《液压与气动技术》课件第十章 气压传动基础.ppt

1、气压传动，是以压缩空气为工作介质进行气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术能量传递和信号传递的一门技术,包括传动包括传动技术和控制技术两方面的内容。技术和控制技术两方面的内容。气压传动像液压传动一样，都是利用流体作为工作介质而传动的，在工作原理、系统组成、元件结构及图形符号等方面，二者之间存在着不少相似之处。气压传动的工作原理是利用空气压缩机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。图10-1-1 气压传动及控制系统的组成气压传动的组成气压传动的组

2、成：(1)气源装置 是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；(2)控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的器件，以便使执行机构完成预定的工作循环，它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；(3)执行元件 是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动缸等；(4)辅助元件 是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的器件，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。(5)工作介质 压缩空气。1 1气压传动的优点气压传动的优点(1)工作介质是空气，其取

3、之不尽、用之不竭，与液压油相工作介质是空气，其取之不尽、用之不竭，与液压油相比可节省资源比可节省资源。气体不易堵塞流动通道，而且不存在变质，用之后可将其随时排入大气中，一般不污染环境。(2)空气的特性受温度影响小。空气的特性受温度影响小。温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能；且在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。(3)空气的粘度很小空气的粘度很小(约为液压油的万分之一约为液压油的万分之一)，所以流动阻力，所以流动阻力小，小，在管道中流动的压力损失较小，便于集中供气和远距离输送；(4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一

4、般只需0.020.020.3s0.3s就可达到工作压力和速度。就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为15m/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；(5)气体压力具有较强的自保持能力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20004000万次；(7)工作环境适应性好，工作环境适应性好，特别是在易燃、易

5、爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、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，过载能自动保气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。护。2 2气压传动的缺点气压传动的缺点(1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，负载变化时，对工作速度的影响较大；(2)为了使用安全，气动系统工作压力不能太高，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大于1040kN；(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，同时实现生产过程的遥控也比较困难，所以不宜用于信号传递速度

6、要求高的复杂控制系统中。但对普通的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的；(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。一、空气的性质一、空气的性质 1 1空气的组成空气的组成 自然界的空气是由若干气体混合而成的，其主要成分是氮气（N2）和氧气（O2），其他气体占的比例极小。2 2气体的基本状态参数气体的基本状态参数气体的状态参数有六个：温度温度T T、体积、体积V V、压力、压力p p、热力学能、焓、熵。基准状态：温度为00C,压力为1.013105Pa的干空气的状态。标准状态：温度为200C,相对湿度为65%，压力为0.1MPa的空气的状态。3 3空气的密度和粘度空气的密度和粘度

7、 （1）密度空气的密度是表示单位体积V内的空气的质量m，用表示，即（2）粘度 是空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气空气粘度的变化只受温度变化的影响，且随温度的升高而增大粘度的变化只受温度变化的影响，且随温度的升高而增大，主要是由于温度升高后空气内分子运动加剧，使原本间距较大的分子之间碰撞增多的缘故。而压力的变化对粘度的影压力的变化对粘度的影响很响很小，且可忽略不计。4 4气体的易变特性气体的易变特性 气体的体积受压力和温度变化的影响极大，与液体和气体的体积受压力和温度变化的影响极大，与液体和固体相比较，气体的体积是易变的，称为气体的易变特性固体相比较，气体的体积是易变的，称为气体的易变特性

8、。Vmxs(2)饱和绝对湿度饱和绝对湿度 是指湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下蒸气的饱和压力时的绝对湿度，即 pb,饱和空气中水蒸气的分压力(N/m2)；Rs，水蒸气的气体常数N.m/(Kg.K)；T为热力学温度(K)，T=273.l+t(0C)。(3)相对湿度相对湿度在一定温度和压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度，用 表示，即：bsbbTRp)(%100%100bsbpp2.2.含湿量含湿量含湿量分为质量含湿量和容积含湿量两种。(1)质量含湿量单位质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量，称为质量含湿量，用 d表示(2)容积含湿量单位体积的干空气中所混合的水蒸汽的质量，称为

9、容积含湿量，用d 表示gsmmd/dVdmVmdgggs10.3.1 10.3.1 气体气体状态方程状态方程1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程一定质量的理想气体，在状态变化的某一稳定瞬时，其状态应满足下述关系：或 2 2.理想气体状态变化过程理想气体状态变化过程气体的绝对压力、比容及绝对温度的变化，决定着气体的不同状态和不同的状态变化过程。RTpRTp2 2、理想气体的状态变化过程、理想气体的状态变化过程1等容变化过程(查理定律)一定质量的气体，在状态变化过程中体积保持不变时，则有 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，气体的温度随之上升。2等压变化过程(盖-吕萨克定

10、律)一定质量的气体在状态变化过程中当压力保持不变时，有 表明，当压力不变时，温度上升，气体比体积增大(气体膨胀)；当温度下降时，气体比体积减小(气体被压缩)。3等温变化过程(波意耳定律)一定质量的气体，在其状态变化过程中，当温度不变时，有 表明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。4 绝热变化过程 气体在状态变化过程中，系统与外界无热量交换的状态变化过程，称为绝热过程，即 在此过程中，输入系统的热量为零，即系统靠消耗内能作功 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，快速动作可被认为为

11、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。应该指出，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2500C，而快速排气时，温度可降至-1000C。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，此时可用下式表示，即 反映气体流动规律的基本方程有、连续性方程和能量方程等。1、连续性方程连续性方程，实质上是质量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。气体在管道中作定常流动时，流过管道每一过流断面的质量流量为一定值。（常数）cvA2、能量方程3、有机械功的可压缩气体能量方程在所研究的管道两过流断面之间有流体机械(如压气机、鼓风机等)对气体供以能量 时，绝热过程能量方程变为对绝热过程，有（常数）ck/121222221121kkpvkkpv121222221121kkpvEkkpv2112122/11211vvpppkkEkkk