四川理工学院液压传动及控制讲义

1、第 1 章 绪论生产机械一般由原动机、传动部分，控制部分和工作机构等组成。传动部分的传动类型：机械传动、电力传动、液体传动、气压传动及他们的组合（复 合传动）。液体传动 液压传动 利用液体的压力能来传 递能量液体传动 液力传动 利用液体的动能来传递 能量 本课程主要介绍以液体为工作介质的液压传动技术。1.1液压传动系统的工作原理及组成1.1.1液压传动系统的工作原理以如图 1.1所示的驱动机床工作台的液压系统为例。1、介绍液压传动系统的工作过程。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第1页简要说明进出油路线。四川理工学院 液压传动及控制讲义 第 2 页 二位三通换向阀 9 处于左位，

2、三位四通换向阀15处于中位，液压泵 4 的负载 为溢流阀 7，这时系统的压力为溢流阀7的调定压力。工作台固定不动。 三位四通换向阀 15 处于左位，工作台向右运动，并且可以通过调节节流阀13 的开口量大小调节工作台运动的速度。 三位四通换向阀 15 处于右位，工作台向左运动，并且可以通过调节节流阀13 的开口量大小调节工作台运动的速度。 二位三通换向阀 9 处于右位时，液压泵通过其卸荷，此时液压泵工作压力为零。2、往复运动和调速的实现方法。 往复运动：利用三位四通换向阀15的左位和右位。 调速：利用节流阀13调节流入液压缸 18的流量。3、液压泵出口压力（工作压力） 液压泵的出口压力大小取决于

3、其后所带的负载的大小。4、执行元件（液压缸）的速度 执行元件的速度取决于流入执行元件（液压缸）的流量。1.1.2液压传动系统的组成1、动力装置：机械能液压能 典型液压元件：液压泵2、控制调节元件：控制工作介质的流动压力、流量及方向，从而控制执行元件的 力（力矩） 、运动速度及运动方向。压力控制元件：溢流阀 ，减压阀，顺序阀典型液压元件 流量控制元件：节流阀 ，调速阀方向控制元件：单向阀 ，换向阀3、执行元件：液压能机械能 典型液压元件：液压缸，液压马达4、辅助装置：除动力装置、控制调节装置、执行元件以外的其他器件都称为辅助 装置。5、工作介质：用来传递压力能，并起到润滑和冷却的作用。液压传动系

4、统中通常 称为液压油液。1.2液压传动的特点1、与电动机相比，在相等体积下，液压装置能产生更大的动力。2、对速度的无级调节，且调速范围大。3、工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁的换向。厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义 第 3 页4、易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。5、易于实现自动化。6、易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。7、无法保证严格的传动比。8、传动效率低。9、对油温的变化比较敏感。10、液压传动系统在出现故障时不易诊断。1.3液压传动的概况1.3.1液压传动的现状（学生自学）1.3.2液压传动的发展高压，高速，大功率，高效率，低噪声，

5、长寿命，高度集成化、小型化与轻量化 一体化和执行元件柔性化等方面。1.4液压传动的图形符号液压元件的表示方法：图形符号（图 1.2）、半结构式（图 1.1）。 一般用图形符号表示液压元件，液压元件的图形符号由GB/T786.1-2001规定。在 图形符号不能表达或特殊需要时，才采用半结构式。1.5液压传动工作介质的性质和选择1.5.1液压工作介质的种类一、种类石油基液压油、合成液体、乳化液（水包油/油包水）二、石油基液压油 石油基液压油是以精炼后的机械油为基料，按需要加入适当的添加剂而制成。三、石油基液压油中使用的添加剂1、改善油液化学性质的添加剂，如抗氧化剂，防绣剂等2、改善油液物理性质的添

6、加剂，如增粘剂，抗磨剂等。1.5.2液压工作介质的性质（可压缩性/粘性）一、密度 单位体积的液体质量称为密度。一般认为密度不受温度和压力的影响。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第4页(1.7)(1.8)二、可压缩性和膨胀性 可压缩性指液体受压力的作用而使体积发生变化的性质。膨胀性指液体受温度影 响而使体积发生变化的性质。可压缩性的表示方法：液体的体积压缩系数k；液体的体积弹性模量K。 且K1/k。三、粘性及其表示方法1、液体在外力作用下，流动或有流动趋势时，液体内部分子间的内聚力要阻碍液体分子的相对运动，由此产生一种内摩擦力，这种现象称为粘性。2、液体粘性的大小用粘度来表示。液

7、体粘度有三种表示方法： 动力粘度 （Pa s）。又称绝对粘度 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：m2 / s不同运动粘度单位之间的换算关系：1m2/ s 104St 106cSt（厘斯） 在工程实际中经常用到液体的运动粘度。机械油的牌号用用40时，运动粘度（单位为cS）t的平均值来表示的。例如：VG32， 表示这种机械油在 40时运动粘度的平均值为32cS。t 相对粘度，又称条件粘度 我国常采用恩氏粘度。恩氏粘度与运动粘度之间的关系：7.31 E 6.31 10 6 m2 / sE3、粘度与液体压力和温度之间的关系。1.5.3对液压工作介质的要求（学生自学）1.

8、5.4液压工作介质的选择一、选择液压油液的类型 首选专用液压油。、选择液压油液的粘度根据液压泵的要求来确定液压油液的粘度；使用时注意控制液压油液的油温1.6液压传动工作介质的污染及控制液压油液的污染是液压系统发生故障的主要原因。厚德达理 励志勤工1.6.1工作介质污染的原因1、残留物的污染2、侵入物的污染3、生成物的污染1.6.2工作介质污染的危害1.6.3工作介质污染的控制1、减少外来的污染2、滤除系统产生的杂质3、控制液压油液的工作温度4、定期检查更换液压油液本章作业：1-11(P17，) 1-13(P18)四川理工学院液压传动及控制讲义第5页厚德达理 励志勤工第 2 章 液压传动流体力学

9、基础2.1液体静力学2.1.1液体的压力（指的是物理学中讲的压强 p=F/A）作用在液体上的力有两种：质量力和表面力 静止液体的压力的重要性质：1、方向：沿内法线方向作用于承压面；2、大小：液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。2.1.2静止液体中的压力分布一、分布特点：1、压力组成：质量力形成的压力和表面力形成的压力；2、静止液体内部的压力p 随液体深度h呈直线规律分布；3、距离自由液面深度相同的各点组成等压面，这一等压面为水平面。二、应用举例例 1：教材例2.1（P20。） （学生自学）重要结论：从例 2.1可以看出，表面力形成的压力远远大于质量力形成的压力，因 此，在液压传动系统中近似

10、地认为整个液体内部的压力是处处相等的，并且等于表面 力形成的压力。例 2：如图所示，有一直径为 d，重量为 G 的活塞侵在液体中，并在力 F 的作用 下处于静止状态，若液体的密度为，活塞侵入深度为h，试确定液体在测量管内的上 升高度x。四川理工学院液压传动及控制讲义第6页厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第7页解：活塞受力分析： 活塞受到向下的力：F 下 F G活塞受到向上的力：d2F上 g h x4 由于活塞在F作用下受力平衡，则 F下F 上 根据、式可得：x 4F2 G h d 2 g2.1.3压力的表示方法和单位压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。绝对压力：以绝对真空为

11、基准来进行度量的压力相对压力：以标准大气压为基准来进行度量的压力，高于大气压称表压力，低于 大气压称真空度。压力的法定计量单位是帕（Pa），1Pa=1N/m2。1at（工程大气压，即Kgf/cm2）=1.01972105帕。1atm（标准大气压）=0.986923105帕。2.1.4静止液体中的压力传递一、帕斯卡原理 在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。二、应用举例 例1：P22，例 2.4例 2：液压缸直径 D 150mm，柱塞直径 d100mm，液压缸中充满油液。如果柱 塞上作用着 F50000N的力，不计油液重量，求图示两种情况下液压缸中的的压力分 别等于多少？

12、厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第8页解：如图a）所示，p1所以：p14F柱塞受力平衡，假设液压缸中的压力等于p1，则：4 50000 6.37 106 MPa3.14 0.12F p2 4D2 d 2D2p2 43.14 0.12如图 b）所示，柱塞缸受力平衡，假设液压缸中的压力等于p2，则：所以： p2 4F 4 50000 6.37 106 MPa2.1.5液体静压力作用在固体壁面上FPA（学生自学）2.2液体动力学 液压传动技术关注的问题：整个液体在空间某一特定点处或特定区域的平均运动 情况。2.2.1基本概念一、理想液体，定常流动和一维流动1、理想液体：既无粘性又不可

13、压缩的假想液体称为理想液体。2、定常流动：液体流动时，如果液体中任一空间点处的压力、速度和密度等都不 随时间变化，则称这种流动为定常流动（或稳定流动，恒定流动）。3、一维流动：当液体整个作线性流动时，称为一维流动。 二、流线，流管和流束1、流线是流场中一条条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态。2、流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一 点作流线，由这些流线组成的表面称为流管。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第9页0.102m/ s3、流束：流管内的流线群称为流束。三、通流截面，流量和平均流速1、通流截面：在流束中与所有流线正交的截面称为通

14、流截面。2、流量：在单位时间内流过某一截面的液体的体积称为体积流量，简称流量。3、平均流速：假设通过某一通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此均布流速 v流过此通流截面的流量等于以实际流速u 流过的流量，即：q udA vA所以，通流截面上的平均流速：v q A2.2.2连续性方程一、连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种具体的表现形式。 液体在同一连通管道内作定常流动的连续方程： q vA const 常数 即：在同一连通管道内，任意两个通流截面的流量相等，并且等于平均流速与通 流截面的面积之积。二、应用举例例 1：如图 2.10 所示，已知流量 qt25L/min，小活塞杆

15、直径 d1 20mm，小活塞 直径 D175mm，大活塞杆直径d2=40mm，大活塞直径D2125mm，假设没有泄漏流 量，求大小活塞的运动速度v1，v2。（P25，例 2.5）解：根据液体在同一连通管道中作定常流动的连续方程q vA ，求大小活塞的运 动速度 v1，v2。q125L/ min14 D12 d1241 3.14 752 202 mm2厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 10 页q1 D224212 v1D11 4 11 D22420.037m / s压力损失沿程压力损失 局部压力损失2.2.3伯努利方程1、理想液体作恒流流动时，任意微元体具有的三种能量形式：压力

16、能(p/)g、位 能(z)、动能(u2/)g。2、根据能量守恒和转换定律，液流微元体具有的三种形式的能量可以相互转换， 在三者的总和为定值。所以，理想液体伯努利方程：p/gzu2/gconst常( 数)(2.13)3、实际的液体： 在流动过程中会产生能量损耗(粘性存在产生的内磨擦力；管 道形状和尺寸骤然变化使液体产生扰动，消耗能量)。 用平均流速 v代替实际流速u。 引入动能修正系数.。所以实际液体的伯努利方程：22p1/gz11v1 /gp2/gz22v2 /g+hw(2.14)hw能量损耗；1、2动能修正系数。4、伯努利方程应用举例(学生自学)2.2.4动量方程1、动量方程是动量定律在流体

17、力学中的具体应用，利用动量方程可以求解在某一 方向上，液流对通道固体壁面的作用力。2、作恒定流动的液体的在某一方向上的动量定理：FxFx q 1v1x 2v2x(2.25)2.3液体流动时的压力损失2.3.1液体的流动状态一、液体的流动状态1、层流：层流时，液体的流速低，液体质点受粘性约束，不能随意运动，粘性力 起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上。2、紊流：紊流时，液体的流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用， 液体的能量主要消耗在动能损失上。厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义第 11 页(2.26)(2.33)(2.34)v22(2.35)(2.36

18、)、液体在管道中流动状态的判断依据：临界雷诺数Recr1、雷诺数 ReRe vd2、临界雷诺数Recr液流由层流转变为紊流时的雷诺数和用紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后 者的数值小，所以一般用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Recr。三、常见液流管道的临界临界雷诺数P32，表 2.2所示。2.3.2沿程压力损失1、层流时的沿程压力损失64 l v2 64 l v2l v2pdv d 2 Re d 2 d 2 为沿程阻力系数。层流时，与雷诺数Re有关。2、紊流时的沿程压力损失 p l v2 pd2为沿程阻力系数，紊流时，除与雷诺数有关外，还与管壁的粗糙度有关，即： f Re,

19、 /d 。2.3.3局部压力损失一、局部压力损失产生的原因 液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和流速发生变化，在这些地方形成旋涡、气穴、并发生强烈的撞击现象，由此而造成 的压力损失称为局部压力损失。二、局部压力计算公式1、计算公式一为局部阻力系数。2、计算公式二厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义第 12 页(2.37)(2.39)4d4q 128 l p(2.41)pn为阀在额定流量qn下的压力损失(可以从阀的产品样本或设计手册中查出) qn为通过阀的额定流量 q为通过阀的实际流量、应用举例例1：P35，例 2.8 提示：圆管层流时，动能修正

20、系数2，动量修正系数 4/3。圆管紊流时，动能修正系数1.05，动量修正系数 1.042.4孔和隙缝流量2.4.1孔口流量1. 薄壁孔口流量(l/d 0.5：)2 p 2 p q A2v2 CvCe ATCqAT流量系数Cq查P37，图 2.202、短孔孔口流量 短孔流量计算公式仍是式(2.39)，只是流量系数Cq查 P37，图 2.21。3、细长孔口流量4、各种孔口通用流量计算公式(主要用于定性分析)q CAT p (2.42)5、孔口流量计算应用举例例：圆柱形滑阀如图所示，已知阀心直径d2cm，进口处压力p198105Pa，出53口处压力 p295105Pa，油的密度为900kg/m3，阀

21、口的流量系数Cq0.65，阀口开 口度 x=0.2cm。求通过阀的流量 q。一、整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，2.3.4 管路系统总压力损失即：p p p厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 13 页2 3 105900332.1 10 3m3 /s(2.45)解：阀口类型：薄壁孔口 薄壁小孔流量计算公式：已知：流量系数Cq0.65；密度为 900kg/m3通流截面为底面直径为d，高度 x 的圆柱面，所以通流截面积：224 2ATd=x3.1421020.2 1021.26 104m2阀口两端的压差：5 5 5pp1p2=9810 9510

22、310 Pa注意：在计算的时候一定要单位统一，建议采用国际单位：力(N)、长度(m)、时 间(s)、质量(kg)2.4.2隙缝流量一、平行平板隙缝流量1、压差流量：由于隙缝前后存在压差引起的液流流量。对于平行平板的压力流动的流量为：1b2h l p。2、剪切流量：由于构成隙缝的平板的相对运动引起的液流流量。对于平行平板的压力流动的流量为： u0 bh 。23、平行平板隙缝流量等于压差流动与剪切流动之和，即：bh3u0q p 0 bh12 l2、圆环隙缝流量1、流过同心圆环隙缝的流量，将d取代平行板隙缝公式(2.45)中的 0.65 1.26 10 4b，则有：厚德达理 励志勤工四川理工学院液压

23、传动及控制讲义第 14 页dh312 lu0 dh2(2.49)应用举例：P39，例 2.9(学生自习)2、流过偏心圆环隙缝的流量(2.51)3、圆环平面隙缝流量(2.52)h3 q r p 6 ln r1注意：圆环平面隙缝流动的流量只有压差流量，无剪切流量；圆环平面隙缝得位2.5空穴现象和液压冲击2.5.1空穴现象一、空穴现象的定义：当流动液体中某处的压力低于空气分离压时，原先溶于液 体中的空气就会分离出来，产生大量气泡，这种现象称为空穴现象。二、空穴现象易发处：阀口和液压泵的进口处。三、空穴现象的危害(P51)1、液体在低压部分产生空穴后，到高压部分气泡又重熔解于液体中，周围得高压 液体迅

24、速填补原来的空间，形成无数微小范围内的液压冲击，这将引起噪声，振动等 有害现象。2、液压系统受到空穴引起的液压冲击而造成零件得损坏。3、空穴现象使液体中带有一定量的气泡，从而引起流量的不连续及压力的波动。dh312 lp1 1.5 2 u0 dh2厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 15 页(2.91)2、运动部件制动时的液压冲击At(2.92)四、减小空穴和气蚀的措施(P51)1、减小孔口或隙缝前后的压力降。2、降低泵的吸油高度，适当加大吸油管直径，限制吸油管的流速，尽量减小吸油 管路中的压力损失。自吸能力差的泵要安装辅助泵供油。3、管路要有良好的密封，防止空气进入。4、提高

25、液压零件的抗气蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗 糙度值等。2.5.2液压冲击一、液压冲击的定义 液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。二、液压冲击的危害(P51)1、液压冲击损坏密封装置、管道或液压元件，还会引起设备振动，产生很大噪声。2、有时液压冲击会使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等，产生误动作，影 响系统正常工作。三、液压冲击产生的原因(P51)阀门突然关闭或运动部件快速制动等情况下，液体在系统中得流动会突然受阻， 使得运动部件的动能在动能和压力能之间反复地进行转换，形成压力振荡(由于磨擦力 和管壁弹性力不断消耗能力，压力振荡逐渐衰减，趋向

26、稳定)。四、冲击的计算。1、管道阀口关闭时的液压冲击五、减小液压冲击的措施1、尽可能延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。2、正确设计阀口，限制管道流速及运动部件速度，使运动部件制动时速度变化比 较均匀。例如：机床液压传动系统中，管道流速限制在4.5m/s以下，液压缸驱动的运 动部件速度不宜超过10m/min等。3、在某些精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油腔在换向阀回到中位时瞬 时互通。mv第 16 页4、适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义5、采用软管，增加系统的弹性，以减少压力冲击。作业：P53 2-7 P54 2-12第 3 章 液

27、压传动动力元件动力元件是液压系统的核心，它的性能直接影响到系统是否正常工作。其作用是 将机械能转换为液体的压力能，再输出到液压系统中去。典型的动力元件：液压泵。3.1概述3.1.1液压泵的工作原理一、液压泵的工作原理厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 17 页1、液压泵的工作原理：依靠密闭工作腔容积的交替变化来实现吸油和压油，称为 容积式液压泵。2、图形符号注意：输入的是机械能（T，n）；输出的是液体的压力能（p，q）二、构成液压泵的基本条件1、密闭的工作腔2、密闭工作腔容易交替变化。容积增大时与吸油腔相通；容积减小时与压油腔相 通。3、吸、压油腔要互相分开并且具有良好密封性。

28、3.1.2液压泵的性能参数一、压力：工作压力和额定压力1、工作压力p 是指液压泵在实际工作时输出油液的压力值，即液压泵出油口处压 力值，也称系统压力。它取决于负载的大小。2、额定压力 pn是指在保证液压泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵 连续长期运转时允许使用的压力最大限定值。二、流量和排量1、排量 V是指在无泄漏的情况下，泵每转一转所能排出的液体的体积。常用单位： 3mL/r。国际单位：m3/r。2、流量是指单位时间内泵输出的油液的流量，常用单位：L/min。国际单位：m3/s。 液压泵的流量又分为：理论流量qt，实际流量q、额定流量qn和瞬时流量 qin。 理论流量 qt 是指在

29、无泄漏的情况下，单位时间泵所能排出液体的体积。理论流量 与排量、转速的关系：qtVn。实际流量q 是指泵工作时的输出流量。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 18 页pvqqtq qt kl pqtqtqt(3.7)pmTtT(3.10)pv pm(3.11)额定流量 qn是泵在额定转速和额定压力下输出的流量。 瞬时流量qin是泵在每一瞬时的流量，一般指泵瞬时理论(几何)流量三、功率1、理论功率：Ptp qtTt2nTt2、输入功率：PiT2nT3、输出功率：Pop q四、效率液压泵的输入功率Pi到输出功率 Po总会有能量损失。这个能量损失包括：容积损失和机械损失1、容积损失，

30、是由于泄漏、空穴和液体受压力而被压缩引起的流量上的损失。容积损失用容积效率 pv 来表征。一般认为泄漏量q与泵的工作压力 p近似成线性关系。因此由公式(3.7)可以看出 容积效率与工作压力p成线性关系。2、机械效率，是由于泵内摩擦而引起的转矩上的损失。机械损失用机械效率pm 来表征。3、总效率，泵的总效率是泵的输出功率Po与输入功率Pi之比。即：PoPoPtpqTtqTtPiPtPipqtTqtT由公式(3.11可) 以看出，总效率等于容积效率pv和机械效率 pm的乘积五、应用举例例1：P59，例 3.1(学生自学)例 2 ：设液压泵转速 n 950r/min，排量为 Vp 168mL/r。在

31、额定压力 pn=295105Pa 和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总效率为0.87，求：1)泵的理论流量 qt；2)泵在额定工况下，泵的容积效率pv3)泵在额定工况下，泵的机械效率pm4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率5)泵在额定工况下，驱动泵的转矩解：1) 泵的理论流量 qt分析：理论流量计算公式：qt=Vpn； qt=q/pv。由于已知排量Vp 和转速 n，所厚德达理 励志勤工四川理工学院以用公式。即：液压传动及控制讲义第 19 页qpvqtqt=Vpn=168 mL/r 950r/min159.6L/min2)泵在额定工况下，泵的容积效率pv分析：容积效率计

32、算公式： pvq/qt； pvp/pm。由于已知理论流量和实际 流量，所以用公式，即：150L / min0.94159.6L/min3)泵在额定工况下，泵的机械效率pm 分析：机械效率计算公式： pmTt/T； pmp/pv。由于已知总效率和容积 效率 pv，所以用公式，即：pmp/pv0.87/0.94=0.834)泵在额定工况下，所需电机驱动功率 分析：电机驱动功率即液压泵的输入功率Pi，输入功率的计算公式：PiT 2n；T PiPo/pq/。由于已知实际流量q、工作压力p及总效率，所以用公式。 即：Pi Po pq 295 105P0a.87157L/min 84.77kW5)泵在额定

33、工况下，驱动泵的转矩 分析：驱动泵的转矩即实际转矩T。实际转矩的计算公式： TTt/pm； TPi/2n。由于已知输入功率、转速，所以选用公式，即：Pi84.77kWT i 852.5N m 2 n 2 3.14 950r /min注意：液压泵各性能参数之间的联系。3.2齿轮泵3.2.1齿轮泵的工作原理一、结构简图 明确外啮合齿轮泵的构成。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 20 页、齿轮泵的工作原理1、密闭工作腔：两端盖、泵体内表面、齿轮外表面。2、密闭工作腔容积交替变化：齿轮旋转过程中轮齿反复的进入、脱离啮合。进入 啮合一侧为压油腔，脱离啮合一侧为吸油腔。3、吸、压油腔分开

34、。啮合点沿啮合线移动，将吸、压油腔分开。所以齿轮泵没有 专门的配油盘。3.2.2齿轮泵的排量和流量1、排量2V 6.66Zm2 B (3.13)厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 21 页2、流量平均流量：q Vn pv 6.66Zm2 Bn pv 注意：齿轮泵的瞬时流量是脉动的，流量脉动的大小用流量脉动率来表征。并且 齿数越少，流量脉动率越大，相同情况下，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。3.2.3齿轮泵的结构特点一、泄漏 外啮合齿轮泵压油腔的压力油泄漏到低压腔去的三条途径：1、泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏。漏油量占总漏油量的10%15%左右。 2、齿面啮合处间隙的泄漏。漏

35、油量很少。3、齿轮端面间隙的泄漏。漏油量占总漏油量的70%75%左右。是齿轮泵泄漏的主要途径二、径向不平衡力1、产生径向不平衡力的原因：由于压油腔和吸油腔之间存在压差，泵体内表面与 齿顶之间的径向间隙，使压油腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力。这些液压力的合力F 就是作用在轴上的径向不平衡力。径向不平衡随着齿轮泵压力提高而加剧。（如图3.6 所 示）2、径向不平衡力的危害 使轴弯曲，从而引起齿顶与泵壳体相接触，产生磨损，降低轴承寿命。3、减小径向不平衡力及危害的方法 缩小压油口的直径。 增大泵体内表面与齿顶圆的间隙，使齿轮在径向不平衡力作用下，齿顶也不能 和泵体相接触厚德达理 励志勤工四川理工学院

36、 液压传动及控制讲义第 22 页 开压力平衡槽。此法较小了径向不平衡力，但使内泄漏增加，容积效率降低，使用少。（如图 3.7所示）三、困油现象1、困油现象产生的原因 为了保证齿轮平稳地啮合运转，吸、压油腔严格地密封以及连续均匀地供油，根 据齿轮啮合原理，必须使齿轮的重合度1（1），这样就使得齿轮泵在工作时总有两 对轮齿同时进入啮合，形成一个封闭容腔（困油区）。2、困油区的特点 困油区容积先随着齿轮转动逐渐减小，然后又逐渐增大。3、困油现象的危害 困油区容积减小会使被困油液受挤压而产生高压，并从隙缝中流出，导致油液发 热，轴承等机件受到附加的不平衡负载；困油区容积增大又会造成局部真空，产生空 穴

37、现象。4、消除困油的方法：在两端盖板上开一对矩形卸荷槽 开卸荷槽的原则 困油区容积减小时，使卸荷槽与压油腔相通；困油区容积增大时，使卸荷槽与吸 油腔相通；保证压油腔、吸油腔任何时候都不能通过卸荷槽直接相通；保证能够彻底 消除困油现象。 根据以上原则，无变位的标准齿轮泵，卸荷槽的间距应为：2a pb cosmcos （3.18）式中：为齿轮分度圆上的压力角。pb为标准齿轮的基节。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 23 页3.2.4提高外啮合齿轮泵压力的措施1、限制外啮合齿轮泵压力提高的原因是泄漏，而外啮合齿轮泵泄漏的主要途径是 端面泄漏。所以，要提高外啮合齿轮泵的压力就要减小端

38、面泄漏。2、减小端面泄漏的方法：齿轮端面间隙自动补偿装置。3、常见的齿轮端面自动补偿装置：浮动轴套（P65，图 3.10）或弹性侧板。3.2.5内啮合齿轮泵（学生自学）3.2.6螺杆泵（学生自学）3.3叶片泵叶片泵按结构来分有：双作用叶片泵、单作用叶片泵。单作用叶片泵主要作变量 泵；双作用叶片泵作定量泵。3.3.1双作用叶片泵一、双作用叶片泵的工作原理1、结构简图（P67，图 3.14）明确双作用叶片泵的构成。2、双作用叶片泵的工作原理 密闭工作腔：由相邻两叶片、定子、转子、两端配油盘构成。 密闭工作腔容积交替变化：定子内表面曲线吸油：如图3.15所示，转子逆时针旋转，右上、左下1/4周，密闭

39、工作腔容积，厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义第 24 页产生局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：右下、左上 1/4周，密闭工作腔容积，压力，油液受挤压，进入液压系统， 实现压油。转子每转一转，密闭工作腔吸油、压油两次。所以称为双作用叶片泵。 吸、压右腔分开是通过配油盘来实现的。二、双作用叶片泵的排量和流量（学生自学）三、双作用叶片泵的结构特点1、定子工作表面曲线 定子工作面曲线组成：两端大半径为R的圆弧b1，b2和两段小半经为r 的圆弧 a1，a2，以及圆弧之间的四段过渡曲线b1a2和 a1b2 组成。（如图 3.17，所示）厚德达理 励志勤工Z

40、 相邻叶片间的夹角(3.23)四川理工学院 液压传动及控制讲义 第 25 页 对过渡曲线的要求：保证叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀， 并且使叶片在过渡曲线和圆弧的交界处的加速度突变较小。 常用过渡曲线：阿基米德螺线，等加速等加速曲线等。2、配油盘 封油区夹角 卸荷三角槽 原因：当相邻两叶片从定子封油区突然转入压油窗口时，其油液迅速达到泵的 输出压力，油液瞬间被压缩，使压油腔中油液倒流进来，泵的瞬时流量较少，引起流 量脉动和噪声。位置：卸荷三角槽开在从定子封油区进入压油窗口一边厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义 第 26 页尺寸：卸荷三角槽的尺寸通常由实验来确定。

41、环形槽使叶片根部始终与压油腔相通。 吸、压油区对称分布，径向液动力基本平衡，使泵轴及轴承的寿命长。所也称 为平衡式叶片泵。3、叶片倾角 叶片倾角的方向及大小：沿旋转方向向前，一般1012 叶片倾角的作用：使叶片的压力角减小，保证叶片在转子槽中能够灵活移动， 较少磨损。（见图 3.22）四、高压双作用叶片泵的结构特点 即：提高双作用叶片泵压力的措施。 1、减小泄漏。端面间隙自动补偿（同齿轮泵）2、较小叶片对定值内表面的作用力 由于 FpA，所以要减小作用力，就必须减小p或 A。 减小作用在叶片底部的油压力。（减小 p） 减小叶片底部受压力油作用的面积。（ 减小 A） 采用双叶片结构。（减小 p）

42、 采用复合叶片（子母叶片） 结构 （减小 p）3.3.2单作用叶片泵一、单作用叶片泵的工作原理1、密闭工作腔：由相邻两叶片、定子、转子、两端配油盘构成2、密闭工作腔容积交替变化：定子和转子之间的偏心。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 27 页吸油：如图3.25所示，转子逆时针转动，在右侧 1/2周，密闭工作腔容积，产生 局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：在左侧1/2周，密闭工作腔容积，压力，油液受挤压，进入液压系统，实 现压油。转子每转一周，实现一次吸油和压油。所以称为单作用叶片泵。3、吸、压右腔分开是通过配油盘来实现的。二、单作用叶片泵的排量

43、和流量（学生自学）三、单作用叶片泵的结构特点 1、定子和转子偏心：通过改变偏心量可以改变单作用叶片泵的排量，因此可以把 单作用叶片泵做成变量泵。2、叶片倾角 叶片倾角的方向及大小：沿旋转方向向后，一般2030 叶片倾角的作用：使叶片所受的惯性力和叶片的离心力等的合力与转子中叶片 槽的方向一致，以免叶片叶片伸出受阻。（如图3.26 a所） 示）3、配油盘 吸油腔一侧，叶片根部与吸油腔相通；压油腔一侧，叶片根部与压油腔相通。 吸、压油腔分布不对称，称为非平衡式叶片泵，或非卸荷式叶片泵。3.3.3单作用变量叶片泵限压式变量叶片泵一、限压式变量叶片泵的工作原理与特性1、外反馈限压式变量叶片泵厚德达理

44、励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义 第 28 页 通过偏心调节螺钉 1，使定子、转子之间具有偏心 e0（它决定泵的最大流量）； 调节预紧力调剂螺钉2，使限压弹簧有一个预压缩量x0。 当系统压力较小，且 pAKsx0，即： p Ksx0 。定子向右移动x，偏心量 e=e0 Ax，泵的流量 q 减小； 当偏心逐渐较小为量时，液压泵出口压力达到最大 pc。此时，弹簧的压缩量为 xx0e0。且有 pcAKs（x0e0），即：pcKs（x0e0）/A。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 29 页2、内反馈限压式变量叶片泵 吸、压油窗口相对泵中心线y 不是对称的，存在偏角。 依靠压油

45、腔压力直接作用在定子上来控制定子和转子之间的偏心二、限压式变量叶片泵的压力流量特性（图 3.31）1、当p pb时，定量泵（AB 段）。2、当 p pb时，变量泵，并且p，q （BC段）。3、BC段的斜率与 Ks的关系：Ks,BC越平缓；Ks,BC越陡。4、调节流量调节螺钉1，可以改变偏心e0，改变最大流量qmax。使AB 段上下平 移；调剂预紧力调节螺钉 2，可以改变弹簧预压缩量x0，改变拐点压力pb和最大压力 pc，使 BC段左右平移。三、限压式变量叶片泵的应用用于执行机构需要快慢速的液压系统。常与调速阀构成限压式变量叶片泵调速 阀容积节流调速回路3.4柱塞泵厚德达理 励志勤工四川理工学院

46、 液压传动及控制讲义 第 30 页柱塞泵的特点：工作压力高；易于变量（变量泵）；流量范围大。3.4.1 径向柱塞泵一、径向柱塞泵工作原理1、密闭工作腔：由配油轴、柱塞孔、柱塞构成。2、密闭工作腔容积交替变化：定子和转子之间的偏心。吸油：如图3.32所示，转子顺时针旋转，在上面1/2周，密闭工作腔容积，产生 局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：在下面1/2周，密闭工作腔容积，压力，油液受挤压，进入液压系统，实 现压油。注意：配油轴固定不动。3、吸、压油腔通过配油轴分开。二、径向柱塞泵排量和流量（学生自学）三、阀配流径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的配油方式：轴配油（图

47、 3.32）、阀配油（图 3.33）1、密闭工作腔：由单向阀4、5及柱塞 2，阀体孔构成2、密闭工作腔容积交替变化：偏心轮的偏心旋转运动。吸油：如图3.33，当偏心e从 eminemax时，密闭工作腔容积，产生局部真空， 油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔，实现吸油。压油：当偏心e从 emaxemin时，密闭工作腔容积，压力，油液受挤压，进入液 压系统，实现压油。3、吸、压油腔通过单向阀4、5分开。厚德达理 励志勤工3.4.2 轴向柱塞泵（简要介绍）一、轴向柱塞泵的工作原理1、斜盘式（图 3-34）2、斜轴式改变缸体轴线与斜盘法线之间的夹角，可以做成变量泵。二、轴向柱塞泵的排量和流量（学生

48、自学）三、轴向柱塞泵的结构（学生自学）3.5各种液压泵的性能比较及应用（学生自学）作业：P95 3-5 3-9 3-10 3-17厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 31 页q cv4q cvD2 d 2(3.1)第 4 章 液压传动执行元件 （ 液压缸、液压马达 ）4.1液压缸的分类和特点按照液压缸的结构特点不同分为：活塞式、注塞式、摆动式4.1.1 活塞缸活塞式液压缸按结构形式分为：双杆活塞缸、单杆活塞缸活塞式液压缸的固定方式分为：缸筒固定、活塞杆固定 一、双杆活塞杆1、固定，活塞缸的运动范围是活塞有效行程的3倍；活塞固定，活塞缸的运动范 围是活塞有效行程的2倍。2、活塞缸

49、的速度和推力22F p1 p2 A cm p1 p2 4 D2 d2 cm (3.2)厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 32 页1、F12、四川理工学院液压传动及控制讲义第 33 页、单杆活塞缸无杆腔进油（图 4.2 a所） 示）q cvv1F23、4q cv2A1D 2(4.3)2 2 2p1A1 p2A2 cm p1 4 D p2 4 D dcmcm4 D2 p1 p2 4 d2p2 cm有杆腔进油（图 4.2 b所） 示）q cv v2A14q cvD 2 d2p1A2 p2A1 cmp1 4 D2 d2 p2 4 D2224 D2 p1 p2 4 d2p1cmcm(4

50、.4)(4.5)(4.6)差动连接（图 4.3所示）厚德达理 励志勤工(4.8)q cv 4q cvA1 A2d 22 2 2 2F3 p1 A1 A2 cm p1 D D d cm d p1 cm (4.9)4 4 4注意：差动连接时，活塞向有杆腔一方运动(缸体固定)；差动连接用于快进与快退速度相同的场合。差动连接实现快进，有杆腔进油实现快退，即v2=v3，则：D 2d 。三、活塞缸的安装和选用(学生自学)四、应用举例1、活塞缸并联例：图示液压系统，液压缸活塞的面积 A1A2 A320cm2，所受的负载 F1 4000N，F26000N，F38000N，泵的流量 q，试分析：1)三个液压缸是

51、怎样动作的？2)液压泵的工作压力有何变化？3)各液压缸的运动速度？解：推动液压缸运动所需的压力：四川理工学院液压传动及控制讲义第 34 页F14000 6p1 1 4 2 106 N m 2MPa1A1 20 10 4 推动液压缸运动所需的压力：厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 35 页v1v2v3q20 10 425q 102q1 12L / min2A1100cm22 10 2m/sF26000 6p2 2 4 3 10 N m 3MPa2A2 20 10 4推动液压缸运动所需的压力：p3 F38000 4 4 106 N m 4MPa3A3 20 10 41)三个缸的动

52、作顺序：缸、缸、缸。2)液压泵的工作压力变化： 缸运动时，液压泵工作压力p2Mpa。 缸运动时，液压泵工作压力p3Mpa。 缸运动时，液压泵工作压力 p4Mpa。 三缸运动都停止时，液压泵工作压力p5Mpa。3)各个液压的运动速度：总结：液压缸并联时，负载最小的液压缸最先动作；当一个缸在运动时，其他液 压缸静止，液压泵输出的流量全部流入运动的液压缸。2、液压缸串联 图示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A1100cm2，有杆腔面积 A2 80cm2，缸 1输入压力 p1=9105Pa，输入流量 q1=12L/min，不计损失和泄漏，求：1)两缸承受相通负载时(F1=F2)，该负载的数值

53、及两缸的运动速度？12)缸2的输入压力时缸1的一半时(p2 12 p1)，两缸各能承受多少负载？3)缸1不承受负载时(F1=0)，缸 2能承受多大的负载。厚德达理 励志勤工解：1) 求 F1、F2？F1 F2p1A1 p2A2 F1F1 F2 5KNp2 A1 F2求两个的运动速度v1，v2？v2四川理工学院v1A2A1v1 80cm2100cm2液压传动及控制讲义1.6 10 2m/s12） 已知： p2 p1 ，求 F1、F2？21 p2 2 p1p1A1 p2A2 F1p2 A1 F2F1 5.4KNF2 4.5KN3) 已知F10，求 F2？F1 0p1A1 p2A2 F1F2 11.

54、25KNp2 A1 F2第 36 页总结：液压串联时，求速度时，前一液压缸的输出为后一液压缸的输入；求力时 对每一个液压进行受力平衡分析。4.1.2 柱塞缸（简单介绍）1、柱塞缸只能制成单作用缸，要实现往复运动，则必须使用两个柱塞缸。回程可 用缸径较小的柱塞缸。2、柱塞缸可用于大型或超长行程的场合。（这时活塞缸不易实现）3、柱塞缸的输出力F 及运动速度 v的计算公式v q cvv 2 cvD2(4.10)(4.11)44.1.3 摆动缸1、摆动缸输出转矩并实现往复摆动，它有单叶片和双叶片两种形式。如图4.7所 示。厚德达理 励志勤工(4.12)(4.13)2、摆动液压缸的摆动轴输出转矩T和角速

55、度 的计算公式T Zb D 2 d 2 p1 p2 cm88q cvZb D 2 d24.2其它型式的常用缸（学生自学）1、增压缸2、多级缸3、齿条活塞缸4、气液阻尼缸4.3缸的结构液压缸一般由缸体组件（缸筒、缸盖等）、活塞组件（活塞、活塞杆等）、密封件和连 接件、缓冲装置和排气装置等五部分组成。厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 37 页四川理工学院液压传动及控制讲义第 38 页4.3.1缸体组件1、缸体组件的组成缸体组件通常由缸筒、缸盖、缸底、导向环和支承环等组成。2、缸体组件的连接形式（缸筒和缸盖）3、导向套对活塞杆或活塞气导向的和支承的作用4.3.2活塞组件活塞组件由活

56、塞、活塞杆和连接件等构成。一、活塞组件的连接形式（活塞与活塞杆）厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 39 页1、螺纹式连接结构。如图4.21 a)2、半环式连接结构。如图4.21 b)3、整体式结构4、焊接式结构5、锥销式连接二、活塞和活塞杆的材料 活塞一般用铸铁或钢制造，要求有一定强度和良好的耐磨性。活塞杆用钢制造，它必须有足够的强度和刚度，并要求其表面耐磨、防绣。因此 表面需镀铬。三、活塞的密封形式a) O形密封圈密封 b) L形密封圈密封 c)Y形密封圈密封 d) 小 Y 形密封圈密封四、活塞杆伸出端结构1、液压缸常用的伸出端端盖结构(如图 4.23所示)2、活塞杆头部的

57、连接形式(如图 4.25所示)厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 40 页内、外螺纹连接常用于标准化液压缸；双耳环连接、半耳连接多用于非标准化液 压缸。4.3.3缓冲装置1、缓冲原理：使活塞或缸筒在其走向行程终端时，在出口腔内产生足够的缓冲压 力，即增大工作介质出口阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。2、液压缸中常用的缓冲装置4.3.4排气装置1、排气装置一般都是安装在液压缸的最高部位处。2、应用场合：速度稳定性要求高的液压缸和大型液压缸。3、排气装置的两种结构形式：排气阀和排气塞。4.4液压缸的设计厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 41 页4

58、.4.1缸主要尺寸的计算对于活塞缸，缸主要尺寸指：1、缸内径 D和活塞杆直径。根据最大总负载Fmax和选取的工作压力p 来确定。2、液压缸的缸筒长度。由活塞最大行程，活塞长度，活塞导向长度，活塞杆密封 长度和特殊要求的的其它长度确定。活塞长度B=（0.61.0）D；导向套长度 A（0.6 1.5）d；液压缸缸筒的长度不应大于内径的2030倍。3、缸的进出口直径d0。v为液压缸配管内液体的平均流速（一般取 v45m/s）。注意：缸的进出口直径d0是一个标准值。计算出来之后需圆，然后整按照标准选 取。4.4.2缸的强度计算和校核（学生自学）1、缸筒壁厚的计算2、活塞杆直径的校核3、液压缸固定螺栓直

59、径计算4、活塞杆稳定性计算。4.5缓冲装置的设计计算4.5.1缓冲装置的工作原理（学生自学）4.5.2液压缸缓冲装置的设计计算一、缓冲装置的设计计算主要是确定：缓冲行程l（缓冲柱塞的长度）、缓冲柱塞直 径 d。二、设计计算的步骤：1、先确定缓冲行程的长度即缓冲柱塞直径。2、校核强度，合格则采用初选值；不合格则重新选择。4.6液压马达4.6.1液压马达的分类、特点及应用厚德达理 励志勤工四川理工学院液压传动及控制讲义第 42 页齿轮式高速液压马达 叶片式液压马达 高速液压马达 叶柱片塞式式 低速大转矩液压马达4.6.2液压马达的主要性能参数（简要讲述）1、压力2、流量和排量3、转速和容积效率4、

60、转矩和机械效率5、功率和总效率4.6.3高速液压马达1、高速液压马达的特点 转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。2、高速液压马达的结构型式 齿轮式、叶片式、柱塞式。4.6.4低速大转矩液压马达1、低速大转矩液压马达的特点 转矩大，低速稳定性好，因此可以直接与工作机构相连，不需要减速装置，使传 动结构大为简化。2、低速大转矩液压马达的结构型式 单作用曲轴连杆径向柱塞使液压马达、多作用内曲线径向注塞式液压马达。作业：P129 4-10 4-11思考：P129 4-1 4-9第 5 章 液压传动控制调节元件厚德达理 励志勤工四川理工学院 液压传动及控制讲义第 43 页2、按控制方式分3、