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。

气压传动学是机械传动学的重要分支，广泛应用于机械、自动化、制造和新能源等领域。气动系统是气压传动系统的简称。
气动系统利用空气的状态变化及流动传送动力，对负载施加力，并驱动负载运动。力和速度是考量驱动性能的两个主要因素，在气动系统中分别由压力和流量衡量。由于压缩空气在气动系统内部流动，广义上气动系统可视为多个容腔的串并联组合，容腔之间用小孔连接，空气经小孔在容腔之间流动，这种流动会引起容腔压力的变化，从而进一步引起流量的变化。因此，容腔和小孔是构成气动系统基本的元素。与之相对应，气动系统的基础特性主要包括容腔充放气特性和流量特性。本书以这两个特性为基础，由浅入深地讲解了气动系统特性计算的普遍方法。
本书是根据国家教委高等工科院校机械电子工程专业气压传动学研究生教材的基本要求，以作者2010年在日本工业出版社出版的《压缩性流体的测量与控制》（《压缩性流体の计测と制御》）一书为基础，重新编著而成。
本书可以作为高等工科院校机械电子工程专业以及其他相关专业研究生的教材，也可供相关专业的教师、科研工作者和工程技术人员参考。
本书在编写过程中，日本东京工业大学香川利春教授和北京航空航天大学焦宗夏教授等提出了许多宝贵意见，在此对他们表示诚挚的谢意。
由于作者水平有限，本书难免存在缺点和不足之处，诚请广大读者及时给予指正。

编者

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