气动系统

α为收缩系数，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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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 ，则有
qm cA 2 p1 p2
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按空压机输出流量(排量)分 • 微型 ＜1m3／Min • 小型 1 ～ 10 m3／Min • 中型 10 ～100 m3／Min • 大型 ＞100m3／Min
空气压缩机的选用
主要根据气压传动系统所需的工作压力与流量。
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气动三联件
分水过滤器 作用是除去空气中的灰尘、杂质， 并将空气中的水分分离出来。 油雾器 特殊的注油装置。 减压阀 起减压和稳压作用。
气动三联件是气动元件及气动系统使用压缩空 气的质量最后保证。
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储气罐
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干燥器 进一步除去压缩空气中的水分、油、颗粒杂质。
冷却式干燥器
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吸附式干燥器
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过滤器
作用 分离 水分、过滤 杂质。 类型 一次过滤器 分水滤气器
一次过滤器结构图
普通分水滤气器结构图
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教学要求
掌握各种气压元件的工作原理 了解气源及气源净化装置工作原理 掌握气动回路基本工作原理 掌握气压系统分析设计能力 掌握气压系统故障诊断排除方法
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重点难点
气动回路基本工作原理
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空气压缩机工作原理 吸气过程：曲柄6回转带动气缸活塞2作直线往复运动，当活 塞2向右运动时，气缸腔1容积增大形成局部真空，在大气压 作用下，吸气阀7打开，大气进入气缸1。 排气过程：当活塞向左运动时，气缸1内容积缩小，气体被 压缩，压力升高，排气阀8打开，压缩空气排出。
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气动元件的流通能力
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。
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。有效截面积的简化计算 对于阀口或管路 S =αA
pV 常数 T pV mRT p 气 体 绝 对 压 力 V 气 体 体 积 T 气 体 的 热 力 学 温 度 m 气 体 的 质 量 R 气 体 常 数 ,干 空 气 R 287.1J/(kg K),水 蒸 气 R 462.05J/(kg K)
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一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器。
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后冷却器
作用 将空气压缩机排出的压缩空气温度由140～170℃降至 40～50℃。这样就可使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱 和，使其大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便经油水分离 器排出。 结构形式 蛇形管式 列管式
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1.气缸
按结构分类
9.3 气动执行元件
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按安装方式分类
固定式气缸 气缸安装在 机体上固定不动，如图 （a）（b）（c）（d） 所示。
摆动式气缸 缸体围绕一 个固定轴可作一定角度 的摆动。如图（e）（f） （g）所示。
空气的压缩性和膨胀性
压缩性 气体的体积随压力增大而减小的性质。
膨胀性 气体的体积随温度升高而增大的性质。
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 。
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湿空气
用所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。 绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸气的 ms x 质量 V 饱和绝对湿度：湿空气中水蒸气得分压力 pb 达到该湿度下蒸气的饱和压力时的绝对湿度 xb RsT 成为饱和绝对湿度 相对湿度：在某温度和总压力下 其绝对湿度和绝对饱和湿度之比
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常见气缸原理及用途
双作用气缸
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单作用气缸
单作用气缸只在动作方 向需要压缩空气，故可 节约一半压缩空气。主 要用在夹紧、退料、阻
9.1气压传动基础知识
1.空气的性质
干空气 不含水蒸气的空气 湿空气 含有水蒸气的空气 干空气的组成
成分 氮 氧
20.93 23.10
氩
0.932 1.28
二氧化碳
0.03 0.045
其它气体
0.078 0.075
体积分数% 78.03 质量分数% 75.50
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ε为空气膨胀修正系数；c 为流量系数；A 为 节流孔面积
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9.2 气源装置及气动辅件元件
1.气源装置 气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的 辅助装置。它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并完成做功动作的元件， 如气缸、气马达。 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；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、 转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装 置。
气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。
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气动系统的基本组成示例
分 水 滤 气 器 压 力 控 制 阀 方 向 控 油 制 雾 阀 器 气压的消耗 气 缸
气源
消声器
流量控制阀
气压的传递、分配和控制即输送系统
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绝热过程
p1 1 k k 或 p V p V 1 1 2 2 p2 2 k为 绝 热 系 数 ， 空 气 k 1.4, 饱 和 蒸 汽 k 1.3
气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程
k
多变过程
p1V1n p2V2n 常数 n为多变指数
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等容变化过程
一定质量的气体，在体积不变的条件下，所进行的状态 变化过程 p1 p2
T1

T2
常数
等压变化过程
V1 V2 常数 T1 T 2
等温变化过程 p1V1 p2V2 常数
气缸工作、管道输送空气等过程可视为等温过程
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撞击折回并回转式油水分离器
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储气罐
作用 ①储存一定数量的压缩空气，以备发 生故障或临时需要应急使用；
②消除由于空气压缩机断续排气而对 系统引起的压力脉动，保证输出气 流的连续性和平稳性； ③进一步分离压缩空气中的油、水等 杂质。
贮气罐一般采用焊接结构，以立式 居多

p x 100 % s 100 % xb pb
空气的含湿量：每千克质量的干空气 中所混合的水蒸气的质量
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2.气体状态方程
理想气体状态方程 理想气体 不计粘性的气体，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瞬间， 有如下气体状态方 程成立
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吸收型消声器结构简图 1-连接螺丝；2-消声罩
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转换器
气- 电转换器及电 - 气转换器 . 如:压力继电器、电磁换向 阀 气-液转换器:气液阻尼缸、气-液转换器
管件与管路系统
管子可分为硬管和软管两种。一些固定不动的、不需 要经常装拆的地方，使用硬管。连接运动部件和临时 使用、希望装拆方便的管路应使用软管。硬管有铁管、 铜管、黄铜管、紫铜管和硬塑料管等；软管有塑料管、 尼龙管、橡胶管、金属编织塑料管以及挠性金属导管 等等。常用的是紫铜管和尼龙管。
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2.气动辅助元件
油雾器
油雾器是一种特殊的 注油装置。它以空气 为动力，使润滑油雾 化后，注入空气流中， 并随空气进入需要润 滑的部件，达到润滑 的目的。
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油雾器的结构
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消声器
消声器就是通过阻尼 或增加排气面积来降 低排气速度和功率， 从而降低噪声的。 三种类型：吸收型消 声器、膨胀干涉型消 声器和膨胀干涉吸收 型消声器。
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气源装置（压缩空气站）
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。
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空气的物理性质
密度 单位体积内空气的质量
m V
对于干空气
273 p ρ ρ0 T p0
粘度
气体在流动过程中，空气质点之间相对运动产生阻 力的性质。主要受温度变化的影响，较液体的粘度 小很多，且随温度的升高而升高。
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散热片式
管套式
(a)蛇管式
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(b)列管式
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冷却方式 水冷和风冷
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油水分离器
作用 分离并排出压缩空气 中凝聚的油分、水分和灰尘 杂质等，使压缩空气得到初 步净化。
结构形式 环形回转式、撞 击折回式、离心旋转式、水 浴式以及以上形式的组合使 用蛇形管式
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项目九 气动元件的认识
与基本回路的组建
2008 年 4 月 机 械 工 程 系
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气动元件的认识与基本回路的组建
教学要求 重点难点 目录
气压传动是指以压缩空气作为工作介 质来传递动力和实现控制的一门技术， 它包含传动技术和控制技术两个方面 的内容。气压传动具有防火、防爆、 节能、高效、无污染等优点，在国工 业生产中的得到了广泛应用。
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气源的净化装置
气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有 一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不 同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。
混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生
不良影响，必须要设置除油、除水、除尘，并使压 缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处 理的辅助设备。
气压系统分析设计能力
气压系统故障诊断排除方法
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目录
9.1气压传动基础知识
9.2 气源装置及气动辅助元件
9.3 气动执行元件
9.4 气动控制元件 9.5 气动基本回路
9.6 气压传动系统
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空气压缩机
将电机或内燃机机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。
分类
按工作原理分 可分为容积式空压机和速度式空压机。 按工作方式分 往复式与回转式两大类。往复式可细分为活 塞式与膜片式，回转式可细分为叶片式与螺杆式。 按输出压力大小分 • 低压空压机 0．2 ～ 1．0MPa • 中压空压机 1．0 ～ 10MPa • 高压空压机 10 ～ 100MPa • 超高压空压机 ＞100MPa
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3.气体的流动规律
连续性方程
qm 1V1 A1 2V2 A2 1 2
伯努利方程 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
v 2
k gh p ghw 常 数 2 k 1