机械设计手册

第23篇 气压传动

第1章 基础理论23-3

1 各国液压、气动符号对照23-3

2 气动技术特点与流体基本公式23-15

2.1 气动基础理论的研究与气动技术特点23-15

2.1.1 气动基础理论、气动技术的研究内容23-15

2.1.2 气动技术的特点23-15

2.1.3 气动与其他传动方式的比较23-16

2.1.4 气动系统的组成23-17

2.1.5 气动系统各类元件的主要用途23-18

2.2 空气的性质23-19

2.2.1 空气的密度、比容、压力、温度、黏度、比热容、热导率23-19

2.2.2 气体的状态变化23-20

2.2.3 干空气与湿空气23-21

2.2.4 压缩空气管道水分计算举例23-22

2.3 空气热力学和流体动力学规律23-22

2.3.1 闭口系统热力学第一定律23-22

2.3.2 闭口系统热力学第二定律23-22

2.3.3 空气的热力过程23-24

2.3.4 开口系统能量平衡方程式23-24

2.3.5 可压缩气体的定常管内流动23-25

2.3.6 气体通过收缩喷嘴或小孔的流动23-26

2.3.7 充、放气系统的热力学过程23-27

2.3.8 气阻和气容的特性及计算23-29

第2章 压缩空气站、管道网络及产品23-31

1 压缩空气设备的组成23-31

1.1 空压机23-31

1.2 后冷却器23-33

1.3 主管道过滤器23-34

1.4 主管道油水分离器23-35

1.5 储气罐23-36

1.6 干燥器23-36

1.7 自动排水器23-38

2 空气管道网络的布局和尺寸配备23-39

2.1 气动管道最大体积流量的计算因素23-39

2.2 空气设备最大耗气均值的计算23-39

2.3 气动管道网络的压力损失23-39

2.3.1 影响气动管道网络的压力损失的主要因素23-39

2.3.2 气动管道网络的压力损失的计算举例23-40

2.4 泄漏的计算及检测23-40

2.4.1 在不同压力下，泄漏孔与泄漏率的关系23-40

2.4.2 泄漏造成的经济损失23-41

2.4.3 泄漏率的计算及举例23-41

2.4.4 泄漏检测系统23-42

2.4.5 压缩空气的合理损耗23-42

2.5 压缩空气网络的主要组成部分23-43

2.5.1 压缩空气管道的网络布局23-43

2.5.2 压缩空气应用原则23-43

2.6 管道直径的计算及图表法23-44

2.7 主管道与支管道的尺寸配置23-45

3 增压器23-46

4 压缩空气的质量等级23-46

4.1 影响压缩空气质量的因素23-46

4.2 净化车间的压缩空气质量等级23-47

4.3 不同行业、设备对空气质量等级要求23-47

5 压缩空气站、增压器产品23-48

5.1 环保冷媒冷冻式干燥器（SMC）23-48

5.2 IDF系列冷冻式空气干燥器（SMC）23-50

5.3 高温进气型（IDU）冷冻式空气干燥器（SMC）23-52

5.4 DPA型增压器（Festo）23-53

5.5 VBA型增压器（SMC）23-55

第3章 压缩空气净化处理装置23-57

1 空气净化处理概述23-57

1.1 压缩空气处理23-57

1.2 压缩空气要求的净化程度23-57

1.3 压缩空气预处理23-58

2 过滤器23-58

2.1 过滤器的分类与功能23-58

2.2 除水滤灰过滤器23-59

2.3 除油型过滤器（油雾分离器）23-60

2.4 除臭过滤器23-61

2.5 自动排水器23-61

3 油雾器23-62

4 减压阀23-62

4.1 减压阀的分类23-62

4.2 减压阀基本工作原理23-63

4.3 减压阀的性能参数23-65

4.4 减压阀的选择与使用23-66

4.5 过滤减压阀23-66

5 溢流阀23-67

5.1 溢流阀的功能23-67

5.2 溢流阀的分类、结构及工作原理23-67

5.2.1 溢流阀的分类23-67

5.2.2 溢流阀的结构、工作原理及选用23-67

6 气源处理装置23-69

6.1 GC系列三联件的结构、材质和特性（亚德客）23-69

6.2 GFR系列过滤减压阀结构、尺寸及特性（亚德客）23-71

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）23-72

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）23-74

6.5 费斯托精密型减压阀23-75

6.6 麦特沃克Skillair三联件（管道补偿）23-78

6.7 不锈钢过滤器、调压阀、油雾器（Norgren公司）23-79

6.8 不锈钢精密调压阀、过滤调压阀（Norgren公司）23-80

第4章 气动执行元件及产品23-82

1 气动执行组件23-82

1.1 气动执行组件的分类23-82

1.1.1 气动执行组件分类表23-82

1.1.2 气动执行组件的分类说明23-83

1.2 普通气缸23-85

1.2.1 普通气缸的工作原理23-85

1.2.2 普通气缸性能分析23-86

1.2.3 气缸设计、计算23-90

1.2.4 普通气缸的安装形式23-105

1.2.5 气动执行件的结构、原理23-106

1.2.6 高速气缸与低速气缸23-142

1.2.7 低摩擦气缸23-143

1.2.8 耐超低温气缸与耐高温气缸23-144

1.2.9 符合ISO标准的导向装置23-144

1.2.10 无杆气缸23-145

1.2.11 叶片式摆动气缸23-151

1.2.12 液压缓冲器23-153

1.2.13 气动肌肉23-156

1.3 普通气缸应用注意事项23-161

2 气动产品的应用简介23-162

2.1 防扭转气缸在叠板对齐工艺上的应用23-162

2.2 气动产品在装配工艺上的应用23-163

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23-163

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23-163

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23-164

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23-164

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23-165

2.2.6 标准气缸/倍力气缸在木梯横挡的装配工艺的应用23-165

2.3 夹紧工艺应用23-166

2.3.1 倍力气缸/放大曲柄机构对工件的夹紧工艺的应用23-166

2.3.2 膜片气缸对平面形工件的夹紧工艺的应用23-166

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23-167

2.3.4 摆动夹紧气缸对工件的夹紧工艺的应用23-167

2.4 气动产品在送料（包括储存、蓄料）等工艺上的应用23-168

2.4.1 多位气缸对多通道工件输入槽的分配送料应用23-168

2.4.2 止动气缸对前一站储存站的缓冲蓄料应用23-168

2.4.3 双活塞气缸对工件的抓取和输送23-169

2.4.4 中间耳轴型标准气缸在自动化车床的供料应用23-169

2.4.5 标准气缸在螺纹滚压机的供料应用23-170

2.4.6 带后耳轴的标准气缸在涂胶机供料上的应用23-170

2.4.7 标准气缸在圆杆供料装置上的应用23-170

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23-171

2.4.9 叶片式摆动气缸在供料装置分配送料上的应用23-171

2.4.1 0抗扭转紧凑型气缸实行步进送料23-171

2.4.1 1叶片式摆动气缸（180°）对片状工件的正反面翻转工艺的应用23-172

2.4.1 2平行气爪的应用23-172

2.5 气动产品在冲压工艺上的应用23-172

2.6 气动产品在钻孔/切刻工艺上的应用23-173

2.6.1 无杆气缸/直线坐标气缸在钻孔机上的应用23-173

2.6.2 液压缓冲器等气动组件在钻孔机上的应用23-173

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23-173

2.6.4 倍力气缸在薄壁管切割机上的应用23-174

2.6.5 无杆气缸在薄膜流水线上高速切割工艺的应用23-174

2.7 气动产品在专用设备工艺上的应用23-175

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23-175

2.7.2 抽吸率升降可调整的合金焊接机上应用23-175

2.7.3 双齿轮齿条/扁平气缸在涂胶设备上的应用23-176

2.7.4 普通气缸配置滑轮的平衡吊应用23-176

2.8 气动肌肉的应用23-177

2.8.1 气动肌肉作为专用夹具的应用23-177

2.8.2 气动肌肉在机械提升设备上的应用23-177

2.8.3 气动肌肉在轴承装/卸工艺上的应用23-178

2.9 真空/比例伺服/测量工艺的应用23-178

2.9.1 止动气缸在输送线上的应用23-178

2.9.2 多位气缸/电动伺服轴完成二维工件的抓取应用23-179

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23-179

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23-179

2.9.5 气动软停止在生产线上快速喂料23-180

2.9.6 真空吸盘在板料分列输送装置上应用23-180

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23-180

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23-181

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23-181

2.9.10 利用喷嘴挡板感测工件位置的应用23-182

2.9.11 带导轨无杆气缸在滚珠直径测量设备上的应用23-182

2.9.12 倍力气缸在传送带上的张紧/跑偏工艺上的应用23-183

2.10 带导轨无杆气缸/叶片摆动气缸在包装上的应用23-183

3 导向驱动装置23-184

3.1 模块化驱动23-184

3.2 抓取和放置驱动23-185

3.2.1 二维小型抓取放置驱动23-186

3.2.2 二维中型/大型抓取放置驱动23-187

3.2.3 二维线性门架驱动23-187

3.2.4 三维悬臂轴驱动23-188

3.2.5 三维门架驱动23-189

3.3 气动驱动与电动驱动的比较23-190

4 气爪23-191

4.1 气爪的分类23-191

4.2 影响气爪选择的一些因素及与工件的选配23-191

4.3 气爪夹紧力计算23-193

4.4 气爪夹紧力计算举例23-194

4.5 气爪选择时应注意事项23-197

4.6 比例气爪23-197

5 气马达23-200

5.1 气马达的结构、原理和特性23-200

5.2 气马达的特点23-203

5.3 气马达的选择与使用23-203

6 气动执行组件产品介绍23-204

6.1 小型圆形气缸（8～25mm）23-204

6.1.1 ISO6432标准气缸（8～25mm）连接界面的标准尺寸23-204

6.1.2 ISO6432标准小型圆形气缸23-206

6.1.3 非ISO标准小型圆形气缸23-210

6.2 紧凑型气缸23-213

6.2.1 ISO21287标准紧凑型气缸（20～100mm）连接界面尺寸23-213

6.2.2 ISO21287标准紧凑型气缸（32～125mm）23-215

6.2.3 国产非ISO标准紧凑型气缸（12～100mm）23-217

6.3 ISO15552标准普通型气缸23-224

6.3.1 ISO15552标准普通型气缸（32～320mm）23-224

6.3.2 ISO15552标准气缸（32～125mm）23-226

6.3.3 国内外ISO15552标准气缸制造厂商名录23-230

6.3.4 非ISO标准普通型气缸（32～125mm）23-233

第5章 方向控制阀、流体阀、流量控制阀及阀岛23-239

1 方向控制阀23-239

1.1 方向控制阀的分类23-239

1.2 方向控制阀的工作原理23-245

1.3 电磁换向阀主要技术参数23-247

1.4 方向控制阀的选用方法23-253

1.5 气控换向阀23-254

1.6 机控换向阀23-256

1.7 人力控制阀23-258

1.8 压电阀23-260

1.9 单方向控制型阀23-260

2 流体阀23-262

3 Namar阀23-265

4 流量控制阀23-268

5 阀岛23-272

5.1 阀岛的定义及概述23-272

5.2 网络及控制技术23-274

5.3 现场总线的类型23-274

5.4 阀岛的分类23-278

5.5 阀岛的结构及特性（以坚固的模块型结构的阀岛为例）23-281

5.6 Festo阀岛及CPV阀岛23-284

5.6.1 Festo阀岛概述23-284

5.6.2 CPV阀岛简介23-286

5.7 CPV直接安装型阀岛使用设定23-292

5.8 MetalWork阀岛23-296

5.9 Norgren阀岛23-297

5.10 SMC阀岛23-298

5.11 阀岛选择的注意事项23-301

6 几种电磁阀产品介绍23-301

6.1 国内常见的二位三通电磁阀23-301

6.2 国内常见的二位五通、三位五通电磁阀23-304

6.3 QDC系列电控换向阀23-311

6.4 符合ISO5599标准的电磁换向阀23-320

6.5 二位二通直动式流体阀23-326

6.6 二位二通高温、高压电磁阀23-327

6.7 二位二通角座阀23-329

第6章 电-气比例/伺服系统及产品23-332

1 概论23-332

1.1 气动断续控制与气动连续控制区别23-332

1.2 开环控制与闭环控制23-333

1.3 气动比例阀的分类23-333

2 电气比例/伺服控制阀的组成23-334

2.1 可动部件驱动机构（电-机械转换器）23-334

2.2 气动放大器（阀体）23-337

3 几种电-气比例/伺服阀23-339

4 电-气比例/伺服系统的组成及原理23-341

4.1 电-气比例/伺服系统的组成23-341

4.2 电-气比例/伺服系统的原理23-343

5 几种气动比例/伺服阀的介绍23-344

5.1 FestoMPPE气动压力比例阀（PWM型）23-344

5.2 FestoMPPES气动压力比例阀（比例电磁铁型）23-348

5.3 FestoMPYE比例流量伺服阀（比例电磁铁型）23-351

5.4 SMCIT600压力比例阀（喷嘴挡板型）23-353

5.5 SMCITV1000/2000/3000先导式电气比例阀（PWM型）23-354

5.6 NORGRENVP22系列二位三通比例阀23-359

5.7 SMCITV2090/209真空用电气比例阀（PWM型）23-361

5.8 HOERBIGERPRE压电式比例阀23-364

第7章 真空元件23-367

1 真空系统的概述23-367

2 真空发生器的主要技术参数23-370

2.1 单级真空发生器及多级真空发生器的技术特性23-371

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23-372

2.3 省气式组合真空发生器的原理及技术参数23-372

2.4 真空发生器的选择步骤23-374

3 真空吸盘23-374

3.1 真空吸盘的分类及应用23-374

3.2 真空吸盘的材质特性及工件材质对真空度的影响23-375

3.3 真空吸盘运动时力的分析及计算、举例23-375

4 真空辅件23-378

4.1 真空减压阀23-378

4.2 真空安全阀23-379

4.3 真空过滤器23-380

4.4 真空顺序阀23-380

4.5 真空压力开关23-380

4.6 真空压力表23-384

4.7 真空高度补偿器/角度补偿器23-385

5 真空元件选用注意事项23-385

第8章 传感器23-386

1 传感器的概述23-386

1.1 传感器概述23-386

1.2 气动领域中常见传感器的分类说明23-386

1.3 数字量传感器、模拟量传感器23-387

2 气缸位置传感器23-389

3 电感式传感器23-391

4 电容式传感器23-397

5 光电传感器23-398

6 压力传感器23-406

7 流量传感器23-408

8 传感器的产品介绍23-411

8.1 电感式接近传感器SIEN-M12（Festo）23-411

8.2 18D型机械式气动压力开关（Norgren）23-413

8.3 ISE30/ZSE30系列高精度数字压力开关（SMC公司）23-415

8.4 SFE系列流量传感器（Festo）23-418

第9章 气动辅件23-422

1 气管的分类23-422

1.1 软管23-422

1.2 硬管23-427

1.3 影响气管损坏的环境因素23-428

1.4 气管使用注意事项23-428

2 螺纹与接头23-429

2.1 螺纹的种类23-429

2.2 公制螺纹、G螺纹与R螺纹的连接匹配23-430

2.3 接头的分类及介绍23-430

2.3.1 快插接头简介23-431

2.3.2 倒钩接头23-448

2.3.3 快拧接头23-451

2.3.4 卡套接头23-454

2.3.5 快速接头23-456

2.3.6 多管对接式接头23-457

3 消声器23-457

3.1 概述23-457

3.2 消声器的消声原理23-458

3.3 消声器分类23-458

3.4 消声器选用注意事项23-459

4 储气罐23-459

第10章 新产品、新技术23-460

1 ONE型高度集成的模块化气源装置（MetalWork公司）23-460

1.1 ONE型模块化气源装置概述23-460

1.2 ONE型模块化气源装置的主要特性及功能模块说明23-461

1.3 ONE型模块化气源装置的主要技术参数23-462

1.4 ONE型模块化气源装置的结构维护23-462

2 双倍行程无杆气缸（M/46900/IA、M/46900/M）（Norgren公司）23-463

2.1 概述23-463

2.2 工作原理23-463

2.3 标准型号23-464

2.4 技术参数23-464

2.5 安装型式及尺寸23-464

3 MGZ系列倍力气缸（SMC）23-467

3.1 概述23-467

3.2 工作原理23-467

3.3 技术参数23-467

3.4 外形及安装尺寸23-468

4 CE1系列行程可读出气缸（SMC）23-471

4.1 工作原理23-471

4.2 技术参数23-472

4.3 外形及安装尺寸23-473

4.4 3点预设计数器CEU123-475

4.5 多输出计数器CEU523-476

5 HSP高速抓取单元（FESTO）23-477

5.1 概述23-477

5.2 HSP的结构形式及工作原理23-478

5.3 HSP的技术参数23-479

5.4 HSP的气动线路图23-479

6 FESTO公司的气动软停止23-480

6.1 概述23-480

6.2 气动软停止配置及原理23-480

6.3 气动软停止的仿真运动曲线分析23-481

6.4 32气缸（水平安装/垂直安装）运动质量、有效行程和时间关系23-482

6.5 气动软停止（softstop）的特点及应用23-483

7 高速阀（FESTO）23-483

7.1 概述23-483

7.2 高速阀的开关特性曲线23-483

7.3 高速阀的技术特性23-484

7.4 高速阀应用23-485

8 非接触式真空吸盘23-485

8.1 非接触式真空吸盘概述23-485

8.2 工作原理23-485

8.3 非接触式真空吸盘的主要技术参数23-486

8.4 非接触式真空吸盘安装与使用注意事项23-486

9 带诊断功能的模块化CPX电气终端+阀岛（FESTO）23-487

9.1 概述23-487

9.2 新阀岛的模块化特性23-487

9.3 新阀岛的总线连接技术23-487

9.4 诊断功能23-489

9.4.1 LED指示灯诊断23-489

9.4.2 手持设备诊断23-492

9.4.3 通过FESTO软件进行远程诊断23-493

10 压电阀23-493

10.1 概述23-493

10.2 直动式换向阀23-493

10.3 先导压电比例换向阀23-493

10.4 先导压电比例换向阀特性23-495

11 有关厂商名录23-495

第11章 气动系统23-496

1 气动基本回路23-496

1.1 换向回路23-496

1.2 速度控制回路23-497

1.3 压力、力矩与力控制回路23-498

1.4 位置控制回路23-501

2 典型应用回路23-502

2.1 同步回路23-502

2.2 延时回路23-504

2.3 自动往复回路23-504

2.4 防止启动飞出回路23-505

2.5 防止落下回路23-506

2.6 缓冲回路23-506

2.7 真空回路23-507

2.8 其他回路23-507

2.9 应用举例23-508

3 气动系统的常用控制方法及设计23-512

3.1 气动顺序控制系统23-512

3.1.1 顺序控制的定义23-512

3.1.2 顺序控制系统的组成23-512

3.1.3 顺序控制器的种类23-512

3.2 继电器控制系统23-513

3.2.1 概述23-513

3.2.2 常用继电器控制电路23-513

3.2.3 典型的继电器控制气动回路23-515

3.2.4 气动程序控制系统的设计方法23-519

3.3 可编程控制器的应用23-522

3.3.1 可编程控制器的组成23-523

3.3.2 可编程控制器工作原理23-523

3.3.3 可编程控制器常用编程指令23-524

3.3.4 控制系统设计步骤23-526

3.3.5 控制系统设计举例23-527

第12章 气动相关技术标准及资料23-528

1 气动相关技术标准23-528

2 IP防护等级23-533

3 关于净化车间及相关受控环境空气等级标准及说明23-534

4 关于静电的标准及说明23-537

5 关于防爆的标准及说明23-540

5.1 目前的标准23-540

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23-540

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23-546

5.3.1 “危险场所分类”中的几个主题23-546

5.3.2 正确划分爆炸性环境的三个区域23-546

5.4 ATEX94／9／EC指令和ATEX1999/92/EC指令23-546

6 食品包装行业相关标准及说明23-551

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23-555

8 气缸行程误差表23-556

9 美国、欧洲、日本、德国对“阀开关时间测试”的比较23-556

10 流量转换表23-557

第13章 气动系统的维护及故障处理23-558

1 维护保养23-558

2 维护工作内容23-559

3 故障诊断与对策23-560

4 常见故障及其对策23-562

参考文献23-567

《机械设计手册》第五版单行本共16分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为：《常用设计资料》、《机械制图·精度设计》、《常用机械工程材料》、《机构》、《连接与紧固》、《轴及其连接》、《轴承》、《起重运输件·五金件》、《润滑与密封》、《弹簧》、《机械传动》、《减（变）速器·电机与电器》、《机械振动·机架设计》、《液压传动》、《液压控制》、《气压传动》。
　　《机械设计手册（第5版·单行本）：气压传动》为《气压传动》。其中第1章基础理论，主要介绍各国液压、气动符号对照，气动技术特点与流体基本公式等；第2章压缩空气站、管道网络及产品，主要介绍压缩设备的组成、空气管理网络的布局和尺寸配备、增压器、压缩空气站和增压产品等；第3章压缩空气净化处理装置，主要介绍空气净化处理概述，以及各种典型空气处理装置（过滤器、油雾器、减压器、溢流阀、气源处理装置等）的分类与功能、工作原理、性能参数、选择与使用等；第4章气动执行元件及产品，主要介绍各种气动组件和产品在夹紧工艺、送料工艺、冲压工艺、专用设备工艺气动肌肉、真空/比例伺服/测量工艺、包装工艺等上的应用；第5章方向控制阀、流体阀、流量控制阀及阀岛，主要介绍方向控制阀、流体阀、Namar阀、流量控制阀、阀岛和几种电磁阀产品等的工作原理、主要技术参数和选用方法等；第6章电气比例/伺服系统及产品，主要介绍电气比例伺服控制阀及系统的组成、原理，以及几种气动比例/伺服阀的外形尺寸、流量特性及工作参数等；第7章～第9章主要介绍了真空元件、传感器和气动辅件；第10章介绍了气动领域的新产品和新技术，如ONE型高度集成的模块化气源装置、双倍行程无杆气缸、MGZ系列倍力气缸、CE1系列行程可读出气缸、HSP高速抓取单元等；第11章气动系统，主要介绍气动基本回路、典型应用回路、气动系统常用控制方法及设计等；第12章介绍气动相关技术标准及资料；第13章介绍气动系统的维护及故障处理。
　　《机械设计手册（第5版·单行本）：气压传动》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考。

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