第21篇  气压传动与控制设计
章气压传动技术基础
1.1气动系统的特点及构成21-3
1.2空气的性质21-6
1.2.1空气在不同压力和温度下的密度21-6
1.2.2干空气的物理特性参数21-9
1.2.3加在十次方倍数前面的序数21-10
1.2.4不同应用技术所使用的压力（物理、气象、气动、真空）21-11
1.2.5气动常用单位之间的换算关系21-11
1.2.6不同海拔高度气体的压力和温度21-12
1.2.7空气含湿量、温度与密度的关系21-13
1.2.8空气中水饱和值——露点21-15
1.3气体的基本热力学与动力学规律21-19
1.3.1气体的状态变化及其热力学过程21-19
1.3.2气体的基本动力学规律21-20
1.3.3气体通过收缩喷嘴或小孔的流动21-20
1.3.4容器的充气和放气特性21-21
1.3.5气阻和气容的特性及计算21-23
1.3.6管路的压力损失21-24
1.3.7由于管路配件引起的压力损失21-26
1.3.8由于管道摩擦引起的压力损失21-26
1.3.9通过孔口的流量21-26
1.3.10气动元件的简化计算模型21-27
1.3.11测定b和C值21-28
1.3.12气动组件的连接21-29
1.3.13日本管道JIS和美国管道NPT尺寸的转换21-30
1.4气动技术常用术语及图形符号21-31
1.4.1气动技术常用术语21-31
1.4.2气动技术图形符号21-31
1.5气动技术基础事项21-52
1.5.1气动元件及系统公称压力系列21-52
1.5.2气动元件的流通能力的表示方法21-52
1.5.2.1气动元件流量特性的测定21-52
1.5.2.2气动元件流通能力的其他表示方法21-55
1.5.3空气的品质21-56
1.5.3.1压缩空气的品质分级与应用场合21-56
1.5.3.2各种应用场合对空气品质的要求21-57
1.5.3.3空气中的杂质对气动元件的影响21-57
1.5.3.4ISO 8573-1：2010空气质量标准21-58
1.5.4密封21-58
1.5.5气动元件气口螺纹21-60
1.6气动技术常用计算公式和图表21-65
第2章气动系统
2.1气动基本回路21-67
2.1.1换向回路21-67
2.1.2速度控制回路21-69
2.1.3压力与力控制回路21-70
2.1.4位置控制回路21-73
2.2典型应用回路21-75
2.2.1同步回路21-75
2.2.2延时回路21-76
2.2.3自动往复回路21-76
2.2.4防止启动飞出回路21-77
2.2.5防止落下回路21-78
2.2.6缓冲回路21-78
2.2.7真空回路21-79
2.2.8基本逻辑回路21-80
2.2.9其他回路21-84
2.2.10应用举例21-90
2.3气动系统的控制21-103
2.3.1DIN 19226标准给出的控制系统类型21-103
2.3.2根据信息的表示形式和信号处理形式的不同来分类的控制系统21-103
2.3.3根据信号处理形式的不同来分类的控制系统21-103
2.3.4根据有否反馈来分类的控制系统21-103
2.3.5监控21-104
2.3.6气动顺序控制系统21-105
2.3.7继电器控制系统21-106
2.3.7.1常用继电器控制电路21-106
2.3.7.2典型的继电器控制气动回路21-108
2.3.8可编程控制器控制系统21-112
2.3.8.1可编程控制器的组成21-112
2.3.8.2可编程控制器工作原理21-113
2.3.8.3可编程控制器常用编程指令21-114
2.3.8.4控制系统设计步骤21-116
2.3.8.5控制系统设计举例21-117
2.3.9全气动控制系统21-118
2.3.9.1梯形图符号集21-118
2.3.9.2设计流程21-120
2.3.9.3基本回路21-121
2.3.9.4应用回路21-121
2.3.9.5应用实例21-129
2.3.10计算机数字控制系统CNC21-129
2.3.11机器人控制系统RC21-129
2.3.12气动非时序逻辑系统设计21-129
2.3.13设计举例21-130
2.3.13.1用公式法化简逻辑函数21-130
2.3.13.2应用卡诺图化简逻辑函数21-131
2.4气动系统自动化21-132
2.4.1快速步进器21-132
2.4.1.1双手控制模块21-132
2.4.1.2气动计数器21-134
2.4.1.3气动定时器21-134
2.4.1.4电气计数器21-135
2.4.1.5差压调节器21-135
2.4.1.6气动继电器21-135
2.4.1.7单喷嘴挡板放大器21-136
2.4.2伺服定位系统21-136
2.4.2.1带有位移传感器的驱动器21-136
2.4.2.2轴控制器21-136
2.4.3抓取系统21-136
2.4.3.1抓取模块21-136
2.4.3.2笛卡儿系统21-137
2.4.3.3平行运动系统21-137
2.4.3.4控制器21-137
2.4.4气动自动化辅件21-138
第3章气动元件的选型及计算
3.1气源设备21-144
3.1.1空气压缩机21-144
3.1.2后冷却器21-150
3.1.3主管道过滤器21-150
3.1.4储气罐21-151
3.1.5干燥器21-152
3.1.6自动排水器21-154
3.2气动执行元件21-155
3.2.1气动执行元件的分类21-155
3.2.2气缸21-157
3.2.2.1气缸的分类21-157
3.2.2.2气缸的常用安装方式21-161
3.2.2.3气缸的结构21-162
3.2.2.4气缸特性21-178
3.2.2.5理论出力表21-180
3.2.2.6无杆气缸的转矩限制21-183
3.2.2.7负载比（工作压力5bar，摩擦因数0.01、0.2）21-183
3.2.2.8气缸质量（工作压力5bar，负载比85%，气缸直径25～100mm）21-184
3.2.2.9每100mm行程双作用气缸的空气消耗量（修正了绝热过程的损失）21-184
3.2.2.10双作用气缸从20～100mm缸径的理论耗气量(100mm行程时)21-185
3.2.2.11双作用气缸20～100mm缸径时的实际流量21-185
3.2.2.12气缸的压杆稳定计算21-185
3.2.2.13气缸相关标准选摘21-187
3.2.2.14气缸的选择21-190
3.2.3气马达21-190
3.2.3.1气马达与液压马达和电动机的比较21-190
3.2.3.2气马达、液压马达和电机的功率质量比与功率体积比21-193
3.2.3.3各种形状物体的转动惯量计算公式21-193
3.2.3.4计算换算到马达轴的负载转矩21-195
3.2.3.5气马达的结构原理及特性21-195
3.2.3.6气马达的特点21-198
3.2.3.7气马达的选择和特性21-198
3.2.3.8气马达回路21-200
3.2.4摆动气缸21-202
3.2.5气爪21-202
3.2.5.1气爪分类21-203
3.2.5.2气爪受力计算21-204
3.2.5.3气爪使用注意事项21-205
3.2.5.4SMC公司气爪的选定21-208
3.2.6气动人工肌肉21-212
3.2.6.1气动人工肌肉的分类21-212
3.2.6.2气动人工肌肉的特性21-218
3.2.6.3气动人工肌肉的研究方向与应用21-218
3.2.7气动机构21-219
3.2.7.1滑动机构21-219
3.2.7.2滚动机构21-219
3.2.7.3连杆机构21-221
3.2.7.4阻挡机构21-231
3.2.7.5连杆增力机构21-231
3.2.7.6气动扩力机构21-234
3.2.7.7升降台21-235
3.2.7.8用气动缸驱动的绳索机构21-237
3.2.7.9使用齿轮齿条的直线运动机构21-242
3.2.7.10使用回转式执行机构的摆动运动机构21-242
3.2.7.11使用回转式执行机构的回转运动机构21-243
3.2.7.12使用摆动或回转马达的直线运动机构21-243
3.2.7.13使用直线式气动缸的回转运动机构21-244
3.3气动控制元件21-244
3.3.1方向控制阀21-244
3.3.1.1换向阀21-244
3.3.1.2其他方向控制阀21-253
3.3.1.3阀岛21-254
3.3.2压力控制阀21-258
3.3.2.1减压阀21-258
3.3.2.2安全阀21-264
3.3.2.3增压阀21-265
3.3.3流量控制阀（节流阀）21-265
3.3.3.1流量控制阀的分类、结构和工作原理21-266
3.3.3.2节流阀的典型流量特性21-268
3.3.3.3节流阀的选择21-268
3.4气动管路设备及气动附件21-268
3.4.1过滤器21-268
3.4.2油雾器21-271
3.4.3气源处理三联件和二联件21-271
3.4.4管接头21-272
3.4.5气动视觉指示器21-273
3.4.6二位二通螺纹插装阀（单向阀）21-273
3.4.7锁定阀21-273
3.4.8储气罐充气阀21-275
3.4.9呼吸器21-275
3.4.10自动排水器21-275
3.4.11快速排气阀21-275
3.4.12典型的梭阀21-276
3.4.13自动电气排水阀21-277
3.4.14气管21-277
3.4.14.1气动管道的尺寸21-277
3.4.14.2气动管道允许的最高工作压力和最小弯曲半径21-278
3.4.14.3压力与温度转换系数21-278
3.4.15消声器21-279
3.4.16油压缓冲器21-279
3.5真空元件及真空系统21-283
3.5.1空压机和真空泵的分类21-283
3.5.2压力等级和术语21-284
3.5.3真空系统的构成、分类及应用21-284
3.5.3.1真空范围与应用21-284
3.5.3.2通过孔口的真空流量21-285
3.5.3.3常用的真空度量单位21-285
3.5.3.4压力系统和真空系统原理对照21-287
3.5.3.5可用的组合式压缩机/真空泵系统21-287
3.5.3.6真空泵与真空发生器的特点21-287
3.5.3.7真空泵的分类21-288
3.5.3.8真空泵的性能21-288
3.5.3.9真空泵的选择21-290
3.5.3.10真空泵的正确使用与保养要点21-293
3.5.4真空系统的构成、分类及应用21-293
3.5.5真空发生器21-295
3.5.6真空吸盘21-298
3.5.7真空辅件和真空系统21-301
3.6气动比例（伺服）控制元件21-306
3.6.1气动比例（伺服）控制系统21-306
3.6.2气动比例（伺服）阀21-308
3.6.2.1气动比例（伺服）阀的分类21-308
3.6.2.2气动比例（伺服）阀的主要构成部件及其工作原理21-309
3.6.2.3典型电-气比例阀21-314
3.6.3气动比例（伺服）系统应用举例21-319
3.6.4电气比例阀用控制器21-320
3.6.5电气比例定位器21-322
3.6.6电气比例变换器21-323
3.6.7终端定位模块与电子末端定位软停止控制器21-325
3.7安全气动系统新元件21-326
3.7.1软启动泄气阀21-326
3.7.2接头型截止阀21-326
3.7.3气动保险丝21-326
3.7.4自卸空安全快速接头21-328
3.7.5双手控制装置21-328
3.7.6锁定阀21-330
3.7.7速度控制阀（带残压释放阀）21-331
3.7.8缓慢启动电磁阀减速阀（外部先导式电磁阀）21-331
3.8气动逻辑元件21-332
3.8.1基本逻辑门21-332
3.8.2逻辑单元的性能、结构和工作原理21-332
3.8.3常用逻辑元件21-338
3.8.3.1截止式逻辑元件21-338
3.8.3.2膜片式逻辑元件21-344
3.8.3.3滑阀式逻辑元件21-346
3.8.3.4顺序控制单元21-349
3.8.3.5气动逻辑元件的性能及使用21-350
3.8.3.6气动逻辑控制的选择21-352
3.8.3.7气动逻辑元件产品（park公司）21-354
第4章信号转换装置
4.1气-电转换器21-356
4.1.1干簧管式气-电转换器21-356
4.1.2膜片式气-电转换器21-356
4.1.3压力开关21-357
4.1.3.1高低压控制器21-357
4.1.3.2可调压力开关21-358
4.1.3.3多用途压力开关21-358
4.2电-气转换器21-359
4.3气-液转换器21-359
4.3.1工作原理21-359
4.3.2选用21-361
4.3.3使用注意事项21-362
4.4气-液元件21-364
4.4.1气-液阻尼缸21-364
4.4.2气-液增压缸21-367
第5章高压气动技术和气力输送
5.1高压气动技术21-369
5.1.1高压压缩空气的主要来源21-369
5.1.2高压气动元件和辅件21-370
5.1.3使用高压气动时注意问题21-376
5.1.4高压气动技术的应用21-376
5.2气力输送21-379
5.2.1气力输送的特点21-379
5.2.2气力输送装置的型式21-379
5.2.3气力输送装置的主要设备21-383
5.2.3.1供料器21-383
5.2.3.2输料管道、管件21-385
5.2.3.3分离器（卸料器）21-386
5.2.3.4闭风器21-388
5.2.3.5除尘器21-388
5.2.3.6气源机械21-388
5.2.3.7消声器21-388
5.2.4气力输送的应用21-388
第6章气动系统的维护及故障处理
6.1维护保养21-390
6.2维护工作内容21-392
6.3故障诊断与对策21-393
6.4常见故障及其对策21-395
6.5气动系统的噪声控制21-400
6.5.1往复压缩机的噪声对策21-400
6.5.1.1整机噪声组成21-400
6.5.1.2压缩机的噪声控制21-400
6.5.1.3低噪声压缩机站的设计21-401
6.5.2回转式压缩机的噪声对策21-401
6.6压缩空气泄漏损失及其对策21-404
6.7压缩空气系统的节能21-404
6.7.1压缩空气系统能耗评价体系及节能诊断方法21-404
6.7.2空压机群运行优化管理21-404
6.7.3供气环节节能监控管理21-405
6.7.4末端节能用气设备21-406
第7章气动元件产品
7.1气动执行器21-407
7.1.1普通单活塞杆气缸21-407
7.1.1.1PB系列单活塞杆气缸（φ4～16）21-407
7.1.1.2QCJ2系列微型单活塞杆气缸（φ6～16）21-412
7.1.1.310Y-1系列小型单活塞杆气缸（φ8～50）21-417
7.1.1.4QGP系列单活塞杆气缸（φ10，φ16）21-421
7.1.1.5QC85系列标准小型单活塞杆气缸（ISO 6432）（φ10～25）21-425
7.1.1.6MA系列单活塞杆气缸（φ16～63）21-427
7.1.1.7QGBX小型单活塞杆气缸（ISO 6432）（φ20～32）21-433
7.1.1.8QGX小型单活塞杆气缸（φ20～40）21-435
7.1.1.9QCM2系列小型单活塞杆气缸（日本规格）（φ20～40）21-441
7.1.1.10QC75系列小型单活塞杆气缸（欧洲规格）（φ32～40）21-444
7.1.1.11QDNC系列标准方型单活塞杆气缸 （ISO 6431）（φ32～100）21-446
7.1.1.12QSC系列标准单活塞杆气缸（ISO 6430）（φ32～100）21-449
7.1.1.13QGBZ中型单活塞杆气缸（ISO 15552）（φ32～125）21-452
7.1.1.14QC95系列单活塞杆标准气缸（ISO 6431）（φ32～200）21-458
7.1.1.1510B-5系列无拉杆气缸 （φ32～200）21-461
7.1.1.16QGZ中型单活塞杆气缸（φ40～100）21-464
7.1.1.17QGC系列重载单活塞杆气缸（φ80～160）21-469
7.1.1.18JB系列缓冲单活塞杆气缸（φ80～400）21-470
7.1.1.19QGD大型单活塞杆气缸（φ125～350）21-473
7.1.2普通双活塞杆气缸21-481
7.1.2.1XQGAX2系列小型双活塞杆气缸（φ12～32）21-481
7.1.2.2QGY（EW）系列双活塞杆薄型气缸（φ20～125）21-481
7.1.2.3QGEW-2系列无给油润滑双活塞杆气缸（φ32～160）21-482
7.1.2.410A-3ST系列双活塞杆缓冲气缸（φ32～400）21-484
7.1.2.5XQGAy2（By2）系列轻型双活塞杆气缸（φ40～63）21-485
7.1.2.6QGEW-3系列无给油润滑双活塞杆气缸（φ125～250）21-485
7.1.3薄型气缸21-486
7.1.3.1QCQS系列薄型气缸（日本规格）（φ12～25） 21-486
7.1.3.2ACP系列薄型气缸 （φ12～100）21-488
7.1.3.3ACQ系列超薄型气缸（φ12～100）21-492
7.1.3.4SDA系列超薄型气缸（φ12～100）21-500
7.1.3.5QCQ2系列薄型气缸（日本规格）（φ12～100)21-507
7.1.3.6QGDG系列薄型带导杆气缸（φ12～100）21-510
7.1.3.7QCN系列薄型气缸（欧洲规格）（φ16～100）21-512
7.1.3.8QADVU系列紧凑型薄型气缸 （φ16～100）21-515
7.1.3.9QGY系列无给油润滑薄型气缸（φ20～125）21-519
7.1.3.10QGY-M系列杆端外螺纹薄型气缸（φ20～125）21-520
7.1.3.11QGS短行程/紧凑型薄型气缸（φ32～100） 21-521
7.1.3.12QGY（Z）系列带导杆防转薄型气缸（φ32～100）21-523
7.1.4摆动气缸21-524
7.1.4.1ACK系列摆动气缸（φ25～63）21-524
7.1.4.2QGHJ系列回转夹紧气缸（φ25～63）21-525
7.1.4.3QGK系列无给油润滑齿轮齿条摆动气缸（φ20～125）21-526
7.1.4.4QRC系列摆动气缸（φ40～125）21-529
7.1.4.5QGH摆动（回转）气缸（φ50～100）21-530
7.1.5其他特殊气缸21-531
7.1.5.1无活塞杆气缸21-531
7.1.5.2行程可调气缸21-537
7.1.5.3增力气缸21-539
7.1.5.4步进气缸21-540
7.1.5.5带导杆气缸21-544
7.1.5.6冲击气缸21-556
7.1.5.7气-液缸21-557
7.1.5.8膜片气缸21-559
7.2方向控制阀21-560
7.2.1四通、五通电磁换向阀21-560
7.2.1.13KA2系列电磁换向阀（Rc1/8）21-560
7.2.1.2M3KA2系列电磁换向阀（Rc1/8～Rc1/4）21-562
7.2.1.33KA3系列换向阀（Rc1/4）21-563
7.2.1.4M3KA3集装型电磁换向阀（Rc1/4，Rc3/8）21-565
7.2.1.5QDI系列电控换向阀（DN6～DN25）21-566
7.2.1.64V100系列电磁换向阀（M5～Rc1/8）21-567
7.2.1.74M100～300系列电磁换向阀（Rc1/8～Rc3/8）21-569
7.2.1.8XQ系列二位五通电控换向阀（G1/8～G1/2）21-572
7.2.1.9XQ系列三位五通电控换向阀（G1/8～G1/4）21-573
7.2.2二通、三通电磁换向阀21-574
7.2.2.1Q23DI型电磁先导阀（DN1.2～DN3）21-574
7.2.2.23V100系列电磁换向阀（M5～Rc1/8）21-575
7.2.3气控换向阀21-577
7.2.3.13A100系列气控换向阀（M5～Rc1/8）21-577
7.2.3.24A100系列气控换向阀（M5～Rc1/8）21-579
7.2.3.33KA2系列5通气控阀（M5～Rc1/8）21-580
7.2.3.43KA3系列5通气控阀（Rc1/8～Rc1/4）21-581
7.2.3.53KA4系列5通气控阀（Rc1/8～Rc3/8）21-582
7.2.4手控、机控换向阀21-584
7.2.4.1234R8系列四通手动转阀（G1/8～G3/4）21-584
7.2.4.2S3系列机械阀（M5～Rc1/4）21-586
7.2.5单向阀21-588
7.2.5.1KA系列单向阀（DN3～DN25）21-588
7.2.5.2KAB系列可控型单向阀（DN8～DN25）21-589
7.2.6其他方向控制阀21-590
7.2.6.1QS系列梭阀（DN3～DN25）21-590
7.2.6.2KP系列快速排气阀（DN3～DN25）21-591
7.2.6.3KSY系列双压阀（DN3～DN15）21-591
7.2.6.4XQ系列二位三通、二位五通气控延时换向阀（G1/8～G1/4）21-592
7.3流量控制阀21-593
7.3.1QLA系列单向节流阀（DN3～DN25）21-593
7.3.2ASC系列单向节流阀（Rc1/8～Rc1/2）21-595
7.4压力控制阀21-596
7.4.1减压阀21-596
7.4.1.1QAR1000～5000系列空气减压阀（M5～G1）21-596
7.4.1.2QTYA系列空气减压阀（DN3～DN15）21-599
7.4.1.3QPJM2000系列精密减压阀（G1/4）21-600
7.4.2顺序阀21-601
7.5气动管路设备21-601
7.5.1空气过滤器21-601
7.5.1.1QAF1000～5000系列空气过滤器（M5～G1）21-601
7.5.1.2QAFM3000～4000油雾分离器（G1/4～G1/2）21-603
7.5.1.3QAFD3000～4000系列微雾分离器（G1/4～G1/2）21-604
7.5.1.4QAMG3000～4000系列水滴分离器（G1/4～G1/2）21-605
7.5.1.5QSLA系列空气过滤器（DN3～DN15）21-606
7.5.2油雾器21-607
7.5.2.1QAL1000～5000系列空气油雾器（M5～G1）21-607
7.5.2.2QYWA系列油雾器（DN3～DN15）21-609
7.5.3过滤减压阀21-610
7.5.3.1QAW1000～4000系列空气过滤减压阀（M5～G3/4）21-610
7.5.3.2QFLJB系列空气过滤减压阀（DN8～DN25）21-612
7.5.4过滤器、减压阀、油雾器三联件（二联件）21-613
7.5.4.1QAC1000～5000系列空气过滤组合（M5～G1）21-613
7.5.4.2QFLJWA系列三联件（DN3～DN25）21-616
第8章相关技术标准及资料
8.1气动相关技术标准21-618
8.2IP防护等级21-624
8.3关于净化车间及相关受控环境空气等级标准及说明21-625
8.4关于静电的标准及说明21-628
8.5关于防爆的标准21-631
8.6食品包装行业相关标准及说明21-631
8.7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21-635
8.8美国危险品表21-636
8.9危险等级划分表21-637
8.10加拿大危险品表21-637
8.11材料相容性表21-638
参考文献21-640

《现代机械设计手册》第二版单行本共20个分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为：《机械零部件结构设计与忌》《机械制图及精度设计》《机械工程材料》《连接件与紧固件》《轴及其连接件设计》《轴承》《机架、导轨及机械振动设计》《弹簧设计》《机构设计》《机械传动设计》《减速器和变速器》《润滑和密封设计》《液力传动设计》《液压传动与控制设计》《气压传动与控制设计》《智能装备系统设计》《工业机器人系统设计》《疲劳强度可靠性设计》《逆向设计与数字化设计》《创新设计与绿色设计》。
本书为《气压传动与控制设计》，主要介绍了气压传动技术基础、气动系统、气动元件的选型及计算、信号转换装置、高压气动技术和气力输送、气动系统的维护及故障处理、气动元件产品、相关技术标准及资料等。本书可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校相关专业师生参考。