工信版（中职）液压与气压传动第7章教学课件.ppt

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1、YCF（中职）液压与气压传动第7章教学课件 第第7章气压传动概章气压传动概7.1概述概述7.2气压传动基础知识气压传动基础知识7.1概述概述7.1.1气压传动工作原理气压传动工作原理 气压和液压传动原理近似，是以压缩气体为工作介质，靠气气压和液压传动原理近似，是以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而做功体的压力能转换为机械能而做功;传递信息的系统是利用气动传递信息的系统是利用气

2、动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。系统。下一页返回7.1概述概述7.1.2气压传动系统组成气压传动系统组成 气压传动由气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组气压传动由气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组成。气源一般由压缩机提供。气动执行元件把压缩气体的压成。气源一般由压缩机提供。气动执行元件把压缩气体的压力能转换为机械能，用来驱动工作部件，包括气缸和气动电力能转换为机械能，用来驱动工作部件，包括气缸和气动电动机。气动控制阀用来调节气流的方向、压力和流量，相应动机。气动控制阀用来调节气流的方向、压力和流量，相

3、应地分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。气动辅件包地分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。气动辅件包括括:净化空气用的分水滤气器，改善空气润滑性能的油雾器，净化空气用的分水滤气器，改善空气润滑性能的油雾器，消除噪声的消声器，管子联接件等。在气压传动中还有用来消除噪声的消声器，管子联接件等。在气压传动中还有用来感受和传递各种信息的气动传感器。感受和传递各种信息的气动传感器。上一页 下一页返回7.1概述概述7.1.3气动元件图形符号气动元件图形符号 气压传动系统中各元件均按气压传动系统中各元件均按GB/T786.1-1993液压气液压气动图形符号动图形符号(见附录见附录)规定绘制。其绘制方法

4、及规则同液压规定绘制。其绘制方法及规则同液压元件。气压传动系统原理图应按标准图形符号、传动原理和元件。气压传动系统原理图应按标准图形符号、传动原理和逻辑关系绘制。牢记各种元件的标准画法是掌握和应用气压逻辑关系绘制。牢记各种元件的标准画法是掌握和应用气压传动与控制技术的基础。传动与控制技术的基础。上一页 下一页返回7.1概述概述7.1.4气压传动优缺点气压传动优缺点 1.优点优点 .以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道箱和

5、管道;.因空气的私度很小因空气的私度很小(约为液压油动力私度的万分之一约为液压油动力私度的万分之一)，其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，外泄漏不其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境会像液压传动那样严重污染环境;.与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题工作介质清洁，不存在介质变质等问题;上一页 下一页返回7.1概述概述 .工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境

6、中辐射、振动等恶劣工作环境中,.成本低，过载能自动保护。成本低，过载能自动保护。2.缺点缺点 .由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果用气液联动装置会得到较满意的效果;.因工作压力低，又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于因工作压力低，又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10-40 k1V;.噪声较大，在高速排气时要加消声器噪声较大，在高速排气时要加消声器;.气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多

7、的复杂回路。因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。上一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识7.2.1空气及其物理性质空气及其物理性质1.空气的组成空气的组成在空气的组成中，氮和氧是空气中比例最大的两种气体，其在空气的组成中，氮和氧是空气中比例最大的两种气体，其次是氨和二氧化碳，其他包括氖、氦、氢、氖以及水蒸气和次是氨和二氧化碳，其他包括氖、氦、氢、氖以及水蒸气和砂土等细小颗粒。组成成分的比例与空气所处的状态和位置砂土等细小颗粒。组成成分的比例与空气所处的状态和位置有关，例如位于地表的空气和高空的空气有差别，但在距离有关，例如位于地表的空气和高空的空气有差别，但在距离地表地表

8、20 km以内，其组成可以看成均一不变。以内，其组成可以看成均一不变。在空气有污染的情况下，还会含有二氧化硫、亚硝酸、碳氢在空气有污染的情况下，还会含有二氧化硫、亚硝酸、碳氢化合物等物质。一般因为空气的组成中比例最大的氮气具有化合物等物质。一般因为空气的组成中比例最大的氮气具有稳定性，不会自燃，所以，空气作为工作介质可用在易燃、稳定性，不会自燃，所以，空气作为工作介质可用在易燃、易爆场所。但利用空气作为介质时必须了解当地空气的实际易爆场所。但利用空气作为介质时必须了解当地空气的实际组成成分。组成成分。下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识2.空气的密度空气的密度 单位体积空气的质量及

9、重量，分别称为空气的密度及重度，单位体积空气的质量及重量，分别称为空气的密度及重度，气体密度与气体压力和温度有关，压力增加，密度增加，而气体密度与气体压力和温度有关，压力增加，密度增加，而温度上升，密度减少。温度上升，密度减少。干空气的密度用干空气的密度用Pd表示表示 (7-1)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识式中式中 热力学温度是热力学温度是T、绝对压力是、绝对压力是P的干空气密度的干空气密度(kg/m3)基准状态下干空气的密度，基准状态下干空气的密度，基准状态，基准状态是指温度是指温度t=0，压力，压力 P=0.1013 MPa;T-热力学温度热力学温度(K),T=

10、t+273.16;P绝对压力绝对压力(MPa);Po基准状态下的干空气压力，基准状态下的干空气压力，.湿空气的密度用湿空气的密度用 表示表示 (7-2)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识式中式中 湿空气的密度湿空气的密度(kg/m3)基准状态下干空气的密度，基准状态下干空气的密度，基准状态是，基准状态是指温度指温度t=0，压，压 力力P=0.1013 MPa;T-热力学温度热力学温度(K),T=t+273.16;P绝对压力绝对压力(MPa);Ps在热力学温度在热力学温度T时，饱和空气中水蒸气的分压力时，饱和空气中水蒸气的分压力(MPa)，见表，见表7-1;空气的相对湿度。

11、空气的相对湿度。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识3.空气的压力空气的压力 空气的压力是指单位面积上承受的垂直作用于作用面的力。空气的压力是指单位面积上承受的垂直作用于作用面的力。压力一般分为绝对压力和相对压力，绝对压力是以完全真压力一般分为绝对压力和相对压力，绝对压力是以完全真空为基准计算的压力空为基准计算的压力;相对压力是以大气压力为基准计算的压相对压力是以大气压力为基准计算的压力。通常压力表和真空表上显示的压力为相对压力，分别称力。通常压力表和真空表上显示的压力为相对压力，分别称为表压力和真空度。在运算公式中一般采用绝对压力。为表压力和真空度。在运算公式中一般采用绝

12、对压力。4.空气的黏性空气的黏性气体在流动过程中产生的内摩擦阻力的性质叫做气体的赫性，气体在流动过程中产生的内摩擦阻力的性质叫做气体的赫性，用赫度表示其大小。黏度大，内摩擦阻力大，气体流动相对用赫度表示其大小。黏度大，内摩擦阻力大，气体流动相对容易容易;黏度小，内摩擦阻力小，气体流动相对困难。压力对空黏度小，内摩擦阻力小，气体流动相对困难。压力对空气黏度的影响甚微，通常可忽略不计。气黏度的影响甚微，通常可忽略不计。表表7-1为压力在为压力在0.1013MPa时，空气的运动黏度与温度的关系。时，空气的运动黏度与温度的关系。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识5.空气的压缩性和

13、膨胀性空气的压缩性和膨胀性 空气的体积是易变的，它随压力和温度的变化而变化，即空气的体积是易变的，它随压力和温度的变化而变化，即气体体积随温度和压力的变化规律遵循气体状态方程空气的气体体积随温度和压力的变化规律遵循气体状态方程空气的体积随压力和温度变化较大。空气随压力增大而体积减小的体积随压力和温度变化较大。空气随压力增大而体积减小的性质称为气体的可压缩性。空气随温度增高而体积增大的性性质称为气体的可压缩性。空气随温度增高而体积增大的性质称气体的膨胀性。空气的压缩性和膨胀性比液体的压缩性质称气体的膨胀性。空气的压缩性和膨胀性比液体的压缩性和膨胀性大的多。因此，在气压传动设计中应给予考虑。和膨胀

14、性大的多。因此，在气压传动设计中应给予考虑。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识 6.空气的湿度和含湿量空气的湿度和含湿量 (1)湿空气的绝对湿度每湿空气的绝对湿度每1 m3的湿空气中所含水蒸气的质的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，用量称为湿空气的绝对湿度，用x表示表示 (7-3)式中式中mv水蒸气的质量水蒸气的质量(kg);V-湿空气的体积湿空气的体积(m3)Pv水蒸气的分压力水蒸气的分压力(MPa);Rv水蒸气的气体常数，水蒸气的气体常数，Rv=462.05 J/(kgK);T-热力学温度热力学温度(K),T=273.16+t,t为湿空气温度为湿空气温度(

15、);水蒸气的密度水蒸气的密度(kg/m3)。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(2)饱和绝对湿度在一定温度下，饱和绝对湿度在一定温度下，1m3饱和湿空气中所含水饱和湿空气中所含水蒸气的质量称为该温度下的饱和绝对湿度，用蒸气的质量称为该温度下的饱和绝对湿度，用xs表示表示 (7-4)式中式中Ps-饱和湿空气中水蒸气的分压力饱和湿空气中水蒸气的分压力(MPa);Rv水蒸气的气体常数，水蒸气的气体常数，Rv=462.05 J/(kgK);T-热力学温度热力学温度(K),T=273.16+t,t为摄氏温度为摄氏温度();饱和湿空气中水蒸气的密度饱和湿空气中水蒸气的密度(kg/m3

16、)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(3)相对湿度在同一温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱相对湿度在同一温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度、压力下的相对湿度，用和绝对湿度之比称为该温度、压力下的相对湿度，用 表示表示 (7-5)当空气的相对湿度中当空气的相对湿度中 时即为绝对干燥。当空气的相对时即为绝对干燥。当空气的相对湿度中湿度中 时即为饱和湿度。气压传动中，要求进人时即为饱和湿度。气压传动中，要求进人控制元件的空气相对湿度不得大于控制元件的空气相对湿度不得大于90%。(4)含湿量含湿量可用质量含湿量和容积含湿量表示。质量含湿量含湿量可用质量含湿

17、量和容积含湿量表示。质量含湿量是指含湿量是指1 kg干空气中所含水蒸气的质量，用干空气中所含水蒸气的质量，用d表示。容表示。容积含湿量是指积含湿量是指1m3干空气中所含水蒸气的质量，用干空气中所含水蒸气的质量，用d表示表示上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识 (7-6)式中式中mv水蒸气质量水蒸气质量(g);md干空气质量干空气质量(kg);Ps-饱和水蒸气分压力饱和水蒸气分压力(MPa);P湿空气全压力湿空气全压力(MPa)。(7-7)式中式中d质量含湿量质量含湿量(g/kg);干空气的密度干空气的密度(kg/m3)。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知

18、识(5)析水量湿空气被压缩时，其压力、温度、绝对湿度将增析水量湿空气被压缩时，其压力、温度、绝对湿度将增加。压缩空气随着冷却降温，其相对湿度增加。当温度降低加。压缩空气随着冷却降温，其相对湿度增加。当温度降低到露点时将有水滴被析出。利用空气压缩机将自然空气压缩到露点时将有水滴被析出。利用空气压缩机将自然空气压缩后，再通过冷却器降温、分离后可除去析出的水分。每小时后，再通过冷却器降温、分离后可除去析出的水分。每小时从压缩空气中析出水的质量称为析水量，用从压缩空气中析出水的质量称为析水量，用qm表示。表示。(7-8)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识7.2.2 气体的状态方程

19、气体的状态方程1.理想气体状态方程理想气体状态方程 理想气体是指赫性小到可以忽略的气体。自然空气可视为理想气体是指赫性小到可以忽略的气体。自然空气可视为理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一瞬时，其理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一瞬时，其状态方程为状态方程为 (7-9)(7-10)(7-11)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识式中式中P气体绝对压力气体绝对压力(MPa);V-气体体积气体体积(m3);T-气体热力学温度气体热力学温度(K);Vm气体的单位质量体积气体的单位质量体积(m3/kg);气体的密度气体的密度(kg/m3);R气体常数气体常数J/(

20、kgK);干空气为干空气为Rd=287.1 J/(kgK)，湿空气为，湿空气为Rw=462.05 J/(kgK)。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识2.气体状态变化过程气体状态变化过程 (1)等温过程等温过程是指气体温度保持不变的条件下，等温过程等温过程是指气体温度保持不变的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程。在整个等温过程中，一定质量气体所进行的状态变化过程。在整个等温过程中，系统与其外界处于热平衡状态。通常把气体状态缓慢变化的系统与其外界处于热平衡状态。通常把气体状态缓慢变化的过程视为等温变化过程。等温过程的状态方程为过程视为等温变化过程。等温过程的状态方程为

21、PVm=常数常数 p1Vm1=p2Vm2 (7-12)式中式中P1,P2起始状态和终了状态下的绝对压力起始状态和终了状态下的绝对压力(MPa);Vm1,Vm2起始状态和终了状态下的单位质量体积起始状态和终了状态下的单位质量体积(m3/kg)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(2)等容过程等容过程是指气体的质量或体积不变的条件下等容过程等容过程是指气体的质量或体积不变的条件下所进行的状态变化过程。由于在等容过程中系统对外界不做所进行的状态变化过程。由于在等容过程中系统对外界不做功，所以，当系统的温度升高时，将从外界吸收热量功，所以，当系统的温度升高时，将从外界吸收热量Q，并

22、，并全部转变为自身内能的增加。对一定质量理想气体等容过程全部转变为自身内能的增加。对一定质量理想气体等容过程的特征是压强和绝对温度按正比的变化。等容过程的状态方的特征是压强和绝对温度按正比的变化。等容过程的状态方程为程为 (7-14)式中式中P1,P2起始状态和终了状态的绝对压力起始状态和终了状态的绝对压力(MPa);T1,T2起始状态和终了状态的热力学温度起始状态和终了状态的热力学温度(K)。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(3)等压状态过程等压过程是指气体压力保持不变的条件下，等压状态过程等压过程是指气体压力保持不变的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程。等压过

23、程能量转化特一定质量气体所进行的状态变化过程。等压过程能量转化特点是系统吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外所做功点是系统吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外所做功之和之和;等于系统态函数烩的变化。等压过程的状态方程为等于系统态函数烩的变化。等压过程的状态方程为 (7-14)V1m,V2m起始状态和终了状态下的单位质量体积起始状态和终了状态下的单位质量体积(m3/kg);T1,T2起始状态和终了状态下的热力学温度起始状态和终了状态下的热力学温度(K)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(4)绝热过程绝热过程是指在气体与外界无热量交换条件下，绝热过程绝热过程是指在气体与外

24、界无热量交换条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程。通常把气体状态快速一定质量气体所进行的状态变化过程。通常把气体状态快速变化过程视为绝热变化过程。绝热状态过程方程为变化过程视为绝热变化过程。绝热状态过程方程为 式中式中k等嫡指数，等嫡指数，k=cP/cv，对于自然空气视为双原子，对于自然空气视为双原子气体，可取气体，可取k=1.4。其他参数同前。其他参数同前。上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识3.气体运动基本方程气体运动基本方程(1)气体运动连续性方程理想气体在管道内的连续性方程为气体运动连续性方程理想气体在管道内的连续性方程为 (7-21)式中式中 理想气体的密度理

25、想气体的密度(kg/m3)A通流截面的有效作用面积通流截面的有效作用面积(m2);u通流截面上的气体流速通流截面上的气体流速(m/s).可压缩气体连续性方程为可压缩气体连续性方程为 (7-22)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识(2)气体能量方程当忽略势能和损失能量时，绝热过程下气气体能量方程当忽略势能和损失能量时，绝热过程下气体能量方程为体能量方程为 (7-23)(3)流体机械对气体做功时气体能量方程绝热过程气体能量流体机械对气体做功时气体能量方程绝热过程气体能量方程为方程为 (7-24)上一页 下一页返回7.2气压传动基础知识气压传动基础知识多变过程气体能量方程为多变过程气体能量方程为 (7-27)(7-28)式中式中Lk,Ln绝热过程、多变过程中，流体机械对单位质量气绝热过程、多变过程中，流体机械对单位质量气体所做的全功体所做的全功(J/kg)。式。式(7-25)和式和式(7-27)中，等式右中，等式右边第一项为流体机械对单位质量气体的压缩功。边第一项为流体机械对单位质量气体的压缩功。上一页返回表表7-1空气猫度与温度关系空气猫度与温度关系返回