流體傳動與控制基礎(chǔ)（第3版）課件：氣壓傳動基礎(chǔ)知識

流體傳動及控制基礎(chǔ)（

氣壓傳動基礎(chǔ)知識）

氣壓傳動基礎(chǔ)知識2

氣壓傳動基礎(chǔ)知識9.1

氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用9.2

氣壓傳動系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)9.3

可壓縮性流體力學(xué)基礎(chǔ)9.1氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用4在機(jī)器人作業(yè)中的應(yīng)用5在坐標(biāo)機(jī)床中的應(yīng)用6在繼電器自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用7在牙膏、口罩自動生產(chǎn)線中的應(yīng)用8車體自動生產(chǎn)線中應(yīng)用9注塑機(jī)產(chǎn)品送料、傳輸自動生產(chǎn)線中應(yīng)用建材產(chǎn)品打包、傳輸、堆垛生產(chǎn)線中應(yīng)用11在裝配、傳輸生產(chǎn)線中的應(yīng)用石化過程生產(chǎn)控制13在IC裝配、測試生產(chǎn)線中應(yīng)用在電路板生產(chǎn)、測試中應(yīng)用在空調(diào)生產(chǎn)線中的應(yīng)用16在食品灌注、分份、填充、封裝生產(chǎn)中應(yīng)用17在啤酒、飲料包裝生產(chǎn)中的應(yīng)用18在飲料瓶生產(chǎn)線中的應(yīng)用19在飲料灌注生產(chǎn)線中的應(yīng)用20在雞蛋包裝和分類機(jī)械中的應(yīng)用在藥品包裝生產(chǎn)中的應(yīng)用9.2.1氣壓傳動系統(tǒng)組成n

氣壓發(fā)生裝置n

執(zhí)行元件n

控制元件n

輔助元件氣壓傳動系統(tǒng)組成(1)n

氣壓傳動系統(tǒng)組成氣缸控制閥24氣壓發(fā)生裝置n

氣壓發(fā)生裝置簡稱氣源裝置。主要由空氣壓縮機(jī)與氣源凈化設(shè)備組成。n

空氣壓縮機(jī)是把原動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能。n

氣源凈化設(shè)備用以降低壓縮空氣的溫度，除去壓縮空氣中的水分、油分以及污染雜質(zhì)等。執(zhí)行元件n

執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的元件。n

主要包括氣缸、氣馬達(dá)、不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的擺缸及氣動手爪等。氣缸氣馬達(dá)26控制元件n

控制元件是指氣動系統(tǒng)中用來控制壓縮空氣的壓力、流量及流動方向的元件，通過控制元件可以控制執(zhí)行元件的出力、速度大小及運(yùn)動方向。27輔助元件n

輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲、以及元件間連接所需裝置的總稱。消聲器氣動三聯(lián)件管件和管接頭28氣壓傳動系統(tǒng)空壓系統(tǒng)配管空壓機(jī)

儲氣罐

冷卻干燥

空氣調(diào)節(jié)組合

控制閥組

執(zhí)行元件

排水閥氣壓傳動系統(tǒng)氣缸空壓機(jī)控制閥氣馬達(dá)氣動三聯(lián)件控制閥0儲氣罐氣壓傳動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)319.2.2

氣壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)n

氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)n

工作介質(zhì)為空氣，空氣隨處可取，取之不盡。n

對環(huán)境無污染，處理方便。n

可集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。n

與液壓傳動相比，氣動執(zhí)行元件工作速度快，操作與維護(hù)簡單。氣壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)(2)n

氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且適于標(biāo)準(zhǔn)化。n

適用于易燃、易爆、多塵、強(qiáng)磁、輻射、振動等惡劣環(huán)境n

系統(tǒng)過載保護(hù)簡單。n

可在℃的高低溫工作環(huán)境下可靠使用。33氣壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)(3)n

氣壓傳動的缺點(diǎn)n

由于氣體可壓縮，因而氣壓傳動動作穩(wěn)定性較差。n

由于工作壓力低，很難輸出較大的力。n

由于排氣噪聲大，排氣需加消聲器。9.3

可壓縮性流體力學(xué)基礎(chǔ)9.3.1

空氣的基本性質(zhì)9.3.2

氣體狀態(tài)方程9.3.3

氣體的流動特性359.3.1空氣的基本性質(zhì)n

空氣的組成自然界的空氣是由許多種氣體混合組成的，其主要成分是氮?dú)夂脱鯕??？諝饫锖猩倭克羝：兴羝目諝夥Q為濕空氣，完全不含水蒸汽的空氣稱為干空氣。36密度和質(zhì)量體積n

單位體積內(nèi)所含氣體的質(zhì)量稱為密度，用表示，單位是kg/m3。n

密度的倒數(shù)即單位質(zhì)量的氣體所占的體積叫做質(zhì)量體積，用v

表示，單位是m3/kg。37壓力n

壓力是由于氣體分子熱運(yùn)動而互相碰撞，在容器的單位面積上產(chǎn)生的力的統(tǒng)計平均值，用

表示，單位是

或

。溫度n

溫度表示氣體分子熱運(yùn)動動能的統(tǒng)計平均值，有熱力學(xué)溫度、攝氏溫度等。39壓縮性和粘性n

一定質(zhì)量的靜止氣體，由于壓力改變而導(dǎo)致氣體所占容積發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為氣體的壓縮性。n

由于氣體分子間的吸引力而產(chǎn)生阻礙氣體流動的內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為氣體的粘性。由于氣體有粘性，才導(dǎo)致它在流動時有能量損失。40濕空氣n

單位體積的濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，稱為濕空氣的絕對濕度，也就是水蒸氣密度。n

在一定溫度和壓力下，空氣中所含水蒸氣達(dá)到最大可能的含量時的狀態(tài)叫做飽和狀態(tài)，這時的空氣叫做飽和空氣。41相對濕度n

絕對濕度只說明了濕空氣中所含水蒸氣的多少。n

相對濕度則是空氣中水蒸氣的實際含量（即未飽和空氣的水蒸氣密度

）與同溫度下最大可能的水蒸氣含量（即飽和水蒸氣密度

）之比，用

表示，即429.3.2氣體狀態(tài)方程n

理想氣體是指沒有粘性的氣體。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的某一穩(wěn)定瞬時，有如下氣體狀態(tài)方程成立43等容過程n

一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程，叫做等容過程。44等壓過程n

一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中其壓力始終保持不變，這個過程叫做等壓過程。45等溫過程n

一定質(zhì)量的氣體，在其狀態(tài)變化過程中，其溫度始終保持不變的過程，叫做等溫過程。46絕熱過程n

一定質(zhì)量的氣體和外界沒有熱量交換時的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。479.3.3氣體的流動特性n

聲速和馬赫數(shù)n

聲速是聲波在空氣中的傳播速度，用c表示，它與當(dāng)?shù)亟^對溫度有關(guān)n

氣流速度v與當(dāng)?shù)芈曀賑之比稱為馬赫數(shù)，用Ma表示當(dāng)v<c，即Ma<1時，空氣流動稱為亞聲速流動；當(dāng)v>c，即Ma>1時，

空氣流動稱為超聲速流動；當(dāng)v=c，即Ma=1時，

空氣流動稱為聲速流動。489.3.3氣體的流動特性n

理想氣體在收縮噴管內(nèi)作絕熱穩(wěn)定流動在收縮噴管出口Ma<1時，通過收縮噴管的質(zhì)量流量在收縮噴管出口Ma<1時，即時，對穩(wěn)定流動，噴管出口靜壓p與外界靜壓pe總是相等的。通過收縮噴管的質(zhì)量流量對空氣來說499.3.3氣體的流動特性n

壓縮氣體通過收縮噴管，在最小截面處的流速達(dá)到聲速時，通過噴管的質(zhì)量流量與上游總壓力成正比、與下游靜壓力無關(guān)，這種現(xiàn)象叫做壅塞現(xiàn)象。50收縮噴管的流量特性曲線9.3.3氣體的流動特性n

壓縮空氣在氣動元件內(nèi)作絕熱穩(wěn)定流動空氣具有粘性，在流道復(fù)雜的氣動元件內(nèi)作高速流動時，其流量損失是不可忽略的。實驗表明，壓縮空氣流過氣動元件時，當(dāng)氣動元件下游與上游靜壓力之比p2/p1不同時，通過元件的質(zhì)量流量如圖。51氣動元件的流量特性曲線9.3.3氣體的流動特性n

在不同壓比p2/p1下，通過元件的質(zhì)量流量n

元件處于聲速流態(tài)范圍內(nèi)（p2/p1≤b），有529.3.3氣體的流動特性n

理想氣體在先收縮、后擴(kuò)張的噴管（稱為拉瓦爾噴管，如圖所示）內(nèi)作絕熱穩(wěn)定流動，當(dāng)pe/ps足夠小時，流動馬赫數(shù)在收縮管段逐漸增大，到最小截面處M=1，在擴(kuò)張管段馬赫數(shù)繼續(xù)增大，即處于超聲速流態(tài)。氣動元件內(nèi)，沿流動方向，也存在先收縮后擴(kuò)張管道，在元件內(nèi)某處流動截面最小。539.3.4充放氣特性n

變?nèi)莘e容器充放氣時的能量方程氣缸的活塞運(yùn)動為例，壓縮空氣入口總壓力為ps，總溫度為Ts，通過進(jìn)氣回路向腔室充氣，腔室內(nèi)的氣體經(jīng)排氣回路向壓力pe的外界放氣，活塞在氣壓力p和外熱量dQ的作用下，克服外力以速度v運(yùn)動。變?nèi)萜鞒浞艢鈺r的能量方程549.3.4充放氣特性n

充放氣時的熱力過程n

絕熱放氣n

絕熱充氣nn

等溫放氣n

等溫充氣559.3.4充放氣特性n

質(zhì)量方程n

dt時間內(nèi)，充入容器內(nèi)的氣體質(zhì)量n

dt時間內(nèi)，從容器內(nèi)放出的氣體質(zhì)量n

動力學(xué)方程又質(zhì)量方程、能量方程、氣體狀態(tài)方程和動力學(xué)方程的聯(lián)立，56加上系統(tǒng)起始條件，便能解任意變?nèi)莘e容器充放氣特性。9.3.4充放氣特性n

氣缸的充放氣特性單桿雙作用無緩沖氣缸，設(shè)氣缸與外界無熱量交換，則無桿