第十章氣壓傳動基礎知識教學要求重點難點本章目錄氣壓傳動是指以壓縮空氣作為工作介質來傳遞動力和實現控制的一門技術，它包含傳動技術和控制技術兩個方面的內容。氣壓傳動具有防火、防爆、節能、高效、無污染等優點，在國工業生產中的得到了廣泛應用。

總目錄退出氣壓傳動的組成及工作原理氣壓傳動概述

氣壓傳動，是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞和信號傳遞的一門技術。氣壓傳動的工作原理是利用空壓機把電動機或其它原動機輸出的機械能轉換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作，并對外做功。

氣壓傳動系統和液壓傳動系統類似，也是由四部分組成的，它們是：

(1)氣源裝置

獲得壓縮空氣的裝置。其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉變為氣體的壓力能；

(2)控制元件

用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的，以便使執行機構完成預定的工作循環。它包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等；

(3)執行元件

是將氣體的壓力能轉換成機械能的一種能量轉換裝置。包括氣缸、氣馬達、擺動馬達；

(4)輔助元件

是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的，它包括過濾器、油霧氣、管接頭及消聲器等。

氣動技術廣泛應用于機械、電子、輕工、紡織、食品、醫藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運輸等各個工業部門。氣動機械手、組合機床、加工中心、生產自動線、自動檢測和實驗裝置等已大量涌現。在提高生產效率、自動化程度、產品質量、工作可靠性和實現特殊工藝等方面顯示出極大的優越性。這主要是因為氣壓傳動與機械、電氣、液壓傳動相比有以下特點：

氣壓傳動的優缺點氣壓傳動的優點

(1)工作介質是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動通道，用過后可將其隨時排入大氣中，不污染環境。(2)空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發生燃燒或爆炸。且溫度變化時，對空氣的粘度影響極小，故不會影響傳動性能。(3)空氣的粘度很小（約為液壓油的萬分之一），所以流動阻力小，在管道中流動的壓力損失較小，所以便于集中供應和遠距離輸送。(4)相對液壓傳動而言，氣動動作迅速、反應快，一般只需0.02~0.3秒就可達到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動速度一般為1~5m/s，而氣體的流速最小也大于10m/s，有時甚至達到音速，排氣時還達到超音速。

(5)氣體壓力具有較強的自保持能力，即使壓縮機停機，關閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個穩定的壓力。液壓系統要保持壓力，一般需要能源泵繼續工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變。(6)氣動元件可靠性高、壽命長。電氣元件可運行百萬次，而氣動元件可運行2000~4000萬次。(7)工作環境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣環境中，比液壓、電子、電氣傳動和控制優越。(8)氣動裝置結構簡單、成本低、維護方便、過載能自動保護。氣壓傳動的優點氣壓傳動的缺點

(1)因空氣的可壓縮性較大，氣動裝置的動作穩定性較差。(2)氣動裝置工作壓力低，輸出力或力矩受到限制。在結構尺寸相同的情況下，氣壓傳動裝置比液壓傳動裝置輸出的力要小得多。(3)氣動裝置中的信號傳動速度比光、電控制速度慢，所以不宜于信號傳遞速度要求十分高的復雜線路中。同時實現生產過程的遙控也比較困難，但對一般的機械設備，氣動信號的傳遞速度是能滿足工作要求的。(4)

噪聲較大，尤其是在超音速排氣時要加消聲器。

表氣壓傳動與其他傳動的性能比較

操作力動作快慢環境要求構造負載變化影響操作距離無級調速工作壽命維護價格氣壓傳動中等較快適應性好簡單較大中距離較好長一般便宜液壓傳動最大較慢不怕振動復雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動電氣中等快要求高稍復雜幾乎沒有遠距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求特高最復雜沒有遠距離良好短要求更高最貴機械傳動較大一般一般一般沒有短距離較困難一般簡單一般空氣的物理性質氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質進行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。空氣的物理性質1.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。干空氣組成p182表10-1濕空氣的壓力稱為全壓力p，是干空氣的分壓力和水蒸氣分壓力之和。分壓力是指濕空氣各個組成成分氣體，在相同溫度下，獨占濕空氣總容積所具有的壓力。平常所說的大氣壓力就是指濕空氣的全壓力。10.1空氣的物理性質

第10章氣壓傳動基礎知識10.1空氣的物理性質2.空氣的密度空氣具有一定的壓力，密度是單位體積內空氣的質量。密度ρ=m/V3.粘度是空氣質點相對運動時產生阻力的性質。空氣粘度的變化只受溫度變化的影響，且隨溫度的升高而增大，主要是由于溫度升高后．空氣內分子運動加劇，使原本間距較大的分子之間碰撞增多的緣故。而壓力的變化對粘度的影響很小，且可忽略不計。P18310-2濕空氣運動粘度和溫度的關系4.空氣的壓縮性和膨脹性

由于氣體分子間的距離大，內聚力小，故分子可自由運動，因此氣體的體積容易隨著壓力和溫度的變化而變化。氣體體積隨著壓力增大而減小的性質稱為壓縮性，氣體體積隨著溫度升高而增大的性質稱為膨脹性。空氣的壓縮性和膨脹性遠大于固體和液體的壓縮性和膨脹性。5.濕空氣1）飽和濕空氣和未飽和濕空氣在一定壓力和溫度條件下，含有最大限度水蒸汽的空氣稱為飽和濕空氣，反之為未飽和濕空氣。一般的濕空氣都處于未飽和狀態。濕空氣所含水分的程度用濕度和含濕量表示。2）濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度。(1)絕對濕度指每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質量，即

m：濕空氣中水蒸氣的質量，V：濕空氣的體積。

2)飽和絕對濕度是指濕空氣中水蒸氣的分壓力達到該濕度下蒸氣的飽和壓力時的絕對濕度，即

pb,飽和空氣中水蒸氣的分壓力(N／m2。)；Rs，水蒸氣的氣體常數Rs=462.05J/kg.K；T為熱力學溫度(K)，T=273.l+t(0C)。(3)相對濕度相對濕度指在某溫度和壓力下，其絕對濕度與飽和絕對濕度之比，即

式中χ、χb，分別為絕對濕度與飽和絕對濕度；ps、pb分別為蒸氣的分壓力和飽和水蒸氣的分壓力。Ps=0、=0，空氣絕對干燥。Ps=pb時。

=100%，濕空氣飽和，飽和濕空氣吸收水蒸汽的能力為零，此時的溫度為露點溫度，簡稱露點，達到露點以后，濕空氣將要有水分析出、空氣濕度在60%-70%范圍內，人體感覺舒適。氣動技術中規定為了使各元件正常工作。工作介質的相對濕度不得大于90%(4)空氣的含濕量:質量含濕量和容積含濕量。①質量含濕量：空氣的含濕量指每千克質量的干空氣中所混合的水蒸氣的質量，即

②容積含濕量：即單位體積的干空氣中所混合的水蒸汽的質量，用d′表示。根據實驗得到的標準大氣壓下，飽和濕空氣中的水蒸汽分壓力、飽和容積含濕量與溫度之間關系見表p18510-3壓縮空氣的析水量實際上，氣動系統中的工作介質，是空氣壓縮機輸出的壓縮空氣，濕空氣被壓縮后，使原來在較大體積內含有的水分都要擠在較小的體積里，單位體積內所含有水蒸汽量會增大。當壓縮空氣冷卻降溫時，溫度降到露點后，便有水滴析出。每小時從壓縮空氣析出水的質量稱為析水量。析水量按下式計算。例p18510-1一、理想氣體的狀態方程

所謂理想氣體是指沒有粘性的氣體，當氣體處于某一平衡狀態時，氣體的壓力、溫度和比體積之間的關系為：一定質量的理想氣體在狀態變化的瞬間，有如下氣體狀態方程成立pV/T=常量或p=ρRTp為氣體的絕對壓力(N／m)；ρ為氣體密度(kg/m3)；T為絕對溫度(K)；R為氣體常數[N·m/(kg·K)]，干空氣的R=287.1；水蒸汽的R=462.05。

實際氣體看成理想氣體，由此引起的誤差是相當小的。

第二節氣體狀態方程

二、理想氣體的狀態變化過程1．等容變化過程(查理定律)

一定質量的氣體，在狀態變化過程中體積保持不變時，則有

當體積不變時，壓力的變化與溫度的變化成正比，當壓力上升時，氣體的溫度隨之上升。

（10.11）2．等壓變化過程(蓋-呂薩克定律)

一定質量氣體．在狀態變化過程中．當壓力保持不變時，有

表明，當壓力不變時，溫度上升，氣體比體積增大(氣體膨脹)；當溫度下降時，氣體比體積減小(氣體被壓縮)。

（11.13）

3．等溫變化過程(波意耳定律)

一定質量的氣體，在其狀態變化過程中，當溫度不變時，有表明t在溫度不變的條件下，氣體壓力上升時，氣體體積被壓縮，壓力下降時，氣體體積膨脹。4絕熱過程

氣體在狀態變化過程中，系統與外界無熱量交換的狀態變化過程，稱為絕熱過程。該過程的曲線如圖11.4。在此過程中，輸入系統的熱量為零，即系統靠消耗內能作功，如氣動系統的快速充、排氣過程可視為絕熱過程。例p18710-2

在絕熱過程中，氣體狀態變化與外界無熱量交換，系統靠消耗本身的內能對外作功。在氣壓傳動中，快速動作可被認為為絕熱變化過程。例如，壓縮機的活塞在氣缸中的運動是極快的，以致缸中氣體的熱量來不及與外界進行熱交換，這個過程就被認為是絕熱過程。應該指出，在絕熱過程中，氣體溫度的變化是很大的，例如空氣壓縮機壓縮空氣時，溫度可高達2500C，而快速排氣時，溫度可降至-1000C。

§10.2氣體流動基本方程一般壓縮氣體在管道中流動時，其速度小于30m/s，壓力變化不大，密度變化很小，因此可以當做不可壓縮流體來處理，它的運動規律和液體一樣，當氣體在管道中以較大速度運動，一般認為當速度大于70m/s，需要考慮密度的變化，或者某些場合，雖然速度不高，但管道很長，存在壓力損失，壓力變化很大，因此氣體的密度也隨著變化，必須把氣體當做壓縮流