液壓與氣壓傳動(dòng)教材課件(華中科技大學(xué))氣壓基礎(chǔ)知識(shí)A.ppt

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氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí),,氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。除了具有與液壓傳動(dòng)一樣，操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程控制、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有工作介質(zhì)處理方便，無(wú)介質(zhì)費(fèi)用、泄漏污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢(shì)。但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動(dòng)傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。應(yīng)用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工,氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)空氣的物理性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程氣體的流動(dòng)規(guī)律氣體在管道中的流動(dòng)特性氣動(dòng)元件的通流能力充、放氣溫度與時(shí)間的計(jì)算,空氣的物理性質(zhì),空氣的組成主要成分有氮?dú)?、氧氣和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的空氣稱為干空氣?？諝獾拿芏葘?duì)于干空氣ρ=ρo273/（273+t）p/0.1013空氣的粘度較液體的粘度小很多，且隨溫度的升高而升高?？諝獾膲嚎s性和膨脹性體積隨壓力和溫度而變化的性質(zhì)分別表征為壓縮性和膨脹性?？諝獾膲嚎s性和膨脹性遠(yuǎn)大于固體和液體的壓縮性和膨脹性。濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來(lái)表示。濕度的表示方法有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度之分。壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來(lái)，相對(duì)濕度將大大增加，到溫度降到露點(diǎn)以后，水蒸氣就要凝析出來(lái)。,理想氣體的狀態(tài)方程,理想氣體的狀態(tài)方程不計(jì)粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間，有如下氣體狀態(tài)方程成立pV/T=常量或p=ρRT氣體狀態(tài)變化過(guò)程等溫過(guò)程p1V1=p2V2=常量在等溫過(guò)程中，無(wú)內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動(dòng)系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過(guò)程。絕熱過(guò)程一定質(zhì)量的氣體和外界沒(méi)有熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程叫做絕熱過(guò)程。p1V1k=p2V2k=常量式中k為絕熱指數(shù)，對(duì)空氣來(lái)說(shuō)k=1.4。氣動(dòng)系統(tǒng)中快速充、排氣過(guò)程可視為絕熱過(guò)程。,氣體的流動(dòng)規(guī)律,氣體流動(dòng)基本方程連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因氣體可以壓縮（ρ≠常數(shù)），又因氣體流動(dòng)很快，來(lái)不及與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換，按絕熱狀態(tài)計(jì)算，則有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常數(shù)因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力，則有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ=常數(shù)在低速流動(dòng)時(shí)，氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（ρ＝常數(shù)），則有v2/2+gz+p/ρ=常數(shù),聲速與馬赫數(shù),聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播速度稱為聲速。聲音傳播過(guò)程屬絕熱過(guò)程。對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，聲音在其中傳播的相對(duì)速度只與氣體的溫度有關(guān)。氣體的聲速c是隨氣體狀態(tài)參數(shù)的變化而變化的。氣流速度與當(dāng)?shù)芈曀伲╟=341m/s）之比稱為馬赫數(shù)，Ma＝v/cMa是氣體流動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù)，集中反映了氣流的壓縮性，Ma愈大，氣流密度變化越大。當(dāng)v＜c，Ma＜1時(shí)，稱為亞聲速流動(dòng)；當(dāng)v＝c，Ma＝1時(shí)，稱為聲速流動(dòng)，也叫臨界狀態(tài)流動(dòng)；當(dāng)v＞c，Ma＞1時(shí)，稱為超聲速流動(dòng)。,當(dāng)v≤50m/s時(shí)，不必考慮壓縮性。當(dāng)v≈140m/s時(shí)，應(yīng)考慮壓縮性。在氣動(dòng)裝置中，氣體流動(dòng)速度較低，且經(jīng)過(guò)壓縮，可以認(rèn)為不可壓縮；自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過(guò)程中是可壓縮的。,氣體在管道中的流動(dòng)特性,,,,,,在超聲速流動(dòng)時(shí)(Ma>1),在亞聲速流動(dòng)時(shí)(Ma<1),氣動(dòng)元件的通流能力,氣動(dòng)元件的通流能力，是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閥、管路等的氣體質(zhì)量。目前通流能力可以采用有效截面積S和質(zhì)量流量q表示。有效截面積由于實(shí)際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實(shí)際面積小，此最小截面積稱為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力。有效截面積的簡(jiǎn)化計(jì)算對(duì)于閥口或管路S=αA式中α為收縮系數(shù)，由相關(guān)圖查出；A為孔口實(shí)際面積。多個(gè)元件組合后有效截面積的計(jì)算并聯(lián)元件SR＝∑Si串聯(lián)元件1/SR2＝∑1/Si2,不可壓縮氣體通過(guò)節(jié)流小孔的流量,當(dāng)氣體以較低的速度通過(guò)節(jié)流小孔時(shí)，可以不計(jì)其壓縮性，將其密度視為常數(shù)，由伯努利方程和連續(xù)性方程聯(lián)立推導(dǎo)的流量公式與液壓傳動(dòng)的小孔流量公式有相同的表達(dá)形式工程中常采用近似公式：qm=εcA[2ρ(p1-p2)]1/2式中ε為空氣膨脹修正系數(shù)；c為流量系數(shù)；A為節(jié)流孔面積?？蓧嚎s氣體通過(guò)節(jié)流小孔（氣流達(dá)到聲速）的流量氣流在不同流速時(shí)應(yīng)采用有效截面積的流量計(jì)算公式。,充氣、放氣溫度與時(shí)間的計(jì)算,在氣動(dòng)系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣，或由它們向外排氣所需的時(shí)間及溫度變化是正確利用氣動(dòng)技術(shù)的重要問(wèn)題。向定積容器充氣問(wèn)題充氣時(shí)引起的溫度變化向容器充氣的過(guò)程視為絕熱過(guò)程，容器內(nèi)壓力由p1升高到p2，，容器內(nèi)溫度也由室溫T1升高到T2，充氣后的溫度為T(mén)2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］式中Ts為熱力學(xué)溫度，設(shè)定Ts=Ti；k為絕熱指數(shù)。但容器內(nèi)溫度下降至室溫，其內(nèi)的氣體壓力也要下降，下降后的穩(wěn)定值為p=p2T1/T2,充氣時(shí)間,容器內(nèi)壓力由p1充氣到p2所需總時(shí)間t＝t1+t2＝(1.285－p1／p2)ττ＝5.21710－3（V/kS）(273/Ts)1/2,充氣時(shí)，容器中的壓力逐漸上升，充氣過(guò)程基本上分為聲速和亞聲速兩個(gè)充氣階段。當(dāng)容器中氣體壓力小于臨界壓力，在最小截面處氣流的速度都是聲速，流向容器的氣體流量將保持為常數(shù)。在容器中壓力達(dá)到臨界壓力以后，管中氣流的速度小于聲速，流動(dòng)進(jìn)入亞聲速范圍，隨著容器中壓力的上升，充氣流量將逐漸降低。,容器的放氣,絕熱放氣時(shí)容器中的溫度變化容器內(nèi)空氣的初始溫度為T(mén)1，壓力為p1，經(jīng)絕熱放氣后溫度降低到T2，壓力降低到p2，則放氣后溫度為T(mén)2=T1(p2/p1)（k-1）/k但容器停止放氣，容器內(nèi)溫度上升到室溫，其內(nèi)的壓力也上升至pp=p2T1/T2,,,放氣時(shí)間與充氣過(guò)程一樣，放氣過(guò)程也分為聲速和亞聲速兩個(gè)階段。容器由壓力p1將到大氣壓力pa所需絕熱放氣時(shí)間為T(mén)=t1+t2=｛（2k/k-1）［(p1/pe)(k-1)/2k-1)］+0.945(p1/1.013105)(k-1)/2k｝ττ=5.21710-3V(273/T1)1/2/kS式中pe為放氣臨界壓力（1.92105Pa),