液压传动与气动技术(气动技术部分)

液压传动与气动技术

（气动技术部分）主讲：李建跃长沙航空职业技术学院第一节空气的物理性质一、空气的组成主要由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气以及其他一些气体混合组成的。在距地面20km以内,空气组成几乎相同。湿空气——含有水蒸气的空气。大气中的空气基本上都是湿空气干空气——不含有水蒸气的空气。二、空气的物理性质1.密度ρ是单位体积V内空气的质量mρ=m/V空气密度与气体压力和温度有关压力增加,密度增大;而温度上升,密度减小。项目一

气压传动基础2.黏性空气在流动过程中产生的内摩擦阻力的性质叫做空气的黏性。用黏度表示其大小。空气的黏度受压力的影响很小,一般可忽略不计。空气的黏度随温度的升高而略有增加。

3.压缩性和膨胀性空气的体积较易随压力和温度的变化而变化。空气体积变化的能力是水的73倍。气体的可压缩性导致气压传动系统刚度差,定位精度低。气体体积随温度和压力的变化规律遵循气体状态方程。4.空气的湿度自然界中的空气基本上都是湿空气。由湿空气生成的压缩空气对气动系统的稳定性和寿命有不良的影响。会使气动元件腐蚀生锈,润滑剂稀释变质等。为保证气动系统正常工作,在空气压缩机出口处要安装冷却器,把压缩空气中的水蒸气凝结析出,在气罐出口处安装空气干燥器,进一步消除空气中的水分。湿空气中所含水分的程度用湿度和含湿量来表示。

绝对湿度相对湿度。湿度(1)绝对湿度x

每一立方米的湿空气中，含有水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度。(2)相对湿度φ

在同一温度下，湿空气中水蒸气分压ps和饱和水蒸气分压pb的比值称为相对湿度。当空气绝对干燥时，ps=0,则φ=0。当湿空气饱和时，ps=pb，则φ=100%，此时空气称绝对湿空气。相对湿度既反映了湿空气的饱和程度，也反映了湿空气离饱和程度的远近。而气动系统中元件使用的工作介质的相对湿度不得大于90%，当然希望越小越好。(3)空气的含湿量d是指在质量为1kg的湿空气中,混合的水蒸气质量ms与绝对干空气质量mg的比。含湿量大小决定于温度t、相对湿度φ和全压力p。若p不变，φ=1时,含湿量达到最大值。

三、压缩空气的品质1.压缩空气的污染及其影响空气污染是指空气中混入或产生某些污染物质。主要污染物有水分、固体杂质和油分等。其主要来源如下：——由空气压缩机吸入的空气所包含的水分、粉尘、烟尘等；——由系统内部产生：压缩机润滑油、元件磨损物、冷凝水、锈蚀物等；——由安装、装配或维修时混入的湿空气、异物等。■

污染物对气动系统工作会造成许多不良影响——如水分会造成管道及金属零件锈蚀，导致管道及元件流量不足,压力损失增大,甚至导致阀的动作失灵；——水分混入润滑油中会使润滑油变质,液态水会冲洗掉润滑脂，导致润滑不良；——在寒冷地区以及元件内的高速流动区，水分会结冰，造成元件动作不良，管道冻结或冻裂。润滑油变质后黏度增大，并与其他杂质混合形成油泥。它会使橡胶及塑料材料变质或老化，堵塞元件内的小孔，影响元件性能，造成元件动作失灵。粉尘和锈屑、磨损产生的固体颗粒会使运动件磨损，造成元件动作不良，甚至卡死，同时加速了过滤器滤芯的堵塞,增大了流动阻力。2.压缩空气的质量等级不同的应用对象对气动装置及作业环境的洁净度要求各有不同,相应的气动系统对压缩空气质量的要求也不同ISO85731标准根据对压缩空气中的固体尘埃颗粒度、含水率(以压力露点形式要求)和含油率的要求划分了压缩空气的质量等级。第二节气体状态方程一、理想气体的状态方程是指没有黏性的气体,当气体处于某种平衡状态时,气体的压力、温度和比体积之间的关系为

pv=RT或者pV=Mrtp为气体的绝对压力;v为空气的比体积;R为气体常数,T为空气的热力学温度;m为空气的质量;V为气体的体积二、理想气体的状态变化过程1.等容变化过程一定质量的气体,如在状态变化过程中,体积保持不变时,则有P1/T1=P2/T2=R当气体体积不变时,压力的变化与温度的变化成正比,当压力上升时,气体的温度随之上升。2.等压变化过程一定质量的气体,如在状态变化过程中,压力保持不变时,则有v1/T1=v2/T2=R

当气体压力不变时,温度上升,比体积增大(气体膨胀);当温度下降时,比体积减小(气体被压缩)3.等温变化过程一定质量的气体,如在其状态变化过程中,温度不变时,则有P1v1=P2v2=常数在气体温度不变的条件下,压力上升时,气体体积被压缩,比体积下降;压力下降时,气体体积膨胀,比体积上升。4.绝热变化过程一定质量的气体,如在状态变化过程中,与外界完全无热量交换时，则有P1vk1=P2vk2=常数式中:k为等熵指数,对于干空气k=1.4,对饱和蒸气k=1.3。在绝热过程中,气体状态变化与外界无热量交换,系统靠消耗本身的内能对外作功。在气压传动中,快速动作可被认为绝热变化过程。例如,压缩机的活塞在气缸中的运动是极快的,以致缸中气体的热量来不及与外界进行热交换,这个过程就被认为是绝热过程。在绝热过程中,气体温度的变化是很大的,例如空气压缩机压缩空气时,温度可高达50℃,而快速排气时,温度可降至-100℃。5.多变过程在实际问题中，气体的变化过程往往不能简单地归属为上述几个过程中的任一个，不加任何条件限制的过程称之为多变过程。n为多变指数，在一定的多变变化过程中。多变指数n保持不变;对于不同的多变过程，n有不同的值。前述四种典型的状态变化过程均为多变过程的特例。当n=0时,pv0

=p

=常数,为等压变化过程；当n=1时,

pv=常数,为等温变化过程；当n=±∞时,p1/nv=p0v=v=常数,为等容变化过程；当n=k时,pvk=常数,为绝热变化过程.k=1.4。第三节气体流动规律一、气体流动的基本方程1.连续性方程连续性方程实际上是质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式。当气体在管道中做稳定流动时,同一时间内流过管道每一截面的质量为一定值。即

qm

=ρvA=常数（A为管道截面面积;v为该截面上的平均流速;ρ为气体密度）2.伯努利方程在流管的任意截面上,根据能量守恒定律,单位质量稳定的空气流的流动压力p、平均流速v、位置高度H和阻力损失hf满足下列方程(伯努利方程)二、声速与马赫数1.声速是指声波在空气中传播的速度。声波是一种微弱的扰动波,在传递过程中只有压力波的变化而引起传递介质疏密程度的变化产生的振动,并没有物质的交换。气体在管道中流动时,某点声速的表达式为由于声波传播速度很快,传播过程可以看作为绝热过程,对于理想气体，声速的表达式为

声速只与温度有关,而与压力无关。2.马赫数气体的速度v与声速c之比定义为马赫数Ma即根据马赫数不同,把气流分为三种流动状态:(1)当Ma＞1时,称为超声速流动；(2)当Ma＜1时,称为亚声速流动；(3)当Ma

=1时,称为临界状态或声速流动。三、通流能力在气压传动系统中,阀或管路的通流能力,是指单位时间内通过阀或管路的流体体积流量或质量。目前表示通流能力大致有以下几种表示方法,即有效截面面积A、流量系数C和流量g等。1.有效截面积A在整个气动系统中,通常认为使元件过流截面与相应的管道截面等效。而实际上气动元件的过流截面与有效截面积还是有差异的,有效截面积是指一个无黏性气流中的理想节流小孔的流量等于实际气体流过气动元件的流量。这个有效截面积只能用实验方法测定,经常用由定积容器放气法来测定。2.流量系数C、Cv流量系数C是当阀全开时,阀两端压差为1.0MPa,密度为10OOkg/m3的水所通过阀的流量值。流量系数Cv是阀全开时,以15.6℃的清水,在阀前后压差约为0.OO7MPa,流经阀的流