气压传动课件

1、空气压缩机
(1)类型： 按工作原理分：
按输出压力 p 分类：
鼓风机：
p ≤0.2MPa
低压空压机： 0.2 MPa ＜ p ≤1MPa
中压空压机： 1MPa＜p ≤ 10MPa
高压空压机： 10MPa＜p ≤ 100MPa
超高压空压机：p＞100MPa
按输出流量(即铭牌流量或自由流量)分类：
• 2. 气压传动的缺点
• ①气压传动系统的工作压力低，因此气 压传动装置的推力一般不宜大于10～ 40kN，
• 仅适用于小功率场合，在相同输出力的 情况下，气压传动装置比液压传动装置 尺
• 寸大。
• ②由于空气的可压缩性大，气压传动系 统的速度稳定性差，位置和速度控制精 度不
• 高。
• ③气压传动系统的噪声大。
12.1.2 气源系统的组成 气源装置是气动系统的动力源，它应提供清洁、干 燥且具有一定压力和流量的压缩空气，以满足条件 不同的使用场合对压缩空气的质量的要求。气源装 置一般由四部分组成：
(1)产生压缩空气的气压发生装置(如空气压缩机)。 (2)压缩空气的净化处理和贮存装置(如后冷却器、贮气罐、空 气干燥器、空气过滤器、油水分离器等)。 (3)传输压缩空 气的管道系统。 (4)气动三大件(分水过滤器、减压阀、油
微型空压机： qz
0≤.017 m3/s ( 1m3/min )
小型空压机： 0.017 m3/s ＜ qz 中型空压机： 0.17 m3/s ＜ qz
0.17 m3/s 1.7 m≤3/s
大型空压机： qz＞1.7 m3/s
≤
(2) 空气压缩机的工作原理
吸气过程 压缩过程 排气过程 膨胀过程
(3) 空压机的选用
mg
pg
p pb
②容积含湿量。即单位体积的干空气中所混 合的水蒸气的质量
d ' ms dmg d
Vg Vg
11.2 气体状态方程
11.2.1 理想气体状态方程 气体处于某一平衡状态时，其压力、温度和比 容间的关系。
pv RT p RT v

pV mRT
2、状态变化方程 (1)等容变化（查理定律）
T1 T2


v2 v1
k 1


p1 p2
k 1
k
如：空压机压缩空气(上升至250℃ )；高速气流流
Hale Waihona Puke Baidu
经阀口(下降至-100℃ )。
(5)多变过程
不加任何限制的过程称为多变过程。
p1v1n p2v2n const.
式中：n为多变指数。 n=0，等压变化过程 n=1，等温变化过程 n=k，绝热变化过程
2.干空气及其特性
• 我们把不含水蒸气的空气称“干空气”，而把含 有水蒸气的空气称“湿空气。干空气的分子量是 28.966，而水蒸气的分子量是18.016，故干空气 分子要比水蒸气分子重。在相同状况下，干空气 的密度也比水蒸气的密度大，水蒸气的密度仅为 干空气密度的62%左右。
• 对相同状况下的干空气与湿空气来说，由于干空 气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空 气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空气大， 因而干空气压力也就比湿空气大。
• 气压传动发展
• 目前，气压传动在实现高压、高速、大功率、高 效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与 轻量化、一体化、执行件柔性化等方面取得了很 大的进展。同时，由于它与微电子技术密切配合， 能在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并 加以准确地控制，从而更使得它在各行各业中发 挥出了巨大作用。
• 干空气的主要物理性质见表11.3。
3.湿空气及其特性
（1）湿度 ①绝对湿度。单位体积的湿空气中所含水蒸汽的质量，称为湿空气的绝对湿 度，用x表示
x s ps /(RsT )
或由气体状态方程导出
x ms (kg / m3 ) V
②饱和绝对湿度。在一定温度下，单位体积湿空气中所 含水蒸气的质量达到最大极限度时，称此时湿空气为饱 和湿空气。此时，湿空气中水蒸气的分压力达到该温度 下水蒸气哦的饱和压力，其绝对湿度称为饱和绝对湿度
• 由上面的例子可以看出，气压传动系统主要由以下几个部分 • 组成： • （1）能源装置把机械能转换成流体的压力能的装置，一般最常见的
是空气压缩机。
• （2）执行装置把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指气压缸 或气压马达。
• （3）控制调节装置对气压系统中流体的压力、流量和流动方向进行 控制和调节的装置。如压力阀、流量阀、方向阀等。
一定质量的气体，在状态变化过程中体积保持不 变。
p1 p2 const. T1 T2
体积不变时，压力与温度成正比。
如：车胎、液化气罐等。
(2)等压变化（盖－吕萨克定律）
一定质量的气体，在状态变化过程中压力保持不 变。
v1 v2 const. T1 T2
压力不变时，温度上升，气体比容增大（膨胀）； 压力不变时，温度下降，气体比容减小（被压缩）。
二、伯努利方程
1.可压缩气体绝热流动的伯努里方程 如果忽略气体流动时的能量损失和位能变化，可得
或
式中，k为绝热指数。
2有机械功的压缩气体能量方程 在所研究的管道两过流断面之间有流体机械对气 体供以能量E时，绝热过程能量方程为
k p1 v12 E k p2 v22
k 1 p1 2
k 1 p2 2
为利用系数（查图）；
K1为漏损系数，取1.15-1.5 ；K2为备用系数，取1.3-1.6
(4) 空压机的职能符号 2、冷却器
3、油水分离器
用离心、撞击、水洗等方法使压缩空气中凝聚的水分、油分等杂质从压缩空气中 分离出来，让压缩空气得到初步净化。其结构形式有环形回转式、撞击并折回式、 离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。
之比，称为收缩系数，以α表示， 即
。
（2） 管道的有效截面 系统中多个元件串联时，等效有 效截面积 为
系统中多个元件并联时，起等效 有效截面积 为
2．通过节流小孔的流量 气流通过气动元件，使元件进口 压力 保持不变，出口压力 降低。 当气流压力之比 时，流速在声区内。自由状态流 量为
当
时，流速在压声速区自由状态的 流量为
(3)等温变化（波意耳定律）
一定质量的气体，在状态变化过程中温度保持不 变。
p1v1 p2v2 const.
如：气缸工作、管道输送空气等。
(4)绝热变化 一定质量的气体，在状态变化过程中系统与外界
无热交换。 p1v1k p2v2k const.
式中：k为绝热指数。对干空气取1.4；对饱和 蒸汽取1.3。
对绝热过程和多变过程，分别有
11.3.3 通流能力 1有效截面积 节流孔口 如图，气体流经气流孔口，且设孔 口面积为
。由于孔口具有尖锐边缘，而流线 又不可能突然转折，经孔口后流束 发生收缩，其最小收缩截面积称为 有效截面积，以A表示，它代表了节 流孔的通流能力。节流孔的有效截 面积A与孔口世界截面积
1
n=±∞ , p nv p0v v等容co变n化st.。
1：n=0，等压变化 2：n=±∞ ,等容变化 3：n= 1,等温变化 4：n= 1.4，绝热变化 5：n=n，多变过程。
11.3 气体流动基本规律
一、连续性方程 根据质量守恒定律，通过管道任一截面的气体质
量流量相等。
A1v11 A2v22 const.
1.放气时引起温度变化，放气后 的温度为： 式中： 、 —— 容器的开始、结束内压(Pa)；
—— 容器内初始温度(k)；k —— 绝热系数。
2.放气时间：
式中： —— 容器内的初始压力(Pa)；k —— 绝热系数； —— 充、放气时间常数(s)；
—— 放气临界压力，值为：
(Pa)
12.1 气源装置 12.11气压传动对工作介质的要求 1.要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。 2.要求压缩空气具有一定的净化程度，保证空气质量。 3.有些气动装置和气动仪表还要求压缩空气的压力波动 不能太大，一般气源压力波动应控制在4%以内。
• ②气压传动的工作介质粘度很小，所以 流动阻力很小，压力损失小，便于集中 供气和远距离输送，便于使用。
• ③气压传动工作环境适应性好。
• ④气压传动有较好的自保持能力。即使 气源停止工作，或气阀关闭，气压传动 系统仍可维持一个稳定压力。
• ⑤气压传动在一定的超负载工况下运行 也能保证系统安全工作，并不易发生过 热现象。
• ④气压传动工作介质本身没有润滑性。
• ⑤气压传动动作速度和反应快。
10.2 气压传动系统的组成
• 下图所示为一可完 成某程序动作的气 压系统的组成原理 图，其中的控制装 置是由若干气动元 件组成的气动逻辑 回路。它可以根据 气缸活塞杆的始末 位置，由行程开关 等传递信号，在作 出下一步的动作， 从而实现规定的自 动工作循环。
只受温度变化的影响，且随着温度的升高而增大，而压力变化对其影响甚微，可忽略 不计。 • ③气体的易变性 • 气体的体积受压力和温度变化的影响极大，与液体和固体相比较，气体的体积是易变 的，称为气体的易变性。气体与液体体积变化相差悬殊，主要原因在于气体分子间的 距离大而内聚力小，分子运动的平均自由路径大。气体体积随温度和压力的变化规律 遵循气体状态方程。
11.3.4 充气温度与时间的计算 1.充气时引起温度变化，充气后 的温度为：
式中： —— 气源温度( K )；k —— 绝热指数；
、
—— 容器的开始、结束内压
(Pa)。
2.充气时间
式中： —— 容器内的初始压力(Pa)； —— 气源的压力(Pa)； —— 充、放气时间常数(s)。
11.3.5放气温度与时间计算
• （4）辅助装置指除以上三种以外的装置，分水滤气 • 器、油雾器、消声器等，它们对保证气压系统可靠和稳定地工作 • 有重大作用。 • （5）传动介质传递能量的流体，即压缩空气。
10.3 气压传动及其控制技术的应用 和发展
• 气压传动的应用也相当普遍，许多机器设 备中都装有气压传动系统，在工业各领域， 如机械、电子、钢铁、运行车辆及制造、 橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和 烟草机械等，气压传动技术不但在各工业 领域应用广泛，而且，在尖端技术领域如 核工业和宇航中，气压传动技术也占据着 重要的地位
第十章 气压传动概述
10．1气压传动极其特点
气压传动是以压缩空气为工作介质来传 递动力和控制信号，控制和驱动各种机 械和设备，以实现生产过程机械化、自
动化的一门技术，简称气动。
气压传动的特点
• 1.气压传动的优点
• ①气压传动系统的介质是空气，它取之 不尽用之不竭，成本较低，用后的空气 可以排到大气中去，不会污染环境。
因为一般气动设备所使用的空气压缩机都是属于工作 压力较低(小于1MPa)，使用油润滑的活塞式空气压缩 机。它排出的压缩空气温度一般在140～170℃，使空气 中的水分和部分润滑油变成气态，再与吸人的灰尘混合， 形成油汽、水汽、灰尘相混合的杂质混在压缩空气中。 上述压缩空气是不能为气动装置作用的，这样的压缩空 气必须经过除油、除水、除尘、干燥等净化处理后才能 被气压传动系统所使用。
依据是：工作压力和流量。一般气动系统的工作压
力为0.4～0.8MPa，故常选用低压空压机，特殊需
要亦可选用中、高压或超高压空压机。空压机或空
压站的供气量(自由流量) qz可按下式估算：
n
qz K1K2 qimax i 1
m3/s
式中：qimax为第 i 台设备的最大自由空气耗量 ; n 为系统内所用气动设备总台数;
xb

b

pb RsT
③相对湿度。在一定温度和压力下，绝对湿度和饱 和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度
x 100 % ps 100 %
xb
pb
• （2）含湿量 • ①质量含湿量。即单位质量的干空气中所混合的水蒸
气的质量，用d（单位为g/kg）表示，
d ms 622 ps 622 pb
11.1 空气的特征
1.空气的物理特征
• (1)空气的组成 • 空气由多种气体混合而成。其主要惩罚是氮和氧，其次是氩和少量的二氧化碳及其他
气体，清洁的空气是无色、无臭、无味、透明的气体， • 空气可分为干空气和湿空气两种形态，以是否含有水蒸气作为区分标致：不含水蒸气
的空气为干空气，含有水蒸气的空气成为湿空气。 • （2）空气的特征参数 • ①空气的密度。 空气的密度 ，式中，M、V分别为气体的质量与体积。 • ②空气的粘度。空气的年度是空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气年度的变化