气动基础知识

第二章 气动基础知识

2.1 气动技术常用单位换算

各换算关系入表2.1所示：

表2－1 单位换算表

一、长度

（Length ）

cm m in ft 1 0.01 0.3937

0.0328 100 1 39.371

3.2809 2.54 0.0254 1 0.0833 30.48 0.3048 12 1 二、质量

(Mass)

kg lb

1 2.2

0.4536 1

三、面积

（Area ） cm 2 m 2 in 2 ft 2 1 0.01 0.1550

0.001076 四、重量或力(Force) Kgf

（千克力） Kp （千克力） N(Newton) lbf （磅-力）

1 1 9.81

2.2 五、压力

(Pressure) kg ／cm 2

atm lb/in 2(psi) bar MPa(N/m 2) l 0.9678 14.223

0.9807 0.09807

六 、流量

(Flow) m 3／hr Ft 3/hr l ／Min 1 35.317 16.6667

七、体积(Volume)

m 3 dm 3或l ft 3 1 1000 35.317 0.02832

28.315

l

2.2 气动技术常用公式：

一、基本单位：长度l:m ，质量m ：kg ，时间t ：S ，体积：m 3

或l 一、基本公式：

（一） 力(Force): a m F ⋅= （2s m kg N ⋅=）； 牛顿定律 （二） 重量(weight)：g m G ⋅= （2s

m

kg N ⋅=）；

（三） 压力：

A F P =

(2m

N Pa =)； 1Pa=10-5

bar 上式为巴斯卡原理(Pascal ’s theory)

（四） 波义尔定律：见图2.1（说明压力与体积成

反比）

2211V P V P =

（五） 查理定律（charle ’s Law ）：

图2.1波义尔定律

2

2

2111T V P T V P =

说明压力与体积的变 化与温度成正比。

（六） 流量公式：V A Q ⋅= （s

m

m s m ⋅=23）说明了流量为管路截面积与流速之乘积，

见图2.2。

（七） 自由空气的体积流量：

T

T P P Q Q a

a a ⋅⋅

=（ANR m3／min ）或（ N L ／min ） Qa 为我们在一定温度、一定压力作用下

的气体流量转换为在统一标准的自由空气下的体积流量提供了计算方法。在选择空压机、气动三联件及各种样本说明书中所提到的流量、额定流量,都是指自由空气的体积流量。只有在共同的压力标准下评价气体流量的大小才有意义。自由空气状态下单位时间内的体积流量,可用ANR 表示。也可写成 Nl/min 。

（八） 密度：V

m =

ρ （3

/m kg ） 单位体积的质量

（九） 伯努利力定理

(Bernoulli ’s Eq uation)

常数=+

+2

2

1v gh p ρρ p 为单位体积流体的压力能，gh ρ为单位体积流体位能，

2

2

1v ρ为单位体积流体的动能。因此，上述伯努利方程的物理意义是：在密闭管道内作恒定流动的理想流体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。当流体速度愈快，其压力愈低，反之速度减低，压力增加，如图图2.3所示。

（十） 气缸的相关计算：

1． 气缸截面积计算：4

2

D A π=

（m 2

）D:气缸内径(m)

2． 理论力：P A F ⋅= （N ）P:压力（Pa ） 3． 实际力估算：

（1） 单作用气缸的实际正向力：P A F ⋅=)85.0~4.0( （2） 双作用气缸的实际正向力：P A F ⋅=)9.0~6.0(

图2.3 理想流体伯努利方程

图2.2 流体的流量计算

（3） 双作用气缸的实际反向力：P d D F ⋅-=)(4

)

9.0~6.0(22π

d:活塞杆直径

（十一） 气缸每分钟空气消耗量计算：

某气动回路的最大耗气量是指该气动回路在单位时间内所消耗气体（排到大气中）的多少。显然,最大耗气量与气缸行程（单作用、双作用）,气缸直径、行程动作频度、方向阀到气缸间的管路容积及气缸的数量有关。可根据最大耗气量选择空气压缩机的容量。

（1） 空气消耗量：L A Q ⋅⋅=η

η：压缩比{

033

.1Atm 033.1）

工作压力（+} L:气缸行程

（2） 单作用气缸空气消耗量：Q Q S = （3） 双作用气缸空气消耗量：Q Q D 2=

（4） 气缸每分钟空气消耗量：n Q Q S ⋅= n Q Q D ⋅=2 n :每分钟气缸往复次数

2.3 气动技术中的各种压力关系换算：

在ISO 标准中压力的

单位为帕斯卡

（1Pa=1N/m 2

），由于这个单位非常小，为了避免很大的数字，常用0.1MPa(lbar)为压力单位：

0.1MPa=100Kpa=lbar

在工程上有时也使用

老的公制单位kgf ／cm 2

、

KPa ／cm 2

以满足实际需要。

在物理学中压力用绝对压力（ABS ）表示，即相对于真空的压力。而在工

程上为方便，采用的气动压力为表压（GA ），即高于大气压的那部分压力。在真空技术中，也使用低于大气压的压力即真空度（Torr ）来表示。在图2.4中以标准大气压（1013mbar ）作为基准，列出了压力的各种表示方法。注意标准大气压不是lbar ，但在常规的气动计算时，这个差别也可以忽略。

2.4气阻及有效断面积：

一、气阻的概念和气阻的流量公式

在气动系统中,阻碍气体流动、产生压降的机构和元件,称为气阻。在气压传动中,可利用气阻和气容来调整气体的流速和压力,以达到使用目的。气阻可抽象为图 2.5

图2.5 气阻

图1.4 气动技术中所示用的压力单位