液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)(氣動(dòng)技術(shù)部分)

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)

（氣動(dòng)技術(shù)部分）主講：李建躍長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)一、空氣的組成主要由氮、氧、氬、二氧化碳、水蒸氣以及其他一些氣體混合組成的。在距地面20km以內(nèi),空氣組成幾乎相同。濕空氣——含有水蒸氣的空氣。大氣中的空氣基本上都是濕空氣干空氣——不含有水蒸氣的空氣。二、空氣的物理性質(zhì)1.密度ρ是單位體積V內(nèi)空氣的質(zhì)量mρ=m/V空氣密度與氣體壓力和溫度有關(guān)壓力增加,密度增大;而溫度上升,密度減小。項(xiàng)目一

氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)2.黏性空氣在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力的性質(zhì)叫做空氣的黏性。用黏度表示其大小?？諝獾酿ざ仁軌毫Φ挠绊懞苄?一般可忽略不計(jì)。空氣的黏度隨溫度的升高而略有增加。

3.壓縮性和膨脹性空氣的體積較易隨壓力和溫度的變化而變化?？諝怏w積變化的能力是水的73倍。氣體的可壓縮性導(dǎo)致氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)剛度差,定位精度低。氣體體積隨溫度和壓力的變化規(guī)律遵循氣體狀態(tài)方程。4.空氣的濕度自然界中的空氣基本上都是濕空氣。由濕空氣生成的壓縮空氣對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命有不良的影響。會(huì)使氣動(dòng)元件腐蝕生銹,潤滑劑稀釋變質(zhì)等。為保證氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作,在空氣壓縮機(jī)出口處要安裝冷卻器,把壓縮空氣中的水蒸氣凝結(jié)析出,在氣罐出口處安裝空氣干燥器,進(jìn)一步消除空氣中的水分。濕空氣中所含水分的程度用濕度和含濕量來表示。

絕對(duì)濕度相對(duì)濕度。濕度(1)絕對(duì)濕度x

每一立方米的濕空氣中，含有水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的絕對(duì)濕度。(2)相對(duì)濕度φ

在同一溫度下，濕空氣中水蒸氣分壓ps和飽和水蒸氣分壓pb的比值稱為相對(duì)濕度。當(dāng)空氣絕對(duì)干燥時(shí)，ps=0,則φ=0。當(dāng)濕空氣飽和時(shí)，ps=pb，則φ=100%，此時(shí)空氣稱絕對(duì)濕空氣。相對(duì)濕度既反映了濕空氣的飽和程度，也反映了濕空氣離飽和程度的遠(yuǎn)近。而氣動(dòng)系統(tǒng)中元件使用的工作介質(zhì)的相對(duì)濕度不得大于90%，當(dāng)然希望越小越好。(3)空氣的含濕量d是指在質(zhì)量為1kg的濕空氣中,混合的水蒸氣質(zhì)量ms與絕對(duì)干空氣質(zhì)量mg的比。含濕量大小決定于溫度t、相對(duì)濕度φ和全壓力p。若p不變，φ=1時(shí),含濕量達(dá)到最大值。

三、壓縮空氣的品質(zhì)1.壓縮空氣的污染及其影響空氣污染是指空氣中混入或產(chǎn)生某些污染物質(zhì)。主要污染物有水分、固體雜質(zhì)和油分等。其主要來源如下：——由空氣壓縮機(jī)吸入的空氣所包含的水分、粉塵、煙塵等；——由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生：壓縮機(jī)潤滑油、元件磨損物、冷凝水、銹蝕物等；——由安裝、裝配或維修時(shí)混入的濕空氣、異物等?！?/p>

污染物對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)造成許多不良影響——如水分會(huì)造成管道及金屬零件銹蝕，導(dǎo)致管道及元件流量不足,壓力損失增大,甚至導(dǎo)致閥的動(dòng)作失靈；——水分混入潤滑油中會(huì)使?jié)櫥妥冑|(zhì),液態(tài)水會(huì)沖洗掉潤滑脂，導(dǎo)致潤滑不良；——在寒冷地區(qū)以及元件內(nèi)的高速流動(dòng)區(qū)，水分會(huì)結(jié)冰，造成元件動(dòng)作不良，管道凍結(jié)或凍裂。潤滑油變質(zhì)后黏度增大，并與其他雜質(zhì)混合形成油泥。它會(huì)使橡膠及塑料材料變質(zhì)或老化，堵塞元件內(nèi)的小孔，影響元件性能，造成元件動(dòng)作失靈。粉塵和銹屑、磨損產(chǎn)生的固體顆粒會(huì)使運(yùn)動(dòng)件磨損，造成元件動(dòng)作不良，甚至卡死，同時(shí)加速了過濾器濾芯的堵塞,增大了流動(dòng)阻力。2.壓縮空氣的質(zhì)量等級(jí)不同的應(yīng)用對(duì)象對(duì)氣動(dòng)裝置及作業(yè)環(huán)境的潔凈度要求各有不同,相應(yīng)的氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣質(zhì)量的要求也不同ISO85731標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)對(duì)壓縮空氣中的固體塵埃顆粒度、含水率(以壓力露點(diǎn)形式要求)和含油率的要求劃分了壓縮空氣的質(zhì)量等級(jí)。第二節(jié)氣體狀態(tài)方程一、理想氣體的狀態(tài)方程是指沒有黏性的氣體,當(dāng)氣體處于某種平衡狀態(tài)時(shí),氣體的壓力、溫度和比體積之間的關(guān)系為

pv=RT或者pV=Mrtp為氣體的絕對(duì)壓力;v為空氣的比體積;R為氣體常數(shù),T為空氣的熱力學(xué)溫度;m為空氣的質(zhì)量;V為氣體的體積二、理想氣體的狀態(tài)變化過程1.等容變化過程一定質(zhì)量的氣體,如在狀態(tài)變化過程中,體積保持不變時(shí),則有P1/T1=P2/T2=R當(dāng)氣體體積不變時(shí),壓力的變化與溫度的變化成正比,當(dāng)壓力上升時(shí),氣體的溫度隨之上升。2.等壓變化過程一定質(zhì)量的氣體,如在狀態(tài)變化過程中,壓力保持不變時(shí),則有v1/T1=v2/T2=R

當(dāng)氣體壓力不變時(shí),溫度上升,比體積增大(氣體膨脹);當(dāng)溫度下降時(shí),比體積減小(氣體被壓縮)3.等溫變化過程一定質(zhì)量的氣體,如在其狀態(tài)變化過程中,溫度不變時(shí),則有P1v1=P2v2=常數(shù)在氣體溫度不變的條件下,壓力上升時(shí),氣體體積被壓縮,比體積下降;壓力下降時(shí),氣體體積膨脹,比體積上升。4.絕熱變化過程一定質(zhì)量的氣體,如在狀態(tài)變化過程中,與外界完全無熱量交換時(shí)，則有P1vk1=P2vk2=常數(shù)式中:k為等熵指數(shù),對(duì)于干空氣k=1.4,對(duì)飽和蒸氣k=1.3。在絕熱過程中,氣體狀態(tài)變化與外界無熱量交換,系統(tǒng)靠消耗本身的內(nèi)能對(duì)外作功。在氣壓傳動(dòng)中,快速動(dòng)作可被認(rèn)為絕熱變化過程。例如,壓縮機(jī)的活塞在氣缸中的運(yùn)動(dòng)是極快的,以致缸中氣體的熱量來不及與外界進(jìn)行熱交換,這個(gè)過程就被認(rèn)為是絕熱過程。在絕熱過程中,氣體溫度的變化是很大的,例如空氣壓縮機(jī)壓縮空氣時(shí),溫度可高達(dá)50℃,而快速排氣時(shí),溫度可降至-100℃。5.多變過程在實(shí)際問題中，氣體的變化過程往往不能簡單地歸屬為上述幾個(gè)過程中的任一個(gè)，不加任何條件限制的過程稱之為多變過程。n為多變指數(shù)，在一定的多變變化過程中。多變指數(shù)n保持不變;對(duì)于不同的多變過程，n有不同的值。前述四種典型的狀態(tài)變化過程均為多變過程的特例。當(dāng)n=0時(shí),pv0

=p

=常數(shù),為等壓變化過程；當(dāng)n=1時(shí),

pv=常數(shù),為等溫變化過程；當(dāng)n=±∞時(shí),p1/nv=p0v=v=常數(shù),為等容變化過程；當(dāng)n=k時(shí),pvk=常數(shù),為絕熱變化過程.k=1.4。第三節(jié)氣體流動(dòng)規(guī)律一、氣體流動(dòng)的基本方程1.連續(xù)性方程連續(xù)性方程實(shí)際上是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體表現(xiàn)形式。當(dāng)氣體在管道中做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),同一時(shí)間內(nèi)流過管道每一截面的質(zhì)量為一定值。即

qm

=ρvA=常數(shù)（A為管道截面面積;v為該截面上的平均流速;ρ為氣體密度）2.伯努利方程在流管的任意截面上,根據(jù)能量守恒定律,單位質(zhì)量穩(wěn)定的空氣流的流動(dòng)壓力p、平均流速v、位置高度H和阻力損失hf滿足下列方程(伯努利方程)二、聲速與馬赫數(shù)1.聲速是指聲波在空氣中傳播的速度。聲波是一種微弱的擾動(dòng)波,在傳遞過程中只有壓力波的變化而引起傳遞介質(zhì)疏密程度的變化產(chǎn)生的振動(dòng),并沒有物質(zhì)的交換。氣體在管道中流動(dòng)時(shí),某點(diǎn)聲速的表達(dá)式為由于聲波傳播速度很快,傳播過程可以看作為絕熱過程,對(duì)于理想氣體，聲速的表達(dá)式為

聲速只與溫度有關(guān),而與壓力無關(guān)。2.馬赫數(shù)氣體的速度v與聲速c之比定義為馬赫數(shù)Ma即根據(jù)馬赫數(shù)不同,把氣流分為三種流動(dòng)狀態(tài):(1)當(dāng)Ma＞1時(shí),稱為超聲速流動(dòng)；(2)當(dāng)Ma＜1時(shí),稱為亞聲速流動(dòng)；(3)當(dāng)Ma

=1時(shí),稱為臨界狀態(tài)或聲速流動(dòng)。三、通流能力在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,閥或管路的通流能力,是指單位時(shí)間內(nèi)通過閥或管路的流體體積流量或質(zhì)量。目前表示通流能力大致有以下幾種表示方法,即有效截面面積A、流量系數(shù)C和流量g等。1.有效截面積A在整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)中,通常認(rèn)為使元件過流截面與相應(yīng)的管道截面等效。而實(shí)際上氣動(dòng)元件的過流截面與有效截面積還是有差異的,有效截面積是指一個(gè)無黏性氣流中的理想節(jié)流小孔的流量等于實(shí)際氣體流過氣動(dòng)元件的流量。這個(gè)有效截面積只能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定,經(jīng)常用由定積容器放氣法來測(cè)定。2.流量系數(shù)C、Cv流量系數(shù)C是當(dāng)閥全開時(shí),閥兩端壓差為1.0MPa,密度為10OOkg/m3的水所通過閥的流量值。流量系數(shù)Cv是閥全開時(shí),以15.6℃的清水,在閥前后壓差約為0.OO7MPa,流經(jīng)閥的流