液壓及氣壓原理

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1、液壓及氣壓原理一、液壓系統(tǒng)組成和形式為實現(xiàn)某種規(guī)定功能,由液壓元件構(gòu)成的組合,叫做液壓回路。液壓回路按給定的用途和要求組成的整體，叫做液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)通常由三個功能部分和輔助裝置組成。液壓系統(tǒng)按照液流循環(huán)方式分，有開式和閉式兩種。液壓系統(tǒng)的組成（1）動力部分液壓泵用來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，有時也將蓄能器作為緊急或輔助動力源（2）控制部分各類壓力、流量、方向等控制閥用來實現(xiàn)對執(zhí)行元件的運動速度、方向、作用力等的控制。也用來實現(xiàn)過載保護(hù)、程序控制等（3）執(zhí)行部分液壓缸、液壓馬達(dá)等用來將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（4）輔助裝置管道、蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計等。液壓系統(tǒng)的

2、類型和特點液壓系統(tǒng)的類型按主要用途分液壓傳動系統(tǒng)以傳遞動力為主液壓控制系統(tǒng)注重信息傳遞，以達(dá)到液壓執(zhí)行元件運動參數(shù)（如行程速度、位移量或位置、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角）的準(zhǔn)確控制為主按控制方法分開關(guān)控制系統(tǒng)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)I(yè)的開關(guān)式液壓元件組成，執(zhí)行元件運動參數(shù)的控制精度較低伺服控制系統(tǒng)傳遞部分或控制部分采用液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，執(zhí)行元件的運動參數(shù)能夠精確控制比例控制系統(tǒng)傳動部分或者控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)。從控制功能看，他介于伺服控制系統(tǒng)和開關(guān)控制系統(tǒng)之間。但從結(jié)構(gòu)組成和性能特點看，它更接近于伺服控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)控制部分采用電液數(shù)字控制閥的系統(tǒng)。數(shù)字控制閥與伺服閥或比例閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉

3、、抗污染能力強(qiáng)、穩(wěn)定性重復(fù)性耗、功率小等優(yōu)點，在微機(jī)實時控制的電液系統(tǒng)種，它取代了比例閥或伺服閥工作，為計算機(jī)在液壓領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的方向。液壓傳動與控制的優(yōu)缺點優(yōu)點1、同其他傳動方式比較，傳動功率相同，液壓傳動裝置的重量輕，體積緊湊。2、可實現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍大。3、運動件的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸震，并 能自動防止過載。4、與電氣配合，容易實現(xiàn)動作和操作自動化；與微電子技術(shù)和計算機(jī)配合，能實現(xiàn)各 種自動控制工作。5、元件已基本上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，有利于CAD技術(shù)應(yīng)用，提高工效，降低成本。缺點1、容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境。2、因有泄露和彈性變形大，不

4、易做到精確的定比傳動。3、系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會引起爬行、噪音和振動。4、適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動小。5、故障診斷與排除要求較高技術(shù)。二、氣壓傳動系統(tǒng)原理及特點氣壓傳動與控制技術(shù)簡稱氣動技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號的傳遞，實現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化的技術(shù)，是流體傳動與控制科學(xué)的一個重要組成部分。氣動技術(shù)相對于機(jī)械傳動、電傳動及液壓傳動有許多突出的優(yōu)點優(yōu)點1、對于傳動形式，氣缸作為線性驅(qū)動器可在空間的任意位置組建它所需要的運動軌跡，安裝維護(hù)簡單。2、工作介質(zhì)是取之不盡，用之不竭的空氣，排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。壓 力等級低，使用安全。3、氣缸動作一般為50-500mm/s，

5、比液壓和電氣方式動作速度快，其間，通過單向節(jié)流 閥，可使氣缸速度無級調(diào)節(jié)。4、可靠性高，使用壽命長。電器元件有效的動作次數(shù)為數(shù)百萬次，一般電磁閥的壽命 大于3000萬次。小型閥超過一億次。5、利用空氣的可壓縮性，可儲存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間 歇運動中的高速響應(yīng)。可實現(xiàn)緩沖。6、全氣動控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式相比，氣動方式可在高溫場 合使用。7、由于空氣損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送缺點1、由于空氣具有壓縮性，氣缸的動作速度易受載荷的變化而變化2、氣缸在低速運動時，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸3、雖然在許多場合，氣缸的輸

6、出力能滿足工作要求，但輸出力比液壓缸小。典型氣動系統(tǒng)一個氣動系統(tǒng)往往包括氣壓傳動系統(tǒng)和氣動控制系統(tǒng)兩部分如下圖所示氣路1、氣壓發(fā)生裝置；2、儲氣罐；3、方向控制閥；4、調(diào)速閥；5、執(zhí)行元件；6、傳感元件；7、邏輯控制元件；8、消音器；9、油霧器；10、減壓閥；11、過濾器。（1）氣源設(shè)備用于產(chǎn)生具有一定能量的壓縮空氣及管道氣體處理的裝置，如空氣壓縮機(jī)、冷卻器、氣罐等（2）氣動執(zhí)行元件用于能量轉(zhuǎn)換的元件，如氣缸、氣馬達(dá)等（3）氣動控制元件用于控制工作介質(zhì)的壓力、流量、流動方向使執(zhí)行元件完成所需運動規(guī)律的元件，如壓力、流量和方向控制閥以及各種邏輯元件等。（4）傳感元件和轉(zhuǎn)換元件將被控參數(shù)檢測出來并

7、變成氣壓信號的氣動傳感元件（各種傳感器和行程閥等）以及將氣信號與電、液等信號相互轉(zhuǎn)換的元件（5）氣動輔助包括起源凈化、元件潤滑、元件間連接和消聲等元件氣動元件基礎(chǔ)1、氣動執(zhí)行元件在氣動系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種傳動裝置，稱為氣動執(zhí)行元件。它能驅(qū)動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)直線往復(fù)運動、擺動、旋轉(zhuǎn)運動或夾持運動。由于氣動的工作介質(zhì)為氣體，具有可壓縮性，因此，用氣動執(zhí)行元件來實現(xiàn)氣動伺服定位。它的重復(fù)精度可控制在0.2mm以內(nèi)，此時它低俗運行特性（10mm/s左右時）不如常規(guī)的氣動控制的低速平穩(wěn)。對于采用低速氣缸而言，它的低速運行可控制在 3-5mm/s，平穩(wěn)運行。當(dāng)要求更慢的速度或者高速位置控制

8、時，建議采用液壓氣壓聯(lián)合裝置實現(xiàn)。氣動執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比，氣動執(zhí)行元件運動速度快，工作氣壓低，使用與低輸入力的場合。氣動執(zhí)行元件的分類方法1）按照潤滑方式分 A 給油氣動執(zhí)行元件 執(zhí)行元件的潤滑是由潤滑裝置（如油霧器等）提供，應(yīng)用與給油潤滑系統(tǒng)。B 無給油氣動執(zhí)行元件 執(zhí)行元件預(yù)先封入潤滑脂等，并定期給予補(bǔ)充達(dá)到潤滑，不需要潤滑裝置，應(yīng)用于 無給油軟化氣動系統(tǒng) C 無油潤滑氣動系統(tǒng) 執(zhí)行元件由含油材料和含油密封圈等組成，不需要潤滑或預(yù)先封入潤滑脂等，應(yīng)用 于無油潤滑氣動系統(tǒng)2）按照運動和功能分 A 氣缸 用壓縮空氣做動力源，產(chǎn)生直線往復(fù)運動，輸出動能或力 B 擺式氣缸 用壓縮空氣做動力

9、源，產(chǎn)生360范圍的擺動，輸出力矩 C 氣動馬達(dá) 用壓縮空氣做動力源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，輸出力矩 D 氣動機(jī)械手 用壓縮空氣做動力源，產(chǎn)生模擬手指的開閉動作，輸出力氣缸的理論輸出力常用氣缸計算如圖單干雙作用氣缸理論輸出推力（活塞桿伸出）F=理論輸出拉力（活塞桿返回）F=擺式氣缸 擺式氣缸是一種載小于360角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)成機(jī)械能的裝置，輸出的力矩使機(jī)構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)擺動。常用的擺動氣缸的最大擺動角度分別是90、180、270三種規(guī)格。擺式氣缸輸出軸承扭矩，對沖擊的耐力小，因此，如擺動氣缸速度過快或受到驅(qū)動物體時的沖擊作用，將容易損壞，故需要采用緩沖機(jī)構(gòu)或安裝制動器。擺

10、式氣缸按照機(jī)構(gòu)可分葉片式和活塞式兩種。氣缸的選擇首先應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其次才考慮自行設(shè)計?？紤]因素內(nèi)容類型 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。高溫條件下需選擇耐熱氣缸。在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸等。安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需要做圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，則選擇相應(yīng)的特殊氣缸。作用力大小 根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸的推力和拉力。一般均按外載荷

11、理論平衡條件所需的氣缸作用力，乘以系數(shù)1.5-2，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采取擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸?；钊谐?與使用的場合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)計算所需的行程增加10-20mm的余量?；钊倪\動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應(yīng)取大值。氣缸運動速度一般為50-700mm/s。對高速運動的氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，可選用帶節(jié)流裝置

12、或氣-液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需要注意：水平安裝的氣缸推動負(fù)載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時，推薦用錦旗節(jié)流閥調(diào)速；要求形成摩端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。方向閥的選用原則原則含義及要求選用閥的使用范圍即應(yīng)根據(jù)使用場合的氣源壓力的大小、電源條件（交直流、電壓大小應(yīng)與使用現(xiàn)場的條及波動范圍）、介質(zhì)溫度、濕度、環(huán)境溫濕度、粉塵、振動等選用適件一致和在此條件下可靠使用的閥選用閥的功能及控即應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)對元件的位置數(shù)、通路數(shù)、記憶性、靜置時通斷電制方式應(yīng)符合系統(tǒng)狀態(tài)和控制方式等的要求選用符合所功能及控制方式的閥。工作要求選用閥的流通能力即

13、應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)對元件的瞬時最大流量的要求按平均氣流速度15到滿足系統(tǒng)工作要求25m/s計算閥的通徑，即可查出所需的流通能力C值、額定流量下的壓降、標(biāo)準(zhǔn)額定流量及S值等，根據(jù)這些選用滿足系統(tǒng)流通能力的閥選用閥的性能應(yīng)滿即應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)對最低工作壓力或最低控制壓力、動態(tài)性能、最高足系統(tǒng)的工作要求工作頻率、持續(xù)通電能力、閥的功耗、壽命及可靠性等的要求選用符合所需性能指標(biāo)的閥。選用閥的安裝方式大部分的換向閥為板式安裝方式，它的優(yōu)點是便于裝拆和維修。推薦應(yīng)根據(jù)閥的質(zhì)量水優(yōu)先采用板式安裝方式。平、系統(tǒng)占有空間要求及便于維修等綜合考慮盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)由于標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品采用了批量生產(chǎn)手段，質(zhì)量穩(wěn)定可靠、通用化程度

14、較品高、價格便宜選用閥的價格應(yīng)與即應(yīng)根據(jù)氣動系統(tǒng)先進(jìn)程度及可靠性要求來考慮閥的價格。在保證系系統(tǒng)水平及可靠性統(tǒng)先進(jìn)、可靠、使用方便的前提下，力求價格合理，不要不顧質(zhì)量而要求相適應(yīng)追求低成本。大型控制系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮盡可能使用集成閥和信號的總線控制型式。壓力控制閥分類作用減壓閥（調(diào)壓閥）1）直動式（人工操控、機(jī)械操控）用來調(diào)節(jié)或控制氣壓的變化，溢流式、非溢流式、恒量排氣式并保持降壓后的壓力值穩(wěn)定2）先導(dǎo)式（內(nèi)部先導(dǎo)、外部先導(dǎo)）在需要的值上，確保系統(tǒng)壓溢流式、恒量排出式力的穩(wěn)定性的閥類溢流閥（安全閥）1）直動式（人工操控、機(jī)械操控）用于保持一定的進(jìn)口壓力，如2）先導(dǎo)式（內(nèi)部先導(dǎo)、外部先導(dǎo)）為了保證氣動回路或儲氣罐安全，當(dāng)壓力超過規(guī)定值時，需將部分空氣放掉的閥類。順序閥在有兩個以上的分支回路時，根據(jù)壓力的大小，使執(zhí)行元件按照設(shè)計規(guī)定的程序進(jìn)行順序動作的閥類增壓閥使出口壓力比進(jìn)口壓力高的閥類氣路設(shè)計基礎(chǔ)