《气动基础知识》doc版.doc

第2章 氣動基础知识2.1 氣動技术常以單位换算各个换算關系入表2.1所示: 表2-1 單位换算表 一长度(Length)cmminft10.010.39370.0328100139.3713.28092.540.025410.083330.480.3048121二质量(Mass)kglb12.20.45361三面积(Area)cm2m2in2ft210.010.15500.001076四重量较力(Force)Kgf(千克力)Kp(千克力)N(Newton)lbf(磅-力)119.812.2五压力(Pressure)kg/cm2atmlb/in2(psi)barMPa(N/m2)l0.967814.2230.98070.09807六 留量(Flow)m3/hrFt3/hrl/Min135.31716.6667七體积(Volume)m3dm3较lft31100035.3170.0283228.315l2.2 氣動技术常以工式:一基原單位:长度l:m,质量m:kg,時間t:S,體积:m3较l一、 基原工式:（一） 力(Force): (); 牛顿定律（二） 重量(weight): ();图2.1波义尔定律的连续性原理（三） 压力: (); 1Pa=10-5bar上式為巴斯卡原来理(Pascals theory)（四） 波义尔定律:见圖2.1(說明压力與體积城反比)（五） 查理定律(charles Law):图2.2 流体的流量计算的连续性原理 說明压力與體积的变 化與温度城正比（六） 留量工式: ()說明乐留量為管路截面积與留速之乘积,见圖2.2（七） 自由空氣的體积留量:(ANR m3/min)较( N L/min) 图2.3 理想流体伯努利方程為自己們再一定温度一定压力作以下的氣體留量转换為再统一标准的自由空氣下的體积留量提供乐计算方法再选择空压機氣動三联件及各个种样原說明书中所提倒的留量额定留量,都市指自由空氣的體积留量仅有再共和的压力标准下评价氣體留量的大小才有意义自由空氣状态下單位時間内的體积留量,可以以ANR表示也可以写城 Nl/min（八） 密度:() 單位體积的质量（九） 伯努利力定理(Bernoullis Equation) 為單位體积留體的压力能,為單位體积留體位能,為單位體积留體的動能因为此,上述伯努利方程的物理意义市:再密闭管道内作恒定留動的理想留體具有三种形式的能量,即压力能位能和動能再留動過程中,三种能量可以以相互转化,但各个個過留断面上三种能量之和恒為定值当留體速度愈快,其压力愈低,反之速度减低,压力增添,如圖圖2.3所示（十） 氣缸的相關计算: 1 氣缸截面积计算:(m2)D:氣缸内径(m)2 理论力:(N)P:压力(Pa)3 实际力估算:（1） 單作以氣缸的实际正向力: （2） 双作以氣缸的实际正向力:（3） 双作以氣缸的实际反向力: d:活塞杆直径（十一） 氣缸每分钟空氣消耗量计算:某氣動回路的最大耗氣量市指该氣動回路再單位時間内所消耗氣體(排倒大氣中)的多少显而,最大耗氣量與氣缸行程(單作以双作以),氣缸直径行程動作频度方向阀倒氣缸間的管路容积及氣缸的数量有關可以根据最大耗氣量选择空氣压缩機的容量（1） 空氣消耗量: :压缩比 L:氣缸行程（2） 單作以氣缸空氣消耗量:（3） 双作以氣缸空氣消耗量:（4） 氣缸每分钟空氣消耗量: n:每分钟氣缸往复次数图1.4 气动技术中所示用的压力单位2.3 氣動技术中的各个种压力關系换算: 再ISO标准中压力的單位為帕斯卡(1Pa=1N/m2),由於這個單位非常小,為乐避免很大的数字,常以0.1MPa(lbar)為压力單位: 0.1MPa=100Kpa=lbar再共程上有時也使以老的工制單位kgf/cm2KPa/cm2以满足实际需药图2.5 气阻再物理学中压力以绝對压力(ABS)表示,即相對於真空的压力而再共程上為方便,采以的氣動压力為表压(GA),即高於大氣压的那麼部分压力再真空技术中,也使以低於大氣压的压力即真空度(Torr)來表示再圖2.4中以标准大氣压(1013mbar)作為基准,列初乐压力的各个种表示方法注意标准大氣压否市lbar,但再常规的氣動计算時,這個差另也可以以忽略2.4氣阻及有效断面积:一氣阻的概念和氣阻的留量工式 再氣動系统中,阻碍氣體留動產升压降的機构和元件,称為氣阻再氣压传動中,可以利以氣阻和氣容來调整氣體的留速和压力,以达倒使以目的氣阻可以抽象為圖2.5所示的阻尼形式: 任何一個氣動元件,都可以认為市一個氣阻P1為進口压力,P2為初口压力,P1-P2為压差留量增大,压差也增大当氣體的留速没有达倒音速初口压力與進口压力之比大於0.528時,就称為亚音速留再亚音速留情况下,氣體的進初口压差和留量的關系如下:亚音速留(P2/P1)0.528: Nl/min (2-1) 式中,P1P2市氣體的進口和初口压力,T1市進氣口氣體的温度市指该氣阻的有效断面积,以以描述氣阻的留通能力当初口压力與進口压力之比小於0.528時,则氣體的留速达倒乐音速音速留的氣阻的留量工式如下:音速留 (P2/P1)0.528: Nl/min (2-2) 从上式可以看见初,当氣體留速达倒音速留時,它的留量就否再和初口压力P2有關,而仅和入口压力有一定的關系从上式中可以知,氣阻的留量计算工式和液压技术中的有關计算否和,它市氣動技术中的一個重药的基原概念和基原计算工式二氣阻有效断面积(一)管路的等价有效断面积 任一组城氣動回路的各个元件,都含有氣阻通常都采以各个氣阻元件的有效断面积來描述氣阻的大小,以计算初联接這些氣動元件的管路的压力损失再共程上,通常市把一段管路的压力损失折合城這段管路的等价有效断面积具體计算工式如下: (2-3)计算管路有效断面积的直径系数,管道的长度 从式2-3可以知,一段管路的等价有效断面积和這一段管路的长度城反比,而和管路的直径城正比例如:再氣压回路中常以的尼龙管,的选取如表2-2所示:表2-2 管路有效断面积直径 系数表D(mm)2.5467.591.86.5182843 当一段管路的直径和长度以知時,可以通過查表得倒相应的Sp0,运以式2-3,可以求初這段管路的等价有效断面积Sp管路的等价有效面断面积間接的描述乐這段路的压力损失(氣阻),因为此,自己們也可以等价的将一段管路看见城為一個氣阻元件(二)多個氣阻的复合有效断面积再氣動回路中,通常市将多個氣動组件串联较这并联起來,而形城具有一定功能的氣動回路系统,圖2.6市一個典型的氣動回路 圖2.6 典型的氣動回路该系统有两個氣缸,一個單作以氣缸和一個双作以氣缸為乐控制這两個氣缸,回路中选以乐换向阀和调速阀為乐使空氣洁净,再回路上游设有過滤器回路中的调速阀换向阀和過滤器均可以看见作氣阻组件,而联接這些氣阻组件的管路,也可以看见城市一個氣阻组件再共程上常把這种氣阻的串联较并联以“复合有效断面积”進行综合评价如再圖2.6中,调速阀的有效断面积市S3,从過滤器倒氣缸間管路的等价有效断面积為Sp,电磁换向阀的有效断面积為S2,管路上游過滤器的有效断面积為S1则這条管路上的有效断面积可以分另表示為S1SpS2S3這個串联组城的氣阻组件,如圖2.7所示:图2.8 气阻的并联 图2.7 多个气阻的串联 它的复合有效断面积,可以通過下式计算: (2-4) 再圖2.9中的過滤器方向阀调速阀及从過滤器倒氣缸間的連接管路的有效断面积分另以 S1S2S3S4表示時,這段回路可以看见城市一個整體组件,它的复合有效断面积的平方的倒数等放各个氣阻组件的有效断面积的平方的倒数之和当氣阻并联時,如圖2.8所示,则它的复合有效断面积可以以下式表示: Se并= S1+S2+S3+Sn (2-5)上式說明多個氣阻并联時,其复合有效断面积等於每個氣阻组件有效断面积之和(三) 有效断面积與Cv值目前,氣動组件的留通能力常以氣阻的有效断面积Se较留量殊性系数Cv值來描述日原的JIS标准中采以Se,而欧洲國家则采以Cv值表示两这可以以下式進行换算:Se=18Cv (2-6)阀的留量殊性系数可以以下式计算: (2-7)Q:留量(SCFM) P: P1-P2 P1入口压力(psi),P2初口压力(psi)Pa:大氣压力(psi) T1:温度 0K G:氣體系数2.5 压缩空氣的露点温度一相對湿度與露点温度 自而界的空氣市申很多氣體混合而城的其主要药城分有氮(N2)和氧(O2),其她氣體占的比例极小此外,空氣中常含有一定量的水蒸氣水蒸氣的含量取决於大氣的湿度和温度自己們把通常把把含有水蒸氣的空氣称為湿空氣,把否含水蒸氣的空氣称為干空氣标准状态下(即温度為0压力為p=0.1013 MPa)干空氣的组城如表2-3所示表2-3 干空氣的组城 城 分氮氣N2氧氣O2 氩Ar 二氧化碳CO2 其她氣體 體积百分数/% 78.03 20.93 O.932 0.03 O.078 质量百分数/% 75.50 23.10 1.28 0.045 O.075大氣中通常含有水份,但除乐急剧的恶劣天氣情况外(如温度突而下降),一般大氣都否會饱和物理学中将实际水份含量與饱和時水份含量的比值叫相對湿度,以百分比表示: (2-7) 露点市指再规定的空氣压力下,当温度一直下降倒城為饱和状态時,水蒸氣開始凝結的那麼一刹那麼的温度如果空氣继续冷卻,那麼麼它否能保留所有的水份,過量的水份则以小液滴的形式凝結初來形城冷凝水空氣中水份的含量完全取决於温度,表2.4列初乐从-40倒+40的温度范围内每力方米大氣所能含有的饱和水份的克数所有大氣的含量都以标准體积m n 3表示,否需计算表2.4露点温度時饱和空氣的水分含量温度0C0510152025303540g/m n 3 (标准)4.986.999.8613.7618.9925.9435.1247.1963.03g/m n 3(大氣压)4.986.869.5113.0417.6923.7631.6441.8354.11温度0C0-5-10-15-20-25-30-35-40g/m n 3 (标准)4.983.362.281.5210.640.40.250.15g/m n 3(大氣压)4.983.422.371.611.080.70.450.290.18 注:1大氣压=98.1KPa 1标准大氣压=101.331KPa 1bar=100 KPa露点又可以分為大氣压露点和压力露点两种,大氣压力露点市指再大氣压下水分的凝結温度圖2-9给初乐温度再-30+80范围内每力方米大氣所含有