第9章气动工作原理及回路设计
数控机床原理与结构分析第9章数控机床液压与气动系统
常见的气动辅助元件包括消声器、过滤器、压力调节器等。
气动辅助元件的选择
在选择气动辅助元件时，需要根据实际需求选择合适的型号和规 格，以确保系统的正常运行。
PART 04
数控机床液压与气动系统 的应用实例
REPORTING
WENKU DESIGN
数控机床的刀具夹紧与松开
刀具夹紧
液压系统通过提供强大的夹紧力 ，确保刀具在加工过程中保持、 准确地控制刀具的松开和更换， 提高生产效率。
数控机床的工件装夹与定位
工件装夹
液压系统通过夹具对工件进行快速、 准确地定位和夹紧，确保工件在加工 过程中保持稳定。
定位调整
气动系统通过气压调整工件位置，实 现高精度定位，提高加工精度和产品 质量。
数控机床的冷却与润滑
气压传动的应用
气压传动广泛应用于数控 机床、机械手、自动化生 产线等工业自动化领域。
气源装置
气源装置的作用
气源装置是气动系统的能源装置， 其主要作用是产生压缩空气，为 整个气动系统提供动力。
气源装置的组成
气源装置一般由空气压缩机、储气 罐、干燥机等组成。
气源装置的维护
为了确保气源装置的正常运行，需 要定期对气源装置进行维护和保养， 如清洗空气过滤器、更换干燥剂等。
REPORTING
WENKU DESIGN
液压系统原理
液压系统是通过液体压力能来传递动力的，其基本原理是帕斯卡原理，即封闭液体 压力的传递。
液压系统由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件等组成，通过这些元件的协 同作用，实现系统的功能。
液压系统的特点是体积小、重量轻、惯性小、反应快、输出力大等，广泛应用于各 种机械和自动化设备中。
液压与气压传动----气动回路
四、力控制回路
利用气液增压器1 把较低旳气压变为 较高旳液压力，提 升了气液缸2旳输 出力。
第二节 换向回路
一、单作用气缸旳换向回路
二、双作用气缸旳换向回路
第三节 速度控制回路
因气动系统所用功率都不大，故常用 旳调速回路主要是节流调速。
用两个快排阀实现双 作用气缸旳迅速来回， 可到达节省时间旳要 求。
4、缓冲回路
活塞迅速向右运 动接近末端，压下机 动换向阀，气体经节 流阀排气，活塞低速 运动到终点。
合用于活塞惯性力 大旳场合。
二、气液联动回路
因为气体旳可压缩性，运动速度不稳 定，定位精度不高。在气动调速、定 位不能满足要求旳场合，可采用气液 联动。
第十一章 气动回路
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
压力与力控制回路 换向回路 速度控制回路 气动逻辑回路 其他常用回路
概述
气动系统一般由最简朴旳基本回路构成。 虽然基本回路相同，但因为组合方式不 同，所得到旳系统旳性能却各有差别。 所以，要想设计出高性能旳气动系统， 必须熟悉多种基本回路和经过长久生产 实践总结出旳常用回路。
二、互锁回路
互锁回路
该
回路利用梭阀1、2、3
和换向阀4、5、6 实现
互锁，预防各缸活塞同
步动作，确保只有一种
活塞动作。
三、同步回路
气液缸串联同步回路
✓速度同步
✓要求：缸 2有杆腔旳 面积必须与 缸1无杆腔 旳面积相等。
一、气阀调速回路
1、单作用气缸旳速度控制回路
a)升降速度 分别由两个 节流阀控制
b)快返回路，活 塞返回时，气缸 下腔经过迅速排 气阀排气。
气动工作原理
气动工作原理气动工作原理是指利用气体压力来驱动机械装置进行工作的基本原理。
在工业生产中，气动工作原理被广泛应用于各种机械设备和生产线中，其简单、高效、安全的特点受到了广泛的青睐。
首先，气动工作原理的基础是气体的压缩和膨胀。
当气体被压缩时，其分子间的距离减小，从而增加了气体分子的碰撞频率和压力，这种压缩气体可以存储在气缸中，通过控制气源和阀门，可以将压缩气体释放到气动执行器中，从而驱动机械装置进行工作。
而当气体膨胀时，其分子间的距离增大，压力减小，这种原理被应用在气动制动系统中，通过控制气源和阀门，使气体膨胀产生制动力，实现机械装置的停止和控制。
其次，气动工作原理的关键是气动执行器。
气动执行器是将压缩气体的能量转换为机械能的装置，包括气缸、气动马达等。
气缸是气动执行器中最常见的一种，其工作原理是通过控制气源和阀门，使压缩气体进入气缸，推动活塞运动，从而驱动连杆、活塞杆等机械装置进行工作。
而气动马达则是将压缩气体的能量转换为旋转运动的装置，通过控制气源和阀门，使压缩气体进入气动马达，驱动转子、齿轮等旋转部件进行工作。
最后，气动工作原理的应用范围非常广泛。
在工业生产中，气动工作原理被应用于各种机械设备和生产线中，如气动钻、气动切割机、气动输送机等，其简单、高效、安全的特点使其成为工业生产中不可或缺的一部分。
同时，在汽车制造、航空航天、医疗设备等领域，气动工作原理也有着重要的应用，如气动制动系统、飞机起落架、呼吸机等，其稳定、可靠的特点为这些领域的发展提供了有力支持。
综上所述，气动工作原理是利用气体压力来驱动机械装置进行工作的基本原理，其应用范围广泛，对工业生产和其他领域的发展起着重要的作用。
随着科学技术的不断进步，相信气动工作原理将会在未来发挥更加重要的作用，推动着各行各业的发展和进步。
气动基本回路(课堂PPT)
主讲 陈本德
谢谢你的配合，同学！ 希望学习过程能给你带来快乐
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F 1YA 2YA A
B
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八轴仿形铣加工机床
3
气动控制回路的工作原理
图11.40
4
第一节 方向控制回路
图14-2双作用气缸换向回路
10
（三）往复动作回路
1.单往复动作回路
双气控阀的双稳态记忆功能
11
2.连续往复动作回路
12
（四）多工位控制回路
工位一：阀1控制， 右气缸杆缩回，左气缸杆缩回
工位二：阀2控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆缩回
工位三：阀3控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆伸出
13
三位控制回路
进气节流
16
❖ 节流供气的不足之处主要表现为：
❖ 1)当负载方向与活塞运动方向相反时，活塞运动 易出现不平稳现象，即“爬行”现象。
2)当负载方向与活塞运动方向一 致时，由于排气经换向阀快排， 几乎没有阻尼，负载易产生“跑 空”现象，使气缸失去控制。
所以进气节流，多用于垂直安装的气缸的供气回路中
17
五、缓冲回路
❖ 要获得气缸行程末端的缓冲，除采用带缓冲的气缸外，特 别在行程长、速度快、惯性大的情况下，往往需要采用缓冲 回路来满足气缸运动速度的要求。
b）所示回路的特点是， 当活塞返回到行程末端时， 其左腔压力已降至打不开 顺序阀2的程度，余气只 能经节流阀1排出，因此 活塞得到缓冲。
气动基本回路最全的
过载保护回路 正常工作时，阀1 得电， 使阀2 换向，气缸活塞 杆外伸。如果活塞杆受 压的方向发生过载，则 顺序阀动作，阀3 切换， 阀2 的控制气体排出， 在弹簧力作用下换至图 示位置，使活塞杆缩回。
力控制回路
气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执 行元件的受力面积来增加输出力。
▪ 单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔▪ 串联调速回路 通过两个单向节流阀， 利用液压油不可压缩 的特点，实现两个方 向的无级调速，油杯 为补充漏油而设。
▪ 气液缸串联变速回路 当活塞杆右行到撞块A 碰到机动换向阀后开始 作慢速运动。改变撞块 的安装位置，即可改变 开始变速的位置。
换向回路
▪ 单作用气缸换向回路 用三位五通换向阀可控制单 作用气缸伸、缩、任意位置停止。
换向回路
▪ 双作用气缸换向回路 用三位五通换向阀除控制 双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。
速度控制回路
▪ 气阀调速回路 ▪ 单作用气缸调速回路 用两个单向节流阀分别控制活塞杆的
升降速度。
速度控制回路
气液联动速度控制回路
▪ 气液缸并联且有中间位 置停止的变速回路 气 缸活塞杆端滑块空套在 液压阻尼缸活塞杆上， 当气缸运动到调节螺母 6 处时，气缸由快进转 为慢进。液压阻尼缸流 量由单向节流阀2 控制， 蓄能器能调节阻尼缸中 油量的变化。
位置控制回路
▪ 串联气缸定位
气缸由多个不 同行程的气缸串 联而成。换向阀 1、2、3依次得 电和同时失电， 可得到四个定位 位置。
位置控制回路
▪ 任意位置停止 回路 当气缸负载较 小时，可选择 图a 所示回路， 当气缸负载较 大时，应选择 图b 所示回路。
常用基本回路
第九章 气源装置及系统
式中 m——空气的质量，单位为kg； V——空气的体积，单位为m3。
第九章 气源装置及系统 第一节 压缩空气
2. 空气的性质 （2压缩性；气体体积随温度升高而增大 的性质称为膨胀性。气体的压缩性和膨胀性远大于液 体的压缩性，计算时应考虑。 （3）粘度。空气的粘度受温度的影响较大，受 压力影响甚微，可忽略不计。空气的运动粘度随 温度变化的关系见表9-2 。
1. 理想气体的状态方程 实验证明，理想气体状态方程适用于绝对压力不 超过20 MPa、温度不低于20 ℃的空气、氧气、 氮气、二氧化碳等，不适用于高压状态和低温状 态下的气体。ρ、V、T的变化决定了气体的不同 状态，在状态变化过程中加上限制条件时，理想 气体状态方程将有以下几种形式。 2. 理想气体的状态变化过程 1）等容过程 2）等压过程 3）等温过程 4）绝热过程
第九章 气源装置及系统 第二节 气源系统及空气净化处理装置
4. 空压机使用时应注意的事项 1）空压机的安装位置:一般要安装在专用机房内。 2）噪声:设置隔声罩、消声器,选择噪声较低的空压机等。 3) 润滑:使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查以保 证启动时的润滑。启动前和停车后都应及时排除空压机 气罐中的水分。
第九章 气源装置及系统
第一节 压缩空气 四、气体流动的基本方程
1. 压缩气体流动的连续方程
第九章 气源装置及系统
第一节 压缩空气 四、气体流动的基本方程 2. 压缩气体流动的能量方程 绝热过程下压缩气体的能量方程。根据能量守恒定 律，不可压缩液体作稳定流动时的伯努利方程
不计能量损耗和位能，则绝热过程下压缩气体的能量 方程为
第九章 气源装置及系统 第二节 气源系统及空气净化处理装置
3. 空压机的选用 空压机供气量Qc:空压机供气量Qc也是空压机的主要参 数之一。它的大小应和目前气动系统中各设备所需的耗 气量相匹配，并留有10%左右的余量。可用下式表达 Qc=kQ (m3/min) (9-12)
液压传动与气动技术课程教案典型气动系统
液压传动与气动技术课程教案-典型气动系统第一章：气动系统概述教学目标：1. 了解气动系统的定义、组成和特点；2. 掌握气动系统的基本工作原理；3. 熟悉气动系统在工业中的应用。
教学内容：1. 气动系统的定义和组成；2. 气动系统的工作原理；3. 气动系统在工业中的应用案例。
教学方法：1. 讲授：讲解气动系统的定义、组成和特点；2. 演示：通过视频或实物展示气动系统的工作原理；3. 案例分析：分析气动系统在工业中的应用案例。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气动系统定义、组成和工作原理的理解；2. 小组讨论：让学生探讨气动系统在工业中的应用案例，分享自己的观点。
第二章：气源设备及处理元件教学目标：1. 掌握气源设备的种类和功能；2. 熟悉气动处理元件的作用和结构；3. 了解气源系统的设计原则。
教学内容：1. 气源设备的种类和功能；2. 气动处理元件的作用和结构；3. 气源系统的设计原则。
教学方法：1. 讲授：讲解气源设备的种类和功能、气动处理元件的作用和结构；2. 互动：引导学生参与讨论气源系统的设计原则；3. 实操：演示气源设备和处理元件的安装与调试。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气源设备、气动处理元件的理解；2. 实操考核：评估学生在实操中对气源设备和处理元件的安装与调试能力。
第三章：执行元件及控制元件教学目标：1. 掌握气动执行元件的种类和特点；2. 熟悉气动控制元件的功能和结构；3. 了解执行元件和控制元件在气动系统中的应用。
教学内容：1. 气动执行元件的种类和特点；2. 气动控制元件的功能和结构；3. 执行元件和控制元件在气动系统中的应用。
1. 讲授：讲解气动执行元件的种类和特点、气动控制元件的功能和结构；2. 互动：引导学生探讨执行元件和控制元件在气动系统中的应用；3. 实操：演示执行元件和控制元件的安装与调试。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气动执行元件、气动控制元件的理解；2. 实操考核：评估学生在实操中对执行元件和控制元件的安装与调试能力。
城市轨道交通车辆第章空气管路与制动系统
结论：
轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态，而是 “静中有微动”或“滚中有微滑”的状态。 轮轨间的这种接触状态称为粘着状态。在分 析轮轨间切向作用力的问题时，不用静摩擦 这个名词，而以粘着来代替它。只要轮轨间 静摩擦不被破坏，制动力将随闸瓦压力的增 大而增大。
15
• 粘着力
– 粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 – 比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与
33
– 特点：
• 大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 • 可按制动要求选择最佳摩擦材料 。 • 制动平稳，几乎没有噪声。 • 制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行
中还要消耗牵引功率。
34
– 盘形制动的制动力计算公式：
BK
r R
– 发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制 动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从 1958年开始，试用盘形制动，真正开始使用是在广 深线准高速客车上。
27
• 制动率的取值：
我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时 来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采 取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生 滑行条件的校核。即：
0
K
一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。
28
三、闸瓦摩擦系数 • 影响闸瓦摩擦系数的因素
影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行 速度、闸瓦压强和制动初速。
第九章 空气管路和制动系统
1
空气管路系统为机车车辆制动系统及全列 车气动辅助装置提供洁净、干燥、气压稳定的 压缩空气。
制动系统在压缩空气的作用下产生机械制 动力，保证机车车辆的安全可靠运行。
2
空气管路与制动系统
风源系统
制动控制系统
气动课程设计
机电工程系课程设计课程设计报告（2011/2012 第1学期）设计题目液压(气压)课程设计指导教师学生班级学生姓名学生学号考核成绩内容摘要概述气动（qìdòng）[pneumatic]∶利用撞击作用或转动作用产生的空气压力使运动或做功的气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。
因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。
从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，所以说流动速度快，所以说主要特点便是节能环保。
气动技术的特点：1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。
压力等级低、使用安全相对液压系统安全一些。
2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。
排气处理简单，不污染环境，但电能消耗较大，能源转换率很低，初期成本较低，但使用成本较高。
3、输出力以及工作速度的调节非常容易。
气缸的动作速度一般为50~500mm/s。
但运行速度稳定性不高。
4、可靠性不太高，使用寿命受气源洁净度和使用频率的影响较大。
5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。
可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。
可实现缓冲。
对冲击负载和过负载有较强的适应能力。
在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。
气动技术的缺点：1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。
采用气液联动方式可以克服这一缺陷,气缸速度比液压要快。
2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。
3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。
目录内容摘要 (1)概述 (1)气动技术的特点： (1)气动技术的缺点： (1)第一章气动课程设计概述 (2)1.1课程目的 (3)1.2课程内容 (3)1.3课程步骤 (3)第二章气动回路设计 (3)2.1设计目的 (4)2.2设计内容 (4)逻辑控制回路设计 (4)【任务分析】 (4)【方案比较】 (4)【原理图】 (4)【回路组装与实验步骤】. (8)【组装调试中存在问题分析】. (8)第三章动生产线分拣单元的气动机械手气动系统绘制与实现 (8)【原理图】 (9)【回路组装与实验步骤】 (12)【组装调试中存在问题分析】 (12)第四章总结 (13)通过这一周的气动实习，我对气孔有了更深层次的了解，认识了很多的气动元件并且了解了这些元件的用途，熟知了他们的工作原理以及构成的回路的作用。
《液压与气动技术》课程思政探索与实践
AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育时代汽车 《液压与气动技术》课程思政探索与实践程联社 吕秋硕 陆健 王燕杨凌职业技术学院 陕西省咸阳市 712100摘 要： 课程思政要求教师在教学过程中，融入思想政治内容，将课程内容与思政元素有机融合，增加教书育人效果。
《液压与气动技术》课程是高职机电类专业的一门必修课，挖掘本门课程思政元素，实施课程思政教学对立德树人具有深远的意义。
关键词：液压与气动技术 课程思政 价值观根据教育部关于高校课程思政建设指导的文件要求，要求将德育教育应该始终贯穿于教育之中，因此高校教育应当充分利用教育教学过程中的实践和理论教学，将课程思政充分融于其中，只要这样才能充分贯彻思政教育的精神，在培养具有职业技能专业人才的同时，培养出德智技全面发展的岗位一线需要的高素质技术技能型人才。
由于高职学生在校时间较短，更应加强课程思政教育，树立正确的价值观。
《液压与气动技术》是高职高专机电类专业的一门必修课，怎样在本门课程中融入课程思政，是本门课程内容建设、改革与发展的重要内容。
《液压与气动技术》要做好课程思政的融入，必须从教学理念、教学内容、教学实施过程等各个方面做好课程思政的建设，进一步落实我校“明德强能、言物行恒”的校训，将学生培养成具有高尚道德情操和具备崇高职业道德的现代化人才，将学生学习个人职业技能个人素质提升和同时培养学生养成同社会核心价值观联系结合起来。
在讲述《液压与气动技术》课程的同时，讲述课程所属的行业背景、发展历程以及典型的案例时，可以结合本课程相关的时代背景和国内发展现状，讲述我国在液压与气动技术专业领域发展的成果、相关的典故和历史事件，提升学生的名族自豪感，培养学生的使命感和责任担当精神。
在教学实施过程中，利用多元化的教学方法，利用现有的实践教学条件，提高学生的参与度，在技能锻炼的同时培养学生科学、严谨的工作作风和勇于探索、敢于创新争优的优良传统。
课程思政是顺应了时代发展的要求，是新时代教育课程教学理念的创新与升华，需要在探索与实践中不断的摸索前行。
《空气动力学基础》第9章
2
1 Ma2
C py 2
2
1
1
1
4
1 Ma
2
Ma
C py
2
1
22:35
14
第九章 高超声速流动基础知识
§9-2 高超声速相仿律和马赫无关原理
•马赫高无超关声速绕流中的激波和膨胀波关系式
气流经过膨胀波后参数变化 Ma 1 若 p
tan
p
2
1
1
tan p
mz
2
M Ma
两个放射相似翼剖面
Cp c2
f
Ma
c
,
c
Cy
2
1 b
b
0
fl
fu
dx
Y
Ma
Cx
3
X
Ma
Cy c2
Y
Mac
,
c
mz c2
M
Mac
,
c
Cx c3
X
Mac
,
c
22:35
17
第九章 高超声速流动基础知识
§9-2 高超声速相仿律和马赫无关原理
•马马赫赫无无关关原理
5 激波层内高温和真实气体效应
强烈压缩导致温度剧增
P RT 不成立 cp，cV， 不为常数
T 2000K，O2 2O T 4000K，N2 2N T 9000K O O e
N N e
离解
电离
气动性能
偏离完全气体假设
真实气体效应 气动热
22:35
电磁环境
10
第九章 高超声速流动基础知识
绕翼型的空气动力系数表达式
（2）等腰三角形翼型
2c
第八章 气动回路
(2)单作用气缸快速返回回路 如图8-13所示 ，活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀 排气。
(3)排气节流阀调速回路 如图8-14所示，通 过两个排气节流阀控制气缸伸缩的速度。
(4)缓冲回路 由于气动执行元件动作速度较快，当 活塞惯性力大时，可采用如图8-15所示的回路。 当活塞向右运动时，缸右腔的气体经二位二通阀 排气，直到活塞运动接近末端，压下机动换向阀 时，气体经节流阀排气，活塞低速运动到终点。
第八章 气动回路
气动系统一般都是由最简单的基本回路组 成。虽然基本回路相同，但是由于其组合 方式不同，所得到的系统的性能却各有差 异。因此，要想掌握气动系统，必须熟悉 各基本回路。经过长期的生产实践，人们 总结出了一些常用的典型回路。
8．1 气动基本回路
气动基本回路是气动系统的基本组成部分 。基本回路按其功能分为：压力和力控制 回路、换向控制回路、速度控制回路、位 置控制回路。
当三位五通换向阀3换 至上位时（A有信号）， 气源压力通过阀3进入气 液缸下腔，使之克服负载 F1和F2向上运动。此时缸 1上腔的液压油被压送到 缸2的液压缸下腔。缸2上 腔的液压油被压送到缸1 的液压缸下腔，两缸尺寸 完全相同，从而保证了两 缸动作同步。同理，阀1 的B有信号时，可以保证 缸向下移动同步。图中1 、2接放气装置，用来将 混入油中的空气放掉。
手动阀1接通，则空气经过阀2 和阀8后进入气缸无杆腔，使活塞 杆伸出。经过一段时间后，单向 节流阀5后的压力达到一定值，阀 2换向，高压气体经阀2、阀3、 阀9后进入有杆腔，则活塞杆开始 退回，完成第一次动作。
经过一段时间以后，单向节
流阀6后面的压力达到一定值，阀 3换向，高压气体经阀2、阀3、 阀4和阀8再次进入无杆腔，活塞 外伸，再经过一段时间后，阀4换 向，高压气体经阀4、阀9进入有 杆腔，活塞杆退回，完成第二次
第9章 气动工作原理及回路设计
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。 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。
华中科技大学
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pa 所需绝热放气时间为 T=t1+t2 =｛（2k /k-1 ）［(p1/pe)(k-1)/2k-1) ］+0.945( p1/1.013×105 )(k-1)/2k｝τ τ= 5.217×10-3 V (273/T1)1/2/kS 式中 pe 为放气临界压力（1.92×105 Pa)
华中科技大学
9.2气源装置及气动元件
华中科技大学
气动系统由下面几种元件及装置组成 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。 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。 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。 气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声 器、管道、接头等。
华中科技大学
管道系统和气动三大件
管道系统布置原则
气动三大件：分水过滤器，
减压阀，油雾器
华中科技大学
气动三大件
气动三大件是压缩空气质量的最后保证。 分水过滤器 作用是除去空气中的灰尘、
液压与气压传动 第4版 第9章 气动控制阀及基本回路
梭阀结构及应用回路
原理动画
2021/11/4
原理动画
（3）双压阀
双压阀也相当于两个单向阀的组合。它有P1和P2 两个输入口和一个输出口A。只有当P1、P2同时有输 入时，A才有输出，否则A无输出。
2021/11/4
原理动画
双压阀应用回路
2021/11/4
原理动画
（4）快速排气阀
2021/11/4
1.单向型方向控制阀
（1）单向阀 在气动单向阀中，阀芯和阀座之间有一
层胶垫。下图 所示为单向阀的典型结构。
2梭阀
梭阀它有两个输入口P1、P2，一个输出
口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。 当P1进气时，阀芯将P2切断，P1与A相通， A有输出。当P2进气时，阀芯将P1切断，P2 与A相通，A也有输出。如P1和P2都有进气 时，阀芯移向低压侧，使高压侧进气口与A 相通。如两侧压力相等，先加入压力一侧 与A相通，后加入一侧关闭。
先导式，其中先导式又分为内部先导式 和外部先导式两种。
2021/11/4
（1）直动型减压阀
右图为QTY型直动 型减压阀的结构图。
阀处于工作状态时， 压缩空气从左端输入， 经阀口11节流减压后 再从阀出口流出。
当推力与弹簧的作用 相互平衡后，阀口开度 稳定在某一值上，使减 压阀的出口减小，并保 持出口压力基本不变。
结构原理动画
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（2）先导型减压阀
由先导阀和主阀两部 分组成。当气流从左端 流入阀体后，一部分经 进气阀口9流向输出口， 另一部分经固定节流孔1 进入中气室5经喷嘴2、 挡板3、孔道反馈至下气 室6，在经阀杆7中心孔 及排气孔8排至大气。
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液压或气动回路原理
液压或气动回路原理
液压回路原理是利用液体的能量传递和控制来实现工作机构的运动。
液压回路由液压泵、液压马达（或液压缸）、液压阀和液压油箱等组成。
液压泵通过驱动传动装置带动液压油在液压系统中循环流动。
当液压泵供油时，液压油被加压送入液压马达（或液压缸）中，使机械装置产生运动。
液压阀通过开启或关闭液压回路的通道来控制液压油的流动方向、流量大小和压力。
气动回路原理是利用压缩空气的能量进行工作机构的操作。
气动回路由气源、气动执行机构、气动阀以及气动管路等组成。
气源通过压缩空气产生压力，并通过气管输送到气动执行机构中。
气动执行机构根据气动阀的控制信号，通过开启或关闭空气通道，控制气动执行机构的运动方向和速度。
在液压回路和气动回路中，通过调节液压阀或气动阀的开闭程度，可以精确控制工作机构的运动速度和力量大小，实现对系统的精确控制。
这使得液压和气动回路在工业自动化控制系统中被广泛应用。
过程控制-第9章 执行器
第九章 执行器钱厚亮南京工程学院工业中心2013/019.1概述•执行器由执行机构和调节机构组成。
•执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或位移的装置.推动节流件动作的机构•调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，最常见的是调节阀。
节流件按能源形式•液动执行器：推力大，较笨重•气动执行器：结构简单、平稳可靠、动作行程小、输出推力大、安全、经济。
•电动执行器：信号传递快、结构复杂、安全防暴性能差。
•智能电液执行器：机、电、液一体化，力量大，精度高。
蓄能罐式液控止回蝶阀9.2气动执行器•执行机构（也称膜头）。
•调节机构（也叫做阀体）9.2.1气动执行器执行机构的形式1.薄膜式执行机构：行程小，用做一般调节阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器（气动薄膜调节阀），结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛2.活塞式执行机构•行程长，适用于要求有较大推力的场合，不但可以直接带动阀杆，而且可以和蜗轮蜗杆等配合使用，用于大口径、高压降调节阀或蝶阀的推动装置。
3.气动薄膜式调节阀9.2.2气动薄膜调节阀的类型1.直通单座调节阀•结构简单、•泄漏量小，•：在压差时，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，会影响阀芯的移动。
•应用：小口径、•低压差的场合图9-3 直通单座调节阀1—阀杆；2—压板；3—填料；4—上阀盖；5、11—斜孔；6、10—衬套；7—阀体；8—阀芯；9—阀座；12—下阀盖气动薄膜调节阀的类型2.直通双座调节阀•最常用的一种类型。
•流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消。
由于加工的限制，泄露量较大。
9-4 直通双座调节阀1—阀杆；2—压板；3—填料；4—上阀盖；5—衬套斜孔；6—阀芯；7—阀座；8—阀体；9—下阀盖3.其它类型调节阀•①角形调节阀•②隔膜调节阀•③三通调节阀•④蝶阀•⑤球阀•⑥凸轮挠曲阀•⑦笼式阀9.2.3调节阀的静态特性流量特性：流过控制阀的相对流量Q 和阀杆相对行程L 之间 的函数关系)()(maxmax L L f l f Q Q q ===Qmax 和Lmax 分别阀全开最大流量和最大行程控制阀流量特性：理想流量特性和工作流量特性理想流量特性：控制阀两端压降恒定时流量工作流量特性：工作状况（压降变化）控制阀流量特性。
第十一章气动基本回路与常用回路
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计数回路(counting circuit)
❖ 在图a中，阀4的换向位置，取决于阀 2的位置，而阀2的换位又取决于阀3 和阀5。如图所示，若按下阀1，气信 号经阀2至阀4的左端使阀4换至左位， 同时使阀5切断气路，此时气缸活塞 杆伸出；当阀1复位后，原通人阀4左 控制端的气信号经阀1排空，阀5复位， 于是气缸无杆腔的气体经阀5至阀2左 端，使阀2换至左位等待阀1的下一次 信号输入。当阀1第二次按下后，气 信号经阀2的左位至阀4右端使阀4换 至右位，气缸活塞杆退回，同时阀3 将气路切断。待阀1复位后，阀4右端 信号经阀2、阀1排空，阀3复位并将 气流导至阀2左端使其换至右位，又 等待阀1下一次信号输入。这样，第1， 3，5…次(奇数)按下阀1，则气缸活塞 杆伸出；第2，4，6…次(偶数)按下阀 1，则气缸活塞杆退回。
❖ 双作用气缸控制； 带行程检测的压力控制；
❖ 利用梭阀的控制； 利用延时阀的单往复控制；
❖
利用双压阀控制； 带行程检测的时间控制；
从不同地点控制的单往复回路。
单作用气缸间接控制；
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3、利用梭阀的控制
如图12-10所示， 回路中的梭阀相当 于实现“或”门逻 辑功能的阀。在气 动控制系统中，有 时需要在不同地点 操作单作用缸或实 施手动/自动并用操 作回路。
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2.二次压力控制回路
❖ 作用：对气动系统气源压力的控制
❖ 图a是由气动三联件组成的主要由 溢流减压阀来实现压力控制；图b 是由减压阀和换向阀构成的，对同 一系统实现输出高、低压力p1、p2 的控制；图c是由减压阀来实现对 不同系统输出不同压力P1、P2的 控制。
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气动系统的工作原理
气动系统的工作原理
气动系统是利用气体流动的原理来实现物体运动或传动力的系统。
其工作原理基于以下几个方面：
1. 压缩空气的供应：气动系统通过压缩机将空气压缩到一定的压力，并储存在气源装置中，以便提供气动元件所需的空气供应。
2. 气源净化：为了确保气动系统的正常运行，需要对压缩空气进行净化处理，包括去除空气中的水分、油脂和杂质等。
3. 控制单元：控制单元是气动系统的核心部分，用于控制气动元件的动作和运行。
它接收来自操作者或自动控制系统的指令，并通过控制气路的开关阀门来调节气流的流量和方向。
4. 气动元件：气动元件是气动系统中用于实现机械运动的装置，包括气缸、气动阀、气动马达等。
在控制单元的指令下，气动元件可以通过调节气流的进出来实现机械运动，如推动物体、旋转轴等。
5. 传动装置：气动系统中常用的传动装置包括气动管路和连接部件，用于将气动元件的运动传递给被控制的物体。
传动装置的设计要满足力矩传递、运动平稳等要求。
综上所述，气动系统的工作原理主要包括压缩空气供应、气源净化、控制单元操作、气动元件运动和传动装置传动等环节。
通过对气流的控制和传递，气动系统能够实现各种机械运动和力的传递，广泛应用于工业领域的自动化控制系统中。
气动回路的设计与应用实例
判别障碍信 18
3.Ⅰ型障碍信号的排除
脉冲信号法
排除Ⅰ型障碍信号的方法
逻辑回路法 顺序与法
机械法
4.确定执行信号
按照上述方法将主控信号排除障碍信号后填入X-D线图 “双控执行信号表达式”一栏，另外应考虑程序启动信号q
共同成为第一个动作的执行信号。
应该注意的是，标准程序可以直接做X—D线图，并用
和积法是将真值表中s=0变量组中的各变量先求和，再 求所有s=0和式的积。在s=0和积式中，变量为“1”，则取 该变量的本身；变量为“0”，则取该变量的非。
5
6
16.2 气动时序逻辑系统设计
16.2.1 概述
气动时序逻辑系统是实现自动化广泛采用的一种控制 方法，常见的行程程序控制就属于时序逻辑系统问题。其 控制框图如图16-1所示。
0
逻辑代数变量
1
气缸后退 输出无气 气缸前进 输出有气
表16-1是逻辑代数的几种基本运算，表16-2是逻辑代
数的基本运算规律。
2
3
4
2.逻辑函数及其简化 控制系统的输入与输出之间的逻辑关系称为逻辑函数。
逻辑函数的表写有两种方法：积和法、和积法。 (1)积和法
积和法是将真值表中s=1的变量组中的各变量先求积， 再求所有s=1的积式的和。在s=1的积和式中，变量为“1”， 则取该变量的本身；变量为“0”，则取该变量的非。 (2)和积法
20
2.气动逻辑原理图的画法 具体步骤如下：
1）把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相连后，自 上而下一个个画在图的右侧。
2）把发信器（如行程阀）大致对应其所控制的执行元件， 一个个画在图的左侧。
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理想气体的状态方程
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=ρRT
气体状态变化过程
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。
向定积容器充气问题
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=kTs/［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，
伯努利方程
（注意ρ1≠ρ2）
因气体可以压缩（ ρ ≠常数） ，又因气体流动很快，来不
及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ＋ghw= 常数
因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ= 常数
▪ 在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数），
有效截面积的简化计算
对于阀口或管路
S =αA
式中 α为收缩系数，由相关图查出；A 为孔口实际面积。
▪ 多个元件组合后有效截面积的计算
并联元件 SR＝∑Si 串联元件 1/SR2 ＝∑1/Si2
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
▪ 不可压缩气体通过节流小孔的流量
当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩性， 将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联立推导 的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的表达形式
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
空气的物理性质
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。
空气的密度
对于干空气ρ=ρo×273 /（273+t）×p / 0.1013
空气的粘度
较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。
工程中常采用近似公式：
qm=εcA [2ρ(p1-p2)]1/2 式中 ε为空气膨胀修正系数；c 为流量系数；A 为节流孔面
积。
▪ 可压缩气体通过节流小孔（气流达到声速）的流量
气流在不同流速时应采用有效截面积的流量计算公式。
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
充气、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。
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
气压传动基础知识
空气的物理性质 理想气体的状态方程 气体的流动规律 气体在管道中的流动特性 气动元件的通流能力 充、放气温度与时间的计算
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、排气过程可视为绝华热中过科程。技大学
第9章气动工作原理及回路设计
气体的流动规律
气体流动基本方程
连续性方程
ρ1v1A1 =ρ2v2A2
第9章 气动工作原理及 回路设计
9.1气压传动基础知识
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
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。
下降后的稳定值为
p=p2T1/T2
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
▪ 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。
压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压华缩中的。科技大学 第9章气动工作原理及回路设计
气动元件的通流能力
气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管
路等的气体质量。目前通流能力可以采用有效截面积S 和质量流量q 表示。
有效截面积
由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，此最 小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。
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。
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。
压缩空气的析水量
华中科技大学 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， 第水9章蒸气气动工就作要原理凝及析回路出设来计 。
则有
v2/2+ gz + p /ρ= 常数
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
▪ 声速与马赫数
声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称 为声速。声音传播过程属绝热过程。 对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的
温度有关。气体的声速c 是随气体状态参数的变化而变化
的。
气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数 ， Ma＝ v/c Ma 是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩 性， Ma愈大，气流密度变化越大。 当v ＜ c，Ma ＜1时，称为亚声速流动； 当v＝c，Ma ＝1时，称为声速流动，也叫临界状态流动； 当v ＞c，Ma ＞1时，称为超声速流动。
华中科技大学
第9章气动工作原理及回路设计
▪ 气体在管道中的流动特性
▪ 在亚声速流动时
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v2 v1
v2
ห้องสมุดไป่ตู้
(Ma<1)
v2>v1
v2<v1
▪ 在超声速流动时
v1
v2 v1
v2
(Ma>1)
v2<v1
v2>v1
▪ 当v ≤50m/s 时，不必考虑压缩性。
▪ 当v ≈140m/s 时，应考虑压缩性。
▪ 在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可