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一、采用气动自动化的经济效果1

0.1 气动自动化控制技术1

二、气动的持续发展必须体现的特点2

三、气动自动化系统的发展趋势2

1.功能不断增强，体积不断缩小2

2.模块化和集成化3

4.整套供应4

0.2 本书的主要内容4

3.智能气动4

第一章 气源系统及空气净化处理装置5

1.1 压缩空气5

一、干空气与湿空气5

1.干空气与湿空气5

2.相对湿度6

3.含湿量6

4.露点6

5.压缩空气的相对湿度和露点6

2.污染的影响8

1.污染源8

二、压缩空气的污染8

三、空气的质量等级9

四、空气的净化处理9

1.2 空气压缩站11

一、空气压缩站的组成11

1.空压机11

2.贮气罐14

3.后冷却器15

1.输出流量16

二、空压站机组的选择16

2.输出压力17

3.噪声17

三、空压站机组的控制17

1.3 空气净化处理装置18

一、干燥器18

1.冷冻式空气干燥器18

2.吸附式空气干燥器19

3.膜式空气干燥器20

1.分水过滤器21

二、过滤器21

三、油雾器23

1.普通型油雾器23

2.凝聚式过滤器23

2.微雾型油雾器25

四、自动排水器27

1.4 管道网路28

一、管道设计28

1.管道直径计算28

2.压力降校核28

3.管道中流阻元件的影响30

二、管道布置的基本原则31

1.从供气压力要求来考虑31

2.从供气净化质量要求来考虑32

3.从供气的可靠性和经济性要求来考虑32

2.2 气缸34

1.按结构分类34

一、分类34

2.1 概述34

第二章 气动执行元件34

2.按缸径分类35

3.按安装形式分类35

4.按缓冲形式分类36

5.按驱动方式分类36

6.按润滑方式分类36

二、普通气缸36

1.动作原理36

2.结构38

3.密封39

4.规格41

5.工作特性43

三、普通气缸的设计计算44

1.气缸的输出力44

2.负载率β47

3.缸径计算47

4.活塞杆的弯曲强度和挠度48

5.缓冲性能51

6.耗气量53

四、标准气缸54

1.结构特点55

2.派生及特殊设计55

3.活塞杆承载能力56

五、变型气缸58

1.多位气缸58

2.串联气缸59

3.短行程气缸59

4.阻挡气缸60

5.双活塞杆气缸62

6.微型气缸63

六、无杆气缸63

1.结构和特点64

2.使用时的注意事项64

七、磁性气缸68

1.结构和原理68

2.安装使用68

1.磁性开关69

八、开关气缸69

2.开关性能70

3.SME-8/SMT-8磁性开关71

4.使用时的注意事项71

九、制动气缸72

1.结构和原理72

2.气动控制回路73

3.选用74

1.结构和原理75

十、摆动气缸75

2.性能76

3.应用举例77

十一、滑台气缸78

1.导向气缸78

2.精密导向气缸79

3.长行程精密导向气缸80

4.滑块气缸82

十二、坐标气缸85

1.结构和原理85

2.主要性能86

3.安装方式88

十三、异形气缸88

1.扁平气缸88

2.矩形气缸91

3.螺纹气缸91

4.多面安装气缸91

十四、手指气缸92

1.平行手指气缸92

3.旋转手指气缸97

2.摆动手指气缸97

4.三点手指气缸104

十五、膜片气缸104

1.结构和原理104

2.膜片式夹紧气缸106

3.气囊式气缸107

2.3 摆动马达108

一、概述108

二、叶片式摆动马达108

2.工作原理109

1.结构109

3.主要性能110

4.选用110

三、齿轮齿条式摆动马达111

1.结构111

2.工作原理111

3.主要性能112

2.速度控制113

1.载荷方式113

四、使用时的注意事项113

4.连接方式113

2.4 气马达114

一、概述114

二、结构和原理115

三、特性115

1.基本特性115

2.工作特性与工作压力的关系116

1.缸径117

一、气缸的选择117

2.5 气缸的选择与使用117

2.行程118

3.工作压力118

4.活塞杆的连接118

5.气缸安装方式119

二、在特殊环境下工作的气缸选择120

三、安全规范120

四、工作环境120

1.环境温度120

2.活塞的运动速度121

六、维护保养121

3.速度调整121

2.润滑121

1.活塞杆径向载荷121

五、安装操作注意事项121

3.接管121

2.对泄漏的要求122

1.使用的能源122

二、和液压阀的比较122

一、分类122

3.1 概述122

第三章 气动控制元件122

3.润滑要求123

4.压力范围123

5.使用特点123

三、阀的结构特性123

1.截止式123

2.滑柱式125

3.同轴截止式127

3.2 压力控制阀128

一、减压阀128

1.基本工作原理129

2.结构130

3.受力分析131

4.特性133

5.常用减压阀134

6.选用135

1.工作原理138

二、溢流阀(安全阀)138

2.特性分析139

3.结构140

4.使用原则141

5.溢流阀的使用141

三、顺序阀141

1.工作原理141

二、节流阀143

一、流量控制原理143

3.3 流量控制阀143

2.应用举例143

1.常用节流阀结构144

2.针阀的基本性能145

三、单向节流阀146

四、先导式速度控制阀147

五、行程节流阀147

六、排气节流阀148

七、选择与使用148

2.按控制方式分类149

1.按阀内气流的作用方向分类149

3.4 方向控制阀149

一、分类149

3.按阀的通口数目分类150

4.按切换状态数分类150

5.按阀芯结构分类152

6.按连接方式分类152

7.按公称通径分类155

二、电磁阀155

1.基本结构155

2.电气结构158

3.电气性能161

4.非接触式电磁阀操作器163

5.防爆电磁阀164

三、气控阀167

1.基本结构167

2.差压控制168

3.延时控制168

四、ISO阀170

五、人控阀172

六、机控阀174

七、单向型控制阀176

1.单向阀、气控单向阀176

2.梭阀178

3.双压阀178

4.快排阀178

八、换向阀的主要性能参数180

1.工作压力范围180

2.控制压力180

3.介质温度和环境温度180

4.响应时间181

5.最高换向频率181

6.流量特性182

1.选用原则184

九、方向控制阀的选用方法184

10.环境适应性184

9.电气性能184

8.耐久性184

7.泄漏量184

2.使用注意事项185

3.5 阀岛186

一、阀岛的技术背景186

二、第一代阀岛：带多针接口的阀岛187

三、第二代阀岛：带现场总线的阀岛188

2.模块式阀岛190

1.可编程阀岛190

四、阀岛技术的进一步发展190

3.紧凑型阀岛(CP阀岛)192

4.ASI接口与阀岛的结合193

五、阀岛技术的应用194

1.带现场总线阀岛用于电机零件生产的自动线194

2.模块式ISO阀岛在汽车工业中的应用194

3.可编程阀岛用于模块式生产线195

4.带ASI接口的CP阀岛用于医疗器件的包装自动线196

1.背压式传感器197

一、气动位置传感器197

4.1 传感器197

第四章 气动辅助元件197

2.反射式传感器200

3.遮断式传感器201

4.对冲式传感器202

二、电感式传感器203

1.结构和原理203

2.特点203

3.一般特性204

三、光电式传感器205

四、光纤式传感器207

1.光导纤维的结构和传输原理207

2.光纤电缆208

3.光纤式传感器208

4.2 转换器208

一、气-电转换器208

1.8通道气-电转换器208

2.膜片式气-电转换器209

1.高低压控制器211

二、压力开关211

2.可调压力开关212

3.多用途压力开关212

4.3 气-液元件213

一、气-液转换器213

1.结构和原理213

2.使用213

二、气-液阻尼缸214

1.工作原理214

2.应用215

三、气-液增压缸216

1.结构和原理216

2.用途217

4.4 缓冲器219

一、液压缓冲器220

1.自调式液压缓冲器220

2.可调式液压缓冲器220

二、计算与应用221

1.缓冲器能量计算221

一、对消声器的基本要求223

二、阀用消声器223

2.使用时的注意事项223

4.5 消声器223

4.6 管件224

一、管道224

1.螺纹连接225

1.管路接头226

2.扩口式管接头226

3.卡套式管接头226

二、接头226

2.焊接连接226

三、软管227

1.橡胶管227

2.尼龙管227

3.聚胺酯管227

4.聚乙烯管227

5.螺旋管227

四、软管接头227

4.倒钩式管接头228

3.快拧式管接头228

2.快换式管接头228

1.快插式管接头228

第五章 真空元件230

5.1 概述230

一、真空度230

二、真空系统的组成230

5.2 真空发生器231

一、工作原理231

2.带喷射开关的真空发生器232

1.普通真空发生器232

二、结构232

3.组合真空发生器233

三、主要性能233

1.耗气量233

2.真空度234

3.抽吸时间234

5.3 真空吸盘234

一、结构234

一、真空电磁阀236

二、性能236

5.4 其它真空元件236

二、真空安全阀237

三、真空顺序阀238

四、气-电信号转换器238

5.5 真空元件造型计算尺239

第六章 气动机器人及机械手243

6.1 概述243

一、气动机器人与气动机械手的定义243

二、近代气动机器人(气动机械手)的发展244

6.2 气动机器人(气动机械手)的模块化和集成化248

一、智能阀岛248

1.气动阀门模块248

2.控制模块249

3.电信号输入/输出模块249

4.总线转换和扩展模块250

5.智能阀岛的分散与集中控制250

二、气动伺服定位系统的成套化251

1.特点252

三、气动机械手的模块化拼装252

2.性能对比253

6.3 典型模块253

6.4 常用模块化气动机械手256

一、立柱型气动机械手256

二、门架型气动机械手258

三、滑块型气动机械手258

四、模块化连接方式258

一、手指气缸264

6.5 气动机械手手指及真空吸盘264

二、真空吸盘265

三、其它抓取方式266

四、手指气缸及真空吸盘的计算266

1.抓手气缸的计算266

2.真空吸盘的计算268

第七章 气动机构272

7.1 常用气动机构272

一、气动扩力机构272

三、多级行程的运动机构273

二、行程扩大机构273

四、断续输送机构274

五、阻挡机构275

六、水平运动机构277

七、直线运动机构278

7.2 气动进给装置278

一、结构278

二、动作原理279

1.二位八通组合阀279

2.气动回路280

三、主要性能281

7.3 气动分度盘281

一、结构282

二、动作原理283

三、主要性能284

7.4 气动机构设计中的几个问题285

一、气缸的缓冲285

1.高缓冲气缸286

2.外部缓冲器286

二、气缸的导向287

3.采用缓冲回路287

三、气缸的速度292

第八章 气动程序控制系统294

8.1 引言294

8.2 气动常用回路294

一、操作回路294

1.安全启动回路294

3.手动/自动操作回路295

4.急停回路295

2.启动及停车回路295

5.清零信号回路297

二、安全保护回路297

1.过载保护回路297

2.气压降低保护回路297

3.双手操作回路297

4.互锁回路298

三、速度控制回路298

1.单作用气缸的速度控制回路298

3.缓冲回路299

2.双作用气缸的速度控制回路299

5.气-液联动速度控制回路300

4.变速回路300

四、位置控制回路301

1.三位阀位置控制回路302

2.气-液联动位置控制回路302

3.多位缸位置控制回路302

1.刚性连接的同步回路303

3.气-液阻尼缸的同步回路303

2.气-液转换的同步回路303

五、同步动作回路303

4.手动阀位置控制回路303

8.3 气动逻辑控制回路304

一、概述304

二、逻辑回路304

1.“是”回路304

2.“非”回路305

3.“与”回路305

4.“或”回路305

7.“禁”回路306

5.“或非”回路306

6.“与非”回路306

8.“蕴含”回路307

9.“同或”回路307

10.“异或”回路307

11.记忆回路307

三、延时回路308

8.4 程序控制308

一、行程程序控制308

三、混合程序控制309

二、时间程序控制309

8.5 程序设计方法310

一、基本单元310

二、程序表示方法310

三、障碍信号312

1.Ⅰ型障碍信号313

2.Ⅱ型障碍信号313

3.滞消障碍信号313

1.X/D线图法314

四、障碍信号的判别314

2.区间直观法316

五、障碍信号的排除方法317

1.脉冲信号排障法318

2.逻辑回路法320

1.行程发信装置325

3.主控阀325

2.逻辑回路325

一、绘制逻辑控制原理图325

8.6 单往复程序回路的设计325

二、气动控制回路图327

1.气动控制回路图的内容327

2.绘制气动控制回路图的注意事项327

3.完整的气控回路图包括的其它内容327

4.国际标准ISO1219-2：1995327

四、等效置换与回路简化329

2.单气控执行信号329

3.逻辑控制原理图329

1.单气控执行信号的特点329

三、单气控换向阀的控制回路329

1.主控阀合并于行程阀331

2.排障用的中间记忆元件合并于行程阀332

8.7 多缸多往复行程程序回路的设计333

一、程序动作的特点333

二、X/D线图的画法334

三、障碍信号排除方法334

3.引入中间记忆元件排障法335

2.逻辑与门排障法335

1.逻辑或门排障法335

4.计数触发器信号分配法337

5.采用辅助机构和辅助行程阀排障法339

8.8 分组供气法设计程序控制回路342

一、分组供气原理342

二、分组规则342

三、分组供气回路343

四、分组供气法与X/D线图法的比较345

8.9 通用程序控制回路345

一、通用程序控制器的回路原理345

二、气动通用程序控制回路的组成347

三、程序编排方法348

1.工作程序的节拍数等于信号分配器的位数349

2.工作程序的节拍数小于信号分配器的位数350

3.工作程序的节拍数大于信号分配器的位数350

4.并列动作和多往复动作程序的编排351

四、快速步进器351

1.电器元件的图形符号353

3.时间继电器353

2.控制继电器353

一、电-气控制的基本知识353

8.10 电-气程序控制353

二、电-气逻辑回路354

1.是门电路(通断电路)354

2.或门电路(并联电路)355

3.与门电路(串联电路)355

4.记忆电路(自保持电路)355

5.延时电路355

三、典型的电控气动回路356

1.电控气动回路图说明356

2.典型回路357

四、电控气动程序回路的设计359

1.电-气程序回路的说明359

2.电-气控制回路361

8.11 气动程序控制系统设计362

一、了解工况和明确设计依据362

二、方案的选择363

三、系统设计363

1.动力回路的设计364

2.举例364

3.控制回路的设计365

4.综合动力回路和控制回路366

5.确定执行元件，计算耗气量366

6.选择控制元件和辅助元件366

7.空气管路设计366

8.选择空压机367

9.绘制非标准件、部件及设备图纸367

10.设计管路并绘制管路367

11.编写技术文件367

三、可编程控制器的发展趋势368

二、可编程控制器的特点368

第九章 可编程控制器的应用368

一、可编程控制器的定义368

9.1 概述368

四、可编程控制器在气动控制中的应用369

9.2 PLC的基本构成369

一、PLC的组成369

1.中央处理单元369

2.存储器369

4.编程工具370

3.输入/输出部件370

二、PLC的基本结构371

1.单元式结构371

2.模块式结构371

9.3 PLC的工作原理371

一、扫描技术371

二、I/O管理372

9.4 可编程控制器的基本技术指标372

2.FST软件的基本特征373

1.FST编程环境373

9.5 可编程控制器的编程语言373

一、FST编程软件373

3.FST软件的使用374

二、FST操作数374

1.位操作数375

2.字操作数376

三、梯形图程序结构378

1.概述378

2.操作指令379

2.语句384

3.STL的执行规则384

四、STL程序结构384

1.程序步指令384

4.STL指令385

五、程序举例386

1.采用梯形图编制386

2.采用指令表编制388

9.6 可编程控制器控制系统设计步骤388

9.7 气动控制系统设计举例388

2.输出信号389

一、系统分析389

1.输入信号389

二、可编程控制器的选用390

三、建立I/O地址分配表390

四、PLC硬件接线图390

五、编程391

1.采用指令表编写391

2.采用梯形图编写392

1.按动态特性分类394

2.按电-机械转换器结构分类394

10.1 气动比例伺服控制阀394

一、分类394

第十章 气动比例、伺服控制阀及系统394

3.按应用分类395

二、比例伺服控制阀的构成395

1.驱动机构395

2.气动放大器395

三、电磁铁驱动的比例控制阀395

四、开关控制的压力比例阀397

五、喷嘴挡板式压力比例阀398

六、气动伺服阀399

10.2 气动伺服定位系统401

一、概述401

二、系统描述以及最优控制参数的理论设计402

三、控制参数的修正及进一步智能化404

1.气控回路的饱和现象404

4.系统的滞环和偏差405

3.伺服阀的阀口叠量及其泄漏405

2.气缸的摩擦力405

四、控制效果406

10.3 应用实例406

一、布料卷扬纠偏装置406

二、用于焊接机器人的气动伺服定位系统406

三、冷却液灌输408

四、搬运机器人409

五、SGM副车架左、右梁点焊机409

主要参考文献412