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氣壓傳動基礎(chǔ)知識 氣壓傳動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形式 除了具有與液壓傳動一樣 操作控制方便 易于實現(xiàn)自動控制 中遠(yuǎn)程控制 過載保護(hù)等優(yōu)點外 還具有工作介質(zhì)處理方便 無介質(zhì)費用 泄漏污染環(huán)境 介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢 但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動傳遞的功率 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 氣壓傳動基礎(chǔ)知識空氣的物理性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程氣體的流動規(guī)律氣體在管道中的流動特性氣動元件的通流能力充 放氣溫度與時間的計算 空氣的物理性質(zhì) 空氣的組成主要成分有氮氣 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 空氣的密度對于干空氣 o 273 273 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 空氣的壓縮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 空氣的壓縮性和膨脹性遠(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表示 濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度之分 壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來 相對濕度將大大增加 到溫度降到露點以后 水蒸氣就要凝析出來 理想氣體的狀態(tài)方程 理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體 空氣可視為理想氣體 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 RT氣體狀態(tài)變化過程等溫過程p1V1 p2V2 常量在等溫過程中 無內(nèi)能變化 加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功 在氣動系統(tǒng)中氣缸工作 管道輸送空氣等均可視為等溫過程 絕熱過程一定質(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 p1V1k p2V2k 常量式中k為絕熱指數(shù) 對空氣來說k 1 4 氣動系統(tǒng)中快速充 排氣過程可視為絕熱過程 氣體的流動規(guī)律 氣體流動基本方程連續(xù)性方程 1v1A1 2v2A2 注意 1 2 伯努利方程因氣體可以壓縮 常數(shù) 又因氣體流動很快 來不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換 按絕熱狀態(tài)計算 則有v2 2 gz kp k 1 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 常數(shù)在低速流動時 氣體可認(rèn)為是不可壓縮的 常數(shù) 則有v2 2 gz p 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 聲音傳播過程屬絕熱過程 對理想氣體來說 聲音在其中傳播的相對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?c 341m s 之比稱為馬赫數(shù) Ma v cMa是氣體流動的一個重要參數(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 稱為亞聲速流動 當(dāng)v c Ma 1時 稱為聲速流動 也叫臨界狀態(tài)流動 當(dāng)v c Ma 1時 稱為超聲速流動 當(dāng)v 50m s時 不必考慮壓縮性 當(dāng)v 140m s時 應(yīng)考慮壓縮性 在氣動裝置中 氣體流動速度較低 且經(jīng)過壓縮 可以認(rèn)為不可壓縮 自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過程中是可壓縮的 氣體在管道中的流動特性 在超聲速流動時 Ma 1 在亞聲速流動時 Ma 1 氣動元件的通流能力 氣動元件的通流能力 是指單位時間內(nèi)通過閥 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 有效截面積由于實際流體存在粘性 流速的收縮比節(jié)流孔實際面積小 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 有效截面積的簡化計算對于閥口或管路S A式中 為收縮系數(shù) 由相關(guān)圖查出 A為孔口實際面積 多個元件組合后有效截面積的計算并聯(lián)元件SR Si串聯(lián)元件1 SR2 1 Si2 不可壓縮氣體通過節(jié)流小孔的流量 當(dāng)氣體以較低的速度通過節(jié)流小孔時 可以不計其壓縮性 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 cA 2 p1 p2 1 2式中 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 可壓縮氣體通過節(jié)流小孔 氣流達(dá)到聲速 的流量氣流在不同流速時應(yīng)采用有效截面積的流量計算公式 充氣 放氣溫度與時間的計算 在氣動系統(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間及溫度變化是正確利用氣動技術(shù)的重要問題 向定積容器充氣問題充氣時引起的溫度變化向容器充氣的過程視為絕熱過程 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T2 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 充氣時間 容器內(nèi)壓力由p1充氣到p2所需總時間t t1 t2 1 285 p1 p2 5 217 10 3 V kS 273 Ts 1 2 充氣時 容器中的壓力逐漸上升 充氣過程基本上分為聲速和亞聲速兩個充氣階段 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 絕熱放氣時容器中的溫度變化容器內(nèi)空氣的初始溫度為T1 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T2 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 放氣時間與充氣過程一樣 放氣過程也分為聲速和亞聲速兩個階段 容器由壓