現代機械設計手冊：單行本氣壓傳動與控制設計（第二版）

一部順應“中國製造2025”智慧裝備新要求、技術先進、資料可靠的現代化機械設計工具書，從新時代機械設計人員的實際需求出發，追求現代感，兼顧實用性、通用性，準確性，涵蓋了各種常規和通用的機械設計技術資料，貫徹了新的國家及行業標準，推薦了國內外先進、智慧、節能、通用的產品。
 

第21篇  氣壓傳動與控制設計

第1章氣壓傳動技術基礎

1.1氣動系統的特點及構成21-3

1.2空氣的性質21-6

1.2.1空氣在不同壓力和溫度下的密度21-6

1.2.2幹空氣的物理特性參數21-9

1.2.3加在十次方倍數前面的序數21-10

1.2.4不同應用技術所使用的壓力（物理、氣象、氣動、真空）21-11

1.2.5氣動常用單位之間的換算關係21-11

1.2.6不同海拔高度氣體的壓力和溫度21-12

1.2.7空氣含濕量、溫度與密度的關係21-13

1.2.8空氣中水飽和值——露點21-15

1.3氣體的基本熱力學與動力學規律21-19

1.3.1氣體的狀態變化及其熱力學過程21-19

1.3.2氣體的基本動力學規律21-20

1.3.3氣體通過收縮噴嘴或小孔的流動21-20

1.3.4容器的充氣和放氣特性21-21

1.3.5氣阻和氣容的特性及計算21-23

1.3.6管路的壓力損失21-24

1.3.7由於管路配件引起的壓力損失21-26

1.3.8由於管道摩擦引起的壓力損失21-26

1.3.9通過孔口的流量21-26

1.3.10氣動元件的簡化計算模型21-27

1.3.11測定b和C值21-28

1.3.12氣動元件的連接21-29

1.3.13日本管道JIS和美國管道NPT尺寸的轉換21-30

1.4氣動技術常用術語及圖形符號21-31

1.4.1氣動技術常用術語21-31

1.4.2氣動技術圖形符號21-31

1.5氣動技術基礎事項21-52

1.5.1氣動元件及系統公稱壓力系列21-52

1.5.2氣動元件的流通能力的表示方法21-52

1.5.2.1氣動元件流量特性的測定21-52

1.5.2.2氣動元件流通能力的其他表示方法21-55

1.5.3空氣的品質21-56

1.5.3.1壓縮空氣的品質分級與應用場合21-56

1.5.3.2各種應用場合對空氣品質的要求21-57

1.5.3.3空氣中的雜質對氣動元件的影響21-57

1.5.3.4ISO 8573-1：2010空氣品質標準21-58

1.5.4密封21-58

1.5.5氣動元件氣口螺紋21-60

1.6氣動技術常用計算公式和圖表21-65



第2章氣動系統

2.1氣動基本回路21-67

2.1.1換向回路21-67

2.1.2速度控制回路21-69

2.1.3壓力與力控制回路21-70

2.1.4位置控制回路21-73

2.2典型應用回路21-75

2.2.1同步回路21-75

2.2.2延時回路21-76

2.2.3自動往復回路21-76

2.2.4防止啟動飛出回路21-77

2.2.5防止落下回路21-78

2.2.6緩衝回路21-78

2.2.7真空回路21-79

2.2.8基本邏輯回路21-80

2.2.9其他回路21-84

2.2.10應用舉例21-90

2.3氣動系統的控制21-103

2.3.1DIN 19226標準給出的控制系統類型21-103

2.3.2根據資訊的表示形式和信號處理形式的不同來分類的控制系統21-103

2.3.3根據信號處理形式的不同來分類的控制系統21-103

2.3.4根據有否回饋來分類的控制系統21-103

2.3.5監控21-104

2.3.6氣動順序控制系統21-105

2.3.7繼電器控制系統21-106

2.3.7.1常用繼電器控制電路21-106

2.3.7.2典型的繼電器控制氣動回路21-108

2.3.8可程式設計控制器控制系統21-112

2.3.8.1可程式設計控制器的組成21-112

2.3.8.2可程式設計控制器工作原理21-113

2.3.8.3可程式設計控制器常用程式設計指令21-114

2.3.8.4控制系統設計步驟21-116

2.3.8.5控制系統設計舉例21-117

2.3.9全氣動控制系統21-118

2.3.9.1梯形圖符號集21-118

2.3.9.2設計流程21-120

2.3.9.3基本回路21-121

2.3.9.4應用回路21-121

2.3.9.5應用實例21-129

2.3.10電腦數位控制系統CNC21-129

2.3.11機器人控制系統RC21-129

2.3.12氣動非時序邏輯系統設計21-129

2.3.13設計舉例21-130

2.3.13.1用公式法化簡邏輯函數21-130

2.3.13.2應用坎諾圖化簡邏輯函數21-131

2.4氣動系統自動化21-132

2.4.1快速步進器21-132

2.4.1.1雙手控制模組21-132

2.4.1.2氣動計數器21-134

2.4.1.3氣動計時器21-134

2.4.1.4電氣計數器21-135

2.4.1.5差壓調節器21-135

2.4.1.6氣動繼電器21-135

2.4.1.7單噴嘴擋板放大器21-136

2.4.2伺服定位系統21-136

2.4.2.1帶有位移感測器的驅動器21-136

2.4.2.2軸控制器21-136

2.4.3抓取系統21-136

2.4.3.1抓取模組21-136

2.4.3.2笛卡兒系統21-137

2.4.3.3平行運動系統21-137

2.4.3.4控制器21-137

2.4.4氣動自動化輔件21-138



第3章氣動元件的選型及計算

3.1氣源設備21-144

3.1.1空氣壓縮機21-144

3.1.2後冷卻器21-150

3.1.3主管道篩檢程式21-150

3.1.4儲氣罐21-151

3.1.5乾燥器21-152

3.1.6自動排水器21-154

3.2氣動執行元件21-155

3.2.1氣動執行元件的分類21-155

3.2.2氣缸21-157

3.2.2.1氣缸的分類21-157

3.2.2.2氣缸的常用安裝方式21-161

3.2.2.3氣缸的結構21-162

3.2.2.4氣缸特性21-178

3.2.2.5理論出力表21-180

3.2.2.6無杆氣缸的轉矩限制21-183

3.2.2.7負載比（工作壓力5bar，摩擦因數0.01、0.2）21-183

3.2.2.8氣缸品質（工作壓力5bar，負載比85%，氣缸直徑25～100mm）21-184

3.2.2.9每100mm行程雙作用氣缸的空氣消耗量（修正了絕熱過程的損失）21-184

3.2.2.10雙作用氣缸從20～100mm缸徑的理論耗氣量(100mm行程時)21-185

3.2.2.11雙作用氣缸20～100mm缸徑時的實際流量21-185

3.2.2.12氣缸的壓杆穩定計算21-185

3.2.2.13氣缸相關標準選摘21-187

3.2.2.14氣缸的選擇21-190

3.2.3氣馬達21-190

3.2.3.1氣馬達與液壓馬達和電動機的比較21-190

3.2.3.2氣馬達、液壓馬達和電機的功率品質比與功率體積比21-193

3.2.3.3各種形狀物體的轉動慣量計算公式21-193

3.2.3.4計算換算到馬達軸的負載轉矩21-195

3.2.3.5氣馬達的結構原理及特性21-195

3.2.3.6氣馬達的特點21-198

3.2.3.7氣馬達的選擇和特性21-198

3.2.3.8氣馬達回路21-200

3.2.4擺動氣缸21-202

3.2.5氣爪21-202

3.2.5.1氣爪分類21-203

3.2.5.2氣爪受力計算21-204

3.2.5.3氣爪使用注意事項21-205

3.2.5.4SMC公司氣爪的選定21-208

3.2.6氣動人工肌肉21-212

3.2.6.1氣動人工肌肉的分類21-212

3.2.6.2氣動人工肌肉的特性21-218

3.2.6.3氣動人工肌肉的研究方向與應用21-218

3.2.7氣動機構21-219

3.2.7.1滑動機構21-219

3.2.7.2滾動機構21-219

3.2.7.3連杆機構21-221

3.2.7.4阻擋機構21-231

3.2.7.5連杆增力機構21-231

3.2.7.6氣動擴力機構21-234

3.2.7.7升降臺21-235

3.2.7.8用氣動缸驅動的繩索機構21-237

3.2.7.9使用齒輪齒條的直線運動機構21-242

3.2.7.10使用回轉式執行機構的擺動運動機構21-242

3.2.7.11使用回轉式執行機構的回轉運動機構21-243

3.2.7.12使用擺動或回轉馬達的直線運動機構21-243

3.2.7.13使用直線式氣動缸的回轉運動機構21-244

3.3氣動控制元件21-244

3.3.1方向控制閥21-244

3.3.1.1換向閥21-244

3.3.1.2其他方向控制閥21-253

3.3.1.3閥島21-254

3.3.2壓力控制閥21-258

3.3.2.1減壓閥21-258

3.3.2.2安全閥21-264

3.3.2.3增壓閥21-265

3.3.3流量控制閥（節流閥）21-265

3.3.3.1流量控制閥的分類、結構和工作原理21-266

3.3.3.2節流閥的典型流量特性21-268

3.3.3.3節流閥的選擇21-268

3.4氣動管路設備及氣動附件21-268

3.4.1篩檢程式21-268

3.4.2油霧器21-271

3.4.3氣源處理三聯件和二聯件21-271

3.4.4管接頭21-272

3.4.5氣動視覺指示器21-273

3.4.6二位二通螺紋插裝閥（單向閥）21-273

3.4.7鎖定閥21-273

3.4.8儲氣罐充氣閥21-275

3.4.9呼吸器21-275

3.4.10自動排水器21-275

3.4.11快速排氣閥21-275

3.4.12典型的梭閥21-276

3.4.13自動電氣排水閥21-277

3.4.14氣管21-277

3.4.14.1氣動管道的尺寸21-277

3.4.14.2氣動管道允許的最高工作壓力和最小彎曲半徑21-278

3.4.14.3壓力與溫度轉換係數21-278

3.4.15消聲器21-279

3.4.16油壓緩衝器21-279

3.5真空元件及真空系統21-283

3.5.1空壓機和真空泵的分類21-283

3.5.2壓力等級和術語21-284

3.5.3真空系統的構成、分類及應用21-284

3.5.3.1真空範圍與應用21-284

3.5.3.2通過孔口的真空流量21-285

3.5.3.3常用的真空度量單位21-285

3.5.3.4壓力系統和真空系統原理對照21-287

3.5.3.5可用的組合式壓縮機/真空泵系統21-287

3.5.3.6真空泵與真空發生器的特點21-287

3.5.3.7真空泵的分類21-288

3.5.3.8真空泵的性能21-288

3.5.3.9真空泵的選擇21-290

3.5.3.10真空泵的正確使用與保養要點21-293

3.5.4真空系統的構成、分類及應用21-293

3.5.5真空發生器21-295

3.5.6真空吸盤21-298

3.5.7真空輔件和真空系統21-301

3.6氣動比例（伺服）控制元件21-306

3.6.1氣動比例（伺服）控制系統21-306

3.6.2氣動比例（伺服）閥21-308

3.6.2.1氣動比例（伺服）閥的分類21-308

3.6.2.2氣動比例（伺服）閥的主要構成部件及其工作原理21-309

3.6.2.3典型電-氣比例閥21-314

3.6.3氣動比例（伺服）系統應用舉例21-319

3.6.4電氣比例閥用控制器21-320

3.6.5電氣比例定位器21-322

3.6.6電氣比例變換器21-323

3.6.7終端定位模組與電子末端定位軟停止控制器21-325

3.7安全氣動系統新元件21-326

3.7.1軟啟動泄氣閥21-326

3.7.2接頭型截止閥21-326

3.7.3氣動保險絲21-326

3.7.4自卸空安全快速接頭21-328

3.7.5雙手控制裝置21-328

3.7.6鎖定閥21-330

3.7.7速度控制閥（帶殘壓釋放閥）21-331

3.7.8緩慢啟動電磁閥減速閥（外部先導式電磁閥）21-331

3.8氣動邏輯元件21-332

3.8.1基本邏輯門21-332

3.8.2邏輯單元的性能、結構和工作原理21-332

3.8.3常用邏輯元件21-338

3.8.3.1截止式邏輯元件21-338

3.8.3.2膜片式邏輯元件21-344

3.8.3.3滑閥式邏輯元件21-346

3.8.3.4順序控制單元21-349

3.8.3.5氣動邏輯元件的性能及使用21-350

3.8.3.6氣動邏輯控制的選擇21-352

3.8.3.7氣動邏輯元件產品（park公司）21-354



第4章信號轉換裝置

4.1氣-電轉換器21-356

4.1.1幹簧管式氣-電轉換器21-356

4.1.2膜片式氣-電轉換器21-356

4.1.3壓力開關21-357

4.1.3.1高低壓控制器21-357

4.1.3.2可調壓力開關21-358

4.1.3.3多用途壓力開關21-358

4.2電-氣轉換器21-359

4.3氣-液轉換器21-359

4.3.1工作原理21-359

4.3.2選用21-361

4.3.3使用注意事項21-362

4.4氣-液元件21-364

4.4.1氣-液阻尼缸21-364

4.4.2氣-液增壓缸21-367



第5章高壓氣動技術和氣力輸送

5.1高壓氣動技術21-369

5.1.1高壓壓縮空氣的主要來源21-369

5.1.2高壓氣動元件和輔件21-370

5.1.3使用高壓氣動時注意問題21-376

5.1.4高壓氣動技術的應用21-376

5.2氣力輸送21-379

5.2.1氣力輸送的特點21-379

5.2.2氣力輸送裝置的型式21-379

5.2.3氣力輸送裝置的主要設備21-383

5.2.3.1供料器21-383

5.2.3.2輸料管道、管件21-385

5.2.3.3分離器（卸料器）21-386

5.2.3.4閉風器21-388

5.2.3.5除塵器21-388

5.2.3.6氣源機械21-388

5.2.3.7消聲器21-388

5.2.4氣力輸送的應用21-388



第6章氣動系統的維護及故障處理

6.1維護保養21-390

6.2維護工作內容21-392

6.3故障診斷與對策21-393

6.4常見故障及其對策21-395

6.5氣動系統的雜訊控制21-400

6.5.1往復壓縮機的雜訊對策21-400

6.5.1.1整機雜訊組成21-400

6.5.1.2壓縮機的雜訊控制21-400

6.5.1.3低雜訊壓縮機站的設計21-401

6.5.2回轉式壓縮機的雜訊對策21-401

6.6壓縮空氣洩漏損失及其對策21-404

6.7壓縮空氣系統的節能21-404

6.7.1壓縮空氣系統能耗評價體系及節能診斷方法21-404

6.7.2空壓機群運行優化管理21-404

6.7.3供氣環節節能監控管理21-405

6.7.4末端節能用氣設備21-406



第7章氣動元件產品

7.1氣動執行器21-407

7.1.1普通單活塞杆氣缸21-407

7.1.1.1PB系列單活塞杆氣缸（φ4～16）21-407

7.1.1.2QCJ2系列微型單活塞杆氣缸（φ6～16）21-412

7.1.1.310Y-1系列小型單活塞杆氣缸（φ8～50）21-417

7.1.1.4QGP系列單活塞杆氣缸（φ10，φ16）21-421

7.1.1.5QC85系列標準小型單活塞杆氣缸（ISO 6432）（φ10～25）21-425

7.1.1.6MA系列單活塞杆氣缸（φ16～63）21-427

7.1.1.7QGBX小型單活塞杆氣缸（ISO 6432）（φ20～32）21-433

7.1.1.8QGX小型單活塞杆氣缸（φ20～40）21-435

7.1.1.9QCM2系列小型單活塞杆氣缸（日本規格）（φ20～40）21-441

7.1.1.10QC75系列小型單活塞杆氣缸（歐洲規格）（φ32～40）21-444

7.1.1.11QDNC系列標準方型單活塞杆氣缸 （ISO 6431）（φ32～100）21-446

7.1.1.12QSC系列標準單活塞杆氣缸（ISO 6430）（φ32～100）21-449

7.1.1.13QGBZ中型單活塞杆氣缸（ISO 15552）（φ32～125）21-452

7.1.1.14QC95系列單活塞杆標準氣缸（ISO 6431）（φ32～200）21-458

7.1.1.1510B-5系列無拉杆氣缸 （φ32～200）21-461

7.1.1.16QGZ中型單活塞杆氣缸（φ40～100）21-464

7.1.1.17QGC系列重載單活塞杆氣缸（φ80～160）21-469

7.1.1.18JB系列緩衝單活塞杆氣缸（φ80～400）21-470

7.1.1.19QGD大型單活塞杆氣缸（φ125～350）21-473

7.1.2普通雙活塞杆氣缸21-481

7.1.2.1XQGAX2系列小型雙活塞杆氣缸（φ12～32）21-481

7.1.2.2QGY（EW）系列雙活塞杆薄型氣缸（φ20～125）21-481

7.1.2.3QGEW-2系列無給油潤滑雙活塞杆氣缸（φ32～160）21-482

7.1.2.410A-3ST系列雙活塞杆緩衝氣缸（φ32～400）21-484

7.1.2.5XQGAy2（By2）系列輕型雙活塞杆氣缸（φ40～63）21-485

7.1.2.6QGEW-3系列無給油潤滑雙活塞杆氣缸（φ125～250）21-485

7.1.3薄型氣缸21-486

7.1.3.1QCQS系列薄型氣缸（日本規格）（φ12～25） 21-486

7.1.3.2ACP系列薄型氣缸 （φ12～100）21-488

7.1.3.3ACQ系列超薄型氣缸（φ12～100）21-492

7.1.3.4SDA系列超薄型氣缸（φ12～100）21-500

7.1.3.5QCQ2系列薄型氣缸（日本規格）（φ12～100)21-507

7.1.3.6QGDG系列薄型帶導杆氣缸（φ12～100）21-510

7.1.3.7QCN系列薄型氣缸（歐洲規格）（φ16～100）21-512

7.1.3.8QADVU系列緊湊型薄型氣缸 （φ16～100）21-515

7.1.3.9QGY系列無給油潤滑薄型氣缸（φ20～125）21-519

7.1.3.10QGY-M系列杆端外螺紋薄型氣缸（φ20～125）21-520

7.1.3.11QGS短行程/緊湊型薄型氣缸（φ32～100） 21-521

7.1.3.12QGY（Z）系列帶導杆防轉薄型氣缸（φ32～100）21-523

7.1.4擺動氣缸21-524

7.1.4.1ACK系列擺動氣缸（φ25～63）21-524

7.1.4.2QGHJ系列回轉夾緊氣缸（φ25～63）21-525

7.1.4.3QGK系列無給油潤滑齒輪齒條擺動氣缸（φ20～125）21-526

7.1.4.4QRC系列擺動氣缸（φ40～125）21-529

7.1.4.5QGH擺動（回轉）氣缸（φ50～100）21-530

7.1.5其他特殊氣缸21-531

7.1.5.1無活塞杆氣缸21-531

7.1.5.2行程可調氣缸21-537

7.1.5.3增力氣缸21-539

7.1.5.4步進氣缸21-540

7.1.5.5帶導杆氣缸21-544

7.1.5.6衝擊氣缸21-556

7.1.5.7氣-液缸21-557

7.1.5.8膜片氣缸21-559

7.2方向控制閥21-560

7.2.1四通、五通電磁換向閥21-560

7.2.1.13KA2系列電磁換向閥（Rc1/8）21-560

7.2.1.2M3KA2系列電磁換向閥（Rc1/8～Rc1/4）21-562

7.2.1.33KA3系列換向閥（Rc1/4）21-563

7.2.1.4M3KA3集裝型電磁換向閥（Rc1/4，Rc3/8）21-565

7.2.1.5QDI系列電控換向閥（DN6～DN25）21-566

7.2.1.64V100系列電磁換向閥（M5～Rc1/8）21-567

7.2.1.74M100～300系列電磁換向閥（Rc1/8～Rc3/8）21-569

7.2.1.8XQ系列二位元五通電控換向閥（G1/8～G1/2）21-572

7.2.1.9XQ系列三位元五通電控換向閥（G1/8～G1/4）21-573

7.2.2二通、三通電磁換向閥21-574

7.2.2.1Q23DI型電磁先導閥（DN1.2～DN3）21-574

7.2.2.23V100系列電磁換向閥（M5～Rc1/8）21-575

7.2.3氣控換向閥21-577

7.2.3.13A100系列氣控換向閥（M5～Rc1/8）21-577

7.2.3.24A100系列氣控換向閥（M5～Rc1/8）21-579

7.2.3.33KA2系列5通氣控閥（M5～Rc1/8）21-580

7.2.3.43KA3系列5通氣控閥（Rc1/8～Rc1/4）21-581

7.2.3.53KA4系列5通氣控閥（Rc1/8～Rc3/8）21-582

7.2.4手控、機控換向閥21-584

7.2.4.1234R8系列四通手動轉閥（G1/8～G3/4）21-584

7.2.4.2S3系列機械閥（M5～Rc1/4）21-586

7.2.5單向閥21-588

7.2.5.1KA系列單向閥（DN3～DN25）21-588

7.2.5.2KAB系列可控型單向閥（DN8～DN25）21-589

7.2.6其他方向控制閥21-590

7.2.6.1QS系列梭閥（DN3～DN25）21-590

7.2.6.2KP系列快速排氣閥（DN3～DN25）21-591

7.2.6.3KSY系列雙壓閥（DN3～DN15）21-591

7.2.6.4XQ系列二位元三通、二位五通氣控延時換向閥（G1/8～G1/4）21-592

7.3流量控制閥21-593

7.3.1QLA系列單向節流閥（DN3～DN25）21-593

7.3.2ASC系列單向節流閥（Rc1/8～Rc1/2）21-595

7.4壓力控制閥21-596

7.4.1減壓閥21-596

7.4.1.1QAR1000～5000系列空氣減壓閥（M5～G1）21-596

7.4.1.2QTYA系列空氣減壓閥（DN3～DN15）21-599

7.4.1.3QPJM2000系列精密減壓閥（G1/4）21-600

7.4.2順序閥21-601

7.5氣動管路設備21-601

7.5.1空氣篩檢程式21-601

7.5.1.1QAF1000～5000系列空氣篩檢程式（M5～G1）21-601

7.5.1.2QAFM3000～4000油霧分離器（G1/4～G1/2）21-603

7.5.1.3QAFD3000～4000系列微霧分離器（G1/4～G1/2）21-604

7.5.1.4QAMG3000～4000系列水滴分離器（G1/4～G1/2）21-605

7.5.1.5QSLA系列空氣篩檢程式（DN3～DN15）21-606

7.5.2油霧器21-607

7.5.2.1QAL1000～5000系列空氣油霧器（M5～G1）21-607

7.5.2.2QYWA系列油霧器（DN3～DN15）21-609

7.5.3過濾減壓閥21-610

7.5.3.1QAW1000～4000系列空氣過濾減壓閥（M5～G3/4）21-610

7.5.3.2QFLJB系列空氣過濾減壓閥（DN8～DN25）21-612

7.5.4篩檢程式、減壓閥、油霧器三聯件（二聯件）21-613

7.5.4.1QAC1000～5000系列空氣過濾組合（M5～G1）21-613

7.5.4.2QFLJWA系列三聯件（DN3～DN25）21-616



第8章相關技術標準及資料

8.1氣動相關技術標準21-618

8.2IP防護等級21-624

8.3關於淨化車間及相關受控環境空氣等級標準及說明21-625

8.4關於靜電的標準及說明21-628

8.5關於防爆的標準21-631

8.6食品包裝行業相關標準及說明21-631

8.7用於電子顯像管及噴漆行業的不含銅及聚四氟乙烯的產品21-635

8.8美國危險品表21-636

8.9危險等級劃分表21-637

8.10加拿大危險品表21-637

8.11材料相容性表21-638

參考文獻21-640