气动系统的基础特性与计算

本书介绍了气动技术的发展现状、应用领域及特点，讲解了空气的基本性质、热力学和流体力学的基本理论和基本方程，并应用所述基础理论，分析了气动系统的三个基本特性：流量特性、容腔充放气特性和管道内的流动特性，阐述了气动系统特性分析的基本方法，并介绍了实现动力输出的基本和普遍的气缸驱动系统特性，压力调节阀、比例阀与伺服阀等的工作特性以及气动伺服系统与数字控制及作者所在课题组新的研究进展，包括气动功率和等温容器。 本书可供从事气动工作的工程技术人员使用，也可用作高等院校流体传动与控制专业的教材。

前言 第1章绪论1 1.1气动技术的简介1 1.2气动技术的历史1 1.3气动技术的现状3 1.3.1应用的分类3 1.3.2市场4 1.3.3主要的技术指标5 1.4气动技术的特点5 1.4.1优点5 1.4.2缺点6 1.4.3与其他传动方式的比较6 1.5典型的气动系统及其应用7 1.5.1气动点焊7 1.5.2非接触搬运8 1.5.3气力输送9 1.5.4气动工具10 1.5.5压缩空气储能11 1.6学习本书的目的12 第2章空气的基本性质14 2.1空气的组成14 2.2空气的状态表示15 2.2.1压力15 2.2.2温度17 2.2.3体积17 2.2.4基准状态与标准状态17 2.3空气的质量和密度19 2.4空气中的水分19 2.4.1饱和水蒸气和饱和水蒸气压19 2.4.2绝对湿度与相对湿度20 2.4.3水蒸气的凝结21 2.5空气的黏度23 第3章气动系统中的热力学26 3.1状态方程26 3.1.1波义耳定律26 3.1.2查理定律27 3.1.3比热容28 3.1.4热力学第一定律29 3.2气体的能量30 3.3气体的状态变化32 3.3.1等压变化32 3.3.2等容变化32 3.3.3等温变化32 3.3.4绝热变化33 3.3.5多变变化33 第4章气动系统中的流体力学34 4.1流体运动的描述34 4.1.1流线（欧拉法）与迹线（拉格朗日法）34 4.1.2定常与非定常35 4.1.3层流与湍流35 4.1.4可压缩流体与不可压缩流体35 4.2质量连续方程36 4.3动量方程（欧拉方程）37 4.4能量方程（伯努利方程）37 第5章流量特性39 5.1流量的定义39 5.2小孔的流量特性41 5.3流量特性的表示46 5.4有效截面积（Se）表示的流量特性47 5.4.1有效截面积Se值的测量公式47 5.4.2声速放气法48 5.5声速流导（C）表示的流量特性49 5.5.1临界压力比的变化49 5.5.2流量表示式50 5.5.3声速流导C值与临界压力比b值的测量方法51 5.6Cv值、Kv值和A值52 5.6.1Cv值和Kv值52 5.6.2A值53 5.6.3Cv值与C值的换算53 5.7管道的流量特性54 5.8ISO 6358修订56 第6章容腔充放气57 6.1基本方程57 6.1.1压力微分方程式（状态方程）58 6.1.2温度微分方程式（能量方程）58 6.1.3多变过程（包含等温过程和绝热过程）方程式59 6.2无因次方程62 6.2.1基准量62 6.2.2无因次数学模型63 6.2.3无因次压力与温度的响应65 6.3容腔内平均温度的测量法——止停法67 第7章气动功率69 7.1空气消耗量69 7.2压缩空气的绝对能量——焓71 7.3压缩空气的相对能量——有效能72 7.3.1气动系统中的能量转换72 7.3.2空气的压缩与做功72 7.4气动功率74 7.4.1定义74 7.4.2构成75 7.4.3温度的影响76 7.4.4动能的影响78 7.5损失分析78 7.5.1气动功率的损失因素78 7.5.2气动系统的系统损失79 第8章管道内的流动82 8.1分布参数的动态模型83 8.2方程的离散化85 8.2.1差分格式85 8.2.2差分方程86 8.3数值计算例及其步骤89 8.3.1数值计算例89 8.3.2数值计算流程图90 8.3.3数值计算结果90 第9章气缸驱动系统的特性94 9.1速度控制回路94 9.2排气节流回路95 9.2.1基础方程式96 9.2.2气缸速度的收敛特性97 9.2.3无因次参数与无因次响应98 9.2.4能量分配101 第10章压力调节阀102 10.1减压阀的工作原理与特性103 10.1.1工作原理103 10.1.2流量特性104 10.1.3压力特性105 10.2直动型与先导型减压阀107 10.2.1直动型减压阀107 10.2.2先导型减压阀110 10.3带容腔负载减压阀的压力响应112 10.4增压阀的工作原理与特性113 10.4.1工作原理113 10.4.2流量特性、压力特性与充气特性114 第11章比例阀与电/气伺服阀117 11.1比例控制阀118 11.1.1流量比例控制阀118 11.1.2压力比例控制阀119 11.1.3特性表示120 11.2喷嘴挡板型伺服阀121 11.2.1分类及工作原理121 11.2.2喷嘴机构的特性解析123 第12章气动伺服系统与数字控制125 12.1气动伺服系统的分类126 12.2空气容腔内压力控制127 12.2.1基础方程式与控制方框图127 12.2.2温度变化对控制的影响129 12.3气缸的定位控制130 12.4使用高速开关阀的数字控制130 第13章等温容器133 13.1什么是等温容器133 13.1.1等温化的有利性133 13.1.2等温原理134 13.1.3等温性能134 13.2等温容器的应用136 13.2.1流量特性的测量136 13.2.2空气消耗量的测量137 13.2.3非定常流量的产生139 参考文献141