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第1章 气动基础知识 1

1.1 气动技术历史发展与应用 1

1.1.1 气动技术的发展历史 1

1.1.2 气动技术的应用 1

1.2 气动技术的新发展 3

1.2.1 精确化 3

1.2.2 高速化 4

1.2.3 小型化 4

1.2.4 复合化 5

1.2.5 集成化 5

1.2.6 网络化 6

1.2.7 气动机器人和气动机械手 6

1.2.8 真空技术 6

1.2.9 节能、环保与绿色化发展 6

1.3 气动技术的特点 7

1.3.1 气动传动的优点 8

1.3.2 气动传动的缺点 9

1.4 气动技术的一些基本概念 9

1.4.1 常用压力单位 9

1.4.2 气阻及有效断面积 9

1.4.3 标准状态和标准体积 13

1.5 气动系统的基本组成 13

1.6 空气的物理性质 15

1.7 空气的热力学性质 16

1.7.1 理想气体的状态方程 16

1.7.2 热量、功 18

1.7.3 热力学过程 18

1.8 湿空气 20

1.8.1 湿空气对气动系统的影响 20

1.8.2 绝对湿度、相对湿度、露点 20

1.8.3 湿空气的密度 22

1.8.4 压缩空气 22

1.9 气体在管道中的流动特性 24

1.9.1 不可压缩流动 24

1.9.2 可压缩流动 27

1.9.3 变截面管道中的亚音速和超音速流动 30

第2章 气动执行元件 34

2.1 气缸的分类和特点 34

2.2 气缸的工作原理 35

2.2.1 普通气缸 35

2.2.2 组合气缸 38

2.2.3 特殊气缸 40

2.2.4 气爪（手指气缸） 52

2.2.5 摆动气缸 53

2.3 气缸的结构和常用计算方法 56

2.3.1 气缸的主要结构 56

2.3.2 缸筒与端盖的连接方法 59

2.4 常用气缸的计算 60

2.4.1 理论输出力 60

2.4.2 实际输出力 60

2.4.3 负载率α 61

2.4.4 缸径D 61

2.4.5 气缸行程的选择及活塞杆的长度限制和挠度 63

2.4.6 耗气量 64

2.5 气缸的性能 65

2.5.1 气缸的技术指标 65

2.5.2 压力-位移特性 66

2.5.3 气缸的缓冲计算 67

2.6 气缸的选用、使用注意事项 68

2.6.1 气缸的选择要点 68

2.6.2 气缸使用注意事项 68

2.7 气马达 69

2.7.1 气马达的分类和特点 69

2.7.2 气马达的工作原理 70

2.7.3 气马达的特性 73

2.8 气动肌肉 76

第3章 气动控制阀 78

3.1 气动控制阀的分类 78

3.2 压力控制阀 78

3.2.1 减压阀 79

3.2.2 顺序阀 85

3.2.3 溢流阀（安全阀） 85

3.3 流量控制阀 88

3.3.1 流量控制原理 88

3.3.2 普通节流阀 88

3.3.3 单向节流阀 90

3.3.4 排气节流阀 90

3.3.5 节流阀的选择与使用 90

3.4 方向控制阀 91

3.4.1 方向控制阀的分类 91

3.4.2 气动控制阀的结构特性 94

3.4.3 方向控制阀的通口数和换向机能 98

3.4.4 电磁换向阀 100

3.4.5 气控换向阀 105

3.4.6 机械控制或人力控制方向换向阀 110

3.4.7 单向型方向阀 113

3.5 阀岛 115

3.5.1 带多针接口的阀岛 116

3.5.2 带现场总线的阀岛 116

3.5.3 可编程阀岛 117

3.5.4 模块式阀岛 117

第4章 气动能源及气动辅助元件 119

4.1 气源装置概述 119

4.1.1 气源系统的组成 119

4.1.2 气动系统对压缩空气质量的要求 120

4.1.3 空气压缩机 120

4.1.4 气动装置的耗气量及压气机站机组容量的选择 124

4.2 空气净化设备 125

4.2.1 后冷却器 125

4.2.2 主路过滤器、油水分离器及空气过滤器 126

4.2.3 干燥器 129

4.2.4 自动排水器 132

4.3 油雾器 132

4.3.1 油雾器的工作原理 133

4.3.2 油雾器的性能指标 134

4.3.3 油雾器的选择和使用注意事项 134

4.4 储气罐 135

4.5 消声器 136

4.6 压缩空气的输送管道分类和配管方式 137

4.6.1 气动系统的管路分类 137

4.6.2 主管路配管方式 138

4.6.3 配管注意事项 139

4.7 管路、管路连接件和附件 140

4.7.1 气动管路 140

4.7.2 管路的连接方式 141

4.7.3 管路接头 141

4.7.4 软管接头 142

4.7.5 使用注意事项 144

4.7.6 压缩空气主管道尺寸的计算 144

4.7.7 螺纹连接及管路连接的选择和评定标准 144

第5章 气动转换元件及比例阀 146

5.1 气动位置传感器 146

5.1.1 背压式传感器（气障式） 146

5.1.2 反射式传感器 147

5.1.3 遮断式传感器（气栅式传感器） 148

5.1.4 对冲式传感器 149

5.1.5 负压式传感器 150

5.1.6 涡流式探头 151

5.1.7 超声波探头 151

5.2 气动放大器 152

5.2.1 膜片式气动放大器 152

5.2.2 滑柱式气动放大器 153

5.2.3 膜片滑块式放大器 154

5.2.4 泄气型气动放大器 154

5.2.5 膜片-滑阀式气动放大器 154

5.2.6 膜片式比例放大器 154

5.2.7 对冲式放大器 155

5.3 气动测量的应用 157

5.3.1 流速式气动测量原理 157

5.3.2 流量式气动测量原理 157

5.3.3 力式气动测量原理 158

5.3.4 滑阀叠合量（搭接量）测量原理 159

5.3.5 气桥法测量线径 161

5.3.6 位置伺服系统测量工件尺寸 161

5.3.7 工件尺寸分选装置 162

5.4 气-液转换器 162

5.4.1 气-液转换器的结构 162

5.4.2 气-液转换器的选择使用 162

5.5 电-气转换器 164

5.6 气-电转换器 164

5.6.1 干簧管式气-电转换器 165

5.6.2 膜片式气-电转换器 165

5.7 压力开关 166

5.7.1 高低压控制器 166

5.7.2 可调压力开关 167

5.7.3 多用途压力开关 168

5.8 气动变送器 169

5.8.1 差压变送器 169

5.8.2 比值器 171

5.8.3 压力变送器 172

5.9 气动显示器 172

5.1 0气动比例阀 173

5.1 0.1 气动比例阀的分类 173

5.1 0.2 比例压力阀 174

5.1 0.3 比例流量阀 179

5.1 0.4 电／气比例阀的选择 181

第6章 真空元件 182

6.1 概述 182

6.1.1 真空度 182

6.1.2 真空发生系统的特点及其应用 182

6.2 真空泵 184

6.3 真空发生器 185

6.3.1 普通真空发生器工作原理 185

6.3.2 真空发生器的结构 187

6.3.3 带喷射开关的真空发生器 187

6.3.4 组合真空发生器 187

6.3.5 真空发生器的性能 188

6.4 真空吸盘 189

6.4.1 真空吸盘的结构 189

6.4.2 真空吸盘的吸力计算 190

6.5 真空用气阀 191

6.5.1 真空电磁阀 191

6.5.2 减压阀 191

6.5.3 换向阀 193

6.5.4 节流阀 194

6.5.5 单向阀 194

6.5.6 真空安全阀 194

6.5.7 真空顺序阀 194

6.6 真空开关 196

6.7 真空过滤器 197

6.8 真空元件的选定 197

6.8.1 吸盘的选定 197

6.8.2 真空发生器及真空切换阀的选定 198

6.9 使用注意事项 200

第7章 逻辑代数与逻辑控制系统 202

7.1 概述 202

7.2 逻辑代数 202

7.2.1 基本逻辑运算及其恒等式 202

7.2.2 基本定律 203

7.2.3 形式定律 203

7.2.4 逻辑运算规则和对偶定理 204

7.3 逻辑函数、真值表和基本逻辑门 204

7.3.1 逻辑函数 204

7.3.2 真值表 204

7.3.3 基本逻辑门 205

7.4 逻辑图 206

7.5 逻辑代数法设计逻辑线路 206

7.5.1 逻辑函数的标准形式（与-或式和或-与式） 207

7.5.2 逻辑函数的公式法化简 208

7.5.3 用真值表求逻辑函数的最简式 209

7.6 卡诺图法设计逻辑线路 211

7.6.1 用卡诺图化简逻辑函数 211

7.6.2 卡诺图法在逻辑线路设计中的应用 213

第8章 行程程序控制系统 217

8.1 概述 217

8.2 电气-气动控制系统 218

8.2.1 是门电路（YES） 218

8.2.2 或门电路（OR） 218

8.2.3 与门电路（AND） 219

8.2.4 自保持电路 219

8.2.5 互锁电路 219

8.2.6 延时电路 219

8.2.7 直接控制和间接控制电路 220

8.2.8 计数电路 220

8.3 行程程序回路设计的最主要矛盾——障碍信号 221

8.4 X-D状态线图 223

8.4.1 X-D状态线图图框的画法 223

8.4.2 动作状态线（D线）的画法 224

8.4.3 信号线（X线）的画法 224

8.5 障碍信号的判别及其消除 225

8.5.1 障碍信号的判别 225

8.5.2 障碍信号的消除 225

8.6 串级法消除障碍 229

8.7 单往复回路的设计 231

8.7.1 X-D状态线图 232

8.7.2 电气控制线路图 235

8.7.3 单控主控阀控制回路的设计方法 236

8.7.4 程序控制线图法 240

8.8 多往复回路的设计 244

8.8.1 多往复运动的特点和处理方法 244

8.8.2 多往复程序的信号-动作状态线图的画法 244

8.9 选择行程控制回路的设计 247

8.9.1 自动选择程序 247

8.9.2 人工预选程序 249

第9章 气动伺服阀的一般分析 252

9.1 气动伺服阀的分类 252

9.1.1 气动滑阀 252

9.1.2 喷嘴-挡板阀 254

9.1.3 射流管阀 254

9.1.4 开关阀 255

9.2 气动伺服阀压力-流量特性的一般分析 256

9.2.1 基本假设 256

9.2.2 串联节流器的无量纲流量特性 256

9.2.3 两串联节流器流动状态的可能组合 259

9.2.4 气动伺服阀压力-流量特性的一般方程 260

9.3 阀的压力特性、起始压力和压力灵敏度 263

9.3.1 压力特性 263

9.3.2 起始压力 265

9.3.3 压力灵敏度 267

9.4 阀的流量特性和流量放大系数 269

9.5 压力-流量特性的线性化、阀系数 270

9.6 阀的耗气量、输出功率及效率 272

9.7 气缸腔内工作过程的动态分析 273

9.8 三通阀的分析 275

9.8.1 压力-流量特性 276

9.8.2 阀系数 278

9.8.3 无量纲功率特性 279

9.8.4 气缸工作腔内动态过程的分析 282

9.8.5 三通阀控缸负载装置分析 282

9.9 电／气伺服阀 284

9.9.1 电／气伺服阀的分类 284

9.9.2 喷嘴-挡板型伺服阀 284

9.9.3 直动式电反馈气动伺服阀 285

第10章 气动伺服系统 288

10.1 射流管式舵机的性能分析 288

10.1.1 系统介绍 288

10.1.2 系统的数学模型 289

10.2 脉宽调制差动缸气动伺服系统 299

10.2.1 脉宽调制系统简介 299

10.2.2 PWM线性化舵机系统 301

10.2.3 PWM线性化气动舵机的数学模型 303

10.2.4 系统载波频率的选择 307

10.3 双作用气缸PWM线性化系统分析 309

10.3.1 控制器及开关阀的数学模型 310

10.3.2 阀缸部分数学模型 311

10.3.3 起始压力的求法 312

10.3.4 线性化模型 313

10.3.5 PWM线性化的阀系数的求解 315

第11章 气动回路 317

11.1 概述 317

11.2 基本回路 317

11.2.1 供给回路 317

11.2.2 排出回路 318

11.2.3 气动换向回路 319

11.2.4 差动回路 320

11.2.5 气马达回路 321

11.3 功能回路 321

11.3.1 力控制回路 321

11.3.2 转矩控制回路 322

11.3.3 速度控制回路 325

11.3.4 间接控制 328

11.3.5 气液联动速度控制回路 328

11.3.6 变速回路 329

11.3.7 缓冲回路 329

11.3.8 位置（角度）控制回路 331

11.4 气动逻辑回路 336

11.5 应用回路 337

11.5.1 增压回路 337

11.5.2 冲压回路 338

11.5.3 往复回路 339

11.5.4 气缸同步动作回路 341

11.5.5 张力控制回路 342

11.5.6 平衡回路 343

11.5.7 节能回路 344

11.5.8 往复（振荡）回路 345

11.5.9 安全保护回路 345

11.5.1 0真空回路 351

11.5.1 1特殊回路 353

11.6 其他回路 353

11.6.1 气动放大器应用回路 353

11.6.2 自保持控制回路 353

11.6.3 中途停止回路 353

第12章 气动系统的设计 355

12.1 设计概述 355

12.2 气动断续控制系统的设计 358

12.2.1 气动断续控制系统的设计步骤 358

12.2.2 设计举例 362

12.3 电气-气动程序回路设计 371

12.3.1 用直觉法（经验法）设计电气回路图 371

12.3.2 用串级法设计电气回路图 376

参考文献 385

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