气压传动基础知识.资料

执行元件 将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的 元件，如气缸、气马达。
控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各 种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件； 感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信 号处理装置。
气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接 头等。
(可扩展成公汽门控）
▪ 排气节流阀
调速回路 通过两个排气 节流阀控制气 缸伸缩的速度。
.
▪ 缓冲回路
活塞快速向右运动 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。湖南工业大学
▪ 气液联动速度控制回路
由于气体的可压缩性，运动速度不稳定，定位精度不高。在气动调速、
定位不能满足要求的场合，可采用气液联动。
湖南工业大学
▪ 贮气罐的主要作用是贮存
一定数量的压缩空气，减 少气流脉动，减弱气流脉 动引起的管道振动，进一 步分离压缩空气的水分和 油分。
▪ 干燥器的作用是进一步除去压缩
空气中含有的水分、油分、颗粒杂 质等，使压缩空气干燥，用于对气 源质量要求较高的气动装置、气动 仪表等。主要采用吸附、离心、机 械降水及冷冻等方法。
湖南工业大学
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▪ 气压发生装置
▪ 空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供
气动机械使用。
▪ 空气压缩机的分类 分容积型和速度型。
▪ 常用往复式容积型压缩机，一般空压机为中压，额
定排气压力1MPa；
▪ 低压空压机排气压力0.2MPa； ▪ 高压空压机排气压力10MPa。
▪ 空气压缩机的选用原则 依据是气动系统所需
▪ 压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在 个别管段内。在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而 损坏，影响气动装置正常工作。

工作原理与组成
工作原理
液压与气压传动系统通过密闭工作腔内工作流体的压力能来 传递动力。
组成
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，气压系统由气源装置、执行元件、控制元件和辅助元件 等组成。
应用领域与发展趋势
应用领域
液压与气压传动广泛应用于工程机械、农业机械、汽车工业、航空航天、智能 装备等领域。
系统性能测试与优化
搭建测试平台
根据系统原理图搭建测试平台，模拟实际工作条件对系统进行测 试。
进行性能测试
通过测试平台对系统的各项性能指标进行测试，如响应时间、稳定 性、效率等。
系统优化
根据测试结果对系统进行优化，改进系统设计或调整元件参数，提 高系统的性能和可靠性。
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液压泵与液压马达
液压泵是液压传动系统中的动力元件，用于将机械能转换为液压能，为系统提供压 力油。
液压马达是液压传动系统中的执行元件，用于将液压能转换为机械能，驱动负载运 动。
液压泵和液压马达的工作原理、结构及性能参数各不相同，根据使用要求进行选择。
液压缸
01
液压缸是液压传动系统中的执行元件，用于将液压能转换为机 械能，驱动负载运动。
气压执行元件
气压执行元件的种类
气压执行元件包括气马达、气缸等，用于将压 缩空气转化为机械能。
气压执行元件的特点
气压执行元件具有结构简单、体积小、重量轻、 动作快等优点。
气压执行元件的应用
气压执行元件广泛应用于各种自动化设备和生产线，实现各种机械运动和动作。
气压控制元件
气压控制元件的种类
气压控制元件包括各种阀门、控制阀等，用于控制压缩空气的流 动和压力。

pvn=常数
式中 n—多变指数；
或
p1v1n= p2v2n
n=0，等压变化过程； n=1，等温变化过程； n=k，绝热变化过程； n=±∞ , 等容过程 。
10.3 逻辑运算简介
一、逻辑“或”和逻辑“与”的恒等式 逻辑“或”：两个或两个以上的逻辑信号相加 逻辑“与”：两个或两个以上的逻辑信号相乘
逻辑“或” A+0=A;A+1=1；A+A=A 二、逻辑“非” 运算规律： 逻辑“与” A· 0=0;A· 1=A;A· A=A
气体的压力、温度和体积这三个参数表征气体处于某种 状态。气体从一种状态变化到另一种状态称为状态变化。气 体状态方程描述气体在状态变化以后或在变化过程中，当处 于平衡时，这些参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态 变化过程。
一、理想气体状态方程
不计粘性的气体称为理想气体。空气可近似视为理想气体。 一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，其状态方程为：


(7)工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、 辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越； (8)气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。

2、缺点

(1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性 较差，外载变化时，对工作速度的影响较大； (2)由于工作压力低，气动装置的输出力或力矩受到限 制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传 动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜 (3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢， 所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。 (4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。
p2 T2 p T1 1

在压缩空气中，不能含有过多的油蒸气； 不能含有灰尘等杂质，以免阻塞气压传动 元件的通道；空气的湿度不能过大，以免 在工作中析出水滴，影响正常操作；对压 缩空气必须进行净化处理，设置除油水、 干燥、除尘等净化辅助设备。
气压传动利用空压机把电动机或其他原动 机输出的机械能转换为空气的压力能，然 后在控制元件的作用下，通过执行元件把 压力能转换为直线运动或回转运动形式的 机械能，从而完成各种动作，并对外做功， 气压传动与液压传动具有类似性，对两者 元件和回路对比学习，找出其共性和特性。
（2）气压传动的缺点：
① 气压传动系统的工作压力低，因此气压传动装置的 推力一般不宜大于10～40kN，仅适用于小功率场合， 在相同输出力的情况下，气压传动装置比液压传动装置 尺寸大。
② 由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定 性差，这样会给位置和速度控制精度带来误差。
③ 气压传动系统的噪声大，尤其是排气时，须加消音 器。
① 密度：单位体积内的空气质量被称为密度。
② 可压缩性和膨胀性：气体受压力的作用而使其体积发生变化的性质 被称为气体的可压缩性；气体受温度的影响而使其体积发生变化的性 质被称为气体的膨胀性。
③ 黏性：空气的粘性也是由于分子间的内聚力，在分子间相对运动时 产生的内摩擦力而表现出的性质。
④ 湿度：在气压传动中，理论上把完全不含有水蒸气的空气称为干空 气，而大气中的空气或多或少总含有水蒸气，这种由干空气和水蒸气 组成的混合物被称为湿空气。在一定的温度和压力下，空气中的水蒸 气的含量并不是无限的，当水蒸气的含量达到一定值时，再加入水蒸 气，就会有水滴析出，此时水蒸气的含量达到最大值，即饱和状态， 这种湿空气称为饱和湿空气。
b．干线管道应顺气流流动方向向下倾斜3°～5°，并在管道的终点（最低点） 设置集水罐，定期排放积水和污物；

环保等优点。混合传动技术能够适应不同的应用场景，满足多样化的需
求，具有广阔的应用前景。
应用领域拓展
新能源领域
随着新能源技术的不断发展，液压与气压传动技术在新能源领域的应用逐渐增多。例如， 在风能、太阳能等领域，液压与气压传动技术可以用于实现能量转换和存储，提高新能源 的利用效率。
智能制造领域
智能制造是未来制造业的发展方向，液压与气压传动技术在智能制造领域的应用将更加广 泛。例如，在自动化生产线、机器人等领域，液动。
工程机械
挖掘机、装载机、 压路机等。
军事工业
火炮操纵系统、导 弹发射车等。
农业机械
拖拉机、收割机等。
汽车工业
刹车系统、转向系 统等。
其他
机床、塑料机、冶 金设备等。
03
气压传动基础知识
气压传动的定义
气压传动是指利用空气压力来传递动力的传动方式，也称 为气压传动系统。
气压传动系统主要由气源、气动执行元件、控制元件和气 动辅助元件等部分组成。
液压传动系统主要由动力元件、执行元件、控制元件和辅助 元件组成。
液压传动的原理
基于帕斯卡原理，即施加在密闭液体 上的压力可以等值地传递到液体内部 的任何位置，并通过液体压力能实现 能量转换和传递。
液压传动系统通过将液体压力能转换 为机械能，实现直线或旋转运动，广 泛应用于各种机械、设备和装置中。
液压传动的应用
航空航天领域
航空航天领域对传动系统的高效性、可靠性和安全性要求极高，液压与气压传动技术在该 领域的应用具有较大潜力。例如，在飞机起落架、航空发动机控制系统等领域，液压与气 压传动技术可以发挥重要作用。
面临的挑战和机遇
挑战
随着新技术的发展和应用领域的拓展，液压与气压传动技术面临着诸多挑战。例如，如 何提高系统的可靠性和稳定性、降低能耗和提高效率、实现智能化和自动化控制等。

等温过程 p1V1= p2V2= 常量 在等温过程中，无内能变化， 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、 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。 气等均可视为等温过程。 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。 化过程叫做绝热过程。
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（ 常数）， 在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数）， 则有 v2/2+ gz + p /ρ= 常数
华南农业大学
声速与马赫数
声音引起的波称为“声波” 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。 为声速。声音传播过程属绝热过程。 对理想气体来说， 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。 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（ 气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数 ， Ma＝ v/c ＝ 是气体流动的一个重要参数， Ma 是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩 愈大， 性， Ma愈大，气流密度变化越大。 愈大 气流密度变化越大。 当v ＜ c，Ma ＜1时，称为亚声速流动； 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； 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。 时 称为超声速流动。
华南农业大学
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。 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， 一定质量的理想气体在状态变化的瞬间， 有如下气体状态 pV / T = 常量 方程成立 或 p=ρRT

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气源装置
气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气， 气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动 系统的重要组成部分。 系统的重要组成部分。 气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量， 气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有 一定的净化程度。 一定的净化程度。 气源装置由以下四部分组成 气压发生装置——空气压缩机； 空气压缩机； 气压发生装置 空气压缩机 净化、贮存压缩空气的装置和设备； 净化、贮存压缩空气的装置和设备； 管道系统； 管道系统； 气动三大件。 气动三大件。
液压与气压传动技术简介
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湖南工业大学
液压与气压传动的工作原理和特征
传动分类简介 液压与气压传动是以流体（液压油液或压縮 液压与气压传动是以流体（ 空气） 空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种 传动形式。（元件组成基本回路， 。（元件组成基本回路 传动形式。（元件组成基本回路，回路再组成 一定功能的传动系统） 一定功能的传动系统） 以液压千斤顶为例来简述液压传动的工作 液压千斤顶为例来简述液压传动的工作 原理（类比打气筒及日用洗涤用品压出装置）。 原理（类比打气筒及日用洗涤用品压出装置）。
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典 型 液 压 图 形 符 号 图
湖南工业大学
系 统 原 理
液压与气压传动系统的组成
能源装置——将机械能转换为流体压力能的装置。液 将机械能转换为流体压力能的装置。 能源装置 将机械能转换为流体压力能的装置 压泵或空气压縮机。 压泵或空气压縮机。 执行元件——将流体的压力能转换为机械能的元件。 将流体的压力能转换为机械能的元件。 执行元件 将流体的压力能转换为机械能的元件 液压缸或气缸、液压马达或气马达。 液压缸或气缸、液压马达或气马达。 控制元件——控制系统压力、流量、方 向的元件以 控制系统压力、 控制元件 控制系统压力 流量、 及进行信号转换、 及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制 元件。如溢流阀、节流阀、方向阀等。 元件。如溢流阀、节流阀、方向阀等。 辅助元件——保证系统正常工作除上述三种元件外的 辅助元件 保证系统正常工作除上述三种元件外的 装置。如油箱、过滤器、蓄能器、油雾器、消声器、 装置。如油箱、过滤器、蓄能器、油雾器、消声器、 管件等。 管件等。 工作介质—传递能量和信号 液压油、压缩空气。） 传递能量和信号， （工作介质 传递能量和信号，液压油、压缩空气。）

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1.2.2 液压传动系统的图形符号
图1-2(a) 和图1- 2(b) 中的各个元件是半结构式图形画出来的，直观性 强，易理解，但难于绘制，元件多时更是如此。在工程实际中，除某些 特殊情况外，一般都用简单的图形符号绘制，如图1-2 (c) 所示。图形 符号只表示元件的功能，不表示具体结构和参数。
物8就向下运动。
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1.1.2 液压传动的基本原理
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传
动的基本工作原理如下： (1)液压传动是利用有压力的液体（液压油）作为传递运动和动力
的工作介质；
(2)液压传动中要经过两次能量转换，先将机械能转换成油液的压 力能，再将油液的压力能转换成机械能； (3)液压传动是依靠密封容器或密闭系统中密封容积的变化来实现 运动和动力的传递。
环境条件下工作。
③ 为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造 精度要求较高，加工工艺较复杂。 ④ 液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。 ⑤ 液压系统发生故障不易检查和排除。
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1.4 液压油
1．液压油的用途
液压油主要有以下几种作用。 ① 传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体的压力能并传至
液压泵
3
油箱
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1.2.1 液压传动系统的组成
液压泵 3 由电动机驱动旋转，从油箱 1 中吸油，经过滤器 2 后被液压 泵吸入并输出给系统。当换向阀 6 阀芯处于图1-2 (a) 所示位置时，压 力油经阀 5 、阀 6 和管道进入液压缸 7的左腔，推动活塞向右运动。 液压缸右腔的油液经管道、阀 6 、管道流回油箱。改变阀 6 阀芯工作 位置，使之处于左端位置时，如图1-2(b) 所示，液压缸活塞反向运动。 工作台的移动速度是通过流量控制阀来调节的。阀口开大时，进入缸的 流量较大，工作台的速度较快；反之，工作台的速度较慢。为适应克服 大小不同阻力的需要，泵输出油液的压力应当能够调整。工作台低速移 动时，流量控制阀开口小，泵输出多余的油液经溢流阀4和管道流回油箱， 调节溢流阀弹簧的预压力，就能调节泵输出口的油液压力。

➢ 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）， 则有v2/2+ gz + p /ρ= 常数
气动元件的通流能力
➢ 定义: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。
➢ 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。
空气的物理性质
➢ 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
➢ 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，水蒸气就要凝析出来。
并具有一定的净化程度。 此时，传动舌片将密封件4、7挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。
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。
气源装置由以下四部分组成 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
它是通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实现一定逻辑功能的气动控制元件。
进转为慢是进。气动系统的重要组成部分。
在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数），则有v2/2+ gz + p /ρ= 常数
气动系统对压缩空气的主要 实较现液➢直 体线的运粘动度和小做很功多的，是随气温缸度；的升高而升高。 空气的压要缩性求和：膨胀具性 有一定压力和流量，