氣動基礎(chǔ)知識

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1、機(jī)電相關(guān)知識,機(jī)電相關(guān)知識,安徽蚌埠機(jī)電技師學(xué)院,機(jī)電工程系,李偉,13605521610,,主要內(nèi)容,主要內(nèi)容,機(jī)電相關(guān)知識,,,,,學(xué)習(xí)目標(biāo),步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)知識,1、了解二相混合步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu),2、了解二相混合步進(jìn)電機(jī)的原理,3、能識讀PLC、步進(jìn)控制器、步進(jìn)電機(jī)基本控制線路圖,1. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu),電機(jī)的定子上有八個繞有線圈的鐵心磁極； 八個線圈串接成A、B兩相繞組； 每個定子磁極邊緣有多個小齒，一般多為五或六齒。,,轉(zhuǎn)子由兩段有齒環(huán)形轉(zhuǎn)子鐵心、裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部的環(huán)形磁鋼及軸承、軸組成。 將環(huán)形磁鋼沿軸向充磁，兩段轉(zhuǎn)子鐵心的一端呈N極性，另一端呈S極性，分別稱之為N段轉(zhuǎn)子和S段轉(zhuǎn)子

2、。 轉(zhuǎn)子鐵心的邊緣加工有小齒，一般為50個，齒距為7.2。 兩段轉(zhuǎn)子的小齒相互錯開1/2齒距。,2. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理,定子上有四個繞有線圈的磁極（齒），相對磁極的線圈串聯(lián) 組成兩相繞組。 由于同一相繞組兩個線圈繞線的方向相反，通過同一電流時所 產(chǎn) 生的磁場方向也相反。 電流從相反方向流過同一相繞組產(chǎn)生的磁場方向也相反。 轉(zhuǎn)子由兩段永磁體組成，一段呈N極性，一段呈S極性。 每段永磁體有3個齒，齒距為120度，N極齒和S極齒彼此 錯開1/2齒距。,每轉(zhuǎn)12步的模型電機(jī),1）不通電狀態(tài),,在繞組不通電時，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑通過， 磁通從N極性轉(zhuǎn)子經(jīng)定子極回到S極性轉(zhuǎn)子。 由于轉(zhuǎn)

3、子磁場的吸引作用，當(dāng)外力力圖使軸轉(zhuǎn)動時，會有一個反向力矩阻止這種轉(zhuǎn)動，稱為自鎖力矩。,2）單四拍工作狀態(tài),,,初始狀態(tài)，A相通電產(chǎn)生保持力矩； B相通電，定子磁場旋轉(zhuǎn)90度，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距（30度）； /A 相通電、 /B相、 A相通電定子磁場各旋轉(zhuǎn)90度，各吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距（30度）； 4步一個循環(huán)后共轉(zhuǎn)過一個齒距120度，12步后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周。 每一次僅一相繞組通電，四拍一個循環(huán)，稱之為單四拍工作狀態(tài),3）雙四拍工作狀態(tài),,,初始狀態(tài)， A相、B相同時通電，由于兩個定子齒的吸引，轉(zhuǎn)子移動1/8齒距15度，停在一個中間的位置； B/A相通電，定子磁場旋轉(zhuǎn)90度吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4

4、齒距30度； /A/B、/BA、AB各相通電，定子磁場各旋轉(zhuǎn)90度，各吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距30度； 4步一個循環(huán)后共轉(zhuǎn)過一個齒距120度， 12步后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周； 每一次兩相繞組通電，四拍一個循環(huán)，稱之為雙四拍工作狀態(tài) 因為兩個線圈同時通電，產(chǎn)生的力矩比單四拍要大。,,,在單四拍工作方式基礎(chǔ)上，在每兩個單拍之間插入一個雙拍工作狀態(tài)，就成為單、雙八拍工作方式。 交替使一個線圈和兩個線圈通電，每一步轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/8齒距即15度，經(jīng)過這8拍以后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距120度。 旋轉(zhuǎn)一周需24步。,步進(jìn)電動機(jī),11,12,結(jié)構(gòu)分析定子,結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)子,13,電機(jī)轉(zhuǎn)動的工作原理,總結(jié)：錯齒是步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的根

5、本原因,14,典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成,15,旋轉(zhuǎn)方向的控制,16,6、運(yùn)動小車裝置介紹,7、運(yùn)動控制與步進(jìn)電機(jī),1、運(yùn)動控制,（1）運(yùn)動控制系統(tǒng)簡介 運(yùn)動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進(jìn)行精密控制的技術(shù)，典型的運(yùn)動控制系統(tǒng)由三部分組成：控制部分、驅(qū)動部分和執(zhí)行部分。,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(jī)精確定位。,（2）常用術(shù)語 步進(jìn)角：每輸入一個電脈沖信號時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為

6、步進(jìn)角。步進(jìn)角的大小可直接影響電機(jī)的運(yùn)行精度。 整步：最基本的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式的每個脈沖使電機(jī)移動一個基本步矩角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個步矩角，則整步驅(qū)動方式下，每個脈沖使電機(jī)移動1.8。 半步：在單相激磁時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一個脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進(jìn)行單相然后兩相激磁，步進(jìn)電機(jī)將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動。,細(xì)分：細(xì)分就是指電機(jī)運(yùn)行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，其步矩角只為電機(jī)固有步矩角的十

7、分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動1.8，而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，電機(jī)只轉(zhuǎn)動了0.18。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精度控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。,2、步進(jìn)電機(jī),（1）步進(jìn)電機(jī)的選型 a、驅(qū)動器的電流。電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大額定電流要略大于電機(jī)的額定電流。 b、驅(qū)動器的供電電壓。供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志。 c、驅(qū)動器的細(xì)分。細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。步進(jìn)電機(jī)都有低頻振蕩的特點，如果電機(jī)需要工作在低頻共振區(qū)工作，細(xì)分驅(qū)動器是很好的選擇。

8、,（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 YKA2404MC 細(xì)分驅(qū)動器，其外形如圖所示。,（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的端子與接線,8、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動往返控制,項目一：步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制,用S7-200 PLC控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進(jìn)脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的PU端，Q0.1控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。對應(yīng)小車的運(yùn)行各輸出點分配如下： 正轉(zhuǎn)啟動，I0.0； 反轉(zhuǎn)啟動，I0.1； 向左運(yùn)行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為OFF； 向右運(yùn)行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為ON； 停止，Q0

9、.0停止發(fā)脈沖，Q0.1為OFF。,學(xué)習(xí)目標(biāo),氣動控制基礎(chǔ)知識,1、了解常見基本氣動元件,2、識讀氣動基本回路,3、能搭接基本氣動回路,氣源系統(tǒng) 常見的空氣壓,打氣筒,牙科設(shè)備,噴涂裝置,,公交車自動門,噴氣槍,氣墊,,氣源系統(tǒng) 空氣壓的應(yīng)用,AIR CYL,夾緊,AIR CYL,AIR CYL,推出,提升,,,,壓縮,膨脹,空氣壓,ENERGY,大氣,氣源系統(tǒng) 空氣壓特性,,氣動自動化控制技術(shù),利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質(zhì)，配合氣動控制系統(tǒng)的主要?dú)鈩釉c機(jī)械、液壓、電氣、電子（包括PLC控制器和微電腦）等部分或全部綜合構(gòu)成的控制回路，使氣動元件按生產(chǎn)工藝要求的工作狀況，自動按

10、設(shè)定的順序或條件動作的一種自動化技術(shù)。,氣源系統(tǒng),氣源系統(tǒng)： 包括有空氣壓縮機(jī)、貯氣罐、空氣凈化設(shè)備和輸氣管道等。它為氣動設(shè)備提供 清潔、干燥、恒壓和足夠流量的壓縮空氣，它是氣動系統(tǒng)的能源裝置。氣源的核心是空氣 壓縮機(jī)，它將原動機(jī) 的機(jī) 械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能。,氣源系統(tǒng) 空氣壓系統(tǒng)的基本構(gòu)成,,氣動三聯(lián)件是在氣動控制系統(tǒng)的入口所必須的器件。 它的組成是由過濾器、減 壓閥、油霧器三位一體。,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件,,,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件,,,壓力表,,減壓閥,,過濾器,,排放雜質(zhì)油污和水分,,過濾器的作用是將壓縮空氣里的雜質(zhì)，油污，水份等過濾掉，存放在過濾器里，達(dá)到使壓縮空氣干燥，清潔的目的。

11、 過濾器應(yīng)定期排污,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_過濾器的作用,,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_過濾器的原理,,壓縮空氣進(jìn)入過濾器內(nèi)部后，因?qū)Я?板的導(dǎo)向，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，在 離心力作用下，壓縮空氣中混有的大 顆粒固體雜質(zhì)和液態(tài)水滴等被甩到濾 杯內(nèi)表面上，在重力作用下沿壁面沉 降至底部，然后，經(jīng)過這樣預(yù)凈化的 壓縮空氣通過濾芯流出。為防止造成二次污染，濾杯中每天都應(yīng)該是空的。,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_過濾器的原理,,,1、減壓閥的作用是用來調(diào)整壓縮空氣壓力的。 2、減壓閥調(diào)整到合適的壓力后，應(yīng)將鎖定裝置鎖定，避免誤操作。,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_減壓閥的作用,,解鎖,鎖定,,,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_減壓閥的作用

12、,,若工作壓力增大，膜片打開壓縮空氣就經(jīng)閥體上的溢流孔排出,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_減壓閥的原理,,,因氣動控制系統(tǒng)里，很多氣缸需用油潤滑，所以在氣路里，就加入了油霧器，目的是將油霧器里的油通過氣管送到氣缸里，達(dá)到潤滑氣缸的目的； 油霧器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)滴油的快慢； 油霧器應(yīng)定期加油，加油時不要超過油線。,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_油霧器的作用,,滴油快慢調(diào)節(jié),,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_油霧器的作用,,當(dāng)壓縮空氣通過油霧器時，其在油室與視油器之間產(chǎn)生一個壓降，該壓 降使油液經(jīng)吸油管上升，并經(jīng)噴嘴引射到壓縮空氣中，油滴被霧化，隨壓縮空氣流出。必須仔細(xì)調(diào)節(jié)油滴數(shù)。,氣源系統(tǒng) 氣動三聯(lián)件_油霧器的原理,,它

13、包括有壓力、流量、方向等動力控制元件和傳感器、邏輯元件、伺服閥等信 號轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算和放大的一類元件。它們決定著氣動系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。,氣動控制元件,氣動控制閥,,連續(xù)控制,斷續(xù)控制,壓力控制閥(如減壓閥),流量控制閥(如截流閥),方向控制閥(如電磁閥),邏輯控元件(如閥島),壓力比例控制閥,流量比例控制閥,伺服控制閥,,,氣動控制閥,連續(xù)控制,斷續(xù)控制,壓力比例控制閥,流量比例控制閥,伺服控制閥,氣動控制元件分類,氣動控制元件方向控制閥,定義:能改變氣體流動方向或通斷的控制閥.,,,,,,氣動控制元件方向控制閥_電磁控制閥,入口,排氣B,排氣A,入口,排氣B,排氣A,出口A,出口B,出口A,出

14、口B,,,,,,,,,,氣動控制元件方向控制閥_氣控閥,氣動控制元件方向控制閥_人力控制閥,4/3 Rotary Valve (Exhaust center),氣動控制元件方向控制閥_人力控制閥,MONO STABLE 手動操作按鈕,BISTABLE 手動操作按鈕,氣動控制元件方向控制閥_機(jī)械控制閥,機(jī)械式作動裝置,氣動控制元件方向控制閥_2通閥,,,,出口,入口,壓縮機(jī),出口,AIR,入口,N2,氣動控制元件方向控制閥_3通閥,出口,排氣,入口,壓縮器,氣動控制元件方向控制閥_3通閥,,,,,,,排氣,排氣,氣動控制元件方向控制閥_5通閥,2/2,ON/OFF,,氣動控制元件方向控制閥_2位

15、2通閥,二位三通電磁閥,二位三通閥結(jié)構(gòu)原理,二位三通電磁閥原理,上圖為直動式二位三通電磁閥，圖示位置為閥處于斷電關(guān)閉狀態(tài)。此時，1，2不通，2，3相通，閥沒有輸出。當(dāng)通電時，鐵芯受電磁力作用被吸向上，1，2相通，排氣口封閉，閥有輸出。,3/2,N.C.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣動控制元件方向控制閥_2位3通閥,,,3/2,N.O.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣動控制元件方向控制閥_2位3通閥,,,4/2,出口A，B使用共同的排氣口,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、氣動控制元件方向控制閥_2位4通閥,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,電磁線圈得電,電磁線圈失電,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,帶記憶(在電氣回路中設(shè)電氣聯(lián)鎖,防止同時通電,線圈燒毀）,Y1得電,Y2得電,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,電磁閥運(yùn)行情況檢查,在通氣的狀態(tài)下，按動電磁閥的手動 按鈕，觀察該電磁閥是否有切換。 如果沒有切換，更換該電磁閥。 更換電磁閥前應(yīng)查看銘牌,注意型號,規(guī)格是否相符,包括電源,工作電壓,通徑,螺紋接口等. 安裝后應(yīng)進(jìn)行通氣,通電試驗,檢查閥換向動作是否正常,手動裝置正常.,,,5

17、/2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,出口A，B使用各自的排氣口,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,中泄式,A,,,B,,,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,中泄式,A,,,B,,,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,A,B,,,中泄式,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,中封式,A,,,B,,,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,A,,,B,,,中封式,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,A,B,,,,,中封式,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,A,,,B,,,中壓式,氣動控制元件方向控制

18、閥_2位5通閥,5/3,中壓式,A,,,B,,,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,5/3,A,B,,,,,中壓式,氣動控制元件方向控制閥_2位5通閥,氣動控制元件單向閥,氣動控制元件梭閥,氣動控制元件快速排氣閥,它是把氣體的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，實現(xiàn)氣動系統(tǒng)對外做功的機(jī) 械運(yùn)動裝置。 作直線運(yùn)動的是氣缸，作擺動或回 轉(zhuǎn)運(yùn)動的是氣馬達(dá)。,氣動執(zhí)行元件,,氣缸,氣缸,單作用,雙作用,雙作用,單作用,單活塞桿,雙活塞桿,磁性耦合,機(jī)械耦合,繩索,鋼纜,有桿,無桿,單活塞,雙活塞,活塞式,平膜式,滾動膜片,皮囊,膜片式,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣動執(zhí)行元件分

19、類,氣動執(zhí)行元件單作用氣缸,進(jìn)氣口,原理：這種氣缸在缸蓋一端氣口輸入壓縮空氣使活塞桿伸出（或退回），而另一端靠彈簧，自重或其它外力等使活塞桿恢復(fù)到初始位置。,氣動執(zhí)行元件單作用氣缸,押入型,押出型,,氣動執(zhí)行元件雙作用氣缸,氣動執(zhí)行元件雙作用氣缸,氣缸一般由缸筒，前后缸蓋，活塞，活塞桿，密封件和緊固件等零件組成。 缸有與活塞桿相連的活塞，活塞上裝有密封圈。為防止漏氣和外部灰塵的侵入，前缸蓋上裝有密封圈和防塵圈。 雙作用氣缸被活塞分為兩個腔室：有活塞桿的稱為有桿腔（前腔），無活塞的稱為無桿腔（后腔）。,氣動執(zhí)行元件雙作用氣缸,當(dāng)從無桿腔端的氣口輸入壓縮空氣時，推動活塞前進(jìn)，使活塞桿伸出。同樣，當(dāng)

20、有桿腔氣口輸入壓縮空氣時，活塞桿退回到初始位置。通過交替進(jìn)氣和排氣，活塞桿伸出和退回，氣缸實現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動。,氣動執(zhí)行元件雙作用氣缸,基本型,腳座型,氣動執(zhí)行元件氣缸的安裝方式1,無桿側(cè)法蘭型,桿側(cè)法蘭型,氣動執(zhí)行元件氣缸的安裝方式2,耳環(huán)型,耳軸型,單耳環(huán),雙耳環(huán),氣動執(zhí)行元件氣缸的安裝方式3,搬運(yùn)工件時夾工件用的氣動元件。,氣動執(zhí)行元件手爪,氣動執(zhí)行元件手爪,氣動執(zhí)行元件氣缸的緩沖方式,Meter-out 控制,氣動執(zhí)行元件氣缸的緩沖方式,氣動執(zhí)行元件氣缸的緩沖方式,1、使用清潔干燥的壓縮空氣 。 2、安裝時，不要出現(xiàn)擰扭狀態(tài)，要避免在活塞桿上施加橫向負(fù)載和偏心負(fù)載。 3、應(yīng)配置流量合適的油霧器，給油潤滑氣缸 4、環(huán)境溫度：560度。,氣動執(zhí)行元件氣缸的使用及注意事項,氣動輔件元件,它們是保證氣動系統(tǒng)正常工作不可缺少的元件。有氣動三聯(lián)件、消聲器、管接頭等 將上述各類元件用符號和聯(lián)線進(jìn)行繪制成圖，稱為氣動控制原理圖,氣動常用元件,,識讀氣動回路圖,祝大家 工作愉快！,