一、动工具原理简介
气动工具由于具有:
1、可以使用于爆炸性、腐蚀性、高温及潮湿的工作环境中;
2、可超负荷操作而不致使马达烧毁;
3、结构简单、坚固耐用、维护相对容易;
4、输出扭矩大、重量轻、效率高;
5、可实现无级调速,以及可产生旋转、往复及冲击运动;
等优点,而被广泛的应用于现代机械制造、船舶制造、汽车制造等许多领域,特别是在汽车制造业,广泛应用在整车生产过程中的打磨、抛光、喷涂、装配等工况,是现代汽车批量大规模生产不可缺少的重要工装设备之一,而由于在汽车制造业中,整车装配近90%的联接形式采用螺纹联接,因此气动拧紧工具在整车装配中应用特别广泛。
从广义上讲,气动工具主要是利用压缩空气带动气动马达而对外输出动能工作的一种工具,一般气动工具主要由动力输出部分、作业形式转化部分、进排气路部分、运作开启与停止控制部分、工具壳体等主体部分,当然气动工具运作还必须有能源供给部分、空气过滤与气压调节部分以及工具附件等。
1、动力输出部分:它是气动工具主要组成部件之一,主要有气动马达及动力输出齿轮组成,它依靠高压力的压缩空气吹动马达叶片而使马达转子转动,对外输出旋转运动,并通过齿轮带动整个作业形式转化部分运动。按定子与转子是否同心,气动马气动马达可分为同心马达和偏心马达,按进气孔的数量多少,可分为单进气孔马达、双进气孔马达和多进气孔马达等。无论是何种形式的气动马达,都是依靠压缩空气吹动马达叶片带动转子旋转的,马达叶片在高速旋转时,时刻与定子内壁发生摩擦,它是马达内最为常见的易损部件,因而它对压缩空气的质量和压缩空气中是否含润滑油分子要求很高;
2、作业形式转化部分:它主要是将马达输出的旋转运动进行相应的转化。在汽车制造业中,由于以螺纹联接的方式甚多,大部分是旋转运动,当然也有直线往复运动。对于不同类型的气动工具,作业形式转化部分主要分为机械式离合器及行星齿轮组、摩擦片式离合器及行星齿轮组、液压油缸、扭力杆及锤打块组等。以上部件均以旋转运动为基础的重要部件,它决定着该气动拧紧工具的扭力大小、转速快慢、拧紧精度等重要参数,由于它不停的离合、受压或扭矩转变,故它的组成部件易受损坏;
3、进排气路部分:显而易见,进排气路部分是压缩空气进出的相关通道,是保障马达正常运动的能源供给系统;
4、运动开启与停止控制部分,即通常所述的气动开关,由于它时刻和操作人员及外界物体直接接触,且多工程塑料制品,故易出现损坏;
5、能源供给部分:压缩空气主要是空压机将大气进行压缩后而形成的,由压缩空气管道输送至相关的用气电,且呈脉动状;
6、空气过滤及气压调节部分:由于压缩空气通常是通过无缝钢管制造的管道进行输送的,在长期使用时,其内壁的锈蚀物、压缩空气中的水分、粉尘等将不断形成。若这样的压缩空气不进行任何处理,直接进入气动马达,则将导致马达寿命大大缩短,从而致使整把工具动力输出不足、且不稳定,易造成马达等零部件连环损坏的现象,为此在由管道输送的压缩空气至气动工具之间,必须设置压缩空气过滤、调节装置,气动三联件承担了该项任务。气动三联件主要由气压表、过滤器、油雾器、调压器等部分组成,其中过滤器中内置滤芯,在使用一段时间后要进行维护清洗、定期更换;
7、工具附件:这里的工具附件是指安装在气动工具本体上直接与工件直接接触的工具,气动三联件承担了该项任务。气动三联件主要由气压表、过滤器、油雾器、调压器等部分组成,其中过滤器中内置滤芯,在使用一段时间后要进行维护清洗、定期更换;这样的压缩空气不进行任何处理,直接进入气动马达,则将导致马达寿命大大缩短,从而致使整把工具动力输出不足、且不稳定,易造成马达等零部件连环损坏的现象,为此在由管道输送的压缩空气至气动工具之间,必须设置压缩空气过滤、调节装置,包括各类气动套筒、接杆、转换接头、刀头等;
上述各部分相互依存、相互制约、不能单独孤立存在实现作业。
1、先找几本气动技术的入门教材书看看,推荐SMC的现代实用气动技术一书,是比较通俗易懂和全面的,弄清楚几个主要的气动元件组成,比如过滤器,电磁阀、气缸,了解用途、外形、大致分类,不需要看理论与计算部分。
2、查看实物,在经销商或者工厂里看看气动元件是什么样子,重点关注常用的原件,逐渐形成气动系统的观念。
3、扩大知识面,开始了解一些市场常用型号,尝试选配简单的气动元件,比如气缸多大,电磁阀要多大之类的。
4、接下来就是自己的知识的积累了,通过工作中接触与自己的学习,逐渐的懂得多起来,了解越来越深,知识越来越细,这靠时间。
《SMC的现代实用气动技术》是SMC与北京理工大学合作编写的,作为高校与中专的教材使用,针对的是没有基础的学员,几乎包含了所有的气动知识,当然产品以SMC 的型号为主,讲解结构与使用知识,但是SMC的产品最具代表性,品种最多,同时不同品牌的元件的结构原理大同小异,有这一本书可以在理论方面学得比较完善。
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气动元件通过气体的压强或膨胀产生的力来做功的元件,即将压缩空气的弹性能量转换为动能的机件。
如气缸、气动马达、蒸汽机等。气动元件是一种动力传动形式,亦为能量转换装置,利用气体压力来传递能量,气动元件的优点:1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。
介质为空气,较之液压介质来说不易燃烧,故使用安全,2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单,不污染环境,成本低,3、输出力以及工作速度的调节非常容易。
气缸的动作速度一般小于1M/S,比液压和电气方式的动作速度快,4、可靠性高,使用寿命长。 电器元件的有效动作次数约为百万次,而一般电磁阀的寿命大于3000万次,某些质量好的阀超过2亿次,5、利用空气的压缩性,可贮存能量,实现集中供气。
可短时间释放能量,以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。
对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下,可使气动装置有自保持能力,6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。
与液压方式相比,气动方式可在高温场合使用,7、由于空气流动损失小,压缩空气可集中供应,远距离输送。
气压是气体分子不断运动、碰撞产生的压力,公式参考
PV=NRT
P为压强,单位N/M^2
V为气体体积,单位M^3
N为气体物质的量单位MOL
R为常数,8.314
T为气体温度
可见气体压强与V,N,T有关
但这只适用于压强均匀的气体(即重力对压强影响忽略的气体)
理想气体状态方程
理想气体状态方程(ideal gas,equation of state of),描述理想气体状态变化规律的方程。质量为M的理想气体,其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为ρV=MRT/μ=νRT
式中μ和v分别是理想气体的摩尔质量和摩尔数;R是气体常量。对于混合理想气体,其压强p是各组成部分的分压强p1、p2、……之和,故
pV=( p1+ p2+……)V=(v1+v2+……)RT,式中v1、v2、……是各组成部分的摩尔数。
以上两式是理想气体和混合理想气体的状态方程,可由理想气体严格遵循的气体实验定律得出,也可根据理想气体的微观模型,由气体动理论导出。在压强为几个大气压以下时,各种实际气体近似遵循理想气体状态方程,压强越低,符合越好,在压强趋于零的极限下,严格遵循。
公式
pV=nRT(克拉伯龙方程)
p为气体压强,单位Pa。V为气体体积,单位m3。n为气体的物质的量,单位mol,T为体系温度,单位K。
R为比例系数,数值不同状况下有所不同,单位是J/(mol·K)
推导
经验定律
(1)Boyle定律
当n,T一定时 V,p成反比,即V∝(1/p)①
(2)Charles---Gay·Lussac定律
当n,p一定时 V,T成正比,即V∝T ②
(3)Avogadro定律
当T,p一定时 V,n成正比,即V∝n ③
由①②③得
V∝(nT/p) ④
将④加上比例系数R得
V=(nRT)/p 即pV=nRT
只要是气体方面的都可以用这个方程解答的 对于高中知识来说
1 气动行业的现状 1。
1 经济运行态势良好,生产经营稳步上升 我国气动行业通过产品结构调整,改善经营管理,自20世纪90年代后期开始,一直保持着良好的经济运行态势,生产稳步、持 续增长。近年来气动行业销售收入增长情况,如图所示。
据中国液压气动密封件工业协会2002年对气动行业55个主要企业统计,各项经济指标完成情况见下表。 1。
2 气动技术应用领域逐渐扩大,新产品不断涌现 国产气动元件的发展经历着联合设计、技术引进和自主开发三个阶段。近几年根据市场需求,开发了很多新产品,通用的气动元件有:椭圆缸筒气缸、平行双杆气缸、多级伸缩气缸、新型气液阻尼气缸、节能增压缸、振动缸、新型夹紧气缸、气控先导减压阀等;特殊用途的气动元件有:汽车尾气净化系统、环保汽车燃气系统、电力机车受电弓升降气控系统、汽车刹车气控电磁阀、高速列车喷脂用电磁阀、纺织和印刷用高频电磁阀、铁路扳道专用气缸、石油天然气管道阀门专用气缸、铝镁行业专用气缸、木工机械专用气缸、彩色水泥瓦气控生产线等等。
这些产品的开发和应用,扩大了气动产品的应用领域,也为企业带来了良好的经济效益。 新产品正在向高新技术发展,例如高频电磁阀,工作频率为10~30Hz,最高可达40Hz,耐久性? 3亿次,接近国际水平;气电转换器的开发,为实现气电反馈控制奠定了基础,将气动技术提高到新水平。
新产品开发中,新技术、新材料和新工艺被愈来愈多的采用,如工业陶瓷在气阀上的应用,大大提高了阀的技术性能、工作可靠性和使用寿命。 1。
3 企业技术装备水平和产品质量普遍提高 据不完全统计,近几年气动专业分会40余个会员单位进行了不同程度的技术改造,提高了装备水平,数控机床等先进设备得到普及。 建立质量保证体系是近几年改进企业管理的重点。
会员单位中大多数企业已通过了ISO9000质量管理体系认证。不少国产气动元件的内在质量和外观质量已接近国外水平。
在标准方面,2003年标准化委员会气动分标委上报了6项国家标准制定计划,其中2项获国家标准化管理委员会批准立项。 气动分标委还积极参与了ISO国际标准化组织下达的工作,两年来对5项国际标准草案进行了翻译、审核、投票等,还对所有与气动相关的行业标准、国家标准和国际标准进行了清理,公布了现行有效的标准目录,有助于各企业贯彻标准和向国际标准转化。
1。4 企业改制增添了活力,民营企业正在壮大 统计数据表明,行业中由国有企业转制为股份制的企业,经历了一段时间改革调整,大都增添了新的活力,2002年产值、工业增加值、销售收入和利润,与上年同期相比,都有大幅度增长。
近几年外资企业迅速增长,它们的规模、产值、销售、利润、技术水平等在行业中起着越来越重要的领先作用。 1。
5 企业改革逐步深入,管理水平进一步提高 在激烈的市场竞争中, 企业重新研究了市场定位,在调整产品结构、改进工艺流程、加强成本管理等方面取得了较大进展。 一些企业加强了物资采购和协作加工管理,实行目标成本管理,有利于保证质量,降低成本。
有的企业已开始实施ERP管理。 2 行业发展形势展望 2。
1 行业结构将作重大调整 继日本SMC公司先后投资3亿美元建厂之后,台湾亚德客公司首批投资5000万元在大陆建立气动元件生产厂,并将进一步扩大。 这种趋势的发展,有可能使中国逐渐成为世界气动元件的加工基地之一。
在国家扩大对外开放方针指引下,将加速吸引外资,同时会带进各种自动化程度较高的生产装备,它会促进国内气动市场的开拓,又将吸引更多的国外气动公司来华投资,形成一个良性循环。 外资企业的增多将带来行业结构的重大调整。
现有的小型企业,有些会发展成为有一定实力的企业,产品有特色,占领着若干市场领地;有些企业经重组,成为大中型企业提供配套的零部件加工厂;配套件生产厂将成为行业中一支劲旅,专业化程度将更高,如线圈、活塞杆、缸筒、活塞、端盖、气缸安装件、杆端连接件、阀芯、阀体、滤芯、壳体、弹簧、膜片等都将实现专业生产,做到质优价廉,且出口前景广阔。 也有些企业在市场竞争中会转产或被淘汰。
行业结构的调整,必然带来经济的持续发展,预计至2010年我国大陆的气动产品产值(包括外资企业)将达到50亿元,年均增长率约15%左右。 2。
2 国产元件的性能和质量进一步提高 气动元件新开发的产品大都具有较高水平,它显示了行业的技术人才和工艺装备等水平的提高,为今后的产品开发奠定了基础。 随着国家工业化和自动化的发展,今后若干年内,在国家支持下,有实力的企业将陆续开发适应气动技术发展的新产品,如气机电一体化的产品与系统,快响应、高寿命的气动元件,较大流量膜式精密过滤器,先进接线技术的集成阀,带传感器和逻辑回路的组合元件以及能充分发挥气压特性的产品等。
随着压延、拉拔、铸造、机械加工、清洗去毛刺、装配和检测等技术水平的提高,气动元件的外观和内在质量也将不断提高。工业陶瓷、高性能软磁铁、塑封新材料已在新产品上使用。
今后新材料的应用会越来越多,促使国产电磁阀等元件的性能、质量和工。
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