液气压传动课件概论.ppt

北京科技大学 第1章液压与气压传动概论冯明2009年初版2010年修订版2012年修订版2013年修订版 北京科技大学 液压系统的应用实例 北京科技大学 液压传动系统的工作原理 液压千斤顶 北京科技大学 平磨工作台 北京科技大学 气压传动系统的工作原理 北京科技大学 液压与气压传动系统的组成 北京科技大学 液压与气压传动的特点 1 液压传动的特点 1 具有大的功率密度或力密度 2 无级调速 3 工作平稳 便于实现频繁换向 4 易于实现过载保护 能实现自润滑 北京科技大学 5 易于实现自动化 6 易于实现系列化 标准化 7 无法保证严格的传动比 8 有较多的能量损失 传动效率相对低 9 对油温的变化比较敏感 10 液压传动在出现故障时不易诊断 北京科技大学 2 气压传动的特点 1 工作介质取之不尽用之不竭 对环境无污染 2 压力损失小 便于集中供气和远距离输送 3 对工作环境适应性好 4 动作速度及反应快 5 有较好的自保持能力 6 超负载工况下运行也能保证系统安全工作 7 工作压力低 仅适用于小功率的场合 8 速度稳定性差 9 噪声大 10 工作介质本身没有润滑性 北京科技大学 液压与气压传动的图形符号 液压与气压传动的图形符号按国家1993年制定的GB T786 1 93标准执行 几条基本规定 1 符号只表示元件的职能 连接系统的通路 不表示元件的具体结构和参数 也不表示元件在机器中的实际安装位置 2 元件符号内的油液流动方向用箭头表示 线段两端都有箭头的 表示流动方向可逆 3 符号均以元件的静止位置或中间零位置表示 当系统的动作另有说明时 可作例外 北京科技大学 液压工作介质的性质1 密度 m V kg m3 一般矿物油的密度为850 950kg m32 可压缩性和膨胀性可压缩性 液体受压力的作用而使体积发生变化的性质称为液体的可压缩性 膨胀性 液体受温度的影响而使体积发生变化的性质称为液体的膨胀性 液体的体积压缩系数k 北京科技大学 体积弹性模量K表示液体产生单位体积相对变化量时所需要的压力增量 K值说明液体抵抗压缩能力的大小 一般矿物油型液压油的体积弹性模量为K 1 4 2 103MPa 在工程计算中常取液压油的体积弹性模量K 0 7 103MPa左右 体积弹性模量 体积模量 用K表示 即 北京科技大学 液压弹簧刚度kh 北京科技大学 3 粘性及其表示方法实验表明 液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A和液层间的速度梯度du dy成正比 即 称为粘性系数或动力粘度 北京科技大学 在静止液体中 因速度梯度du dy 0 内摩擦力 也为零 所以液体在静止状态下不呈现粘性 液体粘性的大小用粘度来表示 常用的液体粘度表示方法有三种 即动力粘度 运动粘度和相对粘度 表示液体的内摩擦切应力 即液层间单位面积上的内摩擦力 则有 北京科技大学 1 动力粘度 动力粘度又称为绝对粘度 法定计量单位为Pa s 1Pa s 1N s m3 以前沿用的单位为P 泊 dyn s cm2 关系 1Pa S 10P 北京科技大学 2 运动粘度 液体的动力粘度 与其密度 的比值称为液体的运动粘度 即 运动粘度的法定计量单位为m2 s 以前沿用的单位为St 斯 关系 1m2 s 104St 106mm2 s cSt 厘斯 我国液压油的牌号就是用它在温度为40 时的运动粘度平均值来表示的 例 32号液压油 就是指这种油在40 时的运动粘度平均值为32mm2 s 北京科技大学 3 相对粘度相对粘度又称为条件粘度 它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度 我国采用恩氏度0E 0E t1 t2 被测液体与蒸馏水的时间比 一般用0E20 0E40和0E100标记 式中 的单位为m2 s 恩氏粘度与运动粘度之间的换算 北京科技大学 粘温特性 温度升高 粘度显著下降 液压油液的这种性质称为液压油液的粘温特性 粘温特性通常用粘度指数表示 液压油的粘度指数 ViscosityIndex VI 表明试油的粘度随温度变化的程度与标准油的粘度变化程度比值的相对值 粘度指数高 即表示粘 温曲线平缓 粘温特性好 一般液压油的粘度指数要求在90以上 优异的在100以上 北京科技大学 粘度指数在0 100之间计算公式 U 试油在40度时的动力粘度L 与试油在100度时粘度相同 VI 0的油在40度时的粘度 粘度随温度变化很大的油 H 与试油在100度是粘度相同 VI 100的油在40度时的粘度 粘度随温度变化很小的油 由于三种油 U L H 在100度时粘度相同 在40度时L油的粘度上升很大 而H油的粘度上升较小 所以L H 试油的粘度如果在温度从100度降低到40度时粘度上升小于H油 则U100 如果大粘上升大于H油 则U H 即VI 100 按上式算出的试油粘度指数超过100时 需用外延法粘度指数计算公式计算 记为VIe VI E 北京科技大学 对液压工作介质的要求1 合适的粘度 润滑性能好 并具有较好的粘温特性 2 质地纯净 杂质少 并对金属和密封件有良好的相容性 3 对热 氧化 水解和剪切有良好的稳定性 4 抗泡沫性 抗乳化性和防锈性好 腐蚀性小 5 体积膨胀系数小 6 对人体无害 对环境污染小 成本低 价格便宜 北京科技大学 第2章流体力学基本知识 北京科技大学 流量 在单位时间内流过某一通流截面的液体体积 以q来表示 q V t 其中V是液体的体积 t是时间 液流通过微小通流截面dA的流量则流过整个通流截面A的流量 1 流量和平均流速 北京科技大学 平均流速 可以得出通流截面A的平均流速 v q A 当通流截面上的通流面积一定时 平均流速由流量确定 北京科技大学 液体在管道中流动时有两种流动状态 层流和紊流 湍流 层流 液体质点互不干扰 液体的流动呈线性或层状 且平行于管道轴线 紊流 液体质点的运动杂乱无章 在沿管道流动时 除平行于管道轴线的运动外 还存在着剧烈的横向运动 液体质点在流动中互相干扰 2 液体的流动状态 北京科技大学 通过雷诺实验还可以证明 液体在圆形管道中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关 还与管道的直径d 液体的运动粘度 有关 实际上 液体流动状态是由上述三个参数所确定的称为雷诺数Re的无量纲数来判定 即 北京科技大学 对于非圆形截面管道 雷诺数Re为 水力直径dH 面积相等但形状不同的通流截面 其水力直径是不同的 圆形的最大 同心环状的最小 水力直径大 通流能力大 A 过流断面积 湿周 即有效截面的管壁周长 北京科技大学 雷诺数的物理意义 雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比 当雷诺数较大时 说明惯性力起主导作用 这时液体处于紊流状态 当雷诺数较小时 说明粘性力起主导作用 这时液体处于层流状态 北京科技大学 北京科技大学 3 1沿程压力损失 3 液体流动时的压力损失 3 2局部压力损失 北京科技大学 4 液流流经孔口和缝隙的流量 孔口根据它们的长径比可分为三种 当孔口的长径比l d 0 5时 称为薄壁孔 当0 5 l d 4时 称为短孔 当l d 4时 称为细长孔 4 1 1薄壁孔口流量d1 d 7时 收缩称为完全收缩 d1 d 7时 收缩称为不完全收缩 4 1孔口流量 北京科技大学 当时 它们可被认为时不变的常数 计算时可取平均值 当液流不完全收缩 d1 d 7 时 通过薄壁孔口得流量公式为 式中 北京科技大学 4 1 2细长孔口流量流经细长孔的液流 由于粘性而流动不畅 流速低 故多为层流 其流量计算公式为 北京科技大学 综合各孔口的流量公式 可归纳一个通用公式 式中 北京科技大学 4 2 1平行平板缝隙流量 4 2缝隙流量 当平行平板间没有相对运动时 0 其值为