《氣動元件與設(shè)計》課件

氣動元件與設(shè)計歡迎來到氣動元件與設(shè)計課程！本課程旨在全面介紹氣動技術(shù)的基礎(chǔ)知識、元件類型、回路設(shè)計以及在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，您將掌握氣動系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護(hù)技能，為未來的工程實踐打下堅實的基礎(chǔ)。課程簡介課程目標(biāo)本課程旨在使學(xué)生掌握氣動元件的基本原理和設(shè)計方法，了解氣動系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力。通過理論學(xué)習(xí)和實踐操作，使學(xué)生能夠獨立完成簡單氣動系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試。課程內(nèi)容課程內(nèi)容涵蓋氣動技術(shù)概述、氣動元件分類、氣動回路設(shè)計、氣動系統(tǒng)維護(hù)與保養(yǎng)以及新型氣動元件介紹等。重點講解氣源裝置、空氣處理裝置、氣動執(zhí)行元件和氣動控制元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和選擇方法?？己朔绞秸n程考核包括平時作業(yè)、期中考試和期末設(shè)計。平時作業(yè)占20%，期中考試占30%，期末設(shè)計占50%。期末設(shè)計要求學(xué)生獨立完成一個氣動系統(tǒng)的設(shè)計，并進(jìn)行仿真或?qū)嵨锎罱?。氣動技術(shù)概述1定義氣動技術(shù)是以壓縮空氣為動力介質(zhì)，利用氣動元件實現(xiàn)機(jī)械運動和控制的技術(shù)。2發(fā)展歷程從古代的風(fēng)箱和水車到現(xiàn)代的自動化生產(chǎn)線，氣動技術(shù)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，氣動技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。3組成氣動系統(tǒng)主要由氣源裝置、空氣處理裝置、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件和氣動輔助元件組成。氣動系統(tǒng)的優(yōu)勢與應(yīng)用優(yōu)勢氣動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維護(hù)方便、響應(yīng)速度快、安全可靠等優(yōu)點。與液壓系統(tǒng)相比，氣動系統(tǒng)更加清潔環(huán)保。應(yīng)用氣動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、食品包裝、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。例如，自動化生產(chǎn)線、機(jī)器人、氣動夾具、氣動輸送裝置等。局限性氣動系統(tǒng)的輸出力相對較小，不適合重載場合。同時，氣動系統(tǒng)的壓力不穩(wěn)定，精度較低。氣動元件分類氣源裝置提供壓縮空氣，如空氣壓縮機(jī)?？諝馓幚硌b置凈化壓縮空氣，如過濾器、調(diào)壓器、油霧器。氣動執(zhí)行元件將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣缸、氣馬達(dá)。氣動控制元件控制壓縮空氣的流動方向、壓力和流量，如方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥。氣源裝置：空氣壓縮機(jī)1作用空氣壓縮機(jī)是氣動系統(tǒng)的動力源，用于將空氣壓縮到一定壓力，為氣動系統(tǒng)提供所需的壓縮空氣。2選擇空氣壓縮機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)的用氣量、工作壓力和工作環(huán)境等因素綜合考慮。選擇合適的空氣壓縮機(jī)可以保證氣動系統(tǒng)的正常運行和節(jié)能降耗。3維護(hù)空氣壓縮機(jī)的維護(hù)包括定期檢查、清洗、更換濾芯和潤滑油等。良好的維護(hù)可以延長空氣壓縮機(jī)的使用壽命，提高其工作效率?？諝鈮嚎s機(jī)的工作原理吸氣活塞向下運動，氣缸內(nèi)壓力降低，吸氣閥打開，空氣進(jìn)入氣缸。壓縮活塞向上運動，氣缸內(nèi)壓力升高，吸氣閥關(guān)閉，排氣閥打開，壓縮空氣排出氣缸。排氣壓縮空氣經(jīng)過排氣管進(jìn)入儲氣罐，儲氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)定值時，壓縮機(jī)停止工作?？諝鈮嚎s機(jī)的類型活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，但噪音較大。1螺桿式壓縮機(jī)效率高，噪音低，但成本較高。2渦旋式壓縮機(jī)體積小，噪音低，適用于小型氣動系統(tǒng)。3離心式壓縮機(jī)排氣量大，適用于大型氣動系統(tǒng)。4空氣處理裝置：過濾器1精密過濾器去除更小的顆粒，保護(hù)氣動元件。2油水分離器分離壓縮空氣中的油和水。3粗過濾器去除壓縮空氣中的灰塵和雜質(zhì)。過濾器是氣動系統(tǒng)中重要的空氣處理裝置，用于去除壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)、油和水等污染物，保證氣動元件的正常運行和延長其使用壽命。過濾器的選擇應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)的用氣質(zhì)量要求和工作環(huán)境等因素綜合考慮。定期的清洗和更換濾芯是保證過濾器正常工作的重要措施?？諝馓幚硌b置：調(diào)壓器1設(shè)定壓力根據(jù)需要調(diào)整輸出壓力。2穩(wěn)定壓力保持輸出壓力的穩(wěn)定。3減壓將高壓氣體降低到所需壓力。調(diào)壓器是氣動系統(tǒng)中重要的空氣處理裝置，用于將壓縮空氣的壓力調(diào)節(jié)到所需的工作壓力，并保持輸出壓力的穩(wěn)定。調(diào)壓器的選擇應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)的工作壓力范圍和流量要求等因素綜合考慮。定期的檢查和維護(hù)是保證調(diào)壓器正常工作的重要措施?？諝馓幚硌b置：油霧器AirOil油霧器是氣動系統(tǒng)中重要的空氣處理裝置，用于將潤滑油霧化后混入壓縮空氣中，隨壓縮空氣一起進(jìn)入氣動元件，對其進(jìn)行潤滑，減少摩擦和磨損，延長其使用壽命。油霧器的選擇應(yīng)根據(jù)氣動元件的潤滑要求和工作環(huán)境等因素綜合考慮。定期檢查和添加潤滑油是保證油霧器正常工作的重要措施。氣動執(zhí)行元件：氣缸單作用氣缸只有一個進(jìn)氣口，依靠壓縮空氣的壓力推動活塞運動，依靠彈簧力或重力使活塞復(fù)位。雙作用氣缸有兩個進(jìn)氣口，依靠壓縮空氣的壓力推動活塞雙向運動。伸縮氣缸具有多個活塞桿，可以實現(xiàn)較長的行程。氣缸的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)氣缸主要由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋、密封件等組成。缸筒是氣缸的主體，活塞在缸筒內(nèi)做往復(fù)運動，活塞桿將活塞的運動傳遞出去。工作原理壓縮空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸，推動活塞運動，活塞桿隨之運動，實現(xiàn)機(jī)械運動。通過控制進(jìn)氣口和排氣口，可以控制活塞的運動方向和速度。氣缸的分類：單作用氣缸1特點結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但行程較短，輸出力較小。2應(yīng)用適用于行程較短、輸出力要求不高的場合，如夾緊、定位等。3類型可分為彈簧復(fù)位式、重力復(fù)位式和磁性開關(guān)式等。氣缸的分類：雙作用氣缸特點行程較長，輸出力較大，運動速度較快。應(yīng)用適用于行程較長、輸出力要求較高的場合，如推拉、升降等。類型可分為普通雙作用氣缸、緩沖雙作用氣缸和可調(diào)行程雙作用氣缸等。氣缸的分類：特殊氣缸回轉(zhuǎn)氣缸輸出旋轉(zhuǎn)運動。無桿氣缸活塞桿不伸出缸體，通過磁力或機(jī)械連接傳遞運動。沖擊氣缸產(chǎn)生瞬間沖擊力。氣動控制元件：方向控制閥1作用控制壓縮空氣的流動方向，從而控制氣動執(zhí)行元件的運動方向。2表示方法用方格表示閥的工作位置，用箭頭表示氣流方向，用字母表示接口。3分類根據(jù)工作位置數(shù)、通路數(shù)和控制方式等進(jìn)行分類。方向控制閥的結(jié)構(gòu)與工作原理閥體閥的主體，內(nèi)部有閥芯和氣道。閥芯在閥體內(nèi)移動，改變氣流方向。控制方式手動、機(jī)械、氣動、電磁等。方向控制閥的類型：二位閥二位二通閥有兩個工作位置，兩個通路。1二位三通閥有兩個工作位置，三個通路。2二位五通閥有兩個工作位置，五個通路。3方向控制閥的類型：三位閥1中封式中間位置所有通路都關(guān)閉。2中壓式中間位置氣源與所有通路相通。3中泄式中間位置所有通路都與排氣口相通。三位閥具有三個工作位置，常用于控制雙作用氣缸的停止位置。根據(jù)中間位置的狀態(tài)，可分為中封式、中壓式和中泄式三種類型。選擇合適的三位閥可以實現(xiàn)氣缸的精確控制。方向控制閥的類型：換向閥1手動換向閥手動控制，適用于簡單的氣動系統(tǒng)。2機(jī)械換向閥機(jī)械觸發(fā)，適用于自動化程度較高的氣動系統(tǒng)。3電磁換向閥電磁控制，適用于遠(yuǎn)程控制和自動化控制。換向閥用于改變壓縮空氣的流動方向，實現(xiàn)氣動執(zhí)行元件的換向運動。根據(jù)控制方式的不同，可分為手動換向閥、機(jī)械換向閥和電磁換向閥等。電磁換向閥是應(yīng)用最廣泛的一種類型，具有控制精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。氣動輔助元件：消聲器消聲器用于降低氣動元件排氣時的噪音，改善工作環(huán)境。消聲器的選擇應(yīng)根據(jù)噪音要求和排氣量等因素綜合考慮。常用的消聲器有燒結(jié)式消聲器和多孔式消聲器等。定期的清洗和更換消聲器可以保證其消聲效果。氣動輔助元件：接頭快速接頭連接氣管方便快捷。螺紋接頭連接牢固，但安裝拆卸較麻煩。插管接頭連接簡單，適用于小型氣動系統(tǒng)。氣動輔助元件：氣管材質(zhì)常用的氣管材質(zhì)有聚氨酯（PU）、聚乙烯（PE）和尼龍（PA）等。PU氣管具有良好的柔韌性和耐磨性，PE氣管具有良好的耐腐蝕性，PA氣管具有較高的耐壓性。選擇氣管的選擇應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)的工作壓力、工作溫度和工作環(huán)境等因素綜合考慮。同時，氣管的內(nèi)徑應(yīng)與氣動元件的接口尺寸相匹配，以保證氣動系統(tǒng)的正常運行。氣動回路設(shè)計基礎(chǔ)1回路圖用圖形符號表示氣動元件和氣路的連接關(guān)系。2設(shè)計原則安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、操作方便、維護(hù)簡單。3設(shè)計步驟確定控制要求、選擇氣動元件、繪制回路圖、進(jìn)行仿真或?qū)嶒烌炞C。氣動回路設(shè)計步驟確定控制要求明確氣動系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)。選擇氣動元件根據(jù)控制要求選擇合適的氣動元件。繪制回路圖用圖形符號表示氣動元件和氣路的連接關(guān)系。進(jìn)行仿真或?qū)嶒烌炞C驗證氣動回路的正確性和可靠性。簡單氣動回路實例分析氣缸控制回路控制氣缸的往復(fù)運動。方向控制回路控制氣流方向。流量控制回路控制氣缸運動速度。直接控制回路1特點氣動控制元件直接控制氣動執(zhí)行元件。2適用場合適用于控制簡單、輸出力要求不高的氣動系統(tǒng)。3實例手動控制氣缸的往復(fù)運動。間接控制回路特點氣動控制元件通過中間元件控制氣動執(zhí)行元件。適用場合適用于控制復(fù)雜、輸出力要求較高的氣動系統(tǒng)。實例電磁閥控制氣缸的往復(fù)運動。邏輯控制回路：與門回路原理只有當(dāng)所有輸入信號都為真時，輸出信號才為真。1實現(xiàn)使用兩個或多個串聯(lián)的方向控制閥實現(xiàn)。2應(yīng)用安全保護(hù)、多條件控制等。3邏輯控制回路：或門回路1應(yīng)用多個啟動按鈕控制一個氣缸。2實現(xiàn)使用兩個或多個并聯(lián)的方向控制閥實現(xiàn)。3原理只要有一個輸入信號為真，輸出信號就為真?；蜷T回路是一種常用的邏輯控制回路，用于實現(xiàn)多個輸入信號的邏輯或運算。例如，可以使用或門回路實現(xiàn)多個啟動按鈕控制一個氣缸的啟動。或門回路的實現(xiàn)方法是使用兩個或多個并聯(lián)的方向控制閥，只要有一個方向控制閥打開，氣缸就能啟動。邏輯控制回路：非門回路1輸出輸出信號與輸入信號相反。2實現(xiàn)使用一個單作用氣缸和一個常閉方向控制閥實現(xiàn)。3原理當(dāng)輸入信號為真時，輸出信號為假；當(dāng)輸入信號為假時，輸出信號為真。非門回路是一種常用的邏輯控制回路，用于實現(xiàn)輸入信號的邏輯非運算。例如，可以使用非門回路實現(xiàn)當(dāng)傳感器檢測到物體時，氣缸停止運動。非門回路的實現(xiàn)方法是使用一個單作用氣缸和一個常閉方向控制閥，當(dāng)輸入信號為真時，方向控制閥打開，氣缸停止運動；當(dāng)輸入信號為假時，方向控制閥關(guān)閉，氣缸開始運動。延時回路設(shè)計單穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)延時回路用于控制氣動元件的動作時間，實現(xiàn)延時啟動或延時停止等功能。常用的延時回路有單穩(wěn)態(tài)延時回路和雙穩(wěn)態(tài)延時回路。延時回路的設(shè)計需要根據(jù)具體的控制要求選擇合適的延時元件和回路結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。單穩(wěn)態(tài)延時回路特點觸發(fā)后，輸出信號持續(xù)一段時間后自動復(fù)位。應(yīng)用延時啟動、延時停止等。雙穩(wěn)態(tài)延時回路特點觸發(fā)后，輸出信號保持不變，直到再次觸發(fā)才復(fù)位。應(yīng)用記憶功能、狀態(tài)切換等。氣動回路的故障診斷1步驟觀察現(xiàn)象、分析原因、逐步排查、確定故障點。2工具萬用表、壓力表、流量計等。3方法分割法、替換法、對比法等。常見氣動故障分析氣源故障壓縮機(jī)故障、氣管堵塞、壓力不足等。元件故障氣缸泄漏、方向控制閥失效、密封件老化等?；芈饭收蠚饴范氯?、元件連接錯誤、控制信號錯誤等。氣動系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)定期更換濾芯保證壓縮空氣的質(zhì)量。定期添加潤滑油減少氣動元件的磨損。檢查氣路泄漏減少壓縮空氣的浪費。氣動元件的選擇原則1控制要求根據(jù)氣動系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)選擇氣動元件。2工作環(huán)境根據(jù)氣動系統(tǒng)的工作環(huán)境選擇耐高溫、耐腐蝕等特殊氣動元件。3經(jīng)濟(jì)性在滿足控制要求的前提下，選擇價格合理的氣動元件。如何選擇合適的氣缸行程根據(jù)實際需要確定氣缸的行程。缸徑根據(jù)負(fù)載大小確定氣缸的缸徑。類型根據(jù)工作方式選擇單作用氣缸或雙作用氣缸。如何選擇合適的方向控制閥工作位置數(shù)根據(jù)控制要求選擇二位閥或三位閥。1通路數(shù)根據(jù)氣路連接方式選擇合適的通路數(shù)。2控制方式根據(jù)控制方式選擇手動、機(jī)械、氣動或電磁控制。3氣動系統(tǒng)的節(jié)能措施1優(yōu)化設(shè)計選擇合理的元件和回路結(jié)構(gòu)。2減少泄漏定期檢查和維護(hù)氣路，減少壓縮空氣的泄漏。3降低壓力在滿足控制要求的前提下，盡量降低氣動系統(tǒng)的工作壓力。氣動系統(tǒng)的節(jié)能對于降低生產(chǎn)成本和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。通過優(yōu)化設(shè)計、減少泄漏和降低壓力等措施，可以有效降低氣動系統(tǒng)的能耗。此外，還可以采用新型節(jié)能氣動元件，如比例閥和伺服閥等，進(jìn)一步提高氣動系統(tǒng)的節(jié)能效果。減少壓縮空氣泄漏1定期檢查定期檢查氣路和元件，及時發(fā)現(xiàn)泄漏點。2緊固連接緊固氣路和元件的連接，防止松動和泄漏。3更換密封件定期更換老化的密封件，保證氣路的密封性。壓縮空氣泄漏是氣動系統(tǒng)能耗的主要來源之一。通過定期檢查、緊固連接和更換密封件等措施，可以有效減少壓縮空氣的泄漏，降低氣動系統(tǒng)的能耗。此外，還可以采用泄漏檢測儀等工具，快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)泄漏點。合理選擇元件規(guī)格合理選擇氣動元件的規(guī)格，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，可以有效降低氣動系統(tǒng)的能耗。例如，選擇合適的氣缸缸徑和方向控制閥的通徑，可以減少壓縮空氣的消耗。此外，還可以采用輕量化氣動元件，降低氣動系統(tǒng)的慣性，提高其響應(yīng)速度和節(jié)能效果。新型氣動元件介紹比例閥可以精確控制氣動元件的壓力和流量。伺服閥具有更高的控制精度和響應(yīng)速度。壓電閥體積小、功耗低、響應(yīng)速度快。比例閥的工作原理與應(yīng)用工作原理通過控制電信號的大小，調(diào)節(jié)閥芯的開度，從而控制壓縮空氣的壓力和流量。應(yīng)用精確控制氣缸的運動速度和位置、壓力控制等。伺服閥的工作原理與應(yīng)用1工作原理采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有更高的控制精度和響應(yīng)速度。2應(yīng)用高精度位置控制、力控制等。3特點結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。氣動抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計手指類型兩指式、三指式、多指式等。驅(qū)動方式氣缸驅(qū)動、氣馬達(dá)驅(qū)動等?？刂品绞绞謩涌刂啤⒆詣涌刂频?。氣動夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計肘桿式夾緊力大，自鎖性好。楔形式結(jié)構(gòu)簡單，夾緊力穩(wěn)定。凸輪式夾緊速度快，操作方便。氣動送料機(jī)構(gòu)設(shè)計1直線送料采用氣缸或無桿氣缸實現(xiàn)直線運動。2旋轉(zhuǎn)送料采用回轉(zhuǎn)氣缸或氣馬達(dá)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。3振動送料采用振動器實現(xiàn)物料的輸送。氣動控制在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用自動裝配氣動抓取機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)零件的自動裝配。自動檢測氣動傳感器實現(xiàn)產(chǎn)品的自動檢測。自動包裝氣動執(zhí)行元件實現(xiàn)產(chǎn)品的自動包裝。氣動在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)床控制控制刀具的運動和工件的夾緊。1焊接設(shè)備控制焊接頭的運動和焊接壓力的調(diào)節(jié)。2搬運設(shè)備實現(xiàn)物料的搬運和裝卸。3氣動在電子行業(yè)的應(yīng)用1SMT貼片控制吸嘴的運動和貼片壓力。2自動測試控制測試探針的運動和接觸壓力。3元件組裝實現(xiàn)電子元件的自動組裝。在電子行業(yè)，氣動技術(shù)廣泛應(yīng)用于SMT貼片、自動測試和元件組裝等環(huán)節(jié)。氣動元件具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，能夠滿足電子行業(yè)對高精度、高速度的要求。此外，氣動系統(tǒng)的成本較低，維護(hù)方便，也受到電子企業(yè)的青睞。氣動在食品包裝行業(yè)的應(yīng)用1灌裝控制灌裝頭的運動和灌裝量。