液气压传动课件概论

1、北京科技大学第第1 1章章 液压与气压传动概论液压与气压传动概论冯冯 明明20092009年初版年初版20102010年修订版年修订版20122012年修订版年修订版20132013年修订版年修订版北京科技大学液压系统的应用实例液压系统的应用实例北京科技大学负荷油箱单向阀截止阀截止阀液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理液压千斤顶液压千斤顶北京科技大学 平磨工作台平磨工作台北京科技大学气压传动系统的工作原理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液压与气压传动的特点1 1、液压传动的特点、液压传动的特点（1 1）

2、具有大的功率密度或力密度。）具有大的功率密度或力密度。（2 2）无级调速。）无级调速。（3 3）工作平稳，便于实现频繁换向。）工作平稳，便于实现频繁换向。（4 4）易于实现过载保护，能实现自润滑。）易于实现过载保护，能实现自润滑。北京科技大学（5 5）易于实现自动化。）易于实现自动化。（6 6）易于实现系列化、标准化。）易于实现系列化、标准化。（7 7）无法保证严格的传动比。）无法保证严格的传动比。（8 8）有较多的能量损失，传动效率相对低。）有较多的能量损失，传动效率相对低。（9 9）对油温的变化比较敏感。）对油温的变化比较敏感。（1010）液压传动在出现故障时不易诊断。）液压传动在出现故障

3、时不易诊断。北京科技大学2 2、气压传动的特点、气压传动的特点（1 1）工作介质取之不尽用之不竭）工作介质取之不尽用之不竭，对环境无污染。，对环境无污染。（2 2）压力损失小，便于集中供气和远距离输送。）压力损失小，便于集中供气和远距离输送。（3 3）对工作环境适应性好。）对工作环境适应性好。（4 4）动作速度及反应快。）动作速度及反应快。（5 5）有较好的自保持能力。）有较好的自保持能力。（6 6）超负载工况下运行也能保证系统安全工作。）超负载工况下运行也能保证系统安全工作。（7 7）工作压力低，仅适用于小功率的场合。）工作压力低，仅适用于小功率的场合。（8 8）速度稳定性差。）速度稳定性差

4、。（9 9）噪声大。）噪声大。（1010）工作介质本身没有润滑性。）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 液压与气压传动的图形符号按国家液压与气压传动的图形符号按国家19931993年制定的年制定的gb/t786.1-93gb/t786.1-93标准标准执行执行。几条基本规定：几条基本规定：(1)(1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，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。件在机器中的实际安装位置。(2)(2)元件符号内的油液流动方向用箭头表

5、示，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。线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。(3)(3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表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。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液压工作介质的性质1 1、密度、密度 = m/v kg/ m = m/v kg/ m3 3 一般矿物油的密度为一般矿物油的密度为850850950kg/m950kg/m3 32 2、可压缩性和膨胀性、可压缩性和膨胀性 可压缩性可压缩性- -液体受液体受压力压力的作用而使体积发的作用而使体积

6、发生变化的性质称为液体的可压缩性。生变化的性质称为液体的可压缩性。 膨胀性膨胀性- -液体受液体受温度温度的影响而使体积发生的影响而使体积发生变化的性质称为液体的膨胀性。变化的性质称为液体的膨胀性。 液体的体积压缩系数液体的体积压缩系数k kvvp1北京科技大学 体积弹性模量体积弹性模量 k k 表示液体产生单位体积相表示液体产生单位体积相对变化量时所需要的压力增量。对变化量时所需要的压力增量。k k 值说明液体值说明液体抵抗压缩能力的大小。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一般矿物油型液压油的体积弹性模量为k=(1.4k=(1.42)2)103mpa103mpa。在工程计

7、算中常取液压油的体积弹性模量在工程计算中常取液压油的体积弹性模量k=0.7k=0.7103mpa103mpa左右。左右。 体积弹性模量体积弹性模量- -体积模量，用体积模量，用 k k 表示。即：表示。即：pvvk1北京科技大学液压弹簧刚度液压弹簧刚度k kh hvkalfkh2北京科技大学3 3、粘性及其表示方法、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实验表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力ffff与液层接触面积与液层接触面积a a和液层间的速度梯度和液层间的速度梯度du/dydu/dy成正成正比，即：比，即：称为粘性系数或动力粘度。称为粘性系数或动力粘度。dyduaff

8、北京科技大学 在静止液体中，因速度梯度在静止液体中，因速度梯度du/dy=0du/dy=0，内摩，内摩擦力擦力也为零，所以液体在静止状态下不呈现也为零，所以液体在静止状态下不呈现粘性。粘性。 液体粘性的大小用粘度来表示。常用的液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、运动粘体粘度表示方法有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。度和相对粘度。 表示液体的内摩擦切应力，即液层间单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：位面积上的内摩擦力，则有：dyduaff北京科技大学（1 1）动力粘度）动力粘度 动力粘度又称为绝对粘度动力粘度又称为绝对粘度 法定

9、计量单位为法定计量单位为paspas（1pas=1ns/m1pas=1ns/m3 3），）， 以前沿用的单位为以前沿用的单位为p p（泊，（泊，dynsdynscmcm2 2），）， 关系：关系：1pas=10p1pas=10p。dyduaff北京科技大学（2 2）运动粘度）运动粘度 液体的动力粘度液体的动力粘度与其密度与其密度的比值称为的比值称为液体的运动粘度，即：液体的运动粘度，即： 运动粘度的法定计量单位为运动粘度的法定计量单位为m m2 2/s/s， 以前沿用的单位为以前沿用的单位为stst（斯），（斯）， 关系：关系：1m1m2 2/s=10/s=104 4st=10st=106 6

10、mmmm2 2/s/scstcst（厘斯）（厘斯） 我国液压油的牌号就是用它在温度为我国液压油的牌号就是用它在温度为4040时的运动粘度平均值来表示的。时的运动粘度平均值来表示的。 例：例：3232号液压油，就是指这种油在号液压油，就是指这种油在4040时时的运动粘度平均值为的运动粘度平均值为32mm32mm2 2/s/s。北京科技大学（3）相对粘度）相对粘度 相对粘度又称为条件粘度，它是采用特定的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。计在规定的条件下测量出来的粘度。 我国采用恩氏度我国采用恩氏度0e。 0e= t1/t2 （被测液体与蒸馏水的时间比被测

11、液体与蒸馏水的时间比）一般用一般用0e20、0e40和和0e100标记。标记。式中，式中，的单位为的单位为m2/s。610)31. 631. 7(ee恩氏粘度与运动粘度之间的换算恩氏粘度与运动粘度之间的换算北京科技大学 粘温特性粘温特性:温度升高，粘度显著下降，液压油液温度升高，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。的这种性质称为液压油液的粘温特性。 粘温特性通常用粘温特性通常用粘度指数粘度指数表示。液压油的粘度表示。液压油的粘度指数（指数（viscosity index （vi）表明）表明试油的粘度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随温度变化的程度与标准

12、油的粘度变化程度比值的相对值相对值。 粘度指数高，粘度指数高， 即表示粘即表示粘-温曲线平温曲线平 缓，粘温特性好。缓，粘温特性好。 一般液压油的粘度一般液压油的粘度 指数要求在指数要求在90以上，以上， 优异的在优异的在100以上。以上。北京科技大学粘度指数在粘度指数在0-100之间计算公式之间计算公式u试油在试油在40度时的动力粘度度时的动力粘度l与试油在与试油在100度时粘度相同、度时粘度相同、vi=0的油在的油在40度时的粘度度时的粘度（粘度随温度变化很大的油）（粘度随温度变化很大的油）h与试油在与试油在100度是粘度相同、度是粘度相同、vi=100的油在的油在40度时的度时的粘度（粘

13、度随温度变化很小的油）粘度（粘度随温度变化很小的油） 由于三种油（由于三种油（u、l、h）在）在100度时粘度相同，在度时粘度相同，在40度度时时l油的粘度上升很大，而油的粘度上升很大，而h油的粘度上升较小，所以油的粘度上升较小，所以lh。 试油的粘度如果在温度从试油的粘度如果在温度从100度降低到度降低到40度时粘度上升度时粘度上升小于小于h油，则油，则u100。如果大粘上升大于。如果大粘上升大于h油，油，则则uh，即，即vi100。 按上式算出的试油粘度指数超过按上式算出的试油粘度指数超过100时，需用外时，需用外延法粘度指数计算公式计算，记为延法粘度指数计算公式计算，记为vie（vi(e

14、)）。）。北京科技大学对液压工作介质的要求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；、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；、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；、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；、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；、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。、对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。北京科技大学第第2 2

15、章章 流体力学基本知识流体力学基本知识北京科技大学流量流量：在单位时间内流过某一通流截面：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积，以的液体体积，以q q来表示。来表示。 q=v/tq=v/t，其中，其中v v是液体的体积，是液体的体积，t t是时是时间。间。液流通过微小通流截面液流通过微小通流截面dada的流量的流量 则流过整个通流截面则流过整个通流截面a a的流量：的流量：1.1.流量和平均流速流量和平均流速udadq audaq北京科技大学 平均流速平均流速：可以得出通流截面可以得出通流截面a a的平均流速：的平均流速： v = q / avaudaqa 当通流截面上的通流面积一定时，当通

16、流截面上的通流面积一定时，平均平均流速流速由由流量流量确定确定。 北京科技大学 液体在管道中流动时有两种流动状态：层流和液体在管道中流动时有两种流动状态：层流和紊流（湍流）。紊流（湍流）。 层流层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线：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。性或层状，且平行于管道轴线。 紊流紊流：液体质点的运动杂乱无：液体质点的运动杂乱无章，在沿管道流动时，除平行于管道章，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。运动，液体质点在流动中互相干扰。2. 液体的流动状态液体的流动状

17、态北京科技大学 通过雷诺实验还可以证明，液体在圆形管通过雷诺实验还可以证明，液体在圆形管道中的流动状态道中的流动状态不仅与管内的平均流速不仅与管内的平均流速v v有关，有关，还与管道的直径还与管道的直径d d、液体的运动粘度、液体的运动粘度 有关有关。实。实际上，液体流动状态是由上述三个参数所确定际上，液体流动状态是由上述三个参数所确定的称为雷诺数的称为雷诺数rere的无量纲数来判定，即：的无量纲数来判定，即：hevdr 北京科技大学对于非圆形截面管道，雷诺数对于非圆形截面管道，雷诺数rere为：为：水力直径水力直径d dh h： 面积相等但形状不同的通流截面，其水力直径面积相等但形状不同的通

18、流截面，其水力直径是不同的。圆形的最大，同心环状的最小。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。水力直径大，通流能力大。adh4aa过流断面积过流断面积 -湿周，即有效截面的管壁周长湿周，即有效截面的管壁周长北京科技大学 雷诺数的物理意义：雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性作雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比用对粘性作用的比。当雷诺数较大时，说明惯性。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，这时液体处数较小时，说明粘性力起主导作用，这时液体处于层流状态。于层流状态。北

19、京科技大学北京科技大学 3.1 沿程压力损失沿程压力损失 3. 3. 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 3.2 局部压力损失局部压力损失 北京科技大学4.4.液流流经孔口和缝隙的流量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：当孔口的长孔口根据它们的长径比可分为三种：当孔口的长径比径比l/dl/d0.50.5时，称为薄壁孔；当时，称为薄壁孔；当0.50.5l/dl/d4 4时，时，称为短孔；当称为短孔；当l/dl/d4 4时，称为细长孔。时，称为细长孔。4.1.1 4.1.1 薄壁孔口流量薄壁孔口流量d1/d7d1/d7时，收缩称为完全收缩；时，收缩称为完全收缩；d1/d

20、d1/d7 7时，收缩称为不完全收缩。时，收缩称为不完全收缩。 4.14.1孔口流量孔口流量 北京科技大学当当 时，它们可被认为时不变的常数，计时，它们可被认为时不变的常数，计算时可取平均值算时可取平均值。当液流不完全收缩（。当液流不完全收缩（d1/d7d1/d7）时，）时， 。通过薄壁孔口得流量公式为：通过薄壁孔口得流量公式为：pacpaccvaqtqtcv2222式中：式中：cvqqtttccccccdaaddaacca流量系数，孔口的过流断面面积，收缩系数，收缩断面的面积；; 4/;/222222510re )5000800(rere964. 005. 0qc62. 06 . 0,63. 061. 0,98. 097. 0qcvccc8 . 07 . 0qc北京科技大学4.1.2 4.1.2 细长孔口流量细长孔口流量 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：低，故多为层流，其流量计算公式为：pldplrq128844北京科技