第3章 氣壓元件介紹及實習 3-1 氣壓系統圖 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

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1 第3章 氣壓元件介紹及實習 3-1 氣壓系統圖 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理
第3章 氣壓元件介紹及實習 3-1 氣壓系統圖 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 3-7 氣壓基本迴路實習 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹

2 3-1氣壓系統圖 3-1 氣壓系統圖 學習氣壓元件之前，應先對氣壓系統圖有所了解，圖 3-1為一典型氣壓控制系統的組成，乃是利用電能或機械能將大氣壓力經由氣壓產生機構（空氣壓縮機）轉換為系統所需的壓力能，而由於空氣經過壓縮後會有水分產生，所以必須再經由調質機構將空氣雜質及水分分析出來，然後再經由控制機構（壓力控制閥，方向控制閥及流量控制閥）將壓力能傳送到氣壓作動機構（氣壓缸或氣壓馬達）轉換為機械能而達到作動的目的。氣壓系統圖依其機器性能及作用之不同，可分為五大類用方塊圖表示，如圖 3-2所示，及氣壓符號迴路圖表示，如圖 3-3所示。

3 3-1氣壓系統圖 3-1 氣壓系統圖

4 3-1氣壓系統圖 3-1 氣壓系統圖

5 3-1氣壓系統圖 3-1 氣壓系統圖 各機構功能說明如下： 1.氣壓產生機構：將電能或機械能轉變成氣體的壓力能。 2.調質機構：確保進入系統內空氣的品質與壓力於一定標準，再施以適當的潤滑，以利於系統內各動作部分之順暢，減少摩擦損失。 3.氣壓控制機構：控制氣體的運動方向，壓力及流量使其作動合於系統之要求。 4.氣壓作動機構：將壓縮空氣產生的壓力能以機械能的方式輸出，以達到工作之目的。 5.操作機構：藉以手動、機械、電氣等各種方式，以操作方向控制閥改變氣體流動方向的機構。 6.氣壓附屬機器：氣壓所使用各種附屬裝置。各機構種類，列表說明如表 3-1所示。

6 3-1氣壓系統圖 3-1 氣壓系統圖

7 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 空氣壓縮機（ air compressor）是空壓系統的動力來源，將大氣壓力壓縮到系統所需的壓力，以供給氣壓系統所需的壓力源，由於各系統的要求條件、工作壓力、及空氣量的要求不同，所以必須選用各種不同的壓縮機，依其構造及動作原理可分為兩大類，如圖 3-4所示。

8 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 1.確實排量式壓縮機
3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 1.確實排量式壓縮機 此種型式的壓縮機是將空氣吸入一定量容積中，然後將其壓縮，減少其容積，使壓力增加的方式，又可分為往復式及迴轉式。 2.非確實排量式壓縮機 利用氣流的原理，空氣由一端吸入，然後利用高速轉動的機件，將空氣高速推進，將速度的動能轉換為壓力能的方式，一般又可分為軸流式的壓縮機以及徑流式壓縮機。

9 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 往復式壓縮機( reciprocating compressor)一般又可分為活塞式壓縮機及膜片式壓縮機。 圖 3-5為此型式壓縮機為目前使用最廣。使用馬達或引擎來帶動，活塞在汽缸內來回移動，在吸入行程時進氣口打開，排氣口關閉，反之在排氣行程時，進氣口關閉，排氣口打開，如此吸氣、壓縮、排氣，可以使用於低壓力、中壓力、高壓力之場所，而如欲產生更高的壓力可採用二級壓縮機或多級壓縮機，如圖3-6所示，二級往復活塞式壓縮機。

10 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 二級氣壓元件介紹及實習3氣壓元件介紹及實習3壓縮機有二個壓縮汽缸，在第一汽缸壓縮後的空氣再進入第二汽缸以增高壓力，因壓縮時會產生熱量，所以中間必須要有冷卻裝置，在正常情況下壓力可達 15 bar，如要更高則採用三級以上。

11 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 圖 3-7為此型式壓縮機的原理 與活塞式壓縮機的工作原理相 同，膜片與活塞連在一起，隨
3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 圖 3-7為此型式壓縮機的原理 與活塞式壓縮機的工作原理相 同，膜片與活塞連在一起，隨 著活塞上下運動，產生吸氣與 壓縮空氣，由於壓縮空氣沒有 與往復機件直接接觸，所以不 會受到油污的污染，是為優點 ，一般常用於化學工業、食品 工業、醫學等方面。

12 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 迴轉式壓縮機（rotary compressor）一般又可分為：(1)輪葉式壓縮機；(2)螺旋式壓縮機；(3)魯式壓縮機。 圖 3-8為此型係利用偏心轉子在輪環內迴轉，轉子有葉片槽，並接在與原動相連的轉軸上，轉子轉動時葉片即因離心力的作用而被拋出，並沿輪環轉動（輪環不動），葉片與輪環接觸時在葉片尖端與輪環形成密封狀態，當轉子轉動時，輪環內容積增力時吸氣，容量減少時產生壓力。此種型式的優點為運轉無聲，空氣輸出平穩。

13 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 圖 3-9由兩個螺旋的機件製成，彼此以相反的方向銜接迴轉，當轉子轉動時，前進中的轉子螺紋在進口處封閉形成一空氣袋，並在排放頂板處擠壓空氣。一般又可分乾式及溢油式兩種，乾式壓縮機在轉子間以定時齒輪保持正確的空隙，而溢油式則不須定時齒輪，但在排出側則須用油分離器以排出空氣中的油。

14 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 圖 3-10為此型式的壓縮機係由兩個類似花生的轉子彼此銜接，以相反的方向迴轉而達到空氣壓縮的作用。除了以上確實排量式的壓縮機外，尚有非確實排量式的壓縮機，一般又稱為氣流式的壓縮機，分為軸流式壓縮機（axial flow compressor）如圖 3-11所示，以及徑流式壓縮機（radial flow compressor）如圖 3-12所示兩類型，適用於超高流量的場合。

15 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 空氣壓縮機依照其控制方式，一般可分為全自動型空氣壓縮機，如圖3-13所示及半自動型的空氣壓縮機，如圖3-14所示。 空壓機運轉時，當儲氣筒壓力達到您所希望的壓力（可由「壓力開關」調整）時，「壓力開關」動作，自動切斷電動馬達的電源，使整部空壓機停止運轉。當空氣筒壓力降至某一設定點（亦可由壓力開關調整）時，壓力開關又自動接上電源，使馬達重新起動，空壓機恢復運轉。

16 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 此種全自動操作方式，適用於間歇性的工作，且僅能使用於電動馬達驅動的場合。為保護馬達、電磁開關起見，空壓機的起動次數，不宜超過每小時十次。

17 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理 空壓機運轉時，當儲氣筒壓力達到您所希望的壓力時，「制壓閥」動作，使空壓機自動處於無負荷狀態運轉(即空車運轉)。當空氣筒壓力降至某一設定點（亦可由制壓閥調整）時，制壓閥又自動使空壓機恢復負荷運轉（即重車運轉），繼續向空氣筒充壓。此種半自動操作方式，適用於壓縮空氣使用率高的場合。

18 3-2空壓機之種類、構造及作用原理 3-2 空壓機之種類、構造及作用原理

19 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 自然界中，完全不含水分的乾燥空氣，是不存在的。只是含在空氣中的水分，多半呈水汽狀態，混合在空氣中，而不易被察覺罷了。 空氣含水的能力，有最大的限度，此限度與當時的溫度和壓力有關。空氣中的水分達此限度值時，稱為“飽和”，超過飽和的水分，即成顯形狀態的霧或水滴析出。空氣受到壓縮時，它的溫度便上升。溫度愈高的空氣，愈能容量更多的水分。一般工業用的空氣壓力為 7 kgf/cm2（686 kPa）。壓縮機將空氣壓縮成它原來體積的八分之一。

20 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 分布在原有空間的水分，便被擠在這狹小的八分之一空間裏。當空氣被壓縮時，會產生熱量。這熱量使被壓縮的空氣溫度昇高。故能容納原先所有的水分。被空氣壓縮機輸出，便是這種含有大量隱形水分的熱空氣。 這熱而濕的空氣，當與外界管路的管壁接觸時，空氣受到冷卻失去高溫時容納水分的能力。多餘的水分便凝結成水霧或水滴在管內析出。況且大氣中含有微粒灰塵，加上空氣壓縮機運轉時產生的劣質機油，使壓縮空氣更形污穢。空壓系統中所析出的水分，加上這些污物便帶有腐蝕性。直接使用這些未經處理的壓縮空氣，會損害作業系統的空氣設備：如空氣控制閥、氣壓工具及氣壓缸等的內部零件。水分更易損壞那些精密而昂貴的氣壓儀器。

21 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 用於噴漆的含水空氣，會使漆面產生氣泡，而容易脫落，減低產品的價值。所以用未經乾燥處理的壓縮空氣直接供給作業，必會造成鉅大的損失。 以下列舉含有水分的不潔空氣所帶給您的損失： 1.生產設備故障：濕氣和污垢易導致氣動工具、氣動機器和控制儀表等昂貴設備發生故障，縮短其使用壽命，增加折舊及生產成本。 2.生產能量降低：控制設備和氣動機具的時常故障，會減少生產量，甚至造成鉅大的停工損失。 3.機器功能劣化：污垢和水分的存在，降低了控制設備的準確度，影響機器性能，使設備不能發揮最大的功能。

22 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 4.產品品質不良：使用於噴漆、化學工業或精密機件處理等用途的壓縮空氣，如含有水分、油污及雜質，將導致產品品質不良。甚至不能使用，影響產品信譽。 5.維護費用增加：因氣源污穢而故障頻頻的氣動設備，需要額外的保養及修理，使維護費用增加，提高生產成本。 6.空氣動力損失：水分會造成管路接頭的腐蝕，污垢會阻塞管路及控制閥。導致壓縮機空氣的漏失、降低空氣壓力、增加動力成本，且銹蝕的管路和容器有時會產生致命的危害。

23 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 若裝了除濕裝置壓縮空氣乾燥機後，空壓系統中的壓縮空氣將不再含有水分、油污和雜質，隨時供給清潔的空氣，減少損失，降低生產成本，提高產品的品質，增加利潤，如圖 3-15所示。

24 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 除濕裝置根據其動作原理可分為下列三類：
3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 除濕裝置根據其動作原理可分為下列三類： 潮解式吸收乾燥器，係利用氯化鈉或尿素鹽的作用來除濕的，但潮解劑使用一段時間後，除濕能力即降低所以必須時常添加或更換，此乾燥器成本較低，但其壓力露點溫度約在 6℃左右，除濕效率會退化，且腐蝕性的潮解劑易隨壓縮空氣進入空壓系統，導致管路銹蝕及氣動設備的故障，增加很多麻煩。其構造及原理如圖 3-16所示。

25 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

26 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 利用矽膠或活性鋁等乾燥器來除濕，吸過水份的乾燥劑再以暖空氣烘乾，循環利用，其特點是壓力露點很低（0℃以下）。但因購置費用及運轉費用偏高，僅適用以少數特殊用途，若輸入的壓縮空氣帶有油污及雜質，易附著於乾燥劑表面，降低除濕能力，而且當乾燥劑使用一段時間後，會剝離成粉狀，隨壓縮空氣進入空壓系統中，導致閥門阻塞，或氣動設備故障。其構造及原理如圖 3-17所示，其再生之過程當貯氣筒壓力達到設定上限時，電磁閥作動，使之釋荷運轉，並輸入暖空氣，逆流而入乾燥器中，帶走乾燥劑中濕氣及分離室內的水分經由消音器排出大氣，使乾燥器能再吸收下一循環，壓縮過程中所生之濕氣。

27 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

28 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 1.空氣一經冷卻，超過飽和水量的水蒸氣就會凝結成水滴而析出，冷凍式空氣乾燥器就是利用這個原理，先將壓縮空氣冷卻到一適當的壓力露點溫度 2℃左右，即可除去相當的水分。再回熱到正常使用溫度 25℃~30℃左右，這樣除非壓縮空氣在作業系統中能遇到比該壓力露點更低的溫度狀況，即低於2℃，否則是不會再有水分由壓縮空氣中析出來的。 2.此乾燥器為全自動連續式，可保一定的工作效率，不需操作員，更不必停機添加或更換乾燥劑，除冷媒壓縮機外，沒有運動的部分，不需保養，故維護費用幾近於零，且購置費用低，所佔體積空間小，安裝容易，因此近來普受歡迎，是最經濟實用的乾燥器。其構造與原理如圖 3-18所示

29 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 。

30 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 3.空氣冷卻乾燥系統 (1)含有水分、油污和雜質，溫度約為 42℃左右的濕而熱的壓縮空氣進入空氣預冷器 （冷熱空氣熱交換器）的管中，熱量首先被處理過的低溫乾淨空氣吸收，溫度降至20℃左右。流經冷媒蒸發器 的管外，溫度又被繼續降低，一直被冷卻到設計的壓力露點溫度（約 2℃），此時，壓縮空氣中所含的水分，因此溫而冷結成小水滴和微粒、油污相結合浮游在空氣中。 (2)這股挾帶水滴、油污和雜質的低溫空氣被導經旋風分離器 ，濾掉其中的水、雜質和部分的油污後，進入空氣預冷器 的管內，被外來的熱空氣加溫至適當的使用溫度（約 25℃～30℃），即為清潔而乾燥的壓縮空氣，輸入到空壓系統，以供作業用。

31 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 (3)旋風分離器 分離出來的水、雜質和部分的油污經自動洩水閥 ，排出機外。
3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 (3)旋風分離器 分離出來的水、雜質和部分的油污經自動洩水閥 ，排出機外。 儲存於貯氣筒的壓縮空氣，經由配管而輸送到各項氣壓機器，要輸送至氣壓機器之前，必須將壓縮空氣予以調整，基於此理由，通常使用空氣濾清器、調壓閥（附壓力錶）及潤滑器，此三項氣壓元件的組合稱為氣壓調節單元，又稱之為三點組合，簡稱為FRL（filter regulator lubricator），其實體圖及構造如圖3-19所示。

32 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

33 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 1.空氣濾清器（air filter），圖 3-20為空氣濾清器的構造圖。由 IN入口進入之壓縮空氣流過渦旋葉 ，使之產生旋轉作用。利用該離心力將灰塵與水分投向濾清杯 的內壁，然後聚集於杯底。底部之凝結水在其高位尚未超過高限時必須加以排放掉，一旦凝水量很大時最好安裝自動排放閥以取代手動排放閥 。壓縮空氣則通過濾清器 而將小灰塵，與雜物分離乾淨的壓縮空氣由OUT（出口）流出。

34 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

35 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 2.調壓閥（regulator valve），如圖 3-21所示。
3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 2.調壓閥（regulator valve），如圖 3-21所示。 (1)氣壓機器係利用空氣壓力使之產生工作，所以 保持一定的工作壓是非常重要的，而調壓閥是要 達成此任務為目的。而為了指示其正確的壓力數 值，所以一般均與壓力錶組合在一起。 (2)壓力的調節係由膜片 所控制，膜片一邊受輸 出壓力控制，另一邊受彈簧 所抵擋，彈簧力可由 調整螺絲 加以調整。 (3)當輸出壓力大於彈簧設定壓力時，膜片向彈簧 施加壓力並下降，連帶使閥盤 也下降，因而使 閥座空氣的通道減少甚至關閉。

36 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 當空氣繼續使用而導致操作壓力下降到低於彈簧設定壓力時，彈簧力頂開閥座，如此閥座的連續開啟與關閉，即可控制輸出壓力於預先設定的數值。而緩衝彈簧 主要在於防止閥盤因為經常的開啟與關閉而產生的振動。

37 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 3.壓力錶（pressure gauge） (1)壓力錶係用以指示流過調壓閥（二次壓力）的 壓縮空氣壓力，一般都與調壓閥組合，也有與調 壓閥及空氣濾清器三者組合成一體的，如圖 3-22 的實體圖及圖 3-23的構造圖。 (2)壓縮空氣自P進入到壓力錶內，在波頓管（ Bourdon tube） 內的壓力可使它擴張，壓力愈高 擴張半徑愈大，此擴張經由連結桿 ，扇形齒 及 小齒輪 移轉到指針 即可從刻度 讀出所指的 壓力數值。 4.潤滑器（lubricator） (1)為了氣壓作動機構之空氣流動順利，在氣壓機 器應加潤滑器。潤滑器是為達成氣壓機器潤滑效 果為目的。

38 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理 (2)大部分的潤滑器操作原理，係根據文氏管原理 ，如圖 3-24所示，利用噴口前的壓力差 將油杯 中的油吸入至空氣出口處，被通過空氣噴成霧狀 混合流出。其構造與動作原理，如圖 3-25所示。 由入口處進入之空氣流經潤滑器內的小通道，此 時流動速度會增快，速度增快後壓力會降低，潤 滑器入口側與其小通路部分之間產生壓力差。利 用此壓力差，將油槽之油經過管路往上吸，吸上 的油由噴嘴滴下，與壓縮空氣的流動混合成霧狀 ，然後由出口（OUT）送出。 (3)一般潤滑油以使用 SAE 5或 SAE 10為佳，以中 國石油為例則使用 R32型。

39 3-3氣壓調質機構、構造及作用原理 3-3 氣壓調質機構、構造及作用原理

40 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 氣壓缸的種類很多，大體可分為三類，玆分別說明如下。 其構造如圖 3-26所示，僅能單方向作動。壓縮空氣由一端進入氣壓缸的內部，推動活塞桿向外推出，氣壓缸內部的彈簧被壓縮。而當空氣壓力消失時，彈簧回送活塞桿退回，也有靠外力回行的，由於受彈簧長度的限制，所以一般單動氣壓缸的長度均短於 100 mm。

41 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理

42 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 雙動氣壓缸如圖 3-27所示，係雙方向作動。因其能在兩個方向產生動力，所以是目前使用最廣的一種，其內部構造及零件表，如圖 3-28及表 3-2所示。

43 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理

44 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 圖 3-29為無桿式氣壓缸。由於沒有活塞桿的伸出，所以其長度比傳統氣壓缸可縮短為一半，其應用如圖 3-30所示。 型式：PS無桿氣壓缸 內徑：25, 40, 63 mm 行程：600 mm 特點：可節省一半空間，長行程時尤為好用

45 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 氣壓缸依操作方式可分為三種，如圖 3-31所示。

46 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 圖 3-32為介紹雙動氣缸的選定程序。

47 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 如圖 3-33雙動氣壓缸的理論輸出力係依使用空氣壓力，作用於活塞直徑內，零件間的摩擦力而定，氣壓缸的理論輸出力公式如下：

48 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 但是單動氣壓缸如圖 3-34的理論輸出須減去彈簧的張力，故：

49 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 若外界負荷和理論輸出相等，則呈靜止狀態，無法運動，因此理論輸出須較負荷大才能產生運動，其關係如下： 氣壓缸的內徑 D，則由 3-3式求出：

50 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 (1)推出作功狀態 (2)拉入作功

51 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 3- 1

52 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 3- 1

53 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 3- 2

54 3-4氣壓缸之種類、構造及作用原理 3-4 氣壓缸之種類、構造及作用原理 3- 2

55 3-5氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理 氣壓馬達（ air motor）係將氣體的壓力能轉換為迴轉運動的機械能，一般又可分為三類，玆分別說明如下： 圖 3-37為輪葉式氣壓馬達，輪葉式的氣壓馬達與輪葉式的空氣壓縮機有點相似，但是其動作原理完全相反，係由空氣推動葉片帶動轉子轉動，常使用於手提氣動工具。

56 3-5氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理

57 3-5氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理 圖3-38為活塞式氣壓馬達，其動作原理也與往復式壓縮機完全相反。其轉動係由壓縮空氣作用於活塞及連桿，而帶動傳動軸的轉動，一般適用於高扭力的地方。 渦輪式氣壓馬達的起動扭力非常低，使用於高速的場合，一般最常使用於牙醫師的鑽孔工具。

58 3-5氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理 擺動馬達一般又稱為迴轉式氣壓缸（rotary actuator），係將其壓力能轉變成有限角度的迴轉運動的機械能，其氣壓符號及實體圖，如圖 3-39所示。 內徑：32, 50, 63, 80, 100 mm 迴轉角度：90°, 180°, 360°

59 3-5氣壓馬達之種類、構造及作用原理 3-5 氣壓馬達之種類、構造及作用原理 真空產生器係利用文氏管的原理，其實體圖與符號如圖 3-40所示，當壓縮空氣，自P流向R時即產生真空，吸盤則連接在真空接口U處，當P口之壓縮的空氣消失後，吸取過程即停止。

60 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 閥瓣（ valve）是控制及調節工作媒介的元件，閥瓣能控制壓縮空氣的起動、停止、及流動方向，同時也可調節壓縮空氣的流量及壓力。一般可分為：方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥，其他如梭動閥、雙壓閥、快速排氣閥、定時閥等。 為變更氣壓缸或氣壓馬達之進行方向，須改變其氣體流動方向，為達此目的所用的閥，為方向控制閥，又可稱為方向切換閥，其種類很多，為辨認方便起見，依照其特性分列如下。

61 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 主閥的構造大致可分為三種：(1)滑軸式；(2)滑座式；(3)球座式三種，其基本構造及原理特徵，如表 3-3所示。3-23

62 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 在氣壓設計迴路中，每一氣壓閥都用符號來表示該氣壓閥的功能，今以圖3-41說明之。

63 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 符號中的方塊叫做“位”，方塊的數目表示“閥位”數目。如圖有 2方塊所以讀為二位。 方塊內的線表示空氣在閥內流動的路徑，箭頭表示流動的方向。 方塊外面所繪短線條表示閥的接口，繪有接口的方塊表示閥的中立或起始位置。在計算一個閥“口”時，是以一個“位”內之接點來計算。如圖 3-41的圖 為 2口 2位；圖 為3口 2位；圖 為 4口 2位；圖 為 5口 2位；圖 為 4口 3位。 接口上的英文字母 A, B,：表示工作管路的接口，一般接往氣壓缸 P：表示氣壓供應接口 R, S, T：表示排放接口

64 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 Z, Y, X：表示控制管路接口 方向控制閥依控制方式，分類如下： 1.手動方式：利用人手操作閥之開關。 2.機械作動方式：利用凸輪之機械性動作以開關閥件 ，相當於電氣設施的微動開關或極限開關。其實體圖 、操作方式及符號，如圖 3-42所示。

65 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形

66 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 以氣壓之壓力操作閥之開閉，不必使用電氣，僅使用氣壓來操作自動控制。通常都是使用與管路氣壓同大小之壓力或稍低壓力之開閉主閥。對於高溫高爆發性之場所使用，更能發揮其效果。其實體圖、控制方式及符號如圖 3-43所示。

67 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 電磁控制方式，係利用電磁鐵的吸引力來帶動閥的開閉。根據其作動的方式，可分為直接作動型電磁閥及導引式電磁閥。依線圈數來分，可分為單線圈電磁閥及雙線圈電磁閥。 電磁閥（solenoid valve）依其作動方式可分為：直接作動電磁閥及導引式電磁閥二種。 1.圖 3-44為直接作動式電磁閥，屬於小尺寸，故電磁力可直接吸引柱塞而使閥的位置改變。圖 3-45當電磁鐵通電後柱塞被吸往上升，P→ A通，R→關閉，而當電磁力消失後彈簧將柱塞往下拉，P→A不通， A→R通。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 如果想用直動式電磁閥控制大流量的壓縮空氣，則閥的體積必須加大，電磁鐵也得加大方能吸引柱塞。此種方式甚不經濟，因此必須改用導引式電磁閥。導引式電磁閥，係由電磁閥與氣壓作動的主閥所構成，圖3-46為導引式 4/2位雙電磁鐵電磁閥。當電磁鐵通電後，壓縮空氣即可流入相關的控制口，如將電源切斷，則滑軸仍留在原來位置。如要改變閥位，則必須讓另一邊電磁閥激磁。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 電磁閥依線圈數來分，可分為單線圈電磁閥及雙線圈電磁閥。 圖 3-48為單線圈電磁閥，當線圈未通電時 P→B及 A→R通，而當線圈通電後電磁閥換位，此時通路變為P→A及B→S通，電源斷電後，電磁閥由於彈簧的作用使閥回位，回路又變成P→B及A→R的通路。 5/2位單電磁閥 口徑：M5

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 雙線圈電磁閥有兩個電磁鐵，如圖 3-49所示，分為 a及 b兩電磁線圈，當 b通電時 P→B通，A→R通，S→不通；而當 a側通電時變為 P→A通，B→S通，R→不通。 5/2位雙線圈電磁閥 口徑：M5

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 單線圈電磁閥構造簡單，但在控制上比較困難，如遇有故障或停電時，作動機構會有突然相反方向作動之顧慮，比較危險。而雙線圈電磁閥，如遇故障或停電不會有變換閥之開關位置。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 根據配套不同驅動機器或應用而選定合適的電磁閥，如圖 下面讓我們介紹電磁閥的選定程序。其選用電磁閥的適當程序如圖 3-51所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 流量控制閥又名速度控制閥，其目的在於控制氣體的流量，因而用來調節系統中流體流動速度，及作動機構速度的控制。一般可分為： 係流體在正反兩面（即 A→B或 B→A）都可達到控制氣體流量之目的，其構造及符號如圖 3-52所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 係將雙向流量控制閥及止回閥並聯的一種組合裝置，此閥僅在單一方向產生節流，而在另一方向不產生節流，亦即自由流。其構造及符號如圖 3-53所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 壓力控制閥可以分成三類，分述如下： 其構造與原理同圖 3-21所示，氣壓調節單元的調壓閥。 其構造如圖 3-54所示，用於保護系統，避免系統的壓力過高，當系統的壓力大於彈簧所設定的壓力時，此時釋壓閥彈簧被壓縮。釋壓閥門打開，直到系統壓力低於彈簧所設定的壓力時，閥門再關閉。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 其構造如圖 3-55所示，當 Z的控制訊號壓力低於順序閥彈簧所設定的壓力時，P→A的通路被球座閥堵住而不通。而當 Z的控制信號大於彈簧設定的壓力時，彈簧被壓縮而將球座閥頂開，P→A因而接通，可做為作動機構之順序作動用。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 止回閥又稱為單向閥，只 允許空氣在單方向的流動，在 相反方向則被關閉，而當氣體 壓力大於止回閥內彈簧的應力 時，即可促使通道打開，而達 到通氣的目的。其構造及符號 如圖 3-56所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 梭動閥它的作用原理相當於邏輯函數中的 OR，所以又稱為邏輯閥 OR，是由兩個單向閥組合之閥類，如圖3-57所示。只要 、 二方向，任何一方向有訊號，都能向 A方向流動，但 與 間不能流動。 為了以備較複雜迴路設計使用，也有將多個梭動閥組合成一體的，如圖 3-58所示，其連接方式有並聯式 OR，係將三個梭動閥以並排方式組裝成一體，即一個模組具有三個OR元件之功能。串聯式的OR，亦即、 、 、 、 任何一方向有訊號輸入， 就會有訊號輸出，此閥可應用在從兩個位置或多個位置控制一氣動設備的裝置上。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 雙壓閥其作用原理相當於邏輯函數的AND，所以又稱為邏輯閥AND，其構造及符號如圖 3-59所示。唯有在 及 兩信號都有氣壓源時，A才會有輸出。也有將多個雙壓閥組合成一體的，圖 3-60組合式雙壓閥，其連接方式也有並聯式 AND，即一個模組具有三個 AND的元件功能。串聯式AND，亦即唯有 、 、 、 四處都有訊號輸入，才會有訊號輸出。一般均使用在安全及互鎖的保護裝置上。

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82 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 快速排氣閥又稱為速排閥 ，其主要的目的在將氣壓缸內的 空氣，快速排放大氣中，以增快 氣壓缸的作動速度，其構造與符 號如圖3-61所示。當 P端有壓縮 空氣時，閥門被推向右方，R的 通路被關閉，壓縮空氣從P到 A ，反之當 A有壓縮空氣而P沒有壓縮空氣時，此時閥門被推向左方關閉P的通路，則空氣直接從R排放到大氣中，不必通過狹長的管路，可以減少氣壓缸的背壓，而增快其行進的速度。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 延時閥的目的是在於經過一段時間後，控制信號才發生作用，以開啟或關閉閥件及作動機構，其組成包括一單向節流閥、儲氣室及一個3口 2位彈簧回位的換向閥組合，其構造及符號如圖 3-62所示。當Z端沒有氣壓源時P→A不通，A→R通。而當Z端有氣壓源時，空氣經過單向流量控制閥、進入儲氣室，經過一段時間後，儲氣室的壓力大於彈簧壓力時，閥門被推向下移動先關閉 A→R的通路，後打開 P→A的通路。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 一般又稱為氣動電氣信號轉換器，其功用是將氣動的信號轉換成電氣信號輸出。當 Z有信號輸入時，壓力達到壓力開關所設定壓力時，會促使一電開關啟動，其構造如圖 3-63所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 氣壓機器唯一的缺點是在排氣時會產生排氣的聲音，為防止排氣聲音必須設置排氣消音器，其構造及符號如圖 3-64所示。

87 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 氣壓式極限開關閥其構造與氣壓式按鈕開關相同，同屬於常閉式 3/2位閥，只是氣壓式極限開關是以機械的方式啟閉閥門。而按鈕式的開關是以人力的方式來啟閉閥門。而氣壓式極限開關閥依其作動方式可分為，單方向作動極限開關閥及雙方向極限開關閥。 1.雙方向極限開關閥，其構造及符號如圖 3-65所示。氣壓缸前進及後退碰壓到均會作動。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 2.單方向極限開關閥，其構造及符號如圖 3-66所示。其動作僅能單方向動作，即前行不動作，回行動作。

89 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形
3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 可做為壓縮空氣的關閉或導通。一般均用手操作，其實體圖，構造及符號如圖 3-67所示。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 氣壓計數器可區分為加數計數器、預設加數計數器及預設減數計數器三種，其氣壓符號如圖 3-68所示。 加數計數器又稱為累計計數器；為往上計數訊號相加，只作單純的總量計數。數字可由手動歸零，或由 R輸入氣壓信號歸零。

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3-6氣壓系統各類型控制閥 3-6 氣壓系統各類型控制閥之符號、構造、功用及作用情形 此種計數器為往上計數，當從 Z口輸入氣壓信號，則計數器從零往上計數達到設定值時從 A口輸出訊號，計數值可由手動或從 R口輸入氣壓訊號歸零，而設定值則保持不變。 減數計數器是由預先設定值往下減，當數字為 0時，從 A口輸出訊號，計數值可由手動或 R口輸入氣壓信號，恢復原來設定的數目。

92 3-7氣壓基本迴路實習 3-7 氣壓基本迴路實習 1.氣壓迴路圖表示法 氣壓迴路圖是由氣壓符號組合而成，各元件符號以實線或虛線連接來代表管路，通常都以實線代表主幹線管路，虛線代表控制信號的管路，其迴路圖的表示方法有兩種。 實體配線圖如圖 3-69所示，係依氣壓元件實際接裝的位置繪製，對初學者及工程人員配線維修較方便，但對較複雜的迴路，繪製較麻煩，所以一般較少被採用。 順序圖如圖 3-70所示，以元件功能分類依工作元件、控制元件、處理元件、訊號元件，由上而下依序排列，元件實際所在的位置則以一短線或符號來表示。

93 3-7氣壓基本迴路實習 3-7 氣壓基本迴路實習 2.一般氣壓的控制方式可分為兩種 (1)直接控制：所謂直接控制係直接以信號元件作為控制之用（即直接經按鈕開關控制氣壓缸），僅適用於低流量的簡單控制迴路。 (2)間接控制：係由按鈕開關提供信號控制方向控制閥再間接控制氣壓缸。一般氣壓控制大都採用間接控制方式，特別適合於遠距離大流量控制用。

94 3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹

95 3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹 1.（3-153圖）操作5/2位手動閥手柄向右則5/2位閥換位，氣壓缸活塞桿前進門關上，活塞桿前進速度可經由流量閥加以控制。 2.操作5/2位閥位手動方向閥手柄向左，則5/2位閥回位，氣壓缸活塞桿後門打開。 圖3-153為工作示意圖，氣壓缸A將工作件由材料箱中推到夾具內，而氣壓缸B則施打印記，且當氣壓缸B回復到起始狀態時，氣壓缸A放鬆工作件，接著氣壓缸C推離工作件。試依串級法設計氣壓控制迴路。

96 3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹

97 3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹 1.將圖3-155動作時序圖中工作元件的運動順序以 英文字母表示如下： 2.分級，本迴路分為二級，由於第三級與第一級 並沒有相同氣壓缸，所以第三級可併到第一級。 3.繪出其氣壓缸及方向閥，每一氣壓缸必須對應 一個方向閥。

98 4.繪出其管路及回動閥，由於本迴路分為二級，所以需要二條管路線及一個回動閥。
3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹 4.繪出其管路及回動閥，由於本迴路分為二級，所以需要二條管路線及一個回動閥。 5.完成其控制迴路圖，如圖3-156所示。

99 3-8氣壓迴路應用於動力機械之介紹 3-8 氣壓迴路應用於動力機械之介紹