第9章气动工作原理及回路设计
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数控机床原理与结构分析第9章数控机床液压与气动系统
常见气动辅助元件
常见的气动辅助元件包括消声器、过滤器、压力调节器等。
气动辅助元件的选择
在选择气动辅助元件时，需要根据实际需求选择合适的型号和规 格，以确保系统的正常运行。
PART 04
数控机床液压与气动系统 的应用实例
REPORTING
WENKU DESIGN
数控机床的刀具夹紧与松开
刀具夹紧
液压系统通过提供强大的夹紧力 ，确保刀具在加工过程中保持、 准确地控制刀具的松开和更换， 提高生产效率。
数控机床的工件装夹与定位
工件装夹
液压系统通过夹具对工件进行快速、 准确地定位和夹紧，确保工件在加工 过程中保持稳定。
定位调整
气动系统通过气压调整工件位置，实 现高精度定位，提高加工精度和产品 质量。
数控机床的冷却与润滑
气压传动的应用
气压传动广泛应用于数控 机床、机械手、自动化生 产线等工业自动化领域。
气源装置
气源装置的作用
气源装置是气动系统的能源装置， 其主要作用是产生压缩空气，为 整个气动系统提供动力。
气源装置的组成
气源装置一般由空气压缩机、储气 罐、干燥机等组成。
气源装置的维护
为了确保气源装置的正常运行，需 要定期对气源装置进行维护和保养， 如清洗空气过滤器、更换干燥剂等。
REPORTING
WENKU DESIGN
液压系统原理
液压系统是通过液体压力能来传递动力的，其基本原理是帕斯卡原理，即封闭液体 压力的传递。
液压系统由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件等组成，通过这些元件的协 同作用，实现系统的功能。
液压系统的特点是体积小、重量轻、惯性小、反应快、输出力大等，广泛应用于各 种机械和自动化设备中。
常见的气动辅助元件包括消声器、过滤器、压力调节器等。
气动辅助元件的选择
在选择气动辅助元件时，需要根据实际需求选择合适的型号和规 格，以确保系统的正常运行。
PART 04
数控机床液压与气动系统 的应用实例
REPORTING
WENKU DESIGN
数控机床的刀具夹紧与松开
刀具夹紧
液压系统通过提供强大的夹紧力 ，确保刀具在加工过程中保持、 准确地控制刀具的松开和更换， 提高生产效率。
数控机床的工件装夹与定位
工件装夹
液压系统通过夹具对工件进行快速、 准确地定位和夹紧，确保工件在加工 过程中保持稳定。
定位调整
气动系统通过气压调整工件位置，实 现高精度定位，提高加工精度和产品 质量。
数控机床的冷却与润滑
气压传动的应用
气压传动广泛应用于数控 机床、机械手、自动化生 产线等工业自动化领域。
气源装置
气源装置的作用
气源装置是气动系统的能源装置， 其主要作用是产生压缩空气，为 整个气动系统提供动力。
气源装置的组成
气源装置一般由空气压缩机、储气 罐、干燥机等组成。
气源装置的维护
为了确保气源装置的正常运行，需 要定期对气源装置进行维护和保养， 如清洗空气过滤器、更换干燥剂等。
REPORTING
WENKU DESIGN
液压系统原理
液压系统是通过液体压力能来传递动力的，其基本原理是帕斯卡原理，即封闭液体 压力的传递。
液压系统由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件等组成，通过这些元件的协 同作用，实现系统的功能。
液压系统的特点是体积小、重量轻、惯性小、反应快、输出力大等，广泛应用于各 种机械和自动化设备中。
液压与气压传动----气动回路
经过控制电磁 阀旳通电个数， 实现对分段式 活塞缸旳活塞 杆输出推力旳 控制。
四、力控制回路
利用气液增压器1 把较低旳气压变为 较高旳液压力，提 升了气液缸2旳输 出力。
第二节 换向回路
一、单作用气缸旳换向回路
二、双作用气缸旳换向回路
第三节 速度控制回路
因气动系统所用功率都不大，故常用 旳调速回路主要是节流调速。
用两个快排阀实现双 作用气缸旳迅速来回， 可到达节省时间旳要 求。
4、缓冲回路
活塞迅速向右运 动接近末端，压下机 动换向阀，气体经节 流阀排气，活塞低速 运动到终点。
合用于活塞惯性力 大旳场合。
二、气液联动回路
因为气体旳可压缩性，运动速度不稳 定，定位精度不高。在气动调速、定 位不能满足要求旳场合，可采用气液 联动。
第十一章 气动回路
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
压力与力控制回路 换向回路 速度控制回路 气动逻辑回路 其他常用回路
概述
气动系统一般由最简朴旳基本回路构成。 虽然基本回路相同，但因为组合方式不 同，所得到旳系统旳性能却各有差别。 所以，要想设计出高性能旳气动系统， 必须熟悉多种基本回路和经过长久生产 实践总结出旳常用回路。
二、互锁回路
互锁回路
该
回路利用梭阀1、2、3
和换向阀4、5、6 实现
互锁，预防各缸活塞同
步动作，确保只有一种
活塞动作。
三、同步回路
气液缸串联同步回路
✓速度同步
✓要求：缸 2有杆腔旳 面积必须与 缸1无杆腔 旳面积相等。
一、气阀调速回路
1、单作用气缸旳速度控制回路
a)升降速度 分别由两个 节流阀控制
b)快返回路，活 塞返回时，气缸 下腔经过迅速排 气阀排气。
四、力控制回路
利用气液增压器1 把较低旳气压变为 较高旳液压力，提 升了气液缸2旳输 出力。
第二节 换向回路
一、单作用气缸旳换向回路
二、双作用气缸旳换向回路
第三节 速度控制回路
因气动系统所用功率都不大，故常用 旳调速回路主要是节流调速。
用两个快排阀实现双 作用气缸旳迅速来回， 可到达节省时间旳要 求。
4、缓冲回路
活塞迅速向右运 动接近末端，压下机 动换向阀，气体经节 流阀排气，活塞低速 运动到终点。
合用于活塞惯性力 大旳场合。
二、气液联动回路
因为气体旳可压缩性，运动速度不稳 定，定位精度不高。在气动调速、定 位不能满足要求旳场合，可采用气液 联动。
第十一章 气动回路
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
压力与力控制回路 换向回路 速度控制回路 气动逻辑回路 其他常用回路
概述
气动系统一般由最简朴旳基本回路构成。 虽然基本回路相同，但因为组合方式不 同，所得到旳系统旳性能却各有差别。 所以，要想设计出高性能旳气动系统， 必须熟悉多种基本回路和经过长久生产 实践总结出旳常用回路。
二、互锁回路
互锁回路
该
回路利用梭阀1、2、3
和换向阀4、5、6 实现
互锁，预防各缸活塞同
步动作，确保只有一种
活塞动作。
三、同步回路
气液缸串联同步回路
✓速度同步
✓要求：缸 2有杆腔旳 面积必须与 缸1无杆腔 旳面积相等。
一、气阀调速回路
1、单作用气缸旳速度控制回路
a)升降速度 分别由两个 节流阀控制
b)快返回路，活 塞返回时，气缸 下腔经过迅速排 气阀排气。
气动工作原理
气动工作原理气动工作原理是指利用气体压力来驱动机械装置进行工作的基本原理。
在工业生产中，气动工作原理被广泛应用于各种机械设备和生产线中，其简单、高效、安全的特点受到了广泛的青睐。
首先，气动工作原理的基础是气体的压缩和膨胀。
当气体被压缩时，其分子间的距离减小，从而增加了气体分子的碰撞频率和压力，这种压缩气体可以存储在气缸中，通过控制气源和阀门，可以将压缩气体释放到气动执行器中，从而驱动机械装置进行工作。
而当气体膨胀时，其分子间的距离增大，压力减小，这种原理被应用在气动制动系统中，通过控制气源和阀门，使气体膨胀产生制动力，实现机械装置的停止和控制。
其次，气动工作原理的关键是气动执行器。
气动执行器是将压缩气体的能量转换为机械能的装置，包括气缸、气动马达等。
气缸是气动执行器中最常见的一种，其工作原理是通过控制气源和阀门，使压缩气体进入气缸，推动活塞运动，从而驱动连杆、活塞杆等机械装置进行工作。
而气动马达则是将压缩气体的能量转换为旋转运动的装置，通过控制气源和阀门，使压缩气体进入气动马达，驱动转子、齿轮等旋转部件进行工作。
最后，气动工作原理的应用范围非常广泛。
在工业生产中，气动工作原理被应用于各种机械设备和生产线中，如气动钻、气动切割机、气动输送机等，其简单、高效、安全的特点使其成为工业生产中不可或缺的一部分。
同时，在汽车制造、航空航天、医疗设备等领域，气动工作原理也有着重要的应用，如气动制动系统、飞机起落架、呼吸机等，其稳定、可靠的特点为这些领域的发展提供了有力支持。
综上所述，气动工作原理是利用气体压力来驱动机械装置进行工作的基本原理，其应用范围广泛，对工业生产和其他领域的发展起着重要的作用。
随着科学技术的不断进步，相信气动工作原理将会在未来发挥更加重要的作用，推动着各行各业的发展和进步。
气动基本回路(课堂PPT)
第十四章 气动基本回路
主讲 陈本德
谢谢你的配合，同学！ 希望学习过程能给你带来快乐
1
F 1YA 2YA A
B
C
150 - - 3
1
0
150 +
-
1.5
1.5
0
150 - + 3
1
3
150 +
+ 1.5
1.5
0
300 + + 3
2
3
2
八轴仿形铣加工机床
3
气动控制回路的工作原理
图11.40
4
第一节 方向控制回路
图14-2双作用气缸换向回路
10
（三）往复动作回路
1.单往复动作回路
双气控阀的双稳态记忆功能
11
2.连续往复动作回路
12
（四）多工位控制回路
工位一：阀1控制， 右气缸杆缩回，左气缸杆缩回
工位二：阀2控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆缩回
工位三：阀3控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆伸出
13
三位控制回路
进气节流
16
❖ 节流供气的不足之处主要表现为：
❖ 1)当负载方向与活塞运动方向相反时，活塞运动 易出现不平稳现象，即“爬行”现象。
2)当负载方向与活塞运动方向一 致时，由于排气经换向阀快排， 几乎没有阻尼，负载易产生“跑 空”现象，使气缸失去控制。
所以进气节流，多用于垂直安装的气缸的供气回路中
17
五、缓冲回路
❖ 要获得气缸行程末端的缓冲，除采用带缓冲的气缸外，特 别在行程长、速度快、惯性大的情况下，往往需要采用缓冲 回路来满足气缸运动速度的要求。
b）所示回路的特点是， 当活塞返回到行程末端时， 其左腔压力已降至打不开 顺序阀2的程度，余气只 能经节流阀1排出，因此 活塞得到缓冲。
主讲 陈本德
谢谢你的配合，同学！ 希望学习过程能给你带来快乐
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B
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八轴仿形铣加工机床
3
气动控制回路的工作原理
图11.40
4
第一节 方向控制回路
图14-2双作用气缸换向回路
10
（三）往复动作回路
1.单往复动作回路
双气控阀的双稳态记忆功能
11
2.连续往复动作回路
12
（四）多工位控制回路
工位一：阀1控制， 右气缸杆缩回，左气缸杆缩回
工位二：阀2控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆缩回
工位三：阀3控制， 右气缸杆伸出，左气缸杆伸出
13
三位控制回路
进气节流
16
❖ 节流供气的不足之处主要表现为：
❖ 1)当负载方向与活塞运动方向相反时，活塞运动 易出现不平稳现象，即“爬行”现象。
2)当负载方向与活塞运动方向一 致时，由于排气经换向阀快排， 几乎没有阻尼，负载易产生“跑 空”现象，使气缸失去控制。
所以进气节流，多用于垂直安装的气缸的供气回路中
17
五、缓冲回路
❖ 要获得气缸行程末端的缓冲，除采用带缓冲的气缸外，特 别在行程长、速度快、惯性大的情况下，往往需要采用缓冲 回路来满足气缸运动速度的要求。
b）所示回路的特点是， 当活塞返回到行程末端时， 其左腔压力已降至打不开 顺序阀2的程度，余气只 能经节流阀1排出，因此 活塞得到缓冲。
气动基本回路最全的
过载保护回路
过载保护回路 正常工作时，阀1 得电， 使阀2 换向，气缸活塞 杆外伸。如果活塞杆受 压的方向发生过载，则 顺序阀动作，阀3 切换， 阀2 的控制气体排出， 在弹簧力作用下换至图 示位置，使活塞杆缩回。
力控制回路
气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执 行元件的受力面积来增加输出力。
▪ 单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔▪ 串联调速回路 通过两个单向节流阀， 利用液压油不可压缩 的特点，实现两个方 向的无级调速，油杯 为补充漏油而设。
▪ 气液缸串联变速回路 当活塞杆右行到撞块A 碰到机动换向阀后开始 作慢速运动。改变撞块 的安装位置，即可改变 开始变速的位置。
换向回路
▪ 单作用气缸换向回路 用三位五通换向阀可控制单 作用气缸伸、缩、任意位置停止。
换向回路
▪ 双作用气缸换向回路 用三位五通换向阀除控制 双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。
速度控制回路
▪ 气阀调速回路 ▪ 单作用气缸调速回路 用两个单向节流阀分别控制活塞杆的
升降速度。
速度控制回路
气液联动速度控制回路
▪ 气液缸并联且有中间位 置停止的变速回路 气 缸活塞杆端滑块空套在 液压阻尼缸活塞杆上， 当气缸运动到调节螺母 6 处时，气缸由快进转 为慢进。液压阻尼缸流 量由单向节流阀2 控制， 蓄能器能调节阻尼缸中 油量的变化。
位置控制回路
▪ 串联气缸定位
气缸由多个不 同行程的气缸串 联而成。换向阀 1、2、3依次得 电和同时失电， 可得到四个定位 位置。
位置控制回路
▪ 任意位置停止 回路 当气缸负载较 小时，可选择 图a 所示回路， 当气缸负载较 大时，应选择 图b 所示回路。
常用基本回路
过载保护回路 正常工作时，阀1 得电， 使阀2 换向，气缸活塞 杆外伸。如果活塞杆受 压的方向发生过载，则 顺序阀动作，阀3 切换， 阀2 的控制气体排出， 在弹簧力作用下换至图 示位置，使活塞杆缩回。
力控制回路
气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执 行元件的受力面积来增加输出力。
▪ 单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔▪ 串联调速回路 通过两个单向节流阀， 利用液压油不可压缩 的特点，实现两个方 向的无级调速，油杯 为补充漏油而设。
▪ 气液缸串联变速回路 当活塞杆右行到撞块A 碰到机动换向阀后开始 作慢速运动。改变撞块 的安装位置，即可改变 开始变速的位置。
换向回路
▪ 单作用气缸换向回路 用三位五通换向阀可控制单 作用气缸伸、缩、任意位置停止。
换向回路
▪ 双作用气缸换向回路 用三位五通换向阀除控制 双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。
速度控制回路
▪ 气阀调速回路 ▪ 单作用气缸调速回路 用两个单向节流阀分别控制活塞杆的
升降速度。
速度控制回路
气液联动速度控制回路
▪ 气液缸并联且有中间位 置停止的变速回路 气 缸活塞杆端滑块空套在 液压阻尼缸活塞杆上， 当气缸运动到调节螺母 6 处时，气缸由快进转 为慢进。液压阻尼缸流 量由单向节流阀2 控制， 蓄能器能调节阻尼缸中 油量的变化。
位置控制回路
▪ 串联气缸定位
气缸由多个不 同行程的气缸串 联而成。换向阀 1、2、3依次得 电和同时失电， 可得到四个定位 位置。
位置控制回路
▪ 任意位置停止 回路 当气缸负载较 小时，可选择 图a 所示回路， 当气缸负载较 大时，应选择 图b 所示回路。
常用基本回路
第九章 气源装置及系统
式中 m——空气的质量，单位为kg； V——空气的体积，单位为m3。
第九章 气源装置及系统 第一节 压缩空气
2. 空气的性质 （2压缩性；气体体积随温度升高而增大 的性质称为膨胀性。气体的压缩性和膨胀性远大于液 体的压缩性，计算时应考虑。 （3）粘度。空气的粘度受温度的影响较大，受 压力影响甚微，可忽略不计。空气的运动粘度随 温度变化的关系见表9-2 。
1. 理想气体的状态方程 实验证明，理想气体状态方程适用于绝对压力不 超过20 MPa、温度不低于20 ℃的空气、氧气、 氮气、二氧化碳等，不适用于高压状态和低温状 态下的气体。ρ、V、T的变化决定了气体的不同 状态，在状态变化过程中加上限制条件时，理想 气体状态方程将有以下几种形式。 2. 理想气体的状态变化过程 1）等容过程 2）等压过程 3）等温过程 4）绝热过程
第九章 气源装置及系统 第二节 气源系统及空气净化处理装置
4. 空压机使用时应注意的事项 1）空压机的安装位置:一般要安装在专用机房内。 2）噪声:设置隔声罩、消声器,选择噪声较低的空压机等。 3) 润滑:使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查以保 证启动时的润滑。启动前和停车后都应及时排除空压机 气罐中的水分。
第九章 气源装置及系统
第一节 压缩空气 四、气体流动的基本方程
1. 压缩气体流动的连续方程
第九章 气源装置及系统
第一节 压缩空气 四、气体流动的基本方程 2. 压缩气体流动的能量方程 绝热过程下压缩气体的能量方程。根据能量守恒定 律，不可压缩液体作稳定流动时的伯努利方程
不计能量损耗和位能，则绝热过程下压缩气体的能量 方程为
第九章 气源装置及系统 第二节 气源系统及空气净化处理装置
3. 空压机的选用 空压机供气量Qc:空压机供气量Qc也是空压机的主要参 数之一。它的大小应和目前气动系统中各设备所需的耗 气量相匹配，并留有10%左右的余量。可用下式表达 Qc=kQ (m3/min) (9-12)
液压传动与气动技术课程教案典型气动系统
液压传动与气动技术课程教案-典型气动系统第一章：气动系统概述教学目标：1. 了解气动系统的定义、组成和特点；2. 掌握气动系统的基本工作原理；3. 熟悉气动系统在工业中的应用。
教学内容：1. 气动系统的定义和组成；2. 气动系统的工作原理；3. 气动系统在工业中的应用案例。
教学方法：1. 讲授：讲解气动系统的定义、组成和特点；2. 演示：通过视频或实物展示气动系统的工作原理；3. 案例分析：分析气动系统在工业中的应用案例。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气动系统定义、组成和工作原理的理解；2. 小组讨论：让学生探讨气动系统在工业中的应用案例，分享自己的观点。
第二章：气源设备及处理元件教学目标：1. 掌握气源设备的种类和功能；2. 熟悉气动处理元件的作用和结构；3. 了解气源系统的设计原则。
教学内容：1. 气源设备的种类和功能；2. 气动处理元件的作用和结构；3. 气源系统的设计原则。
教学方法：1. 讲授：讲解气源设备的种类和功能、气动处理元件的作用和结构；2. 互动：引导学生参与讨论气源系统的设计原则；3. 实操：演示气源设备和处理元件的安装与调试。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气源设备、气动处理元件的理解；2. 实操考核：评估学生在实操中对气源设备和处理元件的安装与调试能力。
第三章：执行元件及控制元件教学目标：1. 掌握气动执行元件的种类和特点；2. 熟悉气动控制元件的功能和结构；3. 了解执行元件和控制元件在气动系统中的应用。
教学内容：1. 气动执行元件的种类和特点；2. 气动控制元件的功能和结构；3. 执行元件和控制元件在气动系统中的应用。
1. 讲授：讲解气动执行元件的种类和特点、气动控制元件的功能和结构；2. 互动：引导学生探讨执行元件和控制元件在气动系统中的应用；3. 实操：演示执行元件和控制元件的安装与调试。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对气动执行元件、气动控制元件的理解；2. 实操考核：评估学生在实操中对执行元件和控制元件的安装与调试能力。
城市轨道交通车辆第章空气管路与制动系统
14
结论：
轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态，而是 “静中有微动”或“滚中有微滑”的状态。 轮轨间的这种接触状态称为粘着状态。在分 析轮轨间切向作用力的问题时，不用静摩擦 这个名词，而以粘着来代替它。只要轮轨间 静摩擦不被破坏，制动力将随闸瓦压力的增 大而增大。
15
• 粘着力
– 粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 – 比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与
33
– 特点：
• 大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 • 可按制动要求选择最佳摩擦材料 。 • 制动平稳，几乎没有噪声。 • 制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行
中还要消耗牵引功率。
34
– 盘形制动的制动力计算公式：
BK
r R
– 发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制 动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从 1958年开始，试用盘形制动，真正开始使用是在广 深线准高速客车上。
27
• 制动率的取值：
我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时 来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采 取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生 滑行条件的校核。即：
0
K
一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。
28
三、闸瓦摩擦系数 • 影响闸瓦摩擦系数的因素
影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行 速度、闸瓦压强和制动初速。
第九章 空气管路和制动系统
1
空气管路系统为机车车辆制动系统及全列 车气动辅助装置提供洁净、干燥、气压稳定的 压缩空气。
制动系统在压缩空气的作用下产生机械制 动力，保证机车车辆的安全可靠运行。
2
空气管路与制动系统
风源系统
制动控制系统
结论：
轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态，而是 “静中有微动”或“滚中有微滑”的状态。 轮轨间的这种接触状态称为粘着状态。在分 析轮轨间切向作用力的问题时，不用静摩擦 这个名词，而以粘着来代替它。只要轮轨间 静摩擦不被破坏，制动力将随闸瓦压力的增 大而增大。
15
• 粘着力
– 粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。 – 比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与
33
– 特点：
• 大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 • 可按制动要求选择最佳摩擦材料 。 • 制动平稳，几乎没有噪声。 • 制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行
中还要消耗牵引功率。
34
– 盘形制动的制动力计算公式：
BK
r R
– 发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制 动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从 1958年开始，试用盘形制动，真正开始使用是在广 深线准高速客车上。
27
• 制动率的取值：
我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时 来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采 取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生 滑行条件的校核。即：
0
K
一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。
28
三、闸瓦摩擦系数 • 影响闸瓦摩擦系数的因素
影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行 速度、闸瓦压强和制动初速。
第九章 空气管路和制动系统
1
空气管路系统为机车车辆制动系统及全列 车气动辅助装置提供洁净、干燥、气压稳定的 压缩空气。
制动系统在压缩空气的作用下产生机械制 动力，保证机车车辆的安全可靠运行。
2
空气管路与制动系统
风源系统
制动控制系统
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理想气体的状态方程
理想气体的状态方程
不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。
一定质量的理想气体在状态变化的瞬间， 有如下气体状态
方程成立
pV / T = 常量 或 p=ρRT
气体状态变化过程
等温过程 p1V1= p2V2= 常量
在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变 成气体所做的功。在气动系统中气缸工作、管道输送空 气等均可视为等温过程。
向定积容器充气问题
充气时引起的温度变化
向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高 到p2，，容器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温
度为
T2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］
式中 Ts为热力学温度，设定Ts=Ti ； k为绝热指数。
但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降，
伯努利方程
（注意ρ1≠ρ2）
因气体可以压缩（ ρ ≠常数） ，又因气体流动很快，来不
及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ＋ghw= 常数
因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有
v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ= 常数
▪ 在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数），
有效截面积的简化计算
对于阀口或管路
S =αA
式中 α为收缩系数，由相关图查出；A 为孔口实际面积。
▪ 多个元件组合后有效截面积的计算
并联元件 SR＝∑Si 串联元件 1/SR2 ＝∑1/Si2
第9章气动工作原理及回路设计
华中科技大学
▪ 不可压缩气体通过节流小孔的流量
当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩性， 将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联立推导 的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的表达形式
第9章气动工作原理及回路设计
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空气的物理性质
空气的组成
主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。 含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。
空气的密度
对于干空气ρ=ρo×273 /（273+t）×p / 0.1013
空气的粘度
较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。
工程中常采用近似公式：
qm=εcA [2ρ(p1-p2)]1/2 式中 ε为空气膨胀修正系数；c 为流量系数；A 为节流孔面
积。
▪ 可压缩气体通过节流小孔（气流达到声速）的流量
气流在不同流速时应采用有效截面积的流量计算公式。
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充气、放气温度与时间的计算
在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行 机构充气，或由它们向外排气所需的时间及温度变化 是正确利用气动技术的重要问题。
但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工
作压力较低（0.3～1MPa），总输出力不宜大于10～40kN，且
工作速度稳定性较差。 应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工
气压传动基础知识
空气的物理性质 理想气体的状态方程 气体的流动规律 气体在管道中的流动特性 气动元件的通流能力 充、放气温度与时间的计算
绝热过程 一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变 化过程叫做绝热过程。
p1V1k = p2V2k =常量
式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4。
气动系统中快速充、排气过程可视为绝华热中过科程。技大学
第9章气动工作原理及回路设计
气体的流动规律
气体流动基本方程
连续性方程
ρ1v1A1 =ρ2v2A2
第9章 气动工作原理及 回路设计
9.1气压传动基础知识
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气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制 的一种传动形式。
除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控 制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便， 无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。
下降后的稳定值为
p=p2T1/T2
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▪ 充气时间
▪ 充气时，容器中的压力逐渐上升，充气过程基本上分为声速和亚声
速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气 流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。
压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压华缩中的。科技大学 第9章气动工作原理及回路设计
气动元件的通流能力
气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管
路等的气体质量。目前通流能力可以采用有效截面积S 和质量流量q 表示。
有效截面积
由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，此最 小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。
空气的压缩性和膨胀性
体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。 空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。
湿空气
所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有 绝对湿度 和相对湿度之分。
压缩空气的析水量
华中科技大学 压缩空气一旦冷却下来，相对湿度将大大增加，到温度降到露点以后， 第水9章蒸气气动工就作要原理凝及析回路出设来计 。
则有
v2/2+ gz + p /ρ= 常数
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▪ 声速与马赫数
声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称 为声速。声音传播过程属绝热过程。 对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的
温度有关。气体的声速c 是随气体状态参数的变化而变化
的。
气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数 ， Ma＝ v/c Ma 是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩 性， Ma愈大，气流密度变化越大。 当v ＜ c，Ma ＜1时，称为亚声速流动； 当v＝c，Ma ＝1时，称为声速流动，也叫临界状态流动； 当v ＞c，Ma ＞1时，称为超声速流动。
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第9章气动工作原理及回路设计
▪ 气体在管道中的流动特性
▪ 在亚声速流动时
v1
v2 v1
v2
ห้องสมุดไป่ตู้
(Ma<1)
v2>v1
v2<v1
▪ 在超声速流动时
v1
v2 v1
v2
(Ma>1)
v2<v1
v2>v1
▪ 当v ≤50m/s 时，不必考虑压缩性。
▪ 当v ≈140m/s 时，应考虑压缩性。
▪ 在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可