气动技术概况

1、第一章 气动技术概况气动（PNEUMATIC）是“气动技术”或“气压传动与控制”的简称。气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。第一节 气动技术概述1、压缩空气的特性：气动的发展相当长时间以来，气体动力仅被用来完成简单的机械动作。但是最近，气动技术在促进自动化的发展中起到了极为重要的作用。50年代前，压缩空气通常作为一种贮存能量的工作介质。从50年代起，气动技术不仅用于做功，而且发展到检测和数据处理。这样就能用传感器检测机器的状态和条件，从而控制加工过程。传感器、过程控制器和执行器的发展导致了气动控制系统的

2、产生。（1）、 压缩空气的优点及显著特性用量：空气到处都有，用量不受限制。输送：空气不论距离远近极易由管道输送，损失小。储存：压缩空气可储存在贮气罐内，随时取用。故不需压缩机的连续运转。此外，贮气罐亦可以运送。温度：压缩空气不受温度波动的影响，即使在极端温度情况下亦能保证可靠地工作。无爆炸危险：压缩空气没有爆炸或着火的危险，因此不需要昂贵的防爆设施。清洁：未经润滑排出的压缩空气是清洁的。自漏气管道或气压元件逸出的空气不会污染物体。这一点对食品、木材和纺织工业是极为重要的。构造：各种工作部件结构简单，所以价格便宜。速度；压缩空气为快速流动的工作介质，故可获得很高的工作速度。可调节性：使用各种气动

3、元部件，其速度及出力大小可无限变化。无过载危险；气动机构与工作部件，可以超载而停止不动，因此无过载的危险。（2）、压缩空气的不利特性调理；压缩空气必须有良好的调理。不得含有灰尘和水分。可压缩性：压缩空气的可伸缩性使活塞的速度不可能总是均匀恒定N。出力条件：压缩空气仅在一定的出力条件下使用方为经济。在常规工作气压67bar(600700 kg：)下，因行程和速度的不同，出力限制在20000到30000N之间。排气噪声；徘放空气的声音很大。现在这个问题已因吸音材料和消音器的发展大部分获得解决。成本：压缩空气是一种比较昂贵的能量传递方法。但此高成本可为便 宜的气动元件及其较高的性能所部分补偿。2、纵

4、观世界气动行业的发展趋势，气动元件的发展动向可归纳为:高质量: 电磁阀的寿命可达1亿次，气缸的寿命可达5000-8000Km 高精度: 定位精度可达0.50.1mm，过滤精度可达0.01um，除油率可达1m3标准大气中的油雾在0.1mg以下高速度: 小型电磁阀的换向频率可达数十赫兹，气缸的最大速度可达3m/s 低功耗: 电磁阀的功率可降至0.1W。环保、节能小型化: 元件制成超薄、超短、超小型轻量化: 元件采用铝合金及塑料等新型材料制造，零件进行等强度设计无给油化: 不供油润滑元件组成的系统不污染环境，系统简单，维护也简单，节省润滑油复合集成化: 减少配线（如串行传送技术）、配管和元件，节省空

5、间，简化拆装，提高工作效率机电一体化: 典型的是“计算机远程控制+可编程控制器+传感器+气动元件”组成的控制系统.3、气动技术应用方面汽车制造业: 其中包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、涂装线、发动机、轮胎生产装备等方面生产自动化: 机械加工生产线上零件的加工和组装，如工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等工序。机械设备: 自动喷气织布机、自动清洗机、冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、人造革生产线、玻璃制品加工线等许多场合电子半导体家电制造行业: 例如硅片的搬运、元器件的插入与锡焊，彩电、冰箱的装配生产线包装自动化: 化肥、化

6、工、粮食、食品、药品、生物工程等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工序。用于对粘稠液体（如油漆、油墨、化妆品、牙膏等）和有毒气体（如煤气等）的自动计量灌装。第二节 气动系统组成一.气动系统组成简图与元件含义一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。1空气压缩机详见第2章2净化元件空气干燥器、油雾分离器：此装置是清除压缩空气中的水分、油分及杂质等，以得到清洁干燥的压缩空气。3气动辅助元件空气过滤器、减压阀、油雾器：空气过滤器是减少悬浮在压缩空气中的固态粒子及液态油水。油雾器是将润滑油雾化，随压缩空气流至需

7、要润滑的部位。减压阀用于调节所需的压力。4方向控制元件方向控制元件、电磁阀：供给气缸等的压缩空气的流动方向由电磁阀来切换。5执行元件气缸、摆动气缸：切换方向控制阀，向执行元件导入压缩空气，以推动执行元件作直线（气缸）及回转（摆动气缸）运动。6气动系统组成详解第三节 空气的基本性质一、空气的基本性质1.密度单位体积内所含气体的质量称为密度。单位为kg/m3 。地球上每一物体都承受一个绝对大气压(pat)，因此一般觉察不到它的存在。这个无处不在的大气压被当作一个基础，而讨论的只是与它之间的差值： 表压pg 或 真空pv大气压强大气压强并没有一个固定的值。它随着地理位置和气候的不同而变化。从压强坐标

8、的绝对零值到一个大气压强(有时其绝对压强会产生波动起伏)刻度之间的范围称为真空区，在真空区之上是压强区。 绝对压强pab是大气压强pat与表压pg之和。实际上，压力表仅仅是量测超过大气压的压强值pg绝对压强pab约比pg值大1巴(bar)(1bar=100kPa)，2压力p压力可用绝对压力、表压力和真空度来衡量。3绝对压力以绝对真空作为起点的压力值。一般在表示绝对压力的符号的右下脚标注“ABS”，即PABS4表压力高出当地大气压的压力值。由压力表测得的压力值即为表压力。在工程计算中，常将当地大气压力用标准大气压力代替，即令Pa=101325Pa。5真空度低于当地大气压的压力值。6真空压力绝对压

9、力与大气压之差。真空压力在数值上与真空度相同，但应在其数值前加负号。其中的关系可以用下图说明：（基本压强关系图）7温度T在工程计算中常用热力学温度T，其单位名称为开尔文，单位符号为K，和我们生活中的摄氏温度（）换算关系为：T=t-T0，T0=273.15K。8标准状态指温度为20、相对湿度为65%、压力为0.1Mpa时的空气的状态。在标准状态下，空气的密度=1.185kg/m3 。按国际标准ISO8778，标准状态下的单位后面可标注“（ANR）”。9基准状态指温度为0、压力为101.3Kpa的干空气的状态。在基准状态下，空气的密度=1.293kg/m3 。10理想气体没有粘性的气体称为理想气体

10、（ideal gas）。目的是简化解题。11完全气体是一种假想的气体，它的分子是一些弹性的、不占有体积的质点，分子间除相互碰撞外，没有相互作用力。它与没有粘性的理想气体是完全不同的两个概念。实际气体只要不处于很高的压力或很低的温度，都可当作完全气体。按完全气体状态方程计算，带来的误差不会太大。二、气态方程1. 气态方程对完全气体，有这样一个状态方程：pvRT 也可以写成pRTp：绝对压力，Pav：质量体积，m3/kgR：气体常数，对空气，R287N·m/kgT：热力学温度，K：密度，m3/kgm：质量体积，m3/kgV：体积，m3对一定质量的气体，其状态方程可以写成2. 波意耳马略特

11、定律法则：（等温）波意耳马略特定律给出了压强和体积的实用关系：“温度保持恒定的条件下，定质量气体的体积与它的绝对压强成反比”，也就是说，对定质量的气体而言，其绝对压强的体积的乘积保持恒值。一定质量的气体，若其状态变化是在温度不变的条件下进行的，则称为等温过程。P1V1=P2V2例如，大气罐中的气体长时间的经小孔向外放气，气罐中气体的状态变化过程可看作是等温过程。我们用下面的例子来说明上述原理： 空气压缩机将一个大气压的空气压缩到原体积的17。假设过程是等温过程，那么压力表上这些空气的压强是多少? P1·V1P2·V2 P2P1· 7 P1pat1bar100 k，

12、 P2P1·7 P17bar700 kPa 所以，表压（pg）绝对压强（pab）大气压强（pat） (71)ba r6 ba r 600k Pa 要制备表压pa600 kPa的空气，压缩机的压缩比必须为1：7(这里假设大气压为1bar，或100kPa)。3、查理法则：（等容）一定质量的气体，若其状态变化是在体积不变的条件下进行的，则称为等容过程。P1/T1=P2/T2密闭气罐中的气体,由于外界环境温度的变化,使罐内气体状态发生变化的过程也可看作等容过程。4、盖吕法则：（等压）一定质量的气体，若其状态变化是在压力不变的条件下进行的，则称为等压过程。V1/V2=T1/T2负载一定的密闭气

13、罐，被加热或放热时，缸内气体便在等压过程中改变气缸的容积。5、伯努力方程：式中P。速度为零处的压力，称为总压力P静压力流速高处压力低，流速低处压力高。它表明单位体积气体的压力能和动能之和保持不变。6、有效截面积S值理想气体流过最小截面积为S的收缩喷管，当流动处于壅塞流态（指压缩空气通过收缩管或拉瓦尔管，在最小截面处达到声速时，若上游总压力和总温度保持一定，无论怎样降低管道下游的压力，通过管道的质量流量都不会增大的现象，只是在声速流和超声速流状态才存在），元件的有效截面积S值大小几乎不受元件上游总压和总温的影响。据此，我们采用声速放气法测定S值。7、Cv值：第四节 空气湿度一、露点露点：在一定的

14、空气压力下，逐渐降低空气的温度，当空气中所含水蒸气达到饱和状态，开始凝结形成水滴时的温度叫做该空气在空气压力下的露点温度。即当温度降至露点温度以下，湿空气中便有水滴析出。降温法清除湿空气中的水分，就是利用此原理。露点越低，冷凝水也越多，这样就降低了气体中残留的水量。采用致冷方法就能使气体达到低达25的露点温度。 在压缩空气输入用气网络之前，要对它加温，使空气回复到环境条件。出气口处的温度要求是：冬天约10，夏天30左右。压力露点：即湿空气被压缩后开始析出水滴时的温度。压力越高，开始析出水滴的温度也越高。二、湿度1.、绝对湿度：每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量，称为绝对湿度。也就是湿空气的水蒸气密度。2、全压力：湿空气是干空气和水蒸气的混合气体。干空气和水蒸气的混合气体的压力称为全压力，故全压力是干空气的分压力和水蒸气的分压力之和。3、相对湿度：绝对湿度只能说明湿空气中所含水蒸气的多少，但不能说明湿空气所具有的吸收水蒸气的能力，为了了解湿空气继续吸收水分的能力和离饱和状态的远近，人们引入相对湿度的概念清楚地说明了这个问题。4、计算公式：vb/b又由湿空气中水蒸气的完全气体的状态方程：Pvbvb·RbT式中：P