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1、第9章 气压传动概述本讲稿第一页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动第第9 9章章 气压传动概述气压传动概述9.1 空气的物理性质空气的物理性质9.2 气体状态方程与气体流动规律气体状态方程与气体流动规律9.3 气压传动系统的工作原理及组成气压传动系统的工作原理及组成本讲稿第二页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动1.空气的组成空气的组成9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.1 空气与湿空气空气与湿空气 自然界的空气是由若干气体混合而成的，其主自然界的空气是由若干气体混合而成的，其主要成分是要成分是氮（氮（N2）和和氧气（氧气（O2）,其它气体占的比其它气体占的比例极小，此外，空气
2、中常有一定量的水蒸气，对于含例极小，此外，空气中常有一定量的水蒸气，对于含有水蒸气的空气称之为有水蒸气的空气称之为湿空气湿空气。不含有水蒸气的空气。不含有水蒸气的空气称之为称之为干空气干空气。标准状态下标准状态下（即温度为（即温度为t=0、压力为、压力为pat=0.1013MPa、重力加速度、重力加速度g=9.8066m/s、相、相对分子质量对分子质量M=28.962）干空气的）干空气的组成组成如表如表9-1所所示。示。本讲稿第三页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动2.空气的密度和粘度空气的密度和粘度空气的密度空气的密度：单位体积：单位体积V内的空气的质量内的空气的质量m，即：即：空气的粘
3、度：空气的粘度：空气质点相对运动时产生阻力的性空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气粘度的变化只受温度变化的影响，质。空气粘度的变化只受温度变化的影响，而压力的变化对粘度的影响很小，且可忽略而压力的变化对粘度的影响很小，且可忽略不计。不计。9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.1 空气与湿空气空气与湿空气本讲稿第四页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动3.湿空气湿空气 9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.1 空气与湿空气空气与湿空气 含有水蒸气的空气称为含有水蒸气的空气称为湿空气湿空气，其所含水分的程度用，其所含水分的程度用湿度和含湿量湿度和含湿量来表示，湿度的表示方法有来
4、表示，湿度的表示方法有绝对湿度绝对湿度和和相对湿度相对湿度之分。之分。(1)绝对湿度：绝对湿度：指每立方米空气中所含水蒸气的质量，即指每立方米空气中所含水蒸气的质量，即式中：式中：湿空气中水蒸气的质量；湿空气中水蒸气的质量；V 湿空气的体积。湿空气的体积。本讲稿第五页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.1 空气与湿空气空气与湿空气(2)饱和绝对湿度饱和绝对湿度：指湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下：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，用蒸气的饱和压力时的绝对湿度，用 表示表示。(3)相对湿度相对湿度：指在某温度和总压
5、力下，其绝对湿度与：指在某温度和总压力下，其绝对湿度与 饱和绝对湿度之比，即：饱和绝对湿度之比，即：式中：式中：蒸气的分压力；蒸气的分压力；饱和水蒸气的分压力。饱和水蒸气的分压力。本讲稿第六页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.1 空气与湿空气空气与湿空气 (4)空气的含湿量空气的含湿量：每千克质量的干空气中所混合的水蒸每千克质量的干空气中所混合的水蒸 气的质量，气的质量，即：即：式中：式中：水蒸气的质量；水蒸气的质量；干空气的质量；干空气的质量；水蒸气的密度；水蒸气的密度；干空气的密度；干空气的密度；本讲稿第七页，共十六页液压与气压传动液压与气
6、压传动 当当 时，气体的可压缩性将逐渐明显。时，气体的可压缩性将逐渐明显。9.1 空气的物理性质空气的物理性质 9.1.2 气体体积的易变性气体体积的易变性 气体与固体和液体相比最大的特点是分子气体与固体和液体相比最大的特点是分子间间的距离的距离相当相当长长，由于气体分子，由于气体分子间间的距离大，分子的距离大，分子间间的内聚力小，的内聚力小，体体积积也容易也容易变变化，即气体体化，即气体体积积随随压压力和温度的力和温度的变变化而化而变变化，也就是化，也就是说说气体与液体相比有明气体与液体相比有明显显的可的可压缩压缩性性，但当其平均速度但当其平均速度 ，其压缩性并不明显；其压缩性并不明显；本讲
7、稿第八页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.2 气体状态方程与气体流动规律气体状态方程与气体流动规律 9.2.1 气体状态方程气体状态方程1.理想理想气体的状气体的状态态方程方程理想气体：理想气体：没有粘性的气体。当气体处于某种平衡状态时，气没有粘性的气体。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体的压力、温度和比体积之间的关系为 常数常数理想气体的状态方程理想气体的状态方程式中：式中：气体的绝对压力，单位为气体的绝对压力，单位为N/m2；T 空气的热力学温度，单位为空气的热力学温度，单位为K；V 气体的体积，单位为气体的体积，单位为m3。本讲稿第九页，共十六页液压
8、与气压传动液压与气压传动9.2 气体状态方程与气体流动规律气体状态方程与气体流动规律 9.2.1 气体状态方程气体状态方程 2.理想气体的状态变化规律理想气体的状态变化规律（1 1）等容过程（查理定律）等容过程（查理定律）：当气体体积不变时，压力的变化与温：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。度的变化成正比；当压力上升时，气体的温度随之上升。（2 2）等压过程（盖等压过程（盖-吕萨克定律）吕萨克定律）：当气体压力不变时，温度上升，气体：当气体压力不变时，温度上升，气体的体积增大（气体膨胀）；当温度下降时，气体的体积减小（气体被压缩）的体积增大（气体
9、膨胀）；当温度下降时，气体的体积减小（气体被压缩）。（3 3）等温过程：（波意耳定律）等温过程：（波意耳定律）：在气体温度不变的条件下，压力上升：在气体温度不变的条件下，压力上升时，气体体积被压缩；压力下降时，气体体积膨胀。时，气体体积被压缩；压力下降时，气体体积膨胀。本讲稿第十页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.2 气体状态方程与气体流动规律气体状态方程与气体流动规律 9.2.1 气体状态方程气体状态方程 3.绝热变化过程绝热变化过程 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，此过程称为绝热过程。此时，气体的状态方
10、程为：交换时，此过程称为绝热过程。此时，气体的状态方程为：上式表明：在绝热过程中，气体状态变化与外界无热量交换，上式表明：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做功系统靠消耗本身的内能对外做功。在气压传动中，快速动作可认为是。在气压传动中，快速动作可认为是绝热变化过程。应该指出，绝热变化过程。应该指出，在绝热过程中，气体温度的变化是很在绝热过程中，气体温度的变化是很大的大的，例如空气压缩机压缩空气时，温度可高达，例如空气压缩机压缩空气时，温度可高达250250，而快速排气时，而快速排气时，温度可降至温度可降至-100-100。本讲稿第十一页，共十六页液压与气压传动
11、液压与气压传动9.2 气体状态方程与气体流动规律气体状态方程与气体流动规律 9.2.2 气体流动规律气体流动规律 气体与液体一样，在流动中遵循质量守恒定律和能量守恒定气体与液体一样，在流动中遵循质量守恒定律和能量守恒定律，所以律，所以气体流动的规律也可用连续性方程和伯努利方程气体流动的规律也可用连续性方程和伯努利方程表示，表示，但它与液体流动时的连续性方程和伯努利方程但它与液体流动时的连续性方程和伯努利方程有所不同有所不同，具体公，具体公式参见相关资料。式参见相关资料。本讲稿第十二页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.3 气压传动系统的工作原理及组成气压传动系统的工作原理及组成 9.3.
12、1 气压传动系统的工作原理气压传动系统的工作原理 剪切机气压系统工作原理示意图剪切机气压系统工作原理示意图 a a）工作原理图）工作原理图 b b）图形符号图）图形符号图l-l-空气压缩机空气压缩机 2-2-冷却器冷却器 3-3-分水排水器分水排水器 4-4-气罐气罐 5-5-空气干燥器空气干燥器 6-6-空气过滤器空气过滤器7-7-减压阀减压阀 8-8-油雾器油雾器 9-9-机动阀机动阀 10-10-节流阀节流阀 11-11-气控换向阀气控换向阀 12-12-气缸气缸 13-13-工件工件本讲稿第十三页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.3 气压传动系统的工作原理及组成气压传动系统的工
13、作原理及组成 9.3.2 气压传动系统的组成气压传动系统的组成1.气压发生装置：气压发生装置：将原动机输出的机械能转变为空气的压力将原动机输出的机械能转变为空气的压力 能。主要设备是空气压缩机，简称为空压机。能。主要设备是空气压缩机，简称为空压机。2.控制元件：控制元件：控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保 证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常 工作。如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。工作。如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。3.执行元件：执行元件：将空气的压力能转变为机械能的能量转换
14、装置。将空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。4.辅助元件：辅助元件：用于辅助保证气动系统正常工作的一些装置。用于辅助保证气动系统正常工作的一些装置。如各种干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器等。如各种干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器等。本讲稿第十四页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.4 气压传动的特点气压传动的特点 9.4.1 气压传动的气压传动的优点优点1）工作介质为空气，来源经济方便，用过之后直接排入大工作介质为空气，来源经济方便，用过之后直接排入大 气，处理简单，不污染环境。气，处理简单，不污染环境。2）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，作远距离由于空气流动损失小，压缩
15、空气可集中供气，作远距离 输送。输送。3）与液压传动相比，气压传动具有动作迅速、反应快、维与液压传动相比，气压传动具有动作迅速、反应快、维 护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补 充和更换等问题。充和更换等问题。4）对工作环境的适应性好，可安全可靠地应用于易燃易爆对工作环境的适应性好，可安全可靠地应用于易燃易爆 场所。场所。5）气动装置结构简单、重量轻、安装维护方便，压力等级气动装置结构简单、重量轻、安装维护方便，压力等级 低，使用安全。低，使用安全。6）空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。本讲稿第十五页，共十六页液压与气压传动液压与气压传动9.4 气压传动的特点气压传动的特点 9.4.1 气压传动的气压传动的缺点缺点1）由于空气有可压缩性，所以气缸的动作速度受负载变化由于空气有可压缩性，所以气缸的动作速度受负载变化 影响较大。影响较大。2）工作压力较低（一般为工作压力较低（一般为0.40.40.8MPa0.8MPa），因而气动系统输），因而气动系统输 出动力较小。出动力较小。3）气动系统有较大的排气噪声。气动系统有较大的排气噪声。4）工作介质空气没有自润滑性，需另加装置进行给油润滑工作介质空气没有自润滑性，需另加装置进行给油润滑本讲稿第十六页，共十六页