液压与气压传动第10章气压传动基本知识

一、气压传动系统组成能源装置：压缩空气的发生装置以及压缩空气的存储、净化的辅助装置。为系统提供合乎质量要求的压缩空气。执行元件：将气体压力能转换成机械能的元件，如气缸、气动马达。气动控制元件：控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类、气动逻辑元件、气动信号处理元器件等。辅助元件：系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。工作介质：系统的工作媒介。第十章气压传动基本知识2/8/2023二、气压传动的特点(1)工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用过后可将其随时排入大气中，不污染环境；(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸，且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能；(3)空气的粘度很小(约为液压油的万分之一)，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送；(4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0.02~0.3s就可达到工作压力和速度。压油在管路中流动速度一般为1～5m／s，而气体的流速最小也大于10m／s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速；1、优点2/8/2023(5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变；

(6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行2000～4000万次；(7)工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越；(8)气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。2/8/20232、缺点(1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，外载变化时，对工作速度的影响较大；(2)由于工作压力低，气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。2/8/2023五、气动系统的发展

1、位置控制的高精度化如：锁紧气缸：±0.5mm，配以控制系统达±0.2mm；

定位气缸：±0.01mm；2、小型化：

如低功耗电磁阀尺寸：15×38×39mm，重量:50克；3、节能化：如低功耗电磁阀：0.5w；4、无油化：第1阶段：预加润滑剂成功；第2阶段：全无油润滑元件开发；5、机电一体化：

PC→接口（interface）→小型阀（smallvalve）→气缸（pneumaticcylinder）。气动技术由开关控制→反馈控制2/8/202310.1空气的物理性质1.空气的组成自然界的空气是由若干种气体混合组成的，其主要成分是氮（N2）和氧（O2），其他气体所占比例很小。此外，空气中常含有一定量的水蒸气。含有水蒸气的空气称为湿空气。所含水蒸气达到最大可含量时，这种空气称为饱和湿空气。一、空气的性质表10-1干空气的组成成分氮（N2）氧（O2）氩（Ar）二氧化碳（CO2）其他气体体积分数（%）质量分数（%）78.0375.5020.9523.100.9321.280.030.0450.0780.0752/8/20231、密度空气具有一定质量，常用密度ρ表示单位体积内空气的质量。2.空气的密度和粘度表10-2空气的运动粘度与温度的关系（压力0.1013MPa）t/℃05102030406080100v/（×10－4m2·s－1）0.1330.1420.1470.1570.1660.1760.1960.2100.2382、粘度空气的粘度是空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气的运动粘度随温度变化的关系见表10-2。温度↑分子运动加剧碰撞机会↑粘度↑↑2/8/2023二、湿空气（1）绝对湿度每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。（3）相对湿度在某温度和总压力下，其绝对湿度与饱和绝对湿度之比。相对湿度是表征湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度。

（1）绝对湿度每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。（2）饱和绝对湿度湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下蒸汽的饱和压力时的绝对湿度。结论：

1）值大小保证湿空气吸收水蒸汽的能力；

2）在压力一定情况下，温度↑↓（干燥）温度↓

↑（冷凝）2/8/2023=0，空气绝对干燥，其吸收水蒸汽能力最强；=100％，空气中水蒸汽达到饱和，其吸收水蒸汽能力为0；=60％－70％，人体感觉最舒适≤90％，气动元件要求的相对湿度；（4）空气的含湿量1kg干空气中所含水蒸汽的质量（g）。用d表示，单位：g/kg干空气。2/8/2023三、气体体积的易变特性

由于气体分子间的距离大，分子间的内聚力小，体积容易变化，体积随压力和温度的变化而变化，因此气体与液体相比有明显的可压缩性，但当其平均速度v≤50m/s时，其压缩性并不明显，然而当v＞50m/s时，气体的可压缩性将逐渐明显。2/8/202310.2气体状态方程气体的压力、温度和体积这三个参数表征气体处于某种状态。气体从一种状态变化到另一种状态称为状态变化。气体状态方程描述气体在状态变化以后或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程。2/8/2023不计粘性的气体称为理想气体。空气可近似视为理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，其状态方程为：式中p—气体绝对压力，单位为Pa；

V—气体体积，单位为m3；

T—气体的热力学温度，单位为K；

v—气体的单位质量体积，单位为

m3/kg；

ρ—气体的密度，单位为kg/m3；

R—气体常数，单位为J/（kg·K）；干空气，Rg=287.1J/（kg·K）；水蒸气，Rs=462.05J/（kg·K）。一、理想气体状态方程2/8/2023二、理想气体状态变化过程

1.等容过程（查理定律）在气体的质量、体积保持不变（v=常数）的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程状态方程为：或式中

T1、T2—分别为起始状态和终止状态下的热力学温度，单位为K；

p1、p2—分别为起始状态和终止状态下的绝对压力，单位为Pa。在等容过程中，气体对外不做功。当体积不变时，压力的变化与温度的变化成正比，当压力上升时，气体温度随之上升。2/8/20232.等压过程（盖—吕萨克定律）一定质量气体在状态变化过程中，当压力保持不变（p=常数）时，此过程称为等压过程。等压过程状态方程为：或式中v1、v2—分别为起始状态和终止状态下的单位质量体积，单位为m3/kg。压力不变时，温度上升，气体比容增大（膨胀），对外做功；压力不变时，温度下降，气体比容减小（被压缩）。2/8/20233.等温过程（波意耳定律)在气体温度保持不变（T=常数）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等温过程。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的气缸慢速运动、管道送气过程等。等温过程状态方程为：或

在温度不变的条件下，气体压力上升时，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。2/8/20234.绝热状态过程

一定质量气体在状态变化过程中，与外界无热量交换时，所进行的状态变化过程，称为绝热过程。当气体状态变化很快，可视为绝热变化过程，如气动系统的快速充、排气过程。在绝热过程中，气体靠消耗自身的热力学能对外做功，其压力、温度和体积三个参数均为变量。绝热过程状态方程为：（1-56）（1-55）或或（1-58）（1-57）式中—等熵指数（又称绝热指数），；对于空气，=1.4。

2/8/20235.多变状态过程在没有任何制约条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为多变过程。严格地讲，气体状态变化过程大多属于多变过程；等容、等压、等温、绝热这四种变化过程不过是多变过程的特例而已。多变过程状态方程为：pvn=常数p1v1n=p2v2n或式中n—多变指数；n=0，等压变化过程；n=1，等温变化过程；n=k，绝热变化过程；n=±∞,等容过程。2/8/202310.3逻辑运算简介一、逻辑“或”和逻辑“与”的恒等式逻辑“或”：两个或两个以上的逻辑信号相加逻辑“与”：两个或两个以上的逻辑信号相乘

逻辑“或”逻辑“与”A+0=A;A+1=1；A+A=AA·0=0;A·1=A;A·A=A二、逻辑