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第23篇 气压传动3

第1章 基础理论3

1 各国液压、气动符号对照3

2 气动技术特点与流体基本公式15

2.1 气动基础理论的研究与气动技术特点15

2.1.1 气动基础理论、气动技术的研究内容15

2.1.2 气动技术的特点15

2.1.3 气动与其他传动方式的比较16

2.1.4 气动系统的组成17

2.1.5 气动系统各类元件的主要用途18

2.2 空气的性质19

2.2.1 空气的密度、比容、压力、温度、黏度、比热容、热导率19

2.2.2 气体的状态变化20

2.2.3 干空气与湿空气21

2.2.4 压缩空气管道水分计算举例22

2.3 空气热力学和流体动力学规律22

2.3.1 闭口系统热力学第一定律22

2.3.2 闭口系统热力学第二定律22

2.3.3 空气的热力过程24

2.3.4 开口系统能量平衡方程式24

2.3.5 可压缩气体的定常管内流动25

2.3.6 气体通过收缩喷嘴或小孔的流动26

2.3.7 充、放气系统的热力学过程27

2.3.8 气阻和气容的特性及计算29

第2章 压缩空气站、管道网络及产品31

1 压缩空气设备的组成31

1.1 空压机31

1.2 后冷却器33

1.3 主管道过滤器34

1.4 主管道油水分离器35

1.5 储气罐36

1.6 干燥器36

1.7 自动排水器38

2 空气管道网络的布局和尺寸配备39

2.1 气动管道最大体积流量的计算因素39

2.2 空气设备最大耗气均值的计算39

2.3 气动管道网络的压力损失39

2.3.1 影响气动管道网络的压力损失的主要因素39

2.3.2 气动管道网络的压力损失的计算举例40

2.4 泄漏的计算及检测40

2.4.1 在不同压力下，泄漏孔与泄漏率的关系40

2.4.2 泄漏造成的经济损失41

2.4.3 泄漏率的计算及举例41

2.4.4 泄漏检测系统42

2.4.5 压缩空气的合理损耗42

2.5 压缩空气网络的主要组成部分43

2.5.1 压缩空气管道的网络布局43

2.5.2 压缩空气应用原则43

2.6 管道直径的计算及图表法44

2.7 主管道与支管道的尺寸配置45

3 增压器46

4 压缩空气的质量等级46

4.1 影响压缩空气质量的因素46

4.2 净化车间的压缩空气质量等级47

4.3 不同行业、设备对空气质量等级要求47

5 压缩空气站、增压器产品48

5.1 环保冷媒冷冻式干燥器（SMC）48

5.2 IDF系列冷冻式空气干燥器（SMC）50

5.3 高温进气型（IDU）冷冻式空气干燥器（SMC）52

5.4 DPA型增压器（Festo）53

5.5 VBA型增压器（SMC）55

第3章 压缩空气净化处理装置57

1 空气净化处理概述57

1.1 压缩空气处理57

1.2 压缩空气要求的净化程度57

1.3 压缩空气预处理58

2 过滤器58

2.1 过滤器的分类与功能58

2.2 除水滤灰过滤器59

2.3 除油型过滤器（油雾分离器）60

2.4 除臭过滤器61

2.5 自动排水器61

3 油雾器62

4 减压阀62

4.1 减压阀的分类62

4.2 减压阀基本工作原理63

4.3 减压阀的性能参数65

4.4 减压阀的选择与使用66

4.5 过滤减压阀66

5 溢流阀67

5.1 溢流阀的功能67

5.2 溢流阀的分类、结构及工作原理67

5.2.1 溢流阀的分类67

5.2.2 溢流阀的结构、工作原理及选用67

6 气源处理装置69

6.1 GC系列三联件的结构、材质和特性（亚德客）69

6.2 GFR系列过滤减压阀结构、尺寸及特性（亚德客）71

6.3 QAC系列空气过滤组合三联件规格、尺寸及特性（上海新益）72

6.4 QAC系列空气过滤组合（二联件）结构尺寸及产品型号（上海新益）74

6.5 费斯托精密型减压阀75

6.6 麦特沃克Skillair三联件（管道补偿）78

6.7 不锈钢过滤器、调压阀、油雾器（Norgren公司）79

6.8 不锈钢精密调压阀、过滤调压阀（Norgren公司）80

第4章 气动执行元件及产品82

1 气动执行组件82

1.1 气动执行组件的分类82

1.1.1 气动执行组件分类表82

1.1.2 气动执行组件的分类说明83

1.2 普通气缸85

1.2.1 普通气缸的工作原理85

1.2.2 普通气缸性能分析86

1.2.3 气缸设计、计算90

1.2.4 普通气缸的安装形式105

1.2.5 气动执行件的结构、原理106

1.2.6 高速气缸与低速气缸142

1.2.7 低摩擦气缸143

1.2.8 耐超低温气缸与耐高温气缸144

1.2.9 符合ISO标准的导向装置144

1.2.10 无杆气缸145

1.2.11 叶片式摆动气缸151

1.2.12 液压缓冲器153

1.2.13 气动肌肉156

1.3 普通气缸应用注意事项161

2 气动产品的应用简介162

2.1 防扭转气缸在叠板对齐工艺上的应用162

2.2 气动产品在装配工艺上的应用163

2.2.1 带导轨气缸／中型导向单元在轴承衬套装配工艺上的应用163

2.2.2 三点式气爪／防扭转紧凑型气缸在轴类装配卡簧工艺上的应用163

2.2.3 特殊轴向对中气缸／紧凑型气缸等在轴类套圈装配工艺上的应用164

2.2.4 小型滑块驱动器／防扭转紧凑型气缸在内孔装配卡簧工艺上的应用164

2.2.5 防扭转气缸、倍力气缸对需内芯插入部件进行的预加工工艺装配上的应用165

2.2.6 标准气缸／倍力气缸在木梯横挡的装配工艺的应用165

2.3 夹紧工艺应用166

2.3.1 倍力气缸／放大曲柄机构对工件的夹紧工艺的应用166

2.3.2 膜片气缸对平面形工件的夹紧工艺的应用166

2.3.3 防扭转紧凑型气缸配合液压系统的多头夹紧系统的应用167

2.3.4 摆动夹紧气缸对工件的夹紧工艺的应用167

2.4 气动产品在送料（包括储存、蓄料）等工艺上的应用168

2.4.1 多位气缸对多通道工件输入槽的分配送料应用168

2.4.2 止动气缸对前一站储存站的缓冲蓄料应用168

2.4.3 双活塞气缸对工件的抓取和输送169

2.4.4 中间耳轴型标准气缸在自动化车床的供料应用169

2.4.5 标准气缸在螺纹滚压机供料上的应用170

2.4.6 带后耳轴的标准气缸在涂胶机供料上的应用170

2.4.7 标准气缸在圆杆供料装置上的应用170

2.4.8 无杆气缸／双活塞气缸／平行气爪／阻挡气缸在底部凹陷工件上抓取供料的应用171

2.4.9 叶片式摆动气缸在供料装置分配送料上的应用171

2.4.10 抗扭转紧凑型气缸实行步进送料171

2.4.11 叶片式摆动气缸（180°）对片状工件的正反面翻转工艺的应用172

2.4.12 平行气爪的应用172

2.5 气动产品在冲压工艺上的应用172

2.6 气动产品在钻孔／切刻工艺上的应用173

2.6.1 无杆气缸／直线坐标气缸在钻孔机上的应用173

2.6.2 液压缓冲器等气动组件在钻孔机上的应用173

2.6.3 带液压缓冲器的直线单元在管子端面倒角机上的应用173

2.6.4 倍力气缸在薄壁管切割机上的应用174

2.6.5 无杆气缸在薄膜流水线上高速切割工艺的应用174

2.7 气动产品在专用设备工艺上的应用175

2.7.1 紧凑型气缸／倍力气缸在金属板材弯曲成形上的应用175

2.7.2 抽吸率升降可调整的合金焊接机上应用175

2.7.3 双齿轮齿条／扁平气缸在涂胶设备上的应用176

2.7.4 普通气缸配置滑轮的平衡吊应用176

2.8 气动肌肉的应用177

2.8.1 气动肌肉作为专用夹具的应用177

2.8.2 气动肌肉在机械提升设备上的应用177

2.8.3 气动肌肉在轴承装／卸工艺上的应用178

2.9 真空／比例伺服／测量工艺的应用178

2.9.1 止动气缸在输送线上的应用178

2.9.2 多位气缸／电动伺服轴完成二维工件的抓取应用179

2.9.3 直线坐标气缸（多位功能）／带棘轮分度摆动气缸在二维工件的抓取应用179

2.9.4 直线组合摆动气缸／伺服定位轴在光盘机供料系统上的应用179

2.9.5 气动软停止在生产线上快速喂料180

2.9.6 真空吸盘在板料分列输送装置上应用180

2.9.7 真空吸盘／摆动气缸／无杆气缸对板料旋转输送上的应用180

2.9.8 特殊吸盘／直线组合摆动气缸缓冲压机供料上的应用181

2.9.9 气障（气动传感器）／摆动气缸在气动钻头断裂监测系统上的应用181

2.9.10 利用喷嘴挡板感测工件位置的应用182

2.9.11 带导轨无杆气缸在滚珠直径测量设备上的应用182

2.9.12 倍力气缸在传送带上的张紧／跑偏工艺上的应用183

2.10 带导轨无杆气缸／叶片摆动气缸在包装上的应用183

3 导向驱动装置184

3.1 模块化驱动184

3.2 抓取和放置驱动185

3.2.1 二维小型抓取放置驱动186

3.2.2 二维中型／大型抓取放置驱动187

3.2.3 二维线性门架驱动187

3.2.4 三维悬臂轴驱动188

3.2.5 三维门架驱动189

3.3 气动驱动与电动驱动的比较190

4 气爪191

4.1 气爪的分类191

4.2 影响气爪选择的一些因素及与工件的选配191

4.3 气爪夹紧力计算193

4.4 气爪夹紧力计算举例194

4.5 气爪选择时应注意事项197

4.6 比例气爪197

5 气马达200

5.1 气马达的结构、原理和特性200

5.2 气马达的特点203

5.3 气马达的选择与使用203

6 气动执行组件产品介绍204

6.1 小型圆形气缸（φ8～25mm）204

6.1.1 ISO 6432标准气缸（φ8～25mm）连接界面的标准尺寸204

6.1.2 ISO 6432标准小形圆形气缸206

6.1.3 非ISO标准小型圆形气缸210

6.2 紧凑型气缸213

6.2.1 ISO 21287标准紧凑型气缸（φ20～100mm）连接界面尺寸213

6.2.2 ISO 21287标准紧凑型气缸（φ32～125mm）215

6.2.3 国产非ISO标准紧凑型气缸（φ12～100mm）217

6.3 ISO 15552标准普通型气缸224

6.3.1 ISO 15552标准普通型气缸（φ32-320mm）224

6.3.2 ISO 15552标准气缸（φ32～125mm）226

6.3.3 国内外ISO 15552标准气缸制造厂商名录230

6.3.4 非ISO标准普通型气缸（φ32～125mm）233

第5章 方向控制阀、流体阀、流量控制阀及阀岛239

1 方向控制阀239

1.1 方向控制阀的分类239

1.2 方向控制阀的工作原理245

1.3 电磁换向阀主要技术参数247

1.4 方向控制阀的选用方法253

1.5 气控换向阀254

1.6 机控换向阀256

1.7 人力控制阀258

1.8 压电阀260

1.9 单方向控制型阀260

2 流体阀262

3 Namar阀265

4 流量控制阀268

5 阀岛272

5.1 阀岛的定义及概述272

5.2 网络及控制技术274

5.3 现场总线的类型274

5.4 阀岛的分类278

5.5 阀岛的结构及特性（以坚固的模块型结构的阀岛为例）281

5.6 Festo阀岛及CPV阀岛284

5.6.1 Festo阀岛概述284

5.6.2 CPV阀岛简介286

5.7 CPV直接安装型阀岛使用设定292

5.8 Metal Work阀岛296

5.9 Norgren阀岛297

5.10 SMC阀岛298

5.11 阀岛选择的注意事项301

6 几种电磁阀产品介绍301

6.1 国内常见的二位三通电磁阀301

6.2 国内常见的二位五通、三位五通电磁阀304

6.3 QDC系列电控换向阀311

6.4 符合ISO 5599标准的电磁换向阀320

6.5 二位二通直动式流体阀326

6.6 二位二通高温、高压电磁阀327

6.7 二位二通角座阀329

第6章 电-气比例／伺服系统及产品332

1 概论332

1.1 气动断续控制与气动连续控制区别332

1.2 开环控制与闭环控制333

1.3 气动比例阀的分类333

2 电-气比例／伺服控制阀的组成334

2.1 可动部件驱动机构（电-机械转换器）334

3 几种电-气比例／伺服阀339

4 电-气比例／伺服系统的组成及原理341

4.1 电-气比例／伺服系统的组成341

4.2 电-气比例／伺服系统的原理343

5 几种气动比例／伺服阀的介绍344

5.1 Festo MPPE气动压力比例阀（PWM型）344

5.2 Festo MPPES气动压力比例阀（比例电磁铁型）348

5.3 Festo MPYE比例流量伺服阀（比例电磁铁型）351

5.4 SMC IT600压力比例阀（喷嘴挡板型）353

5.5 SMC ITV1000/2000/3000先导式电气比例阀（PWM型）354

5.6 NORGREN VP22系列二位三通比例阀359

5.7 SMC ITV 2090/209真空用电气比例阀（PWM型）361

5.8 HOERBIGER PRE压电式比例阀364

第7章 真空元件367

1 真空系统的概述367

2 真空发生器的主要技术参数370

2.1 单级真空发生器及多级真空发生器的技术特性371

2.2 普通真空发生器及带喷射开关真空发生器的技术特性372

2.3 省气式组合真空发生器的原理及技术参数372

2.4 真空发生器的选择步骤374

3 真空吸盘374

3.1 真空吸盘的分类及应用374

3.2 真空吸盘的材质特性及工件材质对真空度的影响375

3.3 真空吸盘运动时力的分析及计算、举例375

4 真空辅件378

4.1 真空减压阀378

4.2 真空安全阀379

4.3 真空过滤器380

4.4 真空顺序阀380

4.5 真空压力开关380

4.6 真空压力表384

4.7 真空高度补偿器／角度补偿器385

5 真空元件选用注意事项385

第8章 传感器386

1 传感器的概述386

1.1 传感器概述386

1.2 气动领域中常见传感器的分类说明386

1.3 数字量传感器、模拟量传感器387

2 气缸位置传感器389

3 电感式传感器391

4 电容式传感器397

5 光电传感器398

6 压力传感器406

7 流量传感器408

8 传感器的产品介绍411

8.1 电感式接近传感器SIEN-M12（Festo）411

8.2 18D型机械式气动压力开关（Norgren）413

8.3 ISE30/ZSE30系列高精度数字压力开关（SMC公司）415

8.4 SFE系列流量传感器（Festo）418

第9章 气动辅件422

1 气管的分类422

1.1 软管422

1.2 硬管427

1.3 影响气管损坏的环境因素428

1.4 气管使用注意事项428

2 螺纹与接头429

2.1 螺纹的种类429

2.2 公制螺纹、G螺纹与R螺纹的连接匹配430

2.3 接头的分类及介绍430

2.3.1 快插接头简介431

2.3.2 倒钩接头448

2.3.3 快拧接头451

2.3.4 卡套接头454

2.3.5 快速接头456

2.3.6 多管对接式接头457

3 消声器457

3.1 概述457

3.2 消声器的消声原理458

3.3 消声器分类458

3.4 消声器选用注意事项459

4 储气罐459

第10章 气动技术节能460

1 气源系统配置及改造461

2 气动系统设计优化及元件选择462

3 泄漏检测、维修及建立状态监视系统470

第11章 模块化电／气混合驱动技术471

1 电驱动与气驱动特性比较471

2 模块化电驱动运动模式分类472

2.1 抓取和放置系统472

2.2 直线式门架（二维直线门架）473

2.3 悬臂式驱动轴（三维系统）473

2.4 三维门架（三维系统）474

2.5 三角架电子轴系统（三维系统）475

3 电缸477

3.1 有杆电缸477

3.2 无杆电缸479

3.3 电缸产品481

4 步进电机与伺服电机485

5 伺服电机控制器与步进电机控制器488

5.1 伺服电机控制器488

5.2 步进电机控制器489

5.3 电机控制器491

5.4 电机控制器491

6 气驱动与和电驱动的模块化连接491

6.1 气驱动和电驱动的模块化连接方法491

6.2 各种气／电驱动器相互连接图493

7 模块化多轴系统的连接495

7.1 多轴模块化系统的连接图（双轴平面门架图）495

7.2 框架的连接496

7.3 连接组件498

7.4 多轴模块化驱动系统的选用原则502

第12章 气动系统503

1 气动基本回路503

1.1 换向回路503

1.2 速度控制回路504

1.3 压力、力矩与力控制回路505

1.4 位置控制回路508

2 典型应用回路509

2.1 同步回路509

2.2 延时回路511

2.3 自动往复回路511

2.4 防止启动飞出回路512

2.5 防止落下回路513

2.6 缓冲回路513

2.7 真空回路514

2.8 其他回路514

2.9 应用举例515

3 气动系统的常用控制方法及设计519

3.1 气动顺序控制系统519

3.1.1 顺序控制的定义519

3.1.2 顺序控制系统的组成519

3.1.3 顺序控制器的种类519

3.2 继电器控制系统520

3.2.1 概述520

3.2.2 常用继电器控制电路520

3.2.3 典型的继电器控制气动回路522

3.2.4 气动程序控制系统的设计方法526

3.3 可编程控制器的应用529

3.3.1 可编程控制器的组成530

3.3.2 可编程控制器工作原理530

3.3.3 可编程控制器常用编程指令531

3.3.4 控制系统设计步骤533

3.3.5 控制系统设计举例534

第13章 气动相关技术标准及资料535

1 气动相关技术标准535

2 IP防护等级540

3 关于净化车间及相关受控环境空气等级标准及说明541

4 关于静电的标准及说明544

5 关于防爆的标准及说明547

5.1 目前的标准547

5.2 关于“爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求”简介547

5.3 关于“爆炸性环境 第14部分：场所分类 爆炸性气体环境”简介553

5.3.1 “危险场所分类”中的几个主题553

5.3.2 正确划分爆炸性环境的三个区域553

5.4 ATEX94/9/EC指令和ATEX1999/92/EC指令553

6 食品包装行业相关标准及说明558

7 用于电子显像管及喷漆行业的不含铜及聚四氟乙烯的产品562

8 气缸行程误差表563

9 美国、欧洲、日本、德国对“阀开关时间测试”的比较563

10 流量转换表564

第14章 气动系统的维护及故障处理565

1 维护保养565

2 维护工作内容566

3 故障诊断与对策567

4 常见故障及其对策569

参考文献574