液压与气压技术（985大学讲义 ）气压第一章课件

第一章 概述 一、 气压传动系统的工作原理及组成 1. 气压传动系统的工作原理 气压系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其 它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制 元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的 压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作 功。 目录 2. 气压传动系统的组成 （1）发生装置 它将原动机输出的机械能转变为空气的压 力能。其主要设备是空气压缩机。 （2）控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动 发向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的 程序正常工作。如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。 （3）控制元件 是将空气的压力能转变成为机械能的能量 转换装置。如气缸和气马达。 （4）辅助元件 是用于辅助保证空气系统正常工作的一些 装置。如过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。 1. 气压传动的优点 以空气为工作介质，来源方便，用后排气处理简单,不污染 环境。 由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，远距离输送. 与液压传动相比，启动动作迅速、反应快、维修简单、管 路不易堵塞，且不存在介质变质、补充和更换等问题。 工作环境适应性好，可安全可靠地应用于易燃易爆场所。 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低， 固使用安全。 空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。 二、 气压传动的特点 2. 气压传动的缺点 由于空气有可压缩性，所以气缸的动作速度易受负载影响。 工作压力较低（一般为0.4Mpa-0.8Mpa），因而气动系统输 出力较小。 气动系统有较大的排气噪声。 工作介质空气本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。 三、气压传动基础知识 1. 空气的物理性质 空气由多种气体混合而成。其主要成分是氮 和氧，其次是氩和少量的二氧化碳及其它气体。 空气可分为干空气和湿空气两种形态，以是否含 水蒸汽作为区分标志：不含有水蒸汽的空气称为 干空气，含有水蒸汽的空气称为湿空气。 1.1 空气的性质 1.1.1 空气的密度 单位体积内空气的质量，称为空气的密度，以 表示。即 式中， 为气体质量（ ）； 为气体体积（ ）。 对干空气 式中， 为绝对压力(MPa)； 为温度在0摄氏度、压力在0.1013MPa时干 空气的密度， ；273+ = 为绝对温（K）。 对湿空气 式中， 为湿空气的全压力(MPa)； 为温度 摄氏度时饱和空气中水 蒸汽的分压力(MPa)； 为空气的相对湿度()。 1.1.2 空气的重度 单位体积内空气的重量，称为空气的重度，以 表示。即 式中， 为空气的重量(N)； 为重力加速度， 。 1.1.3 空气的粘度 空气粘性受压力变化的影响极小，通常可忽略。空气粘性随 温度变化而变，温度升高，粘性增加；反之亦然。 1.1.4 气体的易变特性 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，称为气体的易变特性。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。 1.2 湿度和含湿量 1.2.1 湿度 湿度的表示方法有两种：绝对湿度和相对湿度。 （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 表示，既 或由气体状态方程导出 式中， 为湿空气中水蒸汽的质量(kg)； 为湿空气的体积( )； 为水蒸汽的分压力(Pa)； 为绝对温度(K)； 为水蒸汽的密度( )； 为水蒸汽的气体常数， 。 （2）饱和绝对湿度 湿空气中水蒸汽的分压力达到该温度下水蒸汽的饱和压力， 则此时的绝对湿度称为饱和绝对湿度，用 表示。即 式中， 为饱和湿空气中水蒸汽的分压力(Pa)； 为饱和湿空气中 水蒸汽的密度( )。 （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，用 表示。即 式中， 为绝对湿度( )； 为饱和绝对湿度( )； 为 水蒸汽的分压力(Pa)； 为饱和水蒸汽的分压力(Pa)。 1.2.2 含湿量 含湿量分为质量含湿量和容积含湿量两种。 （1）质量含湿量 单位质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量，称为质量含湿量 ，用 表示。即 式中， 为水蒸汽质量(kg)； 为干空气质量(kg)。 （2）容积含湿量 单位体积的干空气中所混合的水蒸汽的质量，称为容积含湿量 ，用 表示。即 式中， 为干空气的密度( )。 空气中水蒸汽的含量是随温度而变的。当气温下降时，水蒸汽 的含量下降；气温升高时含量增加。若要减少进入气动设备中空气 的水份，必须降低空气的温度。 2. 气体状态方程 2.1 理想气体状态方程 一定质量的理想气体，在状态变化的某一稳定瞬时，其状态 应满足下述关系： 或 式中， 为绝对压力(Pa)； 为气体密度( )； 为绝对温度(K) ； 为气体比容( )， ； 为气体常数，干空气的 ，水蒸汽的 。 上两式为理想气体状态方程。只要压力不超过20MPa，绝对 温度不低于253K，对空气、氧、氟、二氧化碳等气体。该两方程 均适用。 2.1.1 等压过程 一定质量的气体，在压力保持不变时， 从某一状态变化到另一状态的过程，称等 压过程。如图所示，设气体从状态1变 化到状态2，在此过程中压力 常数。 由前式可得 常数 上式说明：压力不变时，比容与绝对 温度成正比关系，气体吸收或释放热量而发生状态变化。 单位质量的气体所得到的热量为 式中， 为定压比热 ，对空气 。 此过程中，单位质量气体膨胀所作功为 2.1.2 等容过程 一定质量的气体，在容积保持不变时 ，从某一状态变化到另一状态的过程，称 为等容过程。如图所示，设气体从状态1变 化到状态2，在此过程中，比容 常数 。由前式可得 常数 上式说明：容积不变时，压力与绝对温度 成正比关系。 在等容变化过程时，气体对外作功为 即气体对外不作功。但绝对温度随压力 增加而增加，提高了气体的内能。单位质 量的气体所增加的内能为 式中， 为定容比热 ，对空气 2.1.3等温过程 一定质量的气体在温度保持不变时 ，从某一状态变化到另一状态的过程， 称为等温过程。如图所示，设气体从状 态1变化到状态2。因为 常数，所以 有 常数 即温度不变时，气体压力与比容成反比 关系。压力增加，气体被压缩，单位质 量的气体所需压缩功为 此变化过程温度不变，系统内能无 变化，加入系统的热量全部用来作功。 2.1.4绝热过程 气体在状态变化过程中，系统与外界 无热量交换的状态变化过程，称为绝热过 程。该过程的 曲线如图所示。在此过程 中，输入系统的热量等于零，即系统靠消 耗内能作功。 常数 或 常数 上两式为绝热过程的绝热方程式。式 中，k为绝热指数，对不同的气体有不同 的值。 绝热过程气体所作的功为 （5）多变过程 不加任何限制条件的气体状态变化 过程，称为多变