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IS0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的供料应用 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标准小型圆形气缸 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IS0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 MetalWork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
2.2 气动放大器（阀体） 337
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 新产品、新技术 460
1 ONE型高度集成的模块化气源装置（Metal Work公司） 460
1.1 0NE型模块化气源装置概述 460
1.2 ONE型模块化气源装置的主要特性及功能模块说明 461
1.3 0NE型模块化气源装置的主要技术参数 462
1.4 ONE型模块化气源装置的结构维护 462
2 双倍行程无杆气缸（M/46900/IA、M/46900/M）（Norgren公司） 463
2.1 概述 463
2.2 工作原理 463
2.3 标准型号 464
2.4 技术参数 464
2.5 安装型式及尺寸 464
3 MGZ系列倍力气缸（SMC） 467
3.1 概述 467
3.2 工作原理 467
3.3 技术参数 467
3.4 外形及安装尺寸 468
4 CE1系列行程可读出气缸（SMC） 471
4.1 工作原理 471
4.2 技术参数 472
4.3 外形及安装尺寸 473
4.4 3点预设计数器CEU1 475
4.5 多输出计数器C EU5 476
5 HSP高速抓取单元（FESTO） 477
5.1 概述 477
5.2 HSP的结构形式及工作原理 478
5.3 HSP的技术参数 479
5.4 HSP的气动线路图 479
6 FESTO公司的气动软停止 480
6.1 概述 480
6.2 气动软停止配置及原理 480
6.3 气动软停止的仿真运动曲线分析 481
6.4 φ32气缸（水平安装／垂直安装）运动质量、有效行程和时间关系 482
6.5 气动软停止（soft stop）的特点及应用 483
7 高速阀（FEST0） 483
7.1 概述 483
7.2 高速阀的开关特性曲线 483
7.3 高速阀的技术特性 484
7.4 高速阀应用 485
8 非接触式真空吸盘 485
8.1 非接触式真空吸盘概述 485
8.2 工作原理 485
8.3 非接触式真空吸盘的主要技术参数 486
8.4 非接触式真空吸盘安装与使用注意事项 486
9 带诊断功能的模块化CPX电气终端＋阀岛（FESTO） 487
9.1 概述 487
9.2 新阀岛的模块化特性 487
9.3 新阀岛的总线连接技术 487
9.4 诊断功能 489
9.4.1 LED指示灯诊断 489
9.4.2 手持设备诊断 492
9.4.3 通过FESTO软件进行远程诊断 493
10 压电阀 493
10.1 概述 493
10.2 直动式换向阀 493
10.3 先导压电比例换向阀 493
10.4 先导压电比例换向阀特性 495
11 有关厂商名录 495
第11章 气动系统 496
1 气动基本回路 496
1.1 换向回路 496
1.2 速度控制回路 497
1.3 压力、力矩与力控制回路 498
1.4 位置控制回路 501
2 典型应用回路 502
2.1 同步回路 502
2.2 延时回路 504
2.3 自动往复回路 504
2.4 防止启动飞出回路 505
2.5 防止落下回路 506
2.6 缓冲回路 506
2.7 真空回路 507
2.8 其他回路 507
2.9 应用举例 508
3 气动系统的常用控制方法及设计 512
3.1 气动顺序控制系统 512
3.1.1 顺序控制的定义 512
3.1.2 顺序控制系统的组成 512
3.1.3 顺序控制器的种类 512
3.2 继电器控制系统 513
3.2.1 概述 513
3.2.2 常用继电器控制电路 513
3.2.3 典型的继电器控制气动回路 515
3.2.4 气动程序控制系统的设计方法 519
3.3 可编程控制器的应用 522
3.3.1 可编程控制器的组成 523
3.3.2 可编程控制器工作原理 523
3.3.3 可编程控制器常用编程指令 524
3.3.4 控制系统设计步骤 526
3.3.5 控制系统设计举例 527
第12章 气动相关技术标准及资料 528
1 气动相关技术标准 528
2 IP防护等级 533
3 关于净化车间及相关受控环境空气等级标准及说明 534
4 关于静电的标准及说明 537
5 关于防爆的标准及说明 540
5.1 目前的标准 540
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 540
5.3 关于“爆炸性气体环境用电气设备第14部分：危险场所分类”简介 546
5.3.1 “危险场所分类”中的几个主题 546
5.3.2 正确划分爆炸性环境的三个区域 546
5.4 ATEX94/9/EC指令和ATEX1999/92/EC指令 546
6 食品包装行业相关标准及说明 551
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 555
8 气缸行程误差表 556
9 美国、欧洲、日本、德国对“阀开关时间测试”的比较 556
10 流量转换表 557
第13章 气动系统的维护及故障处理 558
1 维护保养 558
2 维护工作内容 559
3 故障诊断与对策 560
4 常见故障及其对策 562
参考文献 567