液压与气动课程内容安排与习题集

1液压与气动课程内容与习题集2004 年 9 月液压与气动教案教材：液压与气压传动技术 朱梅 朱光力 西安电子科技大学出版社 2004 年 8 月总课时：54 授课班级：01CAD2 2教学内容及课时分配章 节 内 容 课 时第一篇 液压传动 30第一章 液压传动基础知识流体力学基础；流体流动中的压力和流量的损失；液压冲击和空穴现象。4第二章 液压泵和液压缸液压泵；液压缸 6第三章 液压控制阀及系统辅助装置方向控制阀；压力控制阀；流量控制阀；液压系统辅助装置简介。 6第四章 液压基本回路方向控制回路；压力控制回路；速度控制回路；顺序控制回路；同步控制回路。 6第五章 典型液压系统分析动力头滑台进给液压系统；液压机液压系统；磨床液压系统。 4实 训 液压元件装拆 4合 计 30教学内容及课时分配章 节 内 容 课 时第二篇 气压传动 24第一章 空气的物理性质；气体状态方程；气体流动规律 1第二章 气源装置；气源净化器；管路系统 1第三章 气动执行元件 气缸 2第四章 气动控制元件：方向控制阀；压力控制阀；流量控制阀；气动逻辑元件 以及这些元件的实践。8第五章 方向控制回路；压力控制回路；速度控制回路；顺序控制回路；同步控制回路。并组装这些回路。4实 例 冲床、剪板机、气控窗、客车门等气动控制回路实践动手组装以上各种回路。83第二篇总计 24教学目的：通过学习本课程，达到以下要求：、掌握液压与气压传动的基本原理，基本的计算方法。、了解各种泵、阀、缸的结构及应用。、能分析一般设备的液压系统回路和气压系统回路，能设计简单的液压传动系统及气压传动系统。参考教材：液压与气压传动左建民主编 机械工业出版社 1995、10气压传动 FESTO 公司绪论容积式液压传动是将机械能转换为液体的压力能，并依靠压力能来实现能量的传递。一、液压传动原理及其系统组成图 0-1 液压系统原理图液压传动原理的基本要点：41、采用液体（液压油）作为工作介质；2、必须在封闭的系统内进行；3、依靠液体的压力能来传递动力，依靠油缸的容积的变化来传递运动。液压油的性能指标：粘度-指液体受到外力作用而流动时，液体内部各层之间所呈现出的内摩擦阻力。国产液压油：20 号 30 号 40 号中压以下（25-80 10 5 Pa）油液近似看成是不可压缩。液压系统一般包括四个组成部分：1、动力部分：液压泵2、控制部分：各类控制阀 方向、速度、压力3、执行部分：液压缸4、辅助部分：油箱、管路、管接头、蓄能器、滤油器等二、液压传动特点1、 易获得大的力；2、 高速机动和快速换向；3、 实现无级调速；4、 传动平稳5、 泄漏 传动比不很准确；6、 元件要求制造精度高。第一章 液压传动基础知识教学目的：掌握流体力学基本理论；流体压力、流量的传递方式。 1-1 流体力学基础一、系统中的压力的建立和传递1、压力 p5p = F/A pa(N/m2 ) 1Kgf/cm2= 105pa统和液压元件的压力分级见表 1-12、帕斯卡原理：一压力加于密闭容器中的一部分，则压力以完全一样的大小向容器中所有各点传递。又称静压基本原理。例图 1-1 图 1-2F2=（F 1/A1）A 2 面积越大，输出的压力越大。3、液压系统中的压力形成： 图 1-3系统中的压力是由外界负载引起的，外界负载越大，系统压力也就越高。当系统中并联有几个负载时，则系统的压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值。二、液流的连续性1、流量 Q： 单位时间内流过管路某一截面的液体体积。Q=V*A m3/s m/s m2 1m3/s=6*104升/分当流量不变是，通过管内不同截面的液流速度与其截面的大小成反比。即管子细的地方流速大，管子粗的地方流速小。液压元件是按公称流量的标准系列设计制造的。液压元件铭牌上标出的流量为公称流量，又称额定流量。2、液流的连续性： Q=V 1*A1=V2*A2=常数例 1-1， 例 1-2， 例 1-3 1-2 液体流动中的压力和流量的损失一、压力损失沿程损失：当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。局部损失：由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。压力损失 = 沿程损失 + 局部损失所以泵的额定压力 = （1.31.5）系统工作时所需的最大压力二、流量损失6泄漏：1、高压油经间隙流向低压区；2、液压元件密封不完善造成油液向外部泄漏。所以泵的额定流量 = （1.11.3）系统工作所需的最大流量。 1-3 液压冲击和空穴现象一、液压冲击液压系统中，当油路突然关闭，会产生急剧的压力升高，这种现象称为液压冲击。主要原因：液压速度急剧变化、工作部件的惯性力及一些液压元件反应不够灵敏。产生液压冲积时压力瞬间增加好几倍，极易引起系统振动、噪音甚至元件损坏。 二、空穴现象液流中当某点的压力低于液体的饱和蒸汽压时，液体就汽化形成气泡；同时原来溶于液体中的气体也会分离出来产生气泡，从而使液流呈不连续状态，这就叫空穴现象。危害：1、引起局部液压冲积，造成噪音和振动；2、造成流量和压力波动；3、影响元件使用寿命；4、造成汽蚀（在油泵、管路、节流装置的地方） 。措施：使液压系统内所有各点的压力均高于液压油的空气分解压力。例：吸油高度不能太高，吸油管径不能太小；油泵转速不要太高；管路应密封良好；回油管出口应没入油面以下等。本 章 重 点 小 结1、系统压力 p = F/A2、帕斯卡原理3、系统中的压力是由外界负载决定4、液流的连续性： Q = V 1*A1=V2*A2=常数5、压力损失 = 沿程损失 + 局部损失作业：1-3、1-6、1-7、1-8、1-10、1-12、1-14、1-15、1-16。第二章 液压泵和液压缸教学目的：1、掌握泵的工作原理、分类、选用；2、了解液压缸的作用，掌握其基本的计算。 2-1 液 压 泵7一、泵的工作原理、作用和分类图 2-1 液压泵工作原理图依靠泵的密封工作腔的容积变化而实现吸油（容积由小变大）和压油 （容积由大变小）的，因而称为容积式泵。流量大小取决于密封工作腔的容积变化的大小和次数。与压力无关。分类： 低压泵 齿轮泵 定量泵压力 中压泵 结构 叶片泵 流量 变量泵高压泵 柱塞泵二、常用液压泵1、齿轮泵 图 2-2吸油：密封工作腔容积逐渐增大，形成真空，外部油在大气压力作用下被吸入。压油：密封容积逐渐缩小从而将齿间槽中的油液挤出。齿轮泵工作时吸油腔与压油腔压差较大，径向压力不平衡，通常采用缩小压油口的办法，相应减小径向力。所以，进、出口不能互换，旋转方向也不能改变。齿轮泵在中、低压系统中应用普遍，尤其压力为 25*105Pa 的齿轮泵齿轮泵为定量泵，流量不能调节。定量泵的职能符号：2、叶片泵： （1） 、单作用叶片泵：定子与转子偏心，转子每旋转一周，每个工作空间就完成一次吸油和排油，调节偏心距可达到调节泵的排油量。单作用叶片泵大多为变量泵。符号：（2） 、双作用叶片泵：定子内表面近似椭圆形，有两个吸油区和两个压油区对称布置。转子每转一周，每个工作空间完成两次吸、压油。双作用叶片泵大多为定量泵。叶片泵运转批平稳、压力脉动小、噪音小、制造容易，应用广泛。3、柱塞泵：定子与转子偏心，转子回转一周，每个油缸各吸、压油一次。柱塞泵具有功率范围大、效率高、输出压力高，便于调节的优点，多用于高压传动。 有定量泵和变量泵。8三、电动机功率液压泵由电机驱动，液压泵的选择：先选泵型，再根据应保证的压力和流量来确定具体规格。泵的最大工作压力：P 泵 K 压 *P 缸Pa 1.31.5 缸的最大工作压力 Pa泵的流量： Q 泵 K 漏 *Q 缸m3/s 1.11.3 所有液压缸所需最大流量之和选泵时应使实际选用泵的额定压力大于 P 泵 ，通常放大 25%；泵的额定流量只需略大于或等于 Q 泵 即可电动机功率： N 电 =（P 泵 *Q 泵 ）/（1000*） （KW）各种泵的总效率大致为：齿轮泵：0.60.7；叶片泵：0.60.75；柱塞泵：0.80.85。例 2-1，例 2-2。 2-2 液 压 缸输出执行元件 双作用式 双活塞杆式往复式油缸 单作用式 结构形式 单活塞杆式运动方式 回转式油缸 复活式一、双杆活塞缸及其基本计算图 2-7 其有效作用面积 A=（D 2-d2)/4往复运动速度相同： V=Q/（D 2-d2)/4)左右产生的牵引力相同： F=p(D 2-d2)/4 (N)例 2-3 活塞的运动速度只取决于流量大小而与压力无关。二、单杆活塞缸及其基本计算图 2-9 当向缸的左腔输入油液时：v1=Q/A =Q/D2/4 (m/s) F1=pA=pD2/4 (N)当向右腔（即有杆腔）输入油液时：v2=Q/(A-A2)=Q/(D2-d2)/4) F2=p(A-A2)=p(D2-d2)/4例 2-4 差动联接时活塞向右的速度：v=4Q/d 2差动联接时活塞向右产生的牵引力: F=pd 2/4 例 2-5 例 2-69三、油缸的密封、缓冲和排气1、密封主要指活塞、活塞杆和端盖的密封。常用密封圈图 2-12“O”形密封环结构简单，但磨损后不能自动补偿，多用于固定密封“Y”形密封环可利用油的压力使其紧贴在缸壁和活塞上，是一种具有自密封性能的密封装置，适用于往复运动的密封，广泛用于活塞和活塞杆密封。金属活塞环密封，泄漏较大，已较少采用。2、缓冲防止活塞与端盖发生撞击，方法有：（1） 、应用环状间隙实现缓冲。图 2-13（2） 、用节流阀和单向阀缓冲。图 2-14（3） 、用多油空实现缓冲。 图 2-253、排气：排出混入油缸的空气，排气口设在油缸安装位置确定后的端部最高处。图 2-16本 章 重 点 小 结1、液压泵为容积式泵，是依靠密封工作腔的容积变化而实现吸油和压油的。流量大小取决于密封容积变化的大小和次数，与压力无关。2、齿轮泵为中低压定量泵；叶片泵为中压泵，单作用式大多为变量泵，双作用式大多为定量泵。柱塞泵为高压泵。3、液压泵选择：先根据对泵的性能要求选泵的形式，在根据工作压力和流量来确定具体规格。4、电机功率： N 电 =p 泵 Q 泵 /10005、双杆活塞缸计算 v=4Q/(D 2-d2) F=p(D2-d2)/4单杆活塞缸计算：无杆腔输入 v 1=4Q/D2 F=pD2/4有杆腔输入 v 2=4Q/(D2-d2) F2=p(D2-d2)/4差动联接 v=4Q/d 2 F=pd2/4作业：2-1、2-2、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-11。第三章、液压控制阀及系统辅助装置教学目的：了解液压控制阀的结构；掌握各种阀的工作原理，各种阀的职能符号、用途；10了解液压系统辅助装置的应用。液压阀-对液体的流动方向、压力、流量进行调节或控制的液压元件方向控制阀 高压阀 管式连接作用分 压力控制阀 工作压力分 中压阀 阀与管路连接 板式连接流量控制阀 低压阀 图 3-1 法兰连接 3-1 方 向 控 制 阀控制液体流动方向。一、单向阀用于控制液体向某一方向流动。图 3-2 普通单向阀：只允许单方向流动图 3-3 液控单向阀：必要时，K 口通入压力油，油液也可反向通过。二、换向阀用于改变液流流动方向或接通、关闭油路。1、电磁换向阀：电磁铁通断来控制阀心移动从而改变阀体液流通道而实现改变液流方向。职能符号：小方框表示工作位置，方框