电子气动实习教案.docx

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1、电子气动实习教案工程训练中心2008年11月电子气动实习教案A适用专业：机械、电子各专业一、目的与要求（1）、了解电气根底与用电平安知识；（2）、了解常用低压电气元件，掌握一般电气控制原理及简单应用；（3）、了解气动技术的特点，了解气动元件与相关电气控制元件的工作原理;（4）、掌握电子气动系统的工作原理，能搭建简单电气控制气动系统。二、教学设备气动实验台、自动化生产教学系统三、时间及进行方式单元教学内容时间（学时）地点教学方式单元1电气平安与工具根本知识、低压电气元件4教3讲授、录像单元2电气控制原理及应用4车间学生操作单元3气动元件与电气控制元件的工作原理4教3讲授、录像单元4电子气动操作训

2、练3教3学生操作单元5总结、考评1教3讲评合计16四、教学内容、方法及步骤单元1、电气平安与工具根本知识、低压电气元件（4学时）单元2、电气控制原理及应用（4学时）单元3、气动元件与电气控制元件的工作原理（4学时）一、气动技术概述1、气动的工作原理气动（PNEUMATIC）是“气动技术”或“气压传动与控制”的简称。气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或控制的工程技术。它是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。现以客车门开关机构来说明气动技术的工作原理。它是利用压缩空气来驱动气缸从而带动门的开关，当气缸活塞杆伸出，门就关上；气缸活塞杆收缩，门就翻开。a）客车门工作机

3、构图b）纯气动控制c）气动与电动控制图3-1客车门控制示意图从这两种控制方式可以把气动系统的根本组成归纳如下。(1)、气源装置主要是提供洁净、枯燥的压缩空气。(2)、执行元件是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等。(3)、控制元件用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，使执行机构按要求的程序和性能工作。以控制方式而言，有纯气动控制和气动一电气控制之分。(4)、辅助元件连接元件之间所需的一些元件，以及系统进行消声、冷却、测量等方面的一些元件。2、气压传动的优缺点气压传动具有以下独特的优点：(1)、空气作为气压

4、传动的工作介质，取之不尽，来源方便，用过以后直接排入大气，不会污染环境。(2)、工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、辐射、强磁、振动、冲击等恶劣的环境中，气压传动系统工作都是平安可靠的。(3)、空气粘度小，流动阻力小，便于介质集中供给和远距离输送。(4)、气动控制动作迅速，反响快，可在较短的时间内到达所需的压力和速度。(5)、气动元件结构简单，易于加工，使用寿命长，可靠性高，易于实现标准化、系列化、通用化。当然，由于气动技术是以压缩空气作为工作介质，必然存在一些缺点：(1)、由于空气压缩性大，气缸的动作速度易随外加负载的变化而变化，稳定性差，给位置和速度控制带来较大影响。(2)、目前气动系

5、统的压力级(一般小于0.8MPa)不高，总的输出力不大。(3)、工作介质(空气)没有润滑性，系统中必须采取措施进行给油润滑。(4)、噪声大，一般需要加装消声器。当前的自动化系统中，气动技术虽然开展历史不长，但由于其优越的特性，其应用范围己越来越广泛。在自动化生产线，尤其是在汽车制造业、电子半导体制造业等工业生产领域有着广泛的应用。1980年，气动产品产量约占整个流体工程产量的20%,到了1999年，己经上升到32%。气动技术的控制方式多种多样，适应于不同的工艺环境，从由气动逻辑元件或气控阀组成的纯气动控制，到由电气技术参与的电一气控制，直到目前的P1.C(可编程逻辑控制器)控制。电一气控制主要

6、由继电器回路控制开展而来，其主要特点是用“电一信号”和“电一控制元件”来取代“气一信号”和“气一控制元件”，其可操作性和效率远远高于“纯气动控制”。同时，该控制方法也适用于P1.C控制，使庞大、复杂、多变的气动系统的控制简单明了，使程序的编制、修改变得容易。二、气动主要元件1、气缸气动执行元件是以压缩空气为动力源，将气体的压力能再转化为机械能的装置，用来实现既定的动作。它主要有气缸和气马达。前者作直线运动，后者作旋转运动。(1)、单作用气缸在压缩空气作用下，单作用气缸活塞杆伸出，当无压缩空气时，缸的活塞杆在弹簧力作用下回缩。气缸活塞上永久磁环可用于驱动磁感应传感器动作。对于单作用气缸来说，压缩

7、空气仅作用在气缸活塞的一侧，另一侧那么与大气相通。气缸只在一个方向上做功，气缸活塞在笈位弹簧或外力作用下复位。在无负载情况下，弹簧力使气缸活塞以较快速度回到初始位置。复位力大小由弹簧自由长度决定。单作用气缸具有一个进气口和一个出气口。出气口必须洁净，以保证气缸活塞运动时无故障。(排气口在哪里)a)结构原理图b)实物图图3-2单作用气缸b、双作用气缸，如下图。气缸两个方向的运动都是通过气压传动进行的，气缸的内部结构如下图，它的两端具有缓冲。在气缸轴套前端有一个防尘环，以防止灰尘等杂质进入气缸腔内。前缸盖上安装的密封圈用于活塞杆密封，轴套可为气缸活塞杆导向，其由烧结金属或涂塑金属制成。指出缸体、活

8、塞、缸盖、活塞密封、活塞杆、轴套和防尘环。在压缩空气作用下，：双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以回缩。通过缓冲调节装置，可以调节其终端缓冲。a）结构原理图b）实物图图3-3单作用气缸2、方向控制阀换向阀的控制端的控制形式有很多种，比方电压、气压、机械压力等，在叙说某个换向阀时，需要加上控制形式的说明，比方“单电控”、“双电控”等。后面所涉及的方向控制阀都是采用电磁力来获得轴向力使阀芯迅速移动来实现阀的切换以控制气流的流动方向，称为电磁控制换向阀。（1）、单电控二位三通阀二位三五通的含义是有两个确定的工作状态（两个工作位置并且总共有五个通气口。同理如果有三个确定的工作状态，并且有五个通气口，那么

9、就是三位五通阀。图所示为单电控二位三通电磁阀的工作原理图。它只有一个电磁铁。中图为常态情况，即鼓励线圈不通电，此时阀在笈位弹簧的作用下处于左端位置。其通路状态为A与T相通，A口排气。当通电时，电磁铁1推动阀芯向右移动，气路换向，其通路为P与A相通，A口进气所示。右图为其图形符号。a）工作原理图b）实物图图3-4单电控二位三通阀（2）、双电控二位五通阀图为双电控二位五通阀的工作原理图。它有两个电磁铁，当右线圈通电、左线圈断电时，阀芯被推向右端，其通路状态是P与A、B与T2相通，A进气、B排气。当右线圈断电时，阀芯仍处于原有状态,即具有记忆性。当电磁左线圈通电、右断电时，阀芯被推向左端，其通路状态

10、是P与B、A与Tl相通，B进气、A口排气。假设电磁线圈断电，气流通路仍保持原状态。a）工作原理图b）实物图图3-5双电控二位五通阀三、常用传感器在自动化系统中，传感器的选择有两类：数字量传感器和模拟量传感器。但在气动控制系统中，数字量传感器用得较多，主要用于信号检测。在气动控制回路中，执行元件的每一步动作完成时都有相应的发信元件发出完成信号。下一步动作都应由前一步动作的完成信号来起动。气动系统所用传感器多用于测量设备运行中工件和气动执行元件运动的位置、速度、力、流量、温度等各种物理参数，并将这些被测参数转换为相应的信号，以一定的接口形式输送给控制器。位置检测可通过接触式传感器如行程阀、行程开关

11、来控制，也可通过非接触式传感器如磁性开关、背压式传感器等来完成。1、磁性开关磁性开关是利用磁性物体的磁场作用来实现对物体感应的，从而检测气缸活塞的位置。它可分为有触点式（舌簧式）和无触点式（固态电子式）两种。有触点的舌簧式开关如图3-6所示，当带磁环的气缸活塞移动到磁性开关所在位置时，磁性开关内的两个金属簧片在磁环磁场的作用下吸合，发出一电信号；活塞移开，舌簧开关离开磁场，触点自动脱开。磁性开关的图形符号如下图。图3-6舌簧式磁性开关工作原理图磁性开关一般与磁性气缸配套使用。磁性气缸的活塞上都有一个永久性的磁环，把磁性开关安装在气缸的缸筒上，当活塞往复运动时带动永久性磁环一起运动，而磁性开关检

12、测到永久磁环时就发出一个信号，使得开关“通”或“断二2、电容式传感器电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像“翻开的”电容器电极。这两个电极构成一个电容，串联在RC振荡回路内，其工作原理如图6-9所示。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一物体朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体的目的。这种传感器能检测金属物体，也能植测非金属物体。对金属物体，可以测得较大的动作距离；而对非金属物体，动作距离的决定因素之一是材料的介电常数。材料的介电常数越大，可测得的动作距离越大。材料的面积对动作距离也有一定

13、影响。实物图和图形符号如图3-7所示。图3-7电容式传感器工作原理图3、电感式传感器电感式传感器的工作原理如下图。电感式传感器内部的振荡器在传感器工作外表产生一个交变磁场。当金属物体接近这一磁场并到达感应距离时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而到达非接触式的检测目的。电感式传感器只能检测金属物体。实物图和图形符号如图3-8所示。图3-8电感式传感器工作原理图4、光电式传感器光电式传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电式传感器一般由发射器、接收器和检测电路三局部构成。发射器对

14、准物体发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管和激光二极管等半导体光源。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光敏二极管或光敏晶体管组成，用于接收发射器发出的光线。检测电路用于流出有效信号和应用该信号。常用的光电式传感器又可分为漫射式、反射式、对射式等几种。漫射式光电传感器集发射器与接收器于一体，在前方无物体时，发射器发出的光不会被接收器接收到。当前方有物体时，接收器就能接收到物体反射同来的局部光线，通过检测电路产生开关量的电信号输出。其工作原理如图3-9所示。图3-9漫射式光电传感器工作原理四、常用电气根本元件电气控制回路主要由按钮开关、行程开关、继电器及其触点、电磁铁线圈等组成。通过

15、按钮开关或行程开关使电磁铁通电或断电，控制触点，按通或断开被控制的主回路，这种回路称为继电器控制气动回路。电路中的触点有常开触点和常开触点。1、控制继电器控制继电器是一种当输入量变化到一定值时，电磁铁线圈通电励磁，吸合或断开触点，接通或断开交、直流小容量控制电路中的自动化电气。被广泛应用于电力拖动、程序控制、自动调节的自动控制系统中。控制继电器种类繁多，常用的有电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器、温度继电器等。在电气一气动控制系统中常用的是中间继电器、时间继电器。(1)中间继电器如下图的继电器是由一个线圈、一个铁芯、衔铁、复位弹簧及一组触点组成。由线圈产生的磁场来接通或断开触点。当继电器线圈流过电流时，衔就会在电磁吸力的作用下克服弹簧拉力，使常闭触点断开，常开触点闭合；当继电器无电流时，电磁力消失，衔铁在返回弹簧的作用下复位，使常闭触点闭合，常开触点断开。a)外形图b)原理图图370中间继电器继电器线圈消耗电力极小，故用很小的电流通过线圈使电磁铁激磁而其控制的触点，可通过相当大的电压电流，这就是继电器触点的容量放大机能。图为其线圈及触点符号。继电器线圈常开触点常闭触点图3-11中间继电器线圈及触点符号2、时间继电器时间继电器用于