SMC氣動(dòng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)-氣動(dòng)理論

氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)理論SMC（中國(guó)）有限公司上海分公司營(yíng)業(yè)技術(shù)部2004/1壓縮空氣我們呼吸的空氣是無(wú)色無(wú)味，自由流動(dòng)的物質(zhì)。想想看，空氣無(wú)處不在，充滿(mǎn)著各種空間?？諝庵饕怯裳鯕夂偷?dú)饨M成的。成分體積比Nitrogen 78.09%N2Oxygen 20.95%O2Argon 0.93%ArOthers 0.03%SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程空氣的特性◆體積變化?控制氣缸的動(dòng)作影響〔速度／位置〕圧縮強(qiáng)?圧縮弱體積縮小

體積增加◆壓力變化?輸出力影響〔氣缸的輸出力的大小〕圧縮強(qiáng)?圧縮弱高

低◆溫度變化?產(chǎn)生水分影響〔空氣飽和水蒸氣含量〕圧縮強(qiáng)?圧縮弱多

少在空氣的可壓縮性中，要考慮使用絕對(duì)壓力?？蓤R縮性空氣的可壓縮性體現(xiàn)為以下的狀態(tài)變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是由TheInternationalCivilAviationOrganisation制定的.

海平面的壓力和溫度分別是1013.25×103bar絕對(duì)壓力and288K(15OC)大氣壓1013.25mbarSMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程體積和流量單位壓力作用下體積

ANR

?

m3ANR大氣圧下

ｍ３

流量L/minM2/minANR·L/minANR·M2/min標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(ANR)：溫度20℃，相對(duì)濕度65%，壓力0.1MPa基準(zhǔn)狀態(tài)：溫度0℃，壓力101.3KPa的干空氣的狀態(tài)SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程1MPa=1000Pa=10bar1bar=1atm=1kgf/cm2=14.5psi=100kPa1atm=76mmHg1psi=6.89kPa壓力單位溫度熱力學(xué)溫度T

單位為K

攝氏溫度t

單位為℃

t=T-T0T0=273.15K可壓縮性氣體的分子間距大，故氣體的體積容易隨壓力發(fā)生變化P1P2SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程各壓力單位之間的關(guān)系SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程FA壓力壓力表示法表壓力絕對(duì)壓力真空度大氣壓P=Pa絕對(duì)真空P=0絕對(duì)壓力表壓力：以大氣壓為基準(zhǔn)，高于大氣壓的壓力值，即相對(duì)壓力，也即由壓力表讀出的壓力真空度：以大氣壓為基準(zhǔn)，低于大氣壓力的壓力值，正值真空壓力：絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，與真空度大小相同，符號(hào)相反P>PaP<Pa！壓力是由負(fù)載建立的！SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程壓力和力壓縮空氣在容器的內(nèi)表面產(chǎn)生了一個(gè)力容器內(nèi)的流體將被壓縮并產(chǎn)生這個(gè)壓力表壓力1bar表示每平方厘米上受到10牛頓的力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程在壓力的作用下，氣缸活塞向前伸出，此推力等于壓力×有效作用面積

Thrust=D240PNewtonspDmmPbar這里D=氣缸缸徑mmP=壓力bar.用牛頓來(lái)表示1bar=100000N/m2

壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程作用在氣缸缸桶內(nèi)部的力相當(dāng)于氣缸的投影面積×壓力lDForce=D

.l.P10Newtons這里D=氣缸內(nèi)徑mml=受壓腔室長(zhǎng)度mmP=壓力bar壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程如果氣缸活塞兩側(cè)同時(shí)受到壓力作用。氣缸活塞桿將在壓差作用下向右伸出。如果是雙活塞桿氣缸的話，那么氣缸活塞桿將保持在原位。壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程平衡式閥芯，壓力作用在任何一個(gè)氣口都不會(huì)引起閥芯的動(dòng)作。因?yàn)殚y芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程平衡式閥芯，壓力作用在任何一個(gè)氣口都不會(huì)引起閥芯的動(dòng)作。因?yàn)殚y芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程氣體的控制規(guī)律SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程氣體的控制規(guī)律氣體的狀態(tài)對(duì)于一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，壓力、體積、溫度表明了氣體所處的狀態(tài)。對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，狀態(tài)方程可以表示成如果某一個(gè)狀態(tài)設(shè)為常值，那么我們可以得到如下的狀態(tài)方程等溫變化等壓變化等容變化P.V=constant=constantVT=constantPTSMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等溫變化（波義爾定律BOYLES）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。0246816024681012VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant1012141416等溫變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等溫變化（波義爾定律BOYLES）在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。02468160246810121012141416VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant等溫變化對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程02468160246810121012141416VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant等溫變化（波義爾定律BOYLES）在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。等溫變化對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程02468160246810121012141416VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant等溫變化（波義爾定律BOYLES）在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。等溫變化對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等壓變化（查理定律CHARLES）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100293KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等壓變化（查理定律CHARLES）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100366.25KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等壓變化（查理定律CHARLES）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100219.75KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程等壓變化（查理定律CHARLES）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100366.25K219.75K293KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oC時(shí)，空氣壓力會(huì)增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oC時(shí)，空氣壓力會(huì)增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oC時(shí)，空氣壓力會(huì)增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oC時(shí)，空氣壓力會(huì)增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化0510-60-40-200204060barabsoluteTemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=等容變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程綜合等壓、等溫、等容變化三個(gè)過(guò)程，當(dāng)氣體的三個(gè)狀態(tài)都發(fā)生變化時(shí)，那么體積、壓力、溫度之間的關(guān)系滿(mǎn)足下列氣體狀態(tài)方程。=constantP1.V1T1P2.V2T2=氣體狀態(tài)方程SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程理論上，氣體的體積被瞬間壓縮時(shí)，這樣一個(gè)過(guò)程叫做絕熱變化過(guò)程。（即，熱量沒(méi)有時(shí)間通過(guò)氣缸缸桶與外界發(fā)生熱交換。）對(duì)于絕熱壓縮和膨脹過(guò)程，有PVn=c

對(duì)于空氣n=1.4

另外，如果氣缸的空氣壓縮和膨脹過(guò)程很快，但是還是有一部分熱量通過(guò)氣缸缸桶與外界發(fā)生了熱交換，那么n值可以取到1.3左右或更小的值。2468024681012bara101214141616PV1.4=c絕熱過(guò)程PV1.2=c多變過(guò)程PV=c等溫變化Volume0絕熱變化SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程實(shí)際應(yīng)用中，氣缸作為吸收震動(dòng)使用時(shí)，那么在壓縮時(shí)肯定會(huì)有一定的熱量損失。這時(shí)氣缸的壓縮特性是介于絕熱變化和等溫變化之間的一種變化。根據(jù)壓縮率的不同，指數(shù)n將小于絕熱指數(shù)值1.4，常使用PV1.2=c

來(lái)表示多變過(guò)程。多變過(guò)程SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程壓縮空氣中的水分SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程壓縮空氣中的水分當(dāng)大量的空氣受到壓縮時(shí)，必然會(huì)從空氣中析大量的水分。大氣中的水蒸氣在空氣被壓縮時(shí)，會(huì)從空氣中被擠出來(lái)，就像我們把水從海綿中擠出來(lái)一樣。析出水分之后的空氣將達(dá)到完全飽和狀態(tài)。即相對(duì)濕度100%RH排水器fullysaturatedair冷凝水SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程空氣中的水分幾個(gè)概念水蒸汽分壓力：濕空氣中水蒸汽獨(dú)占空氣總?cè)莘e時(shí)所具有的壓力。當(dāng)空氣中的水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)，這時(shí)水蒸汽所具有的壓力叫做飽和水蒸汽分壓力。絕對(duì)濕度（kg/m3）：每一立方米的濕空氣中所含有的水蒸汽的質(zhì)量。ρs=水蒸汽的密度，kg/m3Ps=水蒸汽分壓力，PaRs

=水蒸汽的氣體常數(shù)，462.05J/(kg·K)相對(duì)濕度（kg/m3）：一定溫度和壓力下，濕空氣的絕對(duì)濕度與飽和濕空氣的濕度之比，也就是實(shí)際水分含量和露點(diǎn)（飽和濕空氣）時(shí)水分含量之比。表明濕空氣吸收水分的能力。露點(diǎn)：空氣在這個(gè)溫度下呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。即空氣飽和（相對(duì)濕度100%），溫度再降低則開(kāi)始析出水分。飽和絕對(duì)濕度（kg/m3）：每立方米濕空氣中所能夠含有的水蒸汽的最大質(zhì)量。！空氣中水蒸汽的實(shí)際含量完全取決于溫度，1m3的壓縮空氣中只能包含1m3的飽和濕空氣所能含有的水蒸汽質(zhì)量SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程空氣中的含水量可以簡(jiǎn)單的用相對(duì)濕度％RH的方法來(lái)表示。這個(gè)％表示在某一個(gè)特定溫度的條件下，空氣中所含有的實(shí)際含水量。-40-200102030405002040Gramsofwatervapour/cubicmetreofairg/m3607080TemperatureCelsius25%RH50%RH100%RH

At20oC100%RH=17.4g/m350%RH=8.7g/m325%RH=4.35g/m3壓縮空氣中的水分SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程下圖是一個(gè)例子。4個(gè)立方體分別表示溫度為20oC

的一立方米的空氣。每個(gè)立方體空氣的相對(duì)濕度是50％RH。這就意味著它們分別含有8.7克的水，是最大含水量17.4克的一半。壓縮空氣中的水分SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程當(dāng)壓縮機(jī)把這4個(gè)立方米的空氣壓縮成一個(gè)立方米時(shí)，這一個(gè)立方米的空氣將含有4×8.7克的水。但是在一立方米的空氣中，在20oC時(shí)只能含有最大2×8.7克的水分。因此多余的2×8.7克的水蒸氣將凝結(jié)成水滴析出。壓縮空氣中的水分SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程4立方米的大氣，相對(duì)濕度50％RH，被壓縮成1立方米的壓縮空氣后，根據(jù)等溫變化，壓力變成3bar。這一立方米的壓縮空氣中含有17.4克的水蒸氣，即相對(duì)濕度100％RH。另外17.4克的水蒸氣凝結(jié)成水析出了。這是一個(gè)連續(xù)的變化過(guò)程。一旦相對(duì)壓力超過(guò)1bar后，每次壓縮1立方米之后，就會(huì)后8.4克的水凝結(jié)出來(lái)。壓縮空氣中的水分SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程空氣的流量SMC氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)教程小孔流動(dòng)閥的流量特性可以由流量系數(shù)表示。象：“C”,“b”,“Cv