第9章 气动工作原理及回路设计
数控机床原理与结构分析第9章数控机床液压与气动系统
常见的气动辅助元件包括消声器、过滤器、压力调节器等。
气动辅助元件的选择
在选择气动辅助元件时，需要根据实际需求选择合适的型号和规 格，以确保系统的正常运行。
PART 04
数控机床液压与气动系统 的应用实例
REPORTING
WENKU DESIGN
数控机床的刀具夹紧与松开
刀具夹紧
液压系统通过提供强大的夹紧力 ，确保刀具在加工过程中保持稳 定，防止刀具松动或位移。
液压与气动系统的历史与发展
液压与气动系统的起源可以追溯 到古代的水钟和风箱等简单装置。
随着工业技术的发展，液压与气 动系统逐渐应用于各种机械设备
中，如机床、纺织机械等。
数控技术的出现为液压与气动系 统的发展提供了新的机遇，使得 液压与气动系统在数控机床中的
应用更加广泛和深入。
PART 02
液压系统原理及元件
液压与气动系统在数控机床中的作用
实现高精度定位和加工
实现复杂运动轨迹的控制
液压与气动系统在数控机床中主要用 于实现高精度定位和加工，如工作台 的直线运动、主轴的旋转运动等。
液压与气动系统能够实现复杂运动轨 迹的控制，如曲线、曲面等加工，从 而拓宽了数控机床的应用范围。
提高加工效率和精度
液压与气动系统的快速响应和稳定性 能有助于提高数控机床的加工效率和 精度，从而提高生产效益。
气动基本回路
气动程序控制回路：应用实例一
一台切割机，工作循环 要求：脚踏开关一次则 完成一次切割动作（铡 刀切下—返回），为保 证切断工件，铡刀必须 在切断位置停留数秒。 另外要求切割速度可以 调节以及为避免事故， 工作之前需盖防护罩。
气动程序控制回路：切割机实例分析
该设备组成－执行元件：双作用气缸A控制铡刀（回路图 中元件命名方法）； 执行元件初始状态：A伸出、A＋ 执行元件工作过程：A－、A＋，如何描述？
2、气动常用回路
12、带行程检测的压力控制回路
如图12-21所示回路，按下按钮阀1S1，主控阀1V1换向，活塞前进，当活塞杆碰到行 程阀1S2时，如活塞腔气压达到顺序阀的调定压力时，则打开顺序阀1V2，压缩空气经过 顺序阀1V2、行程阀1S2使主阀1V1复位，活塞后退。这种控制回路可以保证活塞到达行 程终点且活塞腔压力达到预定压力值时，活塞才后退。
2、气动常用回路
4、利用双压阀的控制
最常用的双手操 作回路还有如图12-12 所示的回路 ，常用于 安全保护回路。
2、气动常用回路
5、单作用气缸的速度控制
如图12-13为利用单向节流 阀控制单作用气缸活塞速度的 回路。单作用气缸前进速度的 控制只能用入口节流方式，如 图12-13（a）所示。单作用气 缸后退速度的控制只能用出口 节流方式，如图12-13（b）。 如果单作用气缸前进及后退速 度都需要控制，则可以同时采 用两个节流阀控制，回路如图 12-13（c）所示。活塞前进时 由节流阀1V1控制速度，活塞 后退时由节流阀1V2控制速度。
液压与气动技术课程标准
液压与气动技术课程标准182(共
23页)
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液压与气动技术课程标准
课程名称：液压与气动技术
课程性质：职业能力必修课
学分：4
计划学时：64(理论56，实践8）
适用专业：模具设计与制造
（一）前言
1.课程定位：
《液压与气动技术》在本专业人才培养方案中的定位是职业能力必修课，是学生学习其他课程的必须知识储备。
学完本课程后，应达到下列基本要求：
1）掌握液压传动的基本知识。
2）掌握基本液压元件的结构特点、工作原理、性能及应用。
3）能对一般的机械设备的液压系统进行阅读、分析，具备按设备说明书进行调试和维修的初步能力。
4.）能合理地设计一般机械设备的液压系统，具备初步的设计、计算能力，并能合理地选用液压元件。
5）了解液压伺服系统的工作原理、系统组成及性能特点。
6）了解气压传动的基本知识，气动元件的工作原理及气动传动基本回路。
7）具备一定的安装、调试、维修及使用一般液压及气压系统的能力。
2.设计思路
课程设计的目的
1）使学生了解和掌握液压与气压传动技术的基本知识，典型液压元件的结构特点和工作原理；
2）掌握液压基本回路的组成，典型液压传动系统的工作原理；
3）液压传动系统的设计计算及其在工程实际中的应用等；
4）通过实验课使学生对液压元件结构及液压传动系统有更深刻的认识，并掌握必要的实验技能和一定的分析和解决问题的实际能力。
3.与前后课程的联系
前续课程为《机械制图》，后续课程包括《机械设计基础》、《机械制造技术》《数控车床》、《铣床加工零件》。
气动回路工作原理
气动回路工作原理
气动回路工作原理是通过气压来实现机械运动或执行某一控制功能的系统。气动回路的基本组成包括压缩空气供应源、执行器、控制阀和管路连接等。
首先，气动回路的压缩空气供应源会提供高压气体，通常使用气压机或气罐来提供稳定的气压。这种高压气体通过管路连接到执行器。
执行器可以是气缸或气动马达，它们在受到气体压力作用下能够产生机械运动。气缸是最常见的执行器，它包括一个活塞和气缸筒。当高压气体进入气缸筒时，活塞会受到压力的推动而运动，从而实现线性或往复运动。气动马达则通过高压气体的推动来驱动轴或齿轮等部件旋转。
控制阀是气动回路中的重要组成部分，它用于控制气体的流动和压力。控制阀通常有两个工作状态：打开和关闭。当控制阀打开时，高压气体可以通过阀门流向执行器，从而推动执行器产生相应的运动。而当控制阀关闭时，阻止气体流动，执行器停止工作。
管路连接将压缩空气源、执行器和控制阀连接在一起，使气体能够在系统中流动。管路连接必须严密可靠，以确保气体不泄漏，并保持恰当的气体流速和压力。
根据具体的应用需求，气动回路还可以包括压力调节器、过滤器等辅助装置，用于调节气体压力和提供洁净的气体。
总的来说，气动回路工作原理依靠压缩空气作为动力源，通过控制阀和执行器来实现机械运动和控制功能，广泛应用于自动化生产线、工业机械以及各种机械设备中。
机器人常用气动元件与控制回路简介
动信号的传递速度。
流量控制阀包括调速阀、单向节流阀和带消声器的排气节流阀 等三种。
33
第1章 机器人常用的气动元件
三、气动控制元件
2、流量控制阀
流量控制阀在气动系统中通过改变阀的流通截面积来实现流量 控制，以达到控制气缸运动速度或者控制换向阀的切换时间和气
动信号的传递速度。
流量控制阀包括调速阀、单向节流阀和带消声器的排气节流阀 等三种。
图1－1 外观图
式称为排气节流方式。
图1－2 气缸的工作原理
11
第1章 机器人常用的气动元件
二、气动执行元件
1.气缸的工作原理
图1－2所示为气缸的工作原理，
给出了在双作用气缸装上两个单向 节流阀的连接示意图，这种连接方
图1－1 外观图
式称为排气节流方式。
图1－2 气缸的工作原理
12
第1章 机器人常用的气动元件
机器人常用气动元件与控制回路简介
1
机器人常用气动元件与控制回路简介
第1章 机器人常用的气动元件 第2章 四自由度机器手气动回路图
2
机器人常用气动元件与控制回路简介
第1章 机器人常用的气动元件 第2章 四自由度机器手气动回路图
第1章 机器人常用的气动元件
机器人或机器手所使用的气动控制系统是以压缩空气为工作
于行程短，对输出力和运动速度要求不高的场合。
《液压与气动》课程标准
《液压与气动》课程标准
学时：72
学分：4
适用专业及学制：三年制智能设备运行与维护、机电技术应用（机器人方向）全日制审定：机电技术教学部
一、制定依据
本课程是数控类专业核心课程。本标准依据《中职国家专业教学标准》而制定。
二、课程性质
本课程是中职教育类机电设备与维修、工业机器人专业等相关专业二年级学生开设的职业技术课。通过本课程的学习，使学生掌握液压与气压传动的基础知识和基本计算方法，掌握液压与气动元件的工作原理、特点及应用，熟悉液压与气压传动系统的组成以及在设备和生产线上的应用。能正确选用和使用液压与气动元件，并熟练地绘制出液压与气动回路图。
三、课程教学目标
1.课程目标
通过本课程的学习，使学生系统地掌握液压与气压传动的基础知识，基本原理和基本计算方法，初步具备机电一体化产品开发设计及技术改造的能力，具备简单机电设备的安装调试、维修的能力，认识到这门技术的实用价值，增强应用意识，逐步培养学生学习专业知识的能力以及理论联系实际的能力～为学习后继课程和进一步学习现代科学技术打
下专业基础，同时培养学生的创新素质和严谨求实的科学态度以及自学能力。
2.基本要求
知识要求：掌握液压系统的组成、液压传动的工作原理和特点，掌握液体静压力的概念及表示方法，理解连续性方程的物理意义，了解液压系统中压力及流量损失产生的原因，了解液压冲击和空穴现象，了解液压油的性质。掌握液压泵的工作原理、熟悉液压泵的主要参数、能够正确地选用泵，掌握液压缸的工作原理和结构特点、掌握液压缸的推力和速度计算方法，熟练掌握液压泵、液压马达和液压缸的职能符号。熟练掌握换向阀的功能、工作原理、结构、操纵方式和常用滑阀中位机能特点，掌握单向阀、液控单向阀结构和工作原理，熟悉溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器的结构、工作原理及应用～熟悉各压
气动课程设计
机电工程系
课程设计
课程设计报告
（2011/2012 第1学期）
设计题目液压(气压)课程设计
指导教师
学生班级
学生姓名
学生学号
考核成绩
内容摘要
概述
气动（qìdòng）[pneumatic]∶利用撞击作用或转动作用产生的空气压力使运动或做功的
气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，所以说流动速度快，所以说主要特点便是节能环保。
气动技术的特点：
1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、使用
安全相对液压系统安全一些。
2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，
不污染环境，但电能消耗较大，能源转换率很低，初期成本较低，但使用成本较高。
3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般
为50~500mm/s。但运行速度稳定性不高。
4、可靠性不太高，使用寿命受气源洁净度和使用频率的影响较大。
5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释
放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。
气动技术的缺点：
1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。
采用气液联动方式可以克服这一缺陷,气缸速度比液压要快。
2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的
气动的工作原理图
气动的工作原理图
抱歉，我无法提供图片。然而，以下是气动工作的基本原理描述：
气动系统利用气体的压缩和流动来实现机械工作。典型的气动系统包括一个压缩机、一个储气罐、气压调节器、执行器（如气缸或气动阀门）以及相应的管道连接。
工作原理如下：
1. 压缩机：将外部空气压缩成高压空气并送入储气罐中。
2. 储气罐：将压缩机产生的高压气体存储在罐内，以便在需要时供应给执行器。
3. 气压调节器：调节和维持气压在预设范围内，以满足各种需求。
4. 执行器：根据气动系统的需求，执行器可以是气缸、气动阀门、活塞等，通过接收压缩空气来产生机械运动。
5. 管道连接：管道将空气从压缩机、储气罐、调节器传输到执行器。
执行器如气缸的工作原理如下：
1. 当气缸内没有气体或气压不足时，气缸处于伸出状态。
2. 当气缸接受到压缩空气时，气压推动活塞向内移动，实现气缸的缩回。
3. 当气压释放时，活塞由于外部压力作用，会回到原来的位置。
这是一个简单的气动系统工作原理的描述。具体的实现方式和应用可能会有所不同。
气压传动技术PPT
9.8.2 气动系统的安装调试与故障分析
1．管道的安装
（1）安装前要检查管道内壁是否光滑， 并进行除锈和清洗。
（2）管道支架要牢固，工作时不得产生 振动。
压缩空气经阀6通过主控阀4的左位 进入气缸B和C的无杆腔，使两气缸活塞 杆同时伸出，夹紧工件。
与此同时，一部分压缩空气经单向 节流阀3调定延时，使主控阀4在加工后 换向到右位，则两气缸B和C返回。
图9-58 工件夹紧气压传动系统
9.7.2 气液动力滑台气压传动系统
图9-59 气液动力滑台的气压传动系统
速度 高速度
功率
零点几千瓦 到l.3kW
每千瓦耗气量 Q(m3/min)
特点及应用范围
小型：1.8～2.3 大型：1.0～1.4
制造简单，结构紧凑，但低速启动转矩小，低速性 能不好。适用于要求低、中功率的机械，如手提工 具、复合工具传送带、升降机、泵、拖拉机等
低速或 中速
零点几千瓦 到1.7kW
小型：1.9～2.3 大型：1.0～1.4
图9-57 连续往复动作回路
9.7 常用气动系统
9.7.1 工件夹紧气压传动系统
当工件运动到指定位置后，气缸A的 活塞杆伸出，将工件定位后两侧的气缸B 和C的活塞杆伸出，从两侧面夹紧工件， 而后进行机械加工。
其气压系统的动作过程如下：当用脚踏换
向阀1（或用其他方式换向）后，压缩空气经 单向节流阀进入气缸A的无杆腔、夹紧头下降 至工件定位位置后使机动行程阀2换向，压缩 空气经单向节流阀5进入阀6的右侧，使阀6换 向。
气动基本回路 (1)
9
为分清气动元件与气动回路的对应关系，图13－3和图13－ 4分别给出全气动系统和电－气动系统的控制链中信号流和元件 之间的对应关系。掌握这一点对于分析和设计气动程序控制系 统非常重要。
10
图13－3 全气动系统中信号流和气动元件的关系
11
图13－4 电－气动系统中信号流和元件的关系
12
13．1．2 回路图内元件的命名
14
13．1．3 各种元件的表示方法 在回路图中，阀和气缸尽可能水平放置。回路中的所有元
件均以起始位置表示，否则另加注释。阀的位置定义如下： 1．正常位置 阀芯未操作时阀的位置为正常位置。
15
2．起始位置 阀已安装在系统中，并已通气供压，阀芯所处的位置称为 起始位置，应标明。图13－5所示的滚轮杠杆阀(信号元件)，正 常位置为关闭阀位，当在系统中被活塞杆的凸轮板压下时，其 起始位置变成通路，应按图13－5(b)所示表示。 对于单向滚轮杠杆阀，因其只能在单方向发出控制信号， 所以在回路图中必须以箭头表示出对元件发生作用的方向，逆 向箭头表示无作用，如图13－6所示。
5
13．1．1 气动回路的符号表示法 工程上，气动系统回路图是以气动元件职能符号组合而成
的，故读者对前述所有气动元件的功能、符号与特性均应熟悉 和了解。
以气动符号所绘制的回路图可分为定位和不定位两种表示 法。
定位回路图是以系统中元件实际的安装位置绘制的，如图 13－1所示。这种方法使工程技术人员容易看出阀的安装位置， 便于维修和保养。
机械基础 第9章 气压控制元件
2、气缸 气缸是将压缩空气的压力能转换为机械能并驱 动工作机构作往复运动或摆动的装置，为执行元件。 气缸的分类： 按压缩空气对活塞端面的作用方向不同，气缸 可分为单作用式和双作用式；按结构不同，可分为 活塞式、叶片式、膜片式和气液阻尼式；按有无缓 冲装置，可分为缓冲式和无缓冲式气缸。
3、气动控制阀
http://metc.gdut.edu.cn/jpkc/qycd/kechengjieshao.htm
4、辅助元件 保证气压系统正常工作所必需的部 分。包括油水分离器、干燥器、过滤器等气源净 化装置以及贮气罐、消声器、油雾器、管网、压 力表及管件等。
为了使气压传动系统能正常可靠地工作，其系统 中分水滤气器、减压阀、油雾器是不可省略的， 否则会造成系统气压不稳、积水、各元件锈蚀、 动作不可靠等现象。上述三元件合称气动三大件。
二、气压传动的特点
气压传动与液压传动相比，有以下优点： (1)以空气作介质，介质清洁，易得，费用低， 维护处理方便，管道不易堵塞； (2)空气粘度很小（约为油的万分之一），管 道压力损失小，易集中供应和远距离输送； (3)气压传动动作迅速，一般只需0.02～0.3秒 就可以达到所需的压力和速度； (4)压缩空气的工作压力较低，一般为0.4～ 0.8MPa。故可降低对气动元件的加工精度等的要 求，易制造，成本低，所以气动元件大都已标准 化和系统化，易购买；
第7章 气动行程程序控制回路设计(课堂PPT)
6.00
0 Z5
0.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3 0 V2
P1 P2 P3
0 Z3
1 S1
a1
37%
b1
2020年4月25日
0 Z4
0.00
0 Z5
0.00
1 V2
A
a0
a1
v =0
1 V3
60% 55%
1 V1
a0
B
b1
v =0
2V
0 V3
例如有两个气缸A、B，要求其动作顺序为：A缸 进B缸进A缸退B缸退，工作程序图见图示。图
中q为启动信号。
图示的动作信号程序框图可进一步省略成：A1B1A0B0。
2020年4月25日
二、气动行程控制回路设计的一般思路
1. 明确动作信号程序
第9章 气动工作原理及回路设计
华中科技大学
贮气罐的主要作用是贮存
一定数量的压缩空气，减 少气流脉动，减弱气流脉 动引起的管道振动，进一 步分离压缩空气的水分和 油分。
干燥器的作用是进一步除去压缩
空气中含有的水分、油分、颗粒杂 质等，使压缩空气干燥，用于对气 源质量要求较高的气动装置、气动 仪表等。主要采用吸附、离心、机 械降水及冷冻等方法。
华中科技大学
充气时间
充气时，容器中的压力逐渐上升，充气过程基本上分为声速和亚声
速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气 流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。 在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度小于声速，流动 进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。
对于阀口或管路
S =αA
式中
α为收缩系数，由相关图查出；A 为孔口实际面积。
SR＝∑Si 1/SR2 ＝∑1/Si2
多个元件组合后有效截面积的计算
并联元件 串联元件
华中科技大学
不可压缩气体通过节流小孔的流量
当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩
性，将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联 立推导的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的
华中科技大学
气源装置
气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动 系统的重要组成部分。 气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有 一定的净化程度。 气源装置由以下四部分组成 气压发生装置——空气压缩机； 净化、贮存压缩空气的装置和设备； 管道系统； 气动三大件。
气动回路的设计与应用实例PPT
12
例16-3校核程序[A1 B1 B0 A0] 解：列程序、信号、相位状态表，如表16-6所示。
从表16-6可见，2相位的B1动作和4相位的A0动作由同 一个信号组合a1 b0控制，信号组合有重复项，该程序为非 标准程序。
20
2.气动逻辑原理图的画法 具体步骤如下：
1）把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相连后，自 上而下一个个画在图的右侧。
2）把发信器（如行程阀）大致对应其所控制的执行元件， 一个个画在图的左侧。
3）在图上要反映出执行信号的逻辑表达式与逻辑符号之间 的关系，并画出操作必须增加的阀（如启动阀）。
图16-5所示为程序[A1 B1 B0 A0 ]的气动控制系统逻辑原理图
25
3 选择设计执行元件 选择设计执行元件包括确定气缸或气马达的类型、安 装方式、具体的结构尺寸、行程、密封形式、耗气量等。 设计中要优先考虑选用标准规格的气缸 .
26
4 选择控制元件 1）确定控制元件的类型 2）确定控制元件的通径 控制元件的通流能力原则上可参阅表16-9。
油雾器 5 气动辅件 消声器
操纵顶、底料钟的气缸。该料钟具有手动与自动加料两种
方卸式料。于自两动钟加之料间：，加然料后时延，时吊发车讯把，物使料顶运钟来 关，闭顶；钟之Z后A开底启钟、
液压与气压传动 第4版 第9章 气动控制阀及基本回路
三、顺序阀
（1）单向顺序阀
2021/11/4
（2）顺序阀的应用
2021/11/4
结构原理动画
2021/11/4
（2）先导型减压阀
由先导阀和主阀两部 分组成。当气流从左端 流入阀体后，一部分经 进气阀口9流向输出口， 另一部分经固定节流孔1 进入中气室5经喷嘴2、 挡板3、孔道反馈至下气 室6，在经阀杆7中心孔 及排气孔8排至大气。
2021/11/4
若输入压力瞬时升高，输出压力也相应升高，通 过孔口的气流使下气室6的压力也升高，破坏了膜片 原有的平衡，使阀杆7上升，节流阀口减小，节流作 用增强，输出压力下降，使膜片两端作用力重新平 衡，输出压力恢复到原来的调定值。当输出压力瞬 时下降时，经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的压 力比较明显地提高，而使得阀芯下移，阀口开大， 输出压力升高，并稳定到原数值上。
2021/11/4
第一节 方向控制阀及换向回路
控制气流流动方向和气路通断的元件称为 方向控制阀，利用方向控制阀使执行元件 改变运动方向的控制回路就是换向回路。
2021/11/4
一、方向控制阀
方向控制阀可分为单向型控制阀和换 向型控制阀。单向型控制阀包括单向 阀、梭阀、双压阀和快速排气阀。
按控制方式，方向阀分为手动控制、 气动控制、电磁控制、机动控制等。
第二节 压力控制阀及 压力控制回路
气动回路的设计与应用实例
16.2.3 绘制气动控制系统逻辑原理 图
1.气动逻辑原理图的基本组成 1)逻辑控制回路主要是用“或”、“与”、“非”、 “记忆”等逻辑符号来表示。 2)行程发信装置主要是行程阀，也包括启动阀、复 位阀等。在各个控制信号上加上小方框表示各种原始信号 而画在小方框上方的符号表示阀的操纵方式. 3)执行元件（如气缸）的操纵由主控阀的输出表示。 主控阀常采用双气控阀，可以用逻辑元件中的记忆符号表 示
气压传动系统实例
图16-11 气控机械手结构示意图 1.齿条 2.齿轮
31
上面的程序可以简写为： 立柱下降—伸臂—夹紧工件—缩臂—立柱左回转—立柱上 升—放开工件—立柱右回转 即为：[C0 B1 A0 B0 D1 C1 A1 D0]。 1） 经校核该程序为标准程序 2） 作X—D线图，如图16-12a所示。 3） 绘逻辑原理图，如图16-12b所示。 4） 绘气动回路原理图，如图16-12c所示。
20
2.气动逻辑原理图的画法 具体步骤如下： 1）把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相连后，自 上而下一个个画在图的右侧。 2）把发信器（如行程阀）大致对应其所控制的执行元件， 一个个画在图的左侧。 3）在图上要反映出执行信号的逻辑表达式与逻辑符号之间 的关系，并画出操作必须增加的阀（如启动阀）。 图16-5所示为程序[A1 B1 B0 A0 ]的气动控制系统逻辑原理图
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qm=εcA [2ρ(p1-p2)]1/2 式中 ε为空气膨胀修正系数；c 为流量系数；A 为节流孔面
积。
▪ 可压缩气体通过节流小孔（气流达到声速）的流量
气流在不同流速时应采用有效截面积的流量计华算中公式科。技大学
充气、放气温度与时间的计算
在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行
但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工
作压力较低（0.3～1MPa），总输出力不宜大于10～40kN，且
工作速度稳定性较差。 应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工
气压传动基础知识
空气的物理性质 理想气体的状态方程 气体的流动规律 气体在管道中的流动特性 气动元件的通流能力 充、放气温度与时间的计算
华中科技大学
空气的物理性质
空气的组成
主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。 含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。
空气的密度
对于干空气ρ=ρo×273 /（273+t）×p / 0.1013
空气的粘度
较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。
空气的压缩性和膨胀性
体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。 空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。
华中科技大学
▪ 气体在管道中的流动特性
▪ 在亚声速流动时
v1
v2 v1
v2
(Ma<1)
v2>v1
v2<v1
▪ 在超声速流动时
v1
v2 v1
v2
(Ma>1)
v2<v1
v2>v1
▪ 当v ≤50m/s 时，不必考虑压缩性。
▪ 当v ≈140m/s 时，应考虑压缩性。
▪ 在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可
湿空气
所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有 绝对湿度 和相对湿度之分。
压缩空气的析水量
压水缩蒸空气气就一要旦凝冷析却出下来来。，相对湿度将大大增加，华到中温度科降技到露大点学以后，
理想气体的状态方程
理想气体的状态方程
不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。
一定质量的理想气体在状态变化的瞬间， 有如下气体状态
进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。
▪ 容器内压力由p1充气到p2所需总时间
t ＝t1+t2 ＝(1.285－p1／p2)τ
τ ＝ 5.217×10－3×（V /kS）(273/Ts)1/2
但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降， 下降后的稳定值为
p=p2T1/T2
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▪ 充气时间
▪ 充气时，容器中的压力逐渐上升，充气过程基本上分为声速和亚声
速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气 流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。
▪ 在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度小于声速，流动
式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4。
气动系统中快速充、排气过程可视为绝华热中过科程。技大学
气体的流动规律
气体流动基本方程
连续性方程
ρ1v1A1 =ρ2v2A2
伯努利方程
（注意ρ1≠ρ2）
因气体可以压缩（ ρ ≠常数） ，又因气体流动很快，来
不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有
压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压缩的。
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气动元件的通流能力
气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管
路等的气体质量。目前通流能力可以采用有效截面积S 和质量流量q 表示。
有效截面积
由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，此 最小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。
第9章 气动工作原理 及回路设计
9.1气压传动基础知识
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气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制 的一种传动形式。
除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控 制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便， 无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。
有效截面积的简化计算
对于阀口或管路
S =αA
式中 α为收缩系数，由相关图查出；A 为孔口实际面积。
▪ 多个元件组合后有效截面积的计算
并联元件 SR＝∑Si 串联元件 1/SR2 ＝∑1/Si2
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▪ 不可压缩气体通过节流小孔的流量
当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩 性，将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联 立推导的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的 表达形式
机构充气，或由它们向外排气所需的时间及温度变化 是正确利用气动技术的重要问题。
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向定积容器充气问题
充气时引起的温度变化
向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高 到p2，，容器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温
度为
T2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］ 式中 Ts为热力学温度，设定Ts=Ti ； k为绝热指数。
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ＋ghw= 常数
因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ= 常数
▪ 在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数），
则有
v2/2+ gz + p /ρ= 常数
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▪ 声速与马赫数
声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称 为声速。声音传播过程属绝热过程。 对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的
温度有关。气体的声速c 是随气体状态参数的变化而变化
的。
气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数 ， Ma＝ v/c Ma 是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩 性， Ma愈大，气流密度变化越大。 当v ＜ c，Ma ＜1时，称为亚声速流动； 当v＝c，Ma ＝1时，称为声速流动，也叫临界状态流动； 当v ＞c，Ma ＞1时，称为超声速流动。
方程成立
pV / T = 常量
或 p=ρRT
气体状态变化过程
等温过程 p1V1= p2V2= 常量
在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变
成气体所做的功。在气动系统中气缸工作、管道输送空 气等均可视为等温过程。
绝热过程 一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变 化过程叫做绝热过程。
p1V1k = p2V2k =常量