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气压第1章气压·油压的概要第１章气压的概要1.1气压·油压的特征(1)最大的特征是，以流体为媒介将能量传递到机械装置的技术，可与机械方式､电气·电子方式一起使用，应用于自动化设备。(2)可利用流量调节阀随意控制驱动机械装置的速度，驱动力也可通过压力控制阀随意控制。(3)能够很容易地获取直线运动及旋转运动。(4)能很容易地获取连续运动·间隔运动。能(能量)：进行物理学动作的诸量(动能·势能等)的总称。1.2气压和油压的比较(1)工作液体气压→压缩气体油压→非压缩性液体(2)速度控制气压→由于是压缩气体，在低速状态下，会出现爬行现象。不适用于10～50mm/sec以下的低速进给。油压→工作油的粘性比空气大，所以不适用于高速进给。适用于中低速，但更多用于需要特别稳定的低速进给的情况。(3)操作压力气压→在低压(0.4～1.0MPa)状态下使用。在高压状态下使用的话，会出现爆炸，非常危险。油压→在高压(1.5～35.0MPa)下使用。(4)操作力气压→低压工作，适合推力的限度为1吨左右。用于较轻的作业。油压→高压工作，适合推力的限度为数十吨。1吨=1，000KG第1章气压·油压的概要１．３气压的优点(相对油压)（１）空气存在于工厂的每个地方。（２）空气是一种非常容易得到的能源。（３）不会对周边造成污染。（４）出现故障后，容易排除。（５）空气不具有起火性，非常安全。（６）适用温度的范围比油压大。(油压温度如果超过60度，会迅速老化)（７）空气具有可压缩性及蓄压性。(固定状态下，还具有弹性功能)（８）对于高空设备，不须考虑流体自身的重量。１．４气压的缺点(相对油压)（１）高压状态下，容易发生爆炸。(一般使用压力为约0.5MPa)（２）由于空气的粘性较小，速度过快的话，会带来危险。(油压的约3倍)（３）由于在低压状态下工作，很难得到较大的力。（４）运动方向切换时的速度敏感度远低于油压。（５）对负荷的特性变化非常明显。(油压不明显)（６）对定位的确动性不稳定。(油压较好)（７）虽然气体可任意使用空气，但空气不具润滑性，而且含有水份，所以，必须考虑回路机器的润滑和防锈。(使用油压时，工作油自身同时也是润滑剂·防锈剂)※另外，不管是气压还是油压，在断开电源后，仍有残留压力，作用于调节器(工作设备)，需要引起注意。第1章气压·油压的概要１．５气压装置的基本构成气压装置由下列机器构成。·压力发生源(压缩机·空气罐)·控制阀压力控制阀．．．．．．．．．．．．．减压阀·顺序(动作)阀(顺序操作阀)流量调节阀．．．．．．．．．．．．．速度调节阀·节流阀换向阀．．．．．．．．．．．．．．．．．切换阀·单向阀·附属机器(加油器·气压过滤器·消音器)·调节器(统称为工作装置，包括气缸·气压马达等)·连接各机器的配管图1·1气压装置的基本构造气压情况下，在气罐内贮存约1.0MPa左右的压缩空气，通过减压阀减压到约0.4～0.6MPa的压力后，输送到调节器，来驱动机械装置。流量调节阀(速度调节阀)控制速度，换向阀实施前进·后退操作。气压情况下，需要气压过滤器及加油器等改善空气质量的附属机器。过滤器主要是去除空气中的水份及灰尘，加油器主要是在空气中混入喷雾状的润滑油，对各机器及配管进行润滑，及防止生锈。1.6气压的应用范围气压是低于油压的压力下工作，所以，适合用于小功率的作业，即使出现少量的潮湿也不会出现影响，主要用于食品机械·造纸机械等。①进行往复式运动的机器．．．．．．气锤·风钻②进行旋转运动的机器．．．．．．气动传动装置､凿岩机､风动砂轮机③机床等设备．．．．．．气动卡盘､夹紧装置④其它．．．．．．输送装置､空气缓冲器､测定机器(气动测微仪)等第2章气压的原理第２章气压的原理2-1关于气压我们生活的地球被空气所包围。该空气层称为大气层。大气层最高可距地表相当高度。随着高度的增加，不断发生变化(密度)。高山上的气压变小，海面(0米)的气压变大。地表附近空气中的成份几乎是相同的，主要由氮(78.02%)和氧(20.99%)两种物质构成，约占99%。此外，空气中还含有蒸气及灰尘等，有的地方的空气还含有二氧化硫､碳氢化合物等有毒气体。将大气进行机械处理(压缩)，使其压力高于空气，制成压缩空气，专业称呼为气压。利用电动马达等压缩机来压缩空气，一般情况下，压缩到原来的1/8体积，作为气压来使用。2-2空气的状态和变化下面介绍一下空气的状态。例如，在日本最高的山是富士山。由于富士山海拔3776米，其空气为634[hpa]，只有约64%的空气。另外，富士山顶的温度比海面温度低约25.4度。(每超过150米，温度下降1度)喷气式飞机等在约10000米的高度飞行。这里的气压为264[hpa]，只有26%的空气。这里的温度比地表气温低，为负65度左右。据说，在同温层内，一般保持该温度。实际情况是，在喷气式飞机上空气调节器，在一定程度上对空气进行加压。所以，机舱内的气压不会下降。喷气式飞机在设计上必须增强其密封性能。但，随着飞机飞行速度变快，机体表面就会处于负压状态。(伯努利原理)而且，随着飞行高度的增加，机内气压会下降。但机内的压力始终被调整为920{hpa}､海拔约800米的状态。但，我们还是有耳鸣的感觉。第2章气压的原理第2章气压的原理2-1关于气压我们生活的地球被空气所包围。该空气层称为大气层。大气层最高可距地表相当高度。随着高度的增加，不断发生变化(密度)。高山上的气压变小，海面(0米)的气压变大。地表附近空气中的成份几乎是相同的，主要由氮(78.02%)和氧(20.99%)两种物质构成，约占99%。此外，空气中还含有蒸气及灰尘等，有的地方的空气还含有二氧化硫､碳氢化合物等有毒气体。将大气进行机械处理(压缩)，使其压力高于空气，制成压缩空气，专业称呼为气压。利用电动马达等压缩机来压缩空气，一般情况下，压缩到原来的1/8体积，作为气压来使用。2-2空气的状态和变化下面介绍一下空气的状态。例如，在日本最高的山是富士山。由于富士山海拔3776米，其空气为634[hpa]，只有约64%的空气。另外，富士山顶的温度比海面温度低约25.4度。(每超过150米，温度下降1度)喷气式飞机等在约10000米的高度飞行。这里的气压为264[hpa]，只有26%的空气。这里的温度比地表气温低，为负65度左右。据说，在同温层内，一般保持该温度。实际情况是，在喷气式飞机上空气调节器，在一定程度上对空气进行加压。所以，机舱内的气压不会下降。喷气式飞机在设计上必须增强其密封性能。但，随着飞机飞行速度变快，机体表面就会处于负压状态。(伯努利原理)而且，随着飞行高度的增加，机内气压会下降。但机内的压力始终被调整为920{hpa}､海拔约800米的状态。但，我们还是有耳鸣的感觉。第2章气压的原理2-3标准状态和基准状态（１）关于标准状态和基准状态比较常用的表示空气体积的单位是[N]加上体积。比如：[Nm3]､[NLiter]。对于该[N]，在日本有多种解释。JIS明确规定基准状态(温度0度､绝对压力760[mmHg]时干燥状态的空气状态)为NormalCondition､标准状态(温度20度､绝对压力760[mmHg]､相对温度65[%]的空气状态)为StandardCondition。JPAS(日本气压工业会)称[N]一般指标准状态。所以，对于[N]的定义非常模糊。随着SI单位的引进，及使用力的单位牛顿，有时会出现不易辨别的情况。为了避免出现这样的混乱，日本气压工业会标准部会在研讨了各公司能进行统一使用，而且获得国际认可的文字标记，按照ISO/TC131/SC1进行研究。在DP5589HydraulicandPowerGlossary的2.2.7项中有相当于日本标准状态的法语conditionsdel｀atomospherenormaledereference(A·N·R)的标记，通过使用该标记，作为团体规格。(JPAS008-1980)另外，在实际使用时，一般不在文字之间加[·]，作为团体规格也以[A·N·R]的格式使用。基准状态标准状态干燥空气相对湿度65[%]温度0[C]温度20[C]760[mmHg]760[mmHg]图2-1大气压第2章气压的原理2-4压力单位力学相关的单位分为绝对单位和重力单位。以前一直用重力单位来表示。但现在有统一的需要，学校教育､技术公布等逐渐开始用绝对单位来表示。本文优先使用绝对单位。绝对单位和重力单位的最大区别是，以质量为基准还是以重量为基准进行区分。绝对单位：长度[M]·质量[Kg]·时间[S]重力单位：长度[M]·重量[Kgf]·时间[S]详细内容见专业资料。从结果看，重力单位､重量因作用于质量的重力加速度g来存在，他们的相互关系是：1[kfg]=1[kg]×g[m/s2](g≒9.8)。绝对单位，力使用牛顿[N]单位，用以作用于单位质量1[kg]上的加速度1[m/s2]作用时的力来表示。1[N]=[kg]×[m/s2]工学单位下的1[Kgf]，表示作用于1[kg]的重力加速度产生的力。所以，1[kfg]=g×[kg]g：重力加速度=9.80665[m/s2]=9.80665×[Kg]×[m/s2]=9.08665[N]由于用小数点后的5位数来表示的话，非常困难。所以，本文中以1[kfg]=9.8[N]来表示。另外，压力也使用重力(力)单位。所以，分为绝对单位和工学单位2种。即，压力=力/面积的关系相同，所以，单位使用绝对单位，为帕斯卡[Pa]。以前为[kgf/cm2]。压力表示力的强度，指单位面积上作用力的大小。单位面积1平方米上作用1N(牛顿．．．．．．1kfg-9.8N)的力称之为1Pa(帕斯卡)。另外，每1mm2作用1N的压力为1MPa。上述N(牛顿)､Pa(帕斯卡)､MPa(兆帕斯卡)是国际单位(SI)。另外，以前的单位1kfg/cm2约为9.8×1-2MPa。总结如下：力1N≒1/9.8[kgf]1[kfg]≒9.8[N]压力1[MPa]≒10.2[kgf/cm2]1[kgf/cm2]≒0.098[MPa]第2章气压的原理以前气压的表示方法为5[kgf/cm2]､20[kgf/cm2]等，转换成[MPa]的话，则为5[kgf/cm2]=0.49[MPa]､20[kgf/cm2]=1.96[MPa]。有时会一时难以分辩开来，所以，以前的10kgf/cm2等于0.98MPa，如果精确度要求不高的话，可按10kgf/cm2=1MPa的标准进行换算。2-5帕斯卡原理(1)帕斯卡原理所有的流体都遵循帕斯卡原理。帕斯卡原理的定义是，作用于密闭容器内部分流体的压力同时会以相同的强度传递到全部的流体，该压力垂直作用于容器的内面。压力是指作用于单位面积上的力。如图2-2(a)所示，用截面为1cm2的活塞将容器密封，然后施加10[N](牛顿)的力，这时的压力为0.1[MPa]。另外，如图2-2(b)所示，在截面为2cm2的活塞上施加50[N]的力，则其产生的压力为0.25[MPa]。图2-2中，根据帕斯卡原理，作用于活塞的压力会以相同的大小传递到容器内面的所有部位，而且垂直作用于内面。最后，表示包括单位换算的压力公式。图2-2力的压力新公式P[MPa]=F[N]/{100×[cm2]}P=压力(MPa)A=截面积(cm2)F=针对气缸的力(N)旧公式P[kgf/cm2]=F[kgf]/A[cm2]P=压力(Kgf/cm2)A=截面积(cm2)F=针对气缸的力(kgf)第2章气压的原理2-6力的增加如图2-3所示，将截面积为A1和A2的气缸连接起来，在两个活塞上分别作用力F1·F2，活塞处于静止，平衡状态时的压力P：P=F1/A1=F2/A2上面的公式表明，压力与作用于活塞的力成正比，与其截面积成反比。另外，上述公式可换算为：F2=F1×A2/A1=P·A2由此可见，在小直径A1的活塞上作用较小的力F1，在大直径A2的活塞上就能够得到较大力F2。如图2-3所示，应用帕斯卡原理，可以很容易地增大作用于流体的力。比如，截面积A1和A2分别为1cm2和10cm2，作用