液压与气压传动串讲

1、考试题型考试题型选择题：选择题：30分，分，20个空。个空。分析题：分析题：30分，分，15分分/题题计算题：计算题：40分，分，3题题时间：时间：1月月9日，周三，日，周三，8:30- 10:10地点：工三地点：工三 - 101考试时间和地点：考试时间和地点：答疑时间和地点：答疑时间和地点：时间时间: ，工，工1-402考试范围考试范围 1、液压流体力学基础液压流体力学基础 2、液压泵 3、液压马达和液压缸液压马达和液压缸 4、液压控制阀液压控制阀 5、液压基本回路液压基本回路 液压系统的工作压力取决于外负载，活塞的运动速度取决于流量。第一章 液压流体力学基础 粘性：液体流动时分子之间会产生

2、一种内摩擦力，阻碍分子相对运动，这一特性称为液体的粘性。 液体流动时，由于液体和固体壁面间的附着力以及液体的粘性，会使液体内各液层间的速度大小不等。静止的液体不呈现粘性。液体粘性的大小用粘度来表征。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。动力粘度的定义式由此可知动力粘度的物理意义是：当速度梯度等于1时，接触液体液层间单位面积上的内摩擦力动力粘度又称为绝对粘度、粘度系数，单位是 。运动粘度：动力粘度和该液体的密度之比，即 运动粘度没有明确的物理意义，但在工程中常用它来标志液体的粘度，单位为m2/s。dydu/spa/静压力基本方程静压力基本方程（1）静压力基本方程）静压力基本方程 容器

3、中盛有液体，作用在液面上的压力为容器中盛有液体，作用在液面上的压力为p0，计算计算a点处的压力。点处的压力。 取微元，取微元， 微元体受力分析。微元体受力分析。ghpp0上式即为静压力基本方程式上式即为静压力基本方程式1.2.2 静压力基本方程静压力基本方程（2）压力的表示方法及单位）压力的表示方法及单位 压力有两种表示方法：以绝对零压力作为基准所测压力有两种表示方法：以绝对零压力作为基准所测得的压力，称为绝对压力。得的压力，称为绝对压力。 以当地大气压力为基准所测得的压力，称为相对压以当地大气压力为基准所测得的压力，称为相对压力。相对压力也称表压力。力。相对压力也称表压力。 当绝对压力低于大

4、气压时，习惯当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，某点的绝对上称为出现真空。因此，某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。点的真空度。 1.2.2 静压力基本方程静压力基本方程绝对压力、相对压力绝对压力、相对压力(表压力表压力)和真空度的关系如图所示和真空度的关系如图所示绝对压力表压力（相对压力）真空度绝对压力大气压力绝对真空绝对压力、相对压力与真空度间的相互关系1.3.1 基本概念基本概念 恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化。又称为定常流动或非时速度和密度

5、都不随时间而变化。又称为定常流动或非时变流动。变流动。 反之，称为非恒定流动，或者非定常流动或时变流反之，称为非恒定流动，或者非定常流动或时变流动。动。流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。用流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。用q表示，表示，单位单位 或或 。lm /3min/l1.3.2 流量连续性方程流量连续性方程 当液体在管道内作恒定流动时，根据质量守恒定律，当液体在管道内作恒定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间管内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一截面的液体质量必然相等。内流过每一截面的液体质量必然相等。如图所示，

6、管道的两个通流面积分别为如图所示，管道的两个通流面积分别为a1、a2，液，液体流速分别为体流速分别为v1、v2，液体的密度为，液体的密度为， 则则 222111avav考虑液体的不可压缩性，得出考虑液体的不可压缩性，得出2211avav或写为或写为常量 vaq 即为液体的流量连续性方程，它说即为液体的流量连续性方程，它说明恒定流动中流过各截面的不可压缩流明恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是相等的。体的流量是相等的。1.3.3 伯努利方程伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。（1）理想液体的伯努利方程）理想液体

7、的伯努利方程无粘性、不可压缩，在管内作稳定流动时没有能量损失。无粘性、不可压缩，在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。2222222111vgzpvgzp因两个截面是任取的，因此上式因两个截面是任取的，因此上式可改写为：可改写为：常量22vzgp1.3.3 伯努利方程伯努利方程 在管内作恒定流动的理想液体具有压力能、位能和动能在管内作恒定流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形式的能量。在任意截面上这三种能量都可以相互转换，三种形式的能量。在任意截面上这三种能量都可以相互转换，但其总和保

8、持不变。但其总和保持不变。静压力基本方程则是伯努利方程（在速度为零时）的特静压力基本方程则是伯努利方程（在速度为零时）的特例。例。（2）实际液体的伯努利方程）实际液体的伯努利方程实际液体具有粘性，当它在管中流动时，为克服内摩擦实际液体具有粘性，当它在管中流动时，为克服内摩擦阻力需要消耗一部分能量阻力需要消耗一部分能量hwg，用平均流速代替实际流速还，用平均流速代替实际流速还会产生误差，所以实际液体的伯努利方程为：会产生误差，所以实际液体的伯努利方程为：ghvgzpvgzpw2222222211111.4.1 流态与雷诺数流态与雷诺数 通过大量实验发现，液体在管道中流动时存在两种通过大量实验发现

9、，液体在管道中流动时存在两种流动状态，即层流和紊流。流动状态，即层流和紊流。雷诺试验装置雷诺试验装置雷诺试验原理雷诺试验原理（一）流态（一）流态1.4.1 流态与雷诺数流态与雷诺数 液体的流态只能通过观察才能判断吗？液体的流态只能通过观察才能判断吗？（二）雷诺数（二）雷诺数 液体的流态与液体的流速液体的流态与液体的流速v、液体运动粘度、液体运动粘度和管道和管道内径内径d有关。有关。 由这三个参数组成了无量纲数由这三个参数组成了无量纲数雷诺数雷诺数revdre 如果液流的雷诺数相同，则流态亦相同。如果液流的雷诺数相同，则流态亦相同。1.5.4 短孔和细长孔短孔和细长孔当长径比当长径比 0.5 l

10、 / d 4 时，称为短孔。时，称为短孔。当当l / d 4 时，称为细长孔。时，称为细长孔。短孔的流量计算公式为短孔的流量计算公式为 cd 应按曲线查得，雷诺数较大时，应按曲线查得，雷诺数较大时，cd基本稳定在基本稳定在0.8 左右。左右。1.5.4 短孔和细长孔短孔和细长孔 流经细长孔的液流，由于粘性的影响，流态一般为流经细长孔的液流，由于粘性的影响，流态一般为层流，所以细长孔的流量可用流经圆管的流量公式，即层流，所以细长孔的流量可用流经圆管的流量公式，即1.6.2 圆柱环形缝隙圆柱环形缝隙 在液压元件中，某些相对运动零件，如柱塞与柱塞孔，在液压元件中，某些相对运动零件，如柱塞与柱塞孔，圆

11、柱滑阀阀心与阀体孔之间的间隙为圆柱环形间隙。圆柱滑阀阀心与阀体孔之间的间隙为圆柱环形间隙。 根据两者是否同心又分为同心圆柱环形间隙和偏心环形根据两者是否同心又分为同心圆柱环形间隙和偏心环形间隙。通过其间的流量也包括压差流动流量和剪切流动流量。间隙。通过其间的流量也包括压差流动流量和剪切流动流量。设圆柱体直径为设圆柱体直径为d，缝隙值为，缝隙值为h，缝隙长度为，缝隙长度为 。（一）同心圆柱环形缝隙的流量（一）同心圆柱环形缝隙的流量设圆柱体直径为设圆柱体直径为d，缝隙，缝隙值为值为h，缝隙长度为，缝隙长度为 。若将环形缝隙沿圆周方若将环形缝隙沿圆周方向展开，就相当于一个向展开，就相当于一个平行平板

12、缝隙。平行平板缝隙。ll1.6.2 圆柱环形缝隙圆柱环形缝隙因此因此，将，将b=d代入平板缝隙流量公式得代入平板缝隙流量公式得 当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相反时取负号。若无相对运动，则同心环形缝隙流量计算公反时取负号。若无相对运动，则同心环形缝隙流量计算公式为式为第2章 液压泵 液压泵是液压系统的动力元件，将原动机（电动机、液压泵是液压系统的动力元件，将原动机（电动机、柴油机）输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提柴油机）输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。供压力油。 2.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主

13、要性能参数（二）液压泵的排量、流量和容积效率（二）液压泵的排量、流量和容积效率1、排量、排量v：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量，记为为理论排量或几何排量，记为v。常用单位为。常用单位为cm3/r（ml/r）。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。2.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数2、流量、流量（1）平均理论流量）平均理论流量 qt：泵在单位时间内理论上排出的油液：泵在单位时间内理论上排出的油液体积，体积， qt = nv ，单位为，单位为 m3/s 或或 l/min 。（2）

14、实际流量）实际流量 q：泵在单位时间内实际排出的油液体积。：泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力在泵的出口压力 0 时，存在泄漏流量时，存在泄漏流量q，因此，因此q = qt- q 。因为。因为q正比于正比于p，工作压力越高，泄漏量越大，使，工作压力越高，泄漏量越大，使得泵的实际流量小于泵的理论流量。得泵的实际流量小于泵的理论流量。（3）瞬时理论流量）瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量，一般：任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即泵的瞬时理论流量是脉动的，即qshqt。（4）额定流量）额定流量 qs：泵在额定压力，额定转速下允许连续运：泵在额定压力，额

15、定转速下允许连续运转的流量。转的流量。2.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 需要指出，当泵的出口压力等于零或进出口压力差等需要指出，当泵的出口压力等于零或进出口压力差等于零时，泵的泄漏量于零时，泵的泄漏量=0，即，即q=qt，工业生产中将此时的实，工业生产中将此时的实际流量等同于理论流量。际流量等同于理论流量。3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性 左、右两腔的有效面积相等，左、右腔输入相同压力和左、右两腔的有效面积相等，左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，产生的推力和速度相等。相同流量的油液时，产生的推力和速度相等。)(21ppaf21224pp

16、dd)(422ddqaqv式中式中 d d活塞直径；活塞直径； d d活塞杆直径；活塞杆直径； p p1 1、p p2 2分别为液压缸进、出油腔的压力；分别为液压缸进、出油腔的压力； q q输入流量；输入流量； f f双活塞杆液压缸的推力双活塞杆液压缸的推力; ; v v活塞的速度。活塞的速度。3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性2. 单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞

17、有效行程的两倍。效行程的两倍。q1v1f3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性 液压油从无杆腔输入液压油从无杆腔输入q1v1fmmdpdpppapaf)(4)(22221221112114dqaqvvv式中 v1活塞杆伸出速度； q输入液压缸流量； a1、 a2分别为无杆腔和有杆腔有效面积； d、d分别为活塞直径和活塞杆直径； f1活塞推力； p1、p2分别为液压缸进、出口压力； m、 v 分别为液压缸机械和容积效率。3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性 油液从有杆腔输入油液从有杆腔输入q2v2fmmdpdpppapaf)(4)(21221

18、21122)(42222ddqaqvvv式中 v1活塞杆伸出速度； q输入液压缸流量； a1、 a2分别为无杆腔和有杆腔有效面积； d、d分别为活塞直径和活塞杆直径； f1活塞推力； p1、p2分别为液压缸进、出口压力； m、 v 分别为液压缸机械和容积效率。 差动连接：单活塞杆缸的左、右两差动连接：单活塞杆缸的左、右两腔同时通压力油的连接方式。差动连腔同时通压力油的连接方式。差动连接的液压缸称为差动液压缸。接的液压缸称为差动液压缸。mmdpaapf2121134)(差动缸活塞推力差动缸活塞推力f3和运动速度和运动速度v3为为223221344)(4dqdvddqaqqvvvv 差动连接时液压

19、缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，因此，可以在不加大油源流量的情况下得到差动连接时大，因此，可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。较快的运动速度。3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性如果要求差动缸向右运动速度如果要求差动缸向右运动速度v3非差动连接向左运动速度非差动连接向左运动速度 v2则则3.2.1 常用液压缸及其速度推力特性常用液压缸及其速度推力特性dd2 已知单活塞杆液压缸的活塞直径已知单活塞杆液压缸的活塞直径d为活塞杆直径为活塞杆直径d的两倍，的两倍，差动连接的快进速度等于非差动连接前进

20、速度的（差动连接的快进速度等于非差动连接前进速度的（4倍倍)，差动，差动连接的快进速度等于快退速度的（连接的快进速度等于快退速度的（3倍）。倍）。 已知单活塞杆液压缸两腔的有效面积已知单活塞杆液压缸两腔的有效面积a1=2a2，液压泵供油，液压泵供油流量为流量为q，如果将液压缸差动连接，活塞实现差动快进，那么，如果将液压缸差动连接，活塞实现差动快进，那么进入大腔的流量是（进入大腔的流量是（2q），如果不差动连接，则小腔的排油流），如果不差动连接，则小腔的排油流量是（量是（0.5q）。）。例3 液压马达与液压泵从能量转换观点上看是互逆的，因此所有的液压泵均可以用来做马达使用。 （）例4 因存在泄漏

21、，因此输入液压马达的实际流量大于其理论流量，而液压泵的实际输出流量小于其理论流量。 （）例5 双活塞杆液压缸又称为双作用液压缸，单活塞杆液压缸又称为单作用液压缸。 （）例6 在下列液压马达中，（）为高速马达，（）为低速马达。（a）齿轮马达 （b）叶片马达 （c） 轴向柱塞马达 （d）径向柱塞马达 对于三位四通滑阀，左、右工作位置用于执行元件的对于三位四通滑阀，左、右工作位置用于执行元件的的换向，一般为的换向，一般为p与与a通、通、b与与t通，或者通，或者p与与b通、通、a与与t通。通。当阀心处于中位时，各油口有不同的连通方式，可满足不当阀心处于中位时，各油口有不同的连通方式，可满足不同的使用要

22、求。同的使用要求。 滑阀在中位时各油口的连通方式体现的换向阀的控制滑阀在中位时各油口的连通方式体现的换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。机能，称之为滑阀的中位机能。 不同中位机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀心台肩的不同中位机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀心台肩的尺寸和形状不同。尺寸和形状不同。 滑阀机能的应用：使泵卸载的有滑阀机能的应用：使泵卸载的有h、k、m型；使执型；使执行元件停止的有行元件停止的有o、m型；使执行元件浮动的有型；使执行元件浮动的有h、y型；型；使液压缸实现差动的有使液压缸实现差动的有p型。型。4.2.2 换向阀换向阀4.2.2 换向阀换向阀例题例题1：一水平放置的双伸出杆

23、液压缸，采用三位四通电磁换向阀，要：一水平放置的双伸出杆液压缸，采用三位四通电磁换向阀，要求阀处于中位时，液压泵卸荷，且液压缸浮动，其中位机能应选用求阀处于中位时，液压泵卸荷，且液压缸浮动，其中位机能应选用（d）；要求阀处于中位时，液压泵卸荷，且液压缸闭锁不动，其中位）；要求阀处于中位时，液压泵卸荷，且液压缸闭锁不动，其中位机能应选用（机能应选用（b）。）。 （a）o型型 （b）m型型 （c） y型型 （d） h型型 第4章 液压控制阀1 方向控制阀2 压力控制阀3 流量控制阀 4.3.1 溢流阀溢流阀（一）直动型溢流阀的结构及工作原理（一）直动型溢流阀的结构及工作原理 l 液压油流向：出口接

24、什么元件？l 阀芯受力分析l 常位开启滑阀式直动型溢流阀滑阀式直动型溢流阀的工作原理滑阀式直动型溢流阀的工作原理4.3.1 溢流阀溢流阀4）回油路有背压。下图溢流阀1开启时，阀1的进口压力是多少？1234567891011 ktp图 5-7 三级同心溢流阀1-先导锥阀 2-先导阀座 3-阀盖 4-阀体 5-阻尼孔 6-主伐芯 7-主伐座 8-主伐弹簧 9-调压弹簧 10-调节螺钉 11-调节手轮进油口p出油口t远控口k4.3.1 溢流阀溢流阀 先导式溢流阀的特点先导式溢流阀的特点进口压力和弹簧力的关系。主阀、先导阀的流量。 阻尼孔被堵塞阀常开。 遥控口的使用。4.3.2 减压阀减压阀 缝隙流动压力损失p出p进减压阀原理减压阀原理 减压阀分为（定值）减压阀、定差减压阀、定比减压阀。 （一）先导式减压阀的结构及工作原理。（一）先导式减压阀的结构及工作原理。 4.3.2 减压阀减压阀（二）减压阀的特点（二）减压阀的特点（注重与溢流阀比较） 进口压力控制？出口压力控制？ 阀口常开？常闭？ 内泄式？外泄式？ 遥控口 进口压力控制？出口压力控制？ 阀口常开？常闭？4.3.3 顺序阀顺序阀 内控外泄式顺序阀的功用 (二二) 顺序阀的图形符号顺序阀的图形符号 (三三