成油缸所需的动作。此外还要满足一些其他的要求，如用消声器10来消除噪声等。

二、气压传动的基本组成

经过对上述系统的工作原理分析可知，气压传动基本由四大部分组成：

1、气源装置它将原动机的机械能转化为空气的压力能，是获取压缩空气的装置。主要为各种形式的空气压缩机。

2、执行元件它把压缩空气的压力能转换为机械能，以驱动负载。包括气缸和气马达等。

3、控制元件它是控制气动系统中的压力、流量和方向的，从而保证执行元件完成所要求的运动规律。如各种压力阀、流量阀和方向阀等。

4、辅助元件保持压缩空气清洁、干燥、消除噪声以及提供润滑等作用，以保证气动系统正常工作。如过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。

三、气压传动的优缺点

气压传动与机械传动、液压传动相比具备了如下优点：

1)以空气为工作介质，来源易得，无污染，不需设回收管道；

2)介质清洁，管道不易堵塞，而且不存在介质变质、补充和更换问题，维护简单；

3)空气的粘度很小，因此流动损失小，便于实现集中供气，远距离输送；

4)气动动作迅速，反应灵敏，借助溢流阀可实现过载自动保护；

5)成本低廉，工作环境适应性好。可安全可靠地应用于易燃、易爆场合，以及严格要求清洁、无污染的场合，如食品、轻工等环境中。

气压传动的缺点：

1)气动工作压力低，故气动系统的输出力（或力矩）较小；

2)空气具有可压缩性，因此不易实现精确的速度和定位要求，系统的稳定性受负载变化的影响较大；

3)气动系统的排气噪声大，高速排气时需设置消声器；

4)空气本身无润滑性能，需另加润滑装置。

6-2 气压传动元件

气压传动元件主要有气源装置、气动辅助元件、气动控制元件和气动执行元件组成。

一、气源装置－空气压缩机

气源装置的主体是空气压缩机。是气动系统的动力源。

1.分类空气压缩机的种类很多，按照工作原理的不同，可分为容积式和动力式两大类。在气压传动中，多采用容积式空气压缩机。按照结构的不同，容积式空气压缩机可分为往复式和旋转式，往复式细分为活塞式和膜片式；旋转式细分为叶片式、螺杆式和涡旋式，其中，最常用的是活塞式空气压缩机，各种类型的压缩机都有不同的特点，应用日益广泛。如20世纪90年代末期问世的涡旋式压缩机，其低噪声、长寿命等方面大大优于其他型式的压缩机，而被誉为“环保型压缩机”，已经得到压缩机行业的关注和公认。

2.工作原理容积式空气压缩机的工作原理类似于容积式液压泵。卧式空气压缩机的工作原理如图6-2所示，通过曲柄滑块机构使活塞作往复直线运动，使气缸内容积的大小发生周期性的变化，从而实现对空气的吸入、压缩和排气过程。

3.选用选择空气压缩机的主要依据是气动系统的工作压力和流量。

选择工作压力时，考虑到沿程压力损失，气源压力应比气动系统中工作装置所需的最高压力再增大20％左右。至于气动系统中工作压力较低的工作装置，则可采用减压阀减压供气。

空气压缩机的输出流量以整个气动系统所需的最大理论耗气量为选择依据，再考虑到泄漏等影响加上一定的余量。

a） b）

图6-2 活塞式空气压缩机工作原理

a）压缩机工作原理 b）图形符号 1－排气阀 2－气缸 3－活塞

3-活塞杆 5、5-十字头与滑道 6-连杆 7-曲柄 9－吸气阀

二、气动辅助元件

气动辅助元件主要有过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。由于空气压缩机产生的压缩空气含有油污、水分和灰尘等杂质，必须经过降温、除油、干燥和过滤等一系列处理后才能供气动系统使用。

1.冷却器由于压缩气体时，气体体积缩小、压强增大、温度随之升高，因此空气压缩机的排气温度一般可达 140～170°C。冷却器安装于空气压缩机的排气口，用来冷却排出的压缩空气，并将其中在高温下汽化的水汽、油雾等冷凝成水滴和油滴析出。冷却器有风冷式和水冷式两种，一般采用水冷式。图6-3所示为蛇管式冷却器。热压缩空气在冷水蛇形管外流动，通过管壁冷却。应注意冷却水与热空气的流动方向相反，以达到较佳的冷却效果。除蛇管式外，水冷式冷却器还有套管式、列管式、散热片式和板式等。

图6-3 蛇管式冷却器

a）蛇管式冷却器结构原理图 b）图形符号

2.除油器除油器又称为油水分离器，用

于分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质，

以初步净化空气。除油器有撞击挡板式、环形

回转式、离心旋转式和水浴式等。如图6-4所

示为撞击挡板式除油器。压缩空气从入口进

入，受到隔离板的阻挡转而向下流动，再折返

向上回升并形成环形气流，气体最后通过除油

器上部从出口流出。空气流动过程中，由于油

分和水分的密度比空气大，在惯性力和离心力

的作用下分离析出，沉降于除油器底部，定期

打开阀门排出。

a） b）

图6-4 撞击挡板式除油器

a）除油器结构原理图 b）图形符号

3.储气罐储气罐用来储存空气压缩机排出的气体，可以减小输出压缩空气的压力脉动，

增大其压力稳定性和连续性，进一步分离水分

和油分等杂质，并在空气压缩机意外停机时，

避免气动系统立即停机。储气罐一般采用圆筒

状焊接结构，有立式和卧式两种，大多为立式。

如图6-5所示，立式储气罐的高度 H为其内径

Ｄ的2～3倍，进气口在下、出气口在上，而且

应尽量使二者间距离较远，以利于分离油水杂

质。在生产实践中，冷却器、除油器和储气罐

三者一体的结构形式现在已有应用，使得压缩

空气站的设备大为简化。

a） b）

图6-5 立式储气罐 a）储气罐结构原理图 b）图形符号

4.干燥器经过冷却器、除油器和储气罐三者初步净化处理后的压缩空气已能满足一般气动系统的使用要求，但对于一些精密机械和仪表等装置，还需进行进一步的干燥和精过滤处理。