氣動技術(shù)培訓(xùn)-01

張緒兵常州天晟新材料股份有限公司氣動技術(shù)-基礎(chǔ)理論1.組成2.性質(zhì)3.空氣中的水分4.力和壓力

6.氣動元件的流量特性5.氣體的控制規(guī)律主要內(nèi)容：一、空氣的組成實際空氣還含有油粒、灰塵和水蒸汽等雜質(zhì)，會對氣動系統(tǒng)設(shè)備和元件造成損害密度：（1.293kg/m3）空氣是具有質(zhì)量的，單位體積的空氣中所含有的空氣的質(zhì)量稱為空氣的密度mV二、空氣的性質(zhì)P1P2標準狀態(tài)和基準狀態(tài)可壓縮性氣體的分子間距大，故氣體的體積容易隨壓力發(fā)生變化標準狀態(tài)(ANR)：溫度20℃，相對濕度65%，壓力0.1MPa基準狀態(tài)：溫度0℃，壓力101.3KPa的干空氣的狀態(tài)三、空氣中的水分幾個概念水蒸汽分壓力：濕空氣中水蒸汽獨占空氣總?cè)莘e所具有的壓力。當(dāng)空氣中的水蒸汽達到飽和時，這時水蒸汽所具有的壓力叫做飽和水蒸汽分壓力。絕對濕度（kg/m3）：每一立方米的濕空氣中所含有的水蒸汽的質(zhì)量。ρs=水蒸汽的密度，kg/m3Ps=水蒸汽分壓力，PaRs=水蒸汽的氣體常數(shù)，462.05J/(kg·K)相對濕度（kg/m3）：一定溫度和壓力下，濕空氣的絕對濕度與飽和濕空氣的濕度之比，也就是實際水分含量和露點（飽和濕空氣）時水分含量之比。表明濕空氣吸收水分的能力。露點：空氣在這個溫度下呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。即空氣飽和（相對濕度100%），溫度再降低則開始析出水分。飽和絕對濕度（kg/m3）：每立方米濕空氣中所能夠含有的水蒸汽的最大質(zhì)量。

！空氣中水蒸汽的實際含量完全取決于溫度，1m3的壓縮空氣中只能包含1m3的飽和濕空氣所能含有的水蒸汽質(zhì)量隨著空氣的壓縮，空氣的體積減小，壓力和溫度升高。壓縮空氣的最大含水量與當(dāng)達到最終溫度下同樣體積的飽和空氣的含水量相等?？聪旅孢@個例子：下面4個立方體分別代表溫度為20℃、體積為1m3的空氣，相對濕度為50%。這就意味著每立方米的空氣中都含有8.7g的水蒸汽，飽和時含有17.4g的水蒸汽。

在溫度不變的情況下將空氣壓縮，將4m3的空氣壓縮成1m3的壓縮空氣，這1m3的壓縮空氣中應(yīng)該含有4×8.7=34.8g的水蒸汽，但是20℃時1m3的空氣中的最大含水量只有17.4g，因此多余的2×8.7=17.4g的水蒸汽將變成水析出。這樣我們就不難理解壓縮空氣的相對濕度和壓力露點的含義了。壓縮空氣的相對濕度：空氣壓縮后溫度和壓力都上升，在最終溫度、壓力、體積的條件下，壓縮空氣的含水量與該溫度、體積的飽和空氣的含水量之比。壓力露點：空氣壓縮后，最終狀態(tài)下析出水分的溫度。壓縮空氣中的水分A壓力壓力表示法表壓力絕對壓力真空度大氣壓P=Pa絕對真空P=0絕對壓力P>PaP<Pa

！表壓力：以大氣壓為基準，高于大氣壓的壓力值，即相對壓力，也即由壓力表讀出的壓力真空度：以大氣壓為基準，低于大氣壓力的壓力值，正值真空壓力：絕對壓力與大氣壓力之差，與真空度大小相同，符號相反壓力是由負載建立的！四、壓力和力溫度▲兆帕（MPa）;▲毫米汞柱（mmHg）；▲毫米水柱（mmH2O）；▲千克力/厘米2（kgf/cm2）；▲巴（bar）;毫巴（mbar）；▲磅力/英寸2（lbf/in2,psi）；▲英寸汞柱（inHg）；▲英寸水柱（inH2O）；▲物理大氣壓（atm）；▲托（Torr）壓力單位（各壓力單位之間的關(guān)系）

熱力學(xué)溫度T

單位為K

攝氏溫度t

單位為℃

t=T-T0T0=273.15K1013.25mbar大氣壓海平面的壓力和溫度分別是1013.25×103bar絕對壓力and288K(15OC)壓縮空氣在容器的內(nèi)表面產(chǎn)生了一個力容器內(nèi)的流體將被壓縮并產(chǎn)生了個壓力表壓力1bar表示每平方厘米上受到10牛頓的力壓力和力在壓力的作用下，氣缸活塞向前伸出，此推力等于壓力×有效作用面積

Thrust=D240PpDmmPbar這里D=氣缸缸徑mmP=壓力bar.用牛頓來表示1bar=100000N/m2

壓力和力作用在氣缸缸桶內(nèi)部的力相當(dāng)于氣缸的投影面積×壓力lDF=D

.l.P10這里D=氣缸內(nèi)徑mml=受壓腔室長度mmP=壓力bar壓力和力壓力和力如果氣缸活塞兩側(cè)同時受到壓力作用。氣缸活塞桿將在壓差作用下向右伸出。如果是雙活塞桿氣缸的話，那么氣缸活塞桿將保持在原位。壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個氣口都不會引起閥芯的動作。因為閥芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個氣口都不會引起閥芯的動作。因為閥芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2各壓力單位之間的關(guān)系五、氣體的控制規(guī)律氣體的狀態(tài)

對于一定質(zhì)量的氣體來說，壓力、體積、溫度表明了氣體所處的狀態(tài)。對于一定質(zhì)量的氣體，狀態(tài)方程可以表示成

如果某一個狀態(tài)設(shè)為常值，那么我們可以得到如下的狀態(tài)方程等溫變化等壓變化等容變化P.V=常量=常量VT=常量PT等溫變化（波義爾定律BOYLES）對于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過程中，熱量變化是極其緩慢的。0246816024681012VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant1012141416在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過程中，熱量變化是極其緩慢的。02468160246810121012141416VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant對于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比等溫變化（波義爾定律BOYLES）等壓變化（查理定律CHARLES）對于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒有摩擦的情況下，氣體的體積會在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100293KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化（查理定律CHARLES）對于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒有摩擦的情況下，氣體的體積會在常壓下變化。一定壓力下，溫度每升高1℃，對于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100366.25KV1V2T1(K)T2(K)

=c=對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K0510-60-40-200204060barabsoluteTemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=等容變化綜合等壓、等溫、等容變化三個過程，當(dāng)氣體的三個狀態(tài)都發(fā)生變化時，那么體積、壓力、溫度之間的關(guān)系滿足下列氣體狀態(tài)方程。=常量P1.V1T1P2.V2T2=氣體狀態(tài)方程理論上，氣體的體積被瞬間壓縮時，這樣一個過程叫做絕熱變化過程。（即，熱量沒有時間通過氣缸缸桶與外界發(fā)生熱交換。）2468024681012bara101214141616PV1.4=c絕熱過程PV1.2=c多變過程PV=c等溫變化Volume0絕熱變化對于絕熱壓縮和膨脹過程，有PVn=c

對于空氣n=1.4

另外，如果氣缸的空氣壓縮和膨脹過程很快，但是還是有一部分熱量通過氣缸缸桶與外界發(fā)生了熱交換，那么n值可以取到1.3左右或更小的值。實際應(yīng)用中，氣缸作為吸收震動使用時，那么在壓縮時肯定會有一定的熱量損失。這時氣缸的壓縮特性是介于絕熱變化和等溫變化之間的一種變化。根據(jù)壓縮率的不同，指數(shù)n將小于絕熱指數(shù)值1.4，常使用PV1.2=c

來表示多變過程。多變過程小孔流動閥的流量特性可以由流量系數(shù)表示。象：

“C”,“b”,“Cv”,“Kv”。測定氣動元件流量最準確的方法是通過“C”(氣導(dǎo))and“b”(臨界壓力比)，在ISO6358標準中規(guī)定了測定方法。P1P2流通能力Cv值有效截面積S值S≈18Cv又稱水流量，在溫度為15.5℃，流經(jīng)壓差為1psi(6.89kPa)的閥門測得的流量系數(shù)，用來表示氣動元件通流能力的大小，即允許通過流量的大小六、氣動元件的流量特性小孔流動從曲線個可以找到臨界壓力比“b”，“b”

代表空氣流速達到聲速時P2與P1的比值。聲速流臨界壓力比b=0.52800.528100.10.20.30.40.5Flowdm3/sfreeairP2/P1亞聲速流小孔流動亞聲速流動即1<（P1+0.1）/(P2+0.1)<2時q=248S[ΔP