牡丹江大学机电104：王治强关于气压系统与机械加工概论的毕业论

表：通过气动元件、辅件的各自压力损失?ΔΡξ值

2损 管 Φ3 失 经 值 元 件 截止阀 Φ6 Φ8 Φ10 Φ15 Φ20 Φ25 Φ32 Φ40 Φ50 0.025 0.025 0.022 0.015 0.022 0.015 0.010 0.009 方 向 阀 滑阀时换向阀 单向阀、梭向阀 快排阀 0.010 0.009 0.009 0.008 0.025 0.022 0.020 0.015 0.012 0.010 P?A 脉冲阀、延时阀 节流阀 单向节流阀 P? A 消声节流阀 单向压力顺序阀 分水滤气器/25 分水滤气器/75 油雾器 消声器 0.022 0.020 0.012 0.010 0.009 0.008 0.025 0.025 0.022 0.020 0.015 0.012 0.010 0.025 0.020 0.012 0.010 0.009 0.008 流量阀 压力阀 0.020 0.009 0.020 0.009 0.008 0.007 0.025 0.022 0.020 0.015 0.012 0.015 0.010 0.015 辅件 0.022 0.020 0.012 0.010

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第四章：气动系统实例

实例一：工件夹紧气动系统

图示为机械加工自动线，组合机床中常用的工件夹紧系统图。 一、工作原理是：

当工件运动到指定位置后，气缸内A的活塞杆伸出，待工件定位锁紧后，两侧气缸B和C的活塞杆同时伸出，从两侧面夹紧工件，实现夹紧，而后进行机械加工。 二、气动系统的动作原理：

当用脚踏下脚踏板换向阀1后，压缩空气经单向节流阀进入气缸4的无杆腔，夹紧头下降至锁紧位置，后使机动行程阀2换向，压缩

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空气经单向节流阀5进入中继阀6的右侧使阀6换向；压缩空气阀6通过主控阀4的左经进入气缸B和C的无杆腔，使两气缸活塞同时伸出，夹紧工件，与此同时，压缩空气的一部分经单向节流阀3调定延时后使主控阀4换向到右位，则两气缸B和C返回，在两气缸返回的过程中，有杆腔的压缩空气使脚踏阀1复位，则气缸A返回。此时，由于行程阀2复位（右位），所以中继阀6也复位，则气缸B和C的无杆腔通大气，主控阀4自动复位，由此完成了一个“缸A活塞杆伸出压下?夹紧缸B和C活塞杆伸出夹紧?夹紧缸B和C活塞杆返回?缸A活塞缸返回”的动作循环。

实例二：气液动力滑台气动系统

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该气液动力滑台运用气液阻尼缸作为执行元件，在机床设备中用来实现进给运动，可完成两种工作循环： 一、快进?慢进（工进）?快退?停止

当手动阀4处于图示状态时，就可以实现“快进?慢进（工进）?快退?停止”的动作循环。其原理是：

⑴、当手动阀3切换到右位时，实际上就是给予进刀信号，在气压作用下气缸活塞开始向下运动，液压缸中活塞下腔的油液经行程阀6的左位和单向阀7进入液压缸活塞的上腔，实现快进。

⑵、当快进到活塞杆上的挡铁B切换行程阀6（使他处于右位）后，油液只能经节流阀5进入活塞上腔，调节节流阀的开度，即可调节气液阻尼缸的运动速度，所以活塞开始慢进（工进）。

⑶、当慢进到挡铁C使行程阀2切换到左位时，输出信号使阀3切换到左位，这时气缸活塞杆向上运动，液压缸活塞上腔的油液经阀8的左位和手动阀4中的单向阀进入液压缸下腔实现快退。

⑷、当快退到挡铁A切换阀8而使油液通道被切断，活塞被停止运动，改变挡铁A的位置，就可以改变“停”的位置 二、快进?慢进?慢退?快退?停止

关闭手动阀4（是他处于左位）时，就可以实现“快进?慢进?慢退?快退?停止”的双向进给程序，其动作循环的“快进?慢进”动作原理同上述。

⑴、当慢进至挡铁（切换到左位），气缸活塞开始向上运动，这时液压缸活塞上腔的油液经行程阀8的左位和节流阀5进入活塞下

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腔，亦即实现了慢退（反向进给）。

⑵、慢退到挡铁B离开阀6的顶杆而使其复位（左位工作）后，液压缸活塞上腔的油液就经阀6左位而进入，活塞下腔，开始了快退。

⑶、快退到挡铁A切换阀8而使油液通路被切断时，活塞就停止运动。

注：图中，1是定位机构的手动阀、2行程阀和3手动阀组

成一个组合阀块，阀4、阀5和阀6为另一组合阀。补油箱10用以补偿系统中的漏油，一般可用油杯来代替。

实例三：工厂实际生产之中的各种利用气压系统的产品 ⑴气动计量装置

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气压系统与机械加工概论

毕业学校：牡丹江大学 专 业：机电一体化 姓 名：王 治 强

1st

二零一三年五月一日

导 论 .................................................................................................................... 4TH 第一章：气压概论 .................................................................................................. 5TH

第一节：气压传动的组成及工作原理 ............................................................................... 5TH 2.气压传动及控制系统的组成部分详解 ............................................................................ 6TH 第二节 ：气压传动的特点 ................................................................................................. 7TH 一．气压传动的优点 ........................................................................................................... 7TH 二．气压传动的缺点 ........................................................................................................... 8TH 三．气压传动与其他传动的性能比较 .................................................. 错误！未定义书签。

第二章：气动基本回路 ...................................................................................... 10TH

第一节 ：压力控制回路 ................................................................................................... 10TH 第三节 ：换向回路 ........................................................................................................... 12TH 第四节 ：其它气动回路 ................................................................................................... 13TH 第三章 ：管道直径和空压机的选择 ............................................................................... 14TH 第一节：确定管道直径、计算压力损失 ......................................................................... 14TH

?ΔΡ=?ΔΡ+?ΔΡ1ξ≤[

?ΔΡ ] ① ................................................................. 14TH

ε2

?ΔΡ=KΔΡ+?ΔΡ≤[?ΔΡ] ② ....................................................... 15TH

第二节 ：空压机的选择 ................................................................................................... 15TH

qs=ΦK1K2?qmax?mi?1n3s ............................................................................................. 15TH

?ps=P+?ΔΡ(MPa) ......................................................................................................... 15TH

第四章：气动系统实例 ..................................................................................................... 17TH

2nd

实例一：工件夹紧气动系统 ............................................................................................. 17TH 实例二：气液动力滑台气动系统 ..................................................................................... 18TH 实例三：工厂实际生产之中的各种利用气压系统的产品 ............................................. 20TH

参 考 文 献 ...................................................................................................................... 24TH Ⅰ贺尚红，《液压与气压传动》，长沙：中南大学出版社，2011 .................................... 24TH Ⅱ钟 平，《液压与气压传动》，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007 .................... 24TH Ⅲ百 度，《 百 科 》，江苏职业技术学院 ....................................................................... 24TH Ⅳ东陶（大连）有限公司 ................................................................................................. 24TH

3rd

导 论 机械工业作为我国国民经济发展和建设做出了积极贡献，较好地发挥了支柱产业的作用。2009年，机械产品市场自给率进一步提高到85%，对全国工业总产值、新产品产值、利润和税金增长的贡献率分别为31.86%、67.58%、57.91%和24.01%，均居工业各行业首位。

2010年我国机械工业销额再创历史新高：全年累计完成工业总产值14.38万亿元，销售产值14.06万亿元，同比分别增长33.93%和34.26%。自2010年3月起，机械工业月度产值连续10个月超过1.1万亿元，已经进入了月产万亿元的新时期。

近年来机械工业销量高速增长，产业规模持续扩大，得益于国家政策对机械工业的大力支持，特别是在中央实施应对国际金融危机冲击的一系列计划后，相关产业调整和振兴规划的逐步落实，推动了机械工业快速稳定回升。

同时我们也不应该忽略，我们国家的机械加工行业的整体加工自动化还有待提高，这些原因主要取决于机械加工设备的工作效率低下等原因造成的，我们不仅不能忽视此问题的严重性，而且要着手与加紧解决对。此本人通过实践有了利用气压系统改变传统机械加工率低下的问题

4th

2013年3月1日

第一章：气压概论

第一节：气压传动的组成及工作原理

一．气压传动定义

气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递。其工作原理是利用空压机把电机或其他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。 二．1.气压传动及控制系统的组成 气 1.电动机 压 气压发生装置 2.空气压缩机

传 3.气罐及 动 4.压力控制阀 及 5.逻辑元件 控 控制元件 6.方向控制阀 制 7.流量控制阀

系 8.行程阀 统 执行元件 9.气缸

的 10.消声器

5th

组 辅助元件 11.油雾器 成 12.分水滤气器

2.气压传动及控制系统的组成部分详解

（1）.起源装置：是指获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。

（2）.控制元件：是指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。

6th

（3）.执行元件：是指将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括直线往复运动的气缸和实现连续回转远动或摆动的气马达或摆动马达等。

（4）.辅助元件：是指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需的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。

第二节：气压传动的特点 一．气压传动的优点

1.工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，使用之后可将其随时排入大气中，不污染环境。

2.空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠的工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的黏度影响极小，故不会影响传动性能。

3.空气的黏度很小（约为液压油的万分之一），所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便与集中供应和远距离输送。 4.相对液压传动而言，气压动作迅速、反应快，一般只需0.02~0.3s就可以达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为1~5m/s，而气体的流速最小也大于10m/s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速。

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5.气体压力具有较强的自保能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变。

6.气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行2000~4000万次。

7.工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。 8.气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能力自动保护。

二．气压传动的缺点

1.由于空气的可压缩性较大，气动装置的稳定性较差，外载变化时，对工作速度的影响较大。

2.由于工作压力低，气动装置的输出或力矩受到限制。结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置输出力不宜大于10~40KN。

3.气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，启动信号的传递速度是能够满足工作要求的。

4.噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消音器。

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三．气压传动与其他传动的性能比较

类 型 气 压 传 动 液 压 传 动 电 传 动 电气 电子 机 械 传 动

操作动作环境 构 力 中 等 最 大 中 等 最 小 较 大 最 快 一 般 快慢 要求 造 较 快 较 慢 快 适应 简 性好 单 不怕 复 振动 杂 负载变操作无极工作 维 化影响 距离 调速 寿命 护 较 大 中距 较 离 好 一 长 一 般 价 格 便 宜 有 一 短距 良 些 离 要求 稍 高 贵 好 般 较 短 短 要求稍复几高 杂 乎 远距 良 好 要求 稍 较高 贵 要求 最 更高 贵 简 单 一 般 没 有 离 要求最复 没 特高 杂 一 般 一 般 有 没 有 远距 良 离 好 短距较困 一 离 难 般 9th

第二章：气动基本回路

第一节：压力控制回路

压力控制回路用于调节和控制系统压力，使之保持在某一规定的范围内。常用的有一次压力控制回路和二次压力控制回路。 一：一次压力控制回路

一次压力控制回路，用于控制储存气罐的压力，使之不超过规定的压力值。常采用外控溢流阀或采用电接点压力表来控制空气压缩机的转、停，使储气罐内压力保持在规定的范围内。采用安全阀，结构简单，工作可靠，但气量浪费大；采用电接点压力表，对电机控制要求较高，常用于对小型空压机的控制。

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二：二次压力控制回路

对气动系统气源压力进行控制。是由气动控制三联件组成的主要由溢流减压阀来实现压力控制或者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。

第二节：速度控制回路

控制气动执行元件运动速度的回路称为速度控制回路。由于气动系统使用的功率都不大，所以主要的调速方法是节流调速。 一：单作用气缸速度控制回路

两个单向节流阀反接，可分别控制活塞杆伸出和缩回的速度。气缸活塞上升时节流调速，下降时则通过快速排气阀排气，使活塞杆快速返回。

二：双作用气缸速度控制回路

1、采用单向节流控制阀的双向调速回路，取消任意一只单向节流阀，便得到单向调速回路；

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2、采用排气节流阀的双向调速回路。它们都是采用排气节流调速方式。当外负载变化不大时，采用排气节流方式，进气阻力小，负载变化对速度影响小，比进气节流调速效果好。 三、快速往返动作回路

采用快速排气阀的快速往复动作回路，若要实现气缸单向快速运动，可省去一只快速排气阀。

四、速度换接回路 当撞块压下行程开关时，发出电信号，使二位二通阀换向，改变排气通路，从而改变气缸速度。行程开关的位置，由需要而定，二位二通阀也可以用行程阀代替。 五、缓冲回路

当气缸行程长、速度快、惯性大时，往往需要采用缓冲回路来消除冲击。

第三节：换向回路

一、单作用气缸换向回路

1、采用二位二通电磁阀控制的换向回路，通电时，活塞杆伸出；断电时，在弹簧力的作用下活塞杆缩回；

2、采用三位五通电磁阀控制的换向回路，该阀具有自动对中功能，可使气缸活塞在任意位置，但定位精度不高、定位时间不长。 二、双作用气缸换向回路

1、采用小通径的手动换向阀控制二位五通主阀控制气缸往返运行； 2、采用三位五通电磁换向阀控制气缸换向，该回路有中停功能，但

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定位精度不高；

3、采用两个小通径的手动阀控制二位五通主阀，控制气缸往返运行。

第四节：其它气动回路

一、气液联动回路

是以气压为动力，利用气液转换装置把气压传动变为液压传动。 1、采用气液阻尼缸来获得更为平稳和更为有效地控制运动速度的气压传动；

2、采用气液增压器来使传动力增大等；

气液联动回路结构简单、经济、实用、可靠，充分利用了液压、气压的优点。 二、位置控制回路

位置控制回路它包括：

1、利用缓冲挡铁的位置控制回路； 2、多位缸的位置控制回路 三、安全保护回路

安全保护回路它包括： 1、过载保护回路； 2、互锁回路；

还有例如往复动作回路、延时回路、计数回路等。

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第三章：管道直径和空压机的选择

第一节：确定管道直径、计算压力损失

一：确定管道直径

管道直径主要根据流量、速度要求和允许的压力损失来确定。通常情况下考虑与其连接的控制元件通径相一致的原则初步确定管径，并在验算压力损失后选定管径。 二：验算压力损失

为保证执行元件正常工作，压缩空气通过各种控制元件、辅助元件和连接输送管道经到达执行元件的总压力损失?ΔΡ1，必须满足下式：

?ΔΡ=?ΔΡ1ΔΡ?+

ξ≤[ ?ΔΡ ] ①

ΔΡξ式中:?ΔΡ1为沿程压力损失之和(MPa);?为局部压力损失之和(MPa);[?ΔΡ]为允许总压力损失(MPa)[?ΔΡ]可根据供气的具体情况定。

实际验算总压力损失，如系统管道不特别长（一般L400m）管子内表面粗糙度不大，在经济流速下，沿程压力损失?ΔΡ，很小可

以不单独记入，只是在总压力损失值的安全系数KΔΡ中稍予考虑就可以了。而局部压力损失?力损失?ΔΡε2ΔΡε1往往又比气流通过气动元件、辅件的压

小得多，所以对此不做严格计算的系统式①可简化为：

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?ΔΡ=K+?ΔΡ≤[?ΔΡ] ②

ΔΡε2式中：

?ΔΡ为流经元件、辅件的压力损失简化修正系数

ε2KΔΡ=1.05~1.3，对于长管道，截面变化复杂的管道，取大值。

如果验算的总压力损失?ΔΡ≥[?ΔΡ]，则必须加大管径或改进管道的布置，以降低总压力损失，直到?ΔΡ≤[?ΔΡ]时为止，即最后所确定的管径。

第二节：空压机的选择

一：计算空压机的供气量qs，qs式如下：

q=ΦKKs12i?1?qmax?mn3s?

二：计算空压机的供气压力ps，ps式如下：

p=p+?ΔΡ(MPa) s 式中：p为用气设备使用的额定压力(MPa)；?ΔΡ为气动系统的总压力损失(MPa)根据计算出的qs和ps，即可选用相应型号的空压机

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⑵气压气枪

⑶气压气动钻

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⑷气压气动钻

⑸气压气动换向阀

22n

d

⑹气压气动夹具

⑺气压气动气密性检测

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参 考 文 献

Ⅰ贺尚红，《液压与气压传动》，长沙：中南大学出版社，2011

Ⅱ钟 平，《液压与气压传动》，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007

Ⅲ百 度，《 百 科 》，江苏职业技术学院

Ⅳ东陶（大连）有限公司

Ⅴ 大连开发区图书馆

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