液压与气压传动课件

1、液压与气压传动课件液压与气压传动液压与气压传动液压与气压传动课件 液压与气压传动是以流体（液压与气压传动是以流体（液压油或气体液压油或气体）为工作介质）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。进行能量传递和控制的一种传动形式。课课程内内容液压传动液压传动流体力学基础流体力学基础液压元件及辅件液压元件及辅件基本回路基本回路气压传动气压传动气体基础知识气体基础知识气动元件及辅件气动元件及辅件基本回路基本回路液压与气压传动课件目目 录录液压与气压传动课件第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件液压与气压传动简介液压与气压传动简介第第1 1章章 绪论绪论 研究对象：研究的是以有压流体（液压液或压

2、缩研究对象：研究的是以有压流体（液压液或压缩空气）作为传动介质来实现机械传动和自动控制空气）作为传动介质来实现机械传动和自动控制的一门学科。其实质研究的是能量转换。的一门学科。其实质研究的是能量转换。 即：机械能即：机械能-压力能压力能-机械能机械能 学习方法：类比学习方法：类比 电器设备：电子元件电器设备：电子元件电路电路系统系统 液压系统：液压和气动元件液压系统：液压和气动元件回路回路系统系统液压与气压传动课件制造设备常见的传动方式制造设备常见的传动方式 机械传动：通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接机械传动：通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。把动力传送到

3、执行机构的传递方式。 （最早出现在（最早出现在1717世纪）世纪） 电气传动：利用电力设备，通过调节电参数来传递或电气传动：利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。控制动力的传动方式。 （出现在（出现在100100年前）年前） 流体传动：（液压与气压传动大力发展于流体传动：（液压与气压传动大力发展于19451945年，二年，二战后期）战后期） 液体传动：液体传动： 液压传动液压传动利用液体静压力传递动力。利用液体静压力传递动力。 液力传动液力传动利用液体流动动能传递动力。利用液体流动动能传递动力。 气体传动：气压传动、气力传动气体传动：气压传动、气力传动液压与气压传动课件 液压

4、传动的工作原理：利用液体压力能实现运动和液压传动的工作原理：利用液体压力能实现运动和动力的传动方式（动力的传动方式（动画动画）。）。第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件由帕斯卡原理可知，受力平衡时（由帕斯卡原理可知，受力平衡时（动画动画）：）：PAFAF 2211P液压系统的压力液压系统的压力分析：当两液压缸活塞的面积不变时，负载分析：当两液压缸活塞的面积不变时，负载F F2 2变化，将引变化，将引 起起P P 变化，即液压系统的压力取决于外负载。变化，即液压系统的压力取决于外负载。第一个特征：液压系统的压力取决于外负载。第一个特征：液压系统的压力取决于外负载。设：大、小液压缸活塞面积分

5、别为设：大、小液压缸活塞面积分别为A A2 2和和A A1 1 大液压缸所受负载为大液压缸所受负载为F F2 2，作用于小液压缸上的力为作用于小液压缸上的力为F F1 1。1动动力传递传递第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件2 2运动的传递运动的传递若设：大、小液压缸活塞位移平均速度分别为若设：大、小液压缸活塞位移平均速度分别为 v v2 2和和v v1 1 。由于从小液压缸排出液体的体积等于进入大液压缸液体的由于从小液压缸排出液体的体积等于进入大液压缸液体的体积，体积，则有则有: q分析：液压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运分析：液压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运 动

6、传递的，改变进入大液压缸的流量动传递的，改变进入大液压缸的流量q q ，即可改变即可改变 其活塞的运动速度其活塞的运动速度v2 2。第二个特征：液压传动的速度大小取决于流量。第二个特征：液压传动的速度大小取决于流量。流量流量第第1 1章章 绪论绪论qvAvA2211液压与气压传动课件第第1 1章章 绪论绪论由上述分析可知：由上述分析可知：系统的工作压力取决于负载，而与流量大小无系统的工作压力取决于负载，而与流量大小无关。关。当当A2 A1，只要施加很小的力，只要施加很小的力F，就可举起，就可举起很重的物体，这就是液压千斤顶的原理。很重的物体，这就是液压千斤顶的原理。1. 压力压力和和流量流量是

7、液压系统中两个最基本的参数。是液压系统中两个最基本的参数。液压与气压传动课件1.3 1.3 液压与气压传动的组成（以图示磨床工作台为例）液压与气压传动的组成（以图示磨床工作台为例）第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件1.3 1.3 液压与气压系统组成液压与气压系统组成能源装置能源装置机械能转换成液压能（液压泵或空气压缩机）；机械能转换成液压能（液压泵或空气压缩机）；执行元件执行元件压力能转换成机械能输出（液压缸、马达）；压力能转换成机械能输出（液压缸、马达）；控制元件控制元件对流体的压力、流量和流动方向进行控制和对流体的压力、流量和流动方向进行控制和 调节调节( (各种的阀各种的阀) )

8、；辅助元件辅助元件如油箱、管件等。如油箱、管件等。第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件第第1 1章章 绪论绪论历史：历史：16501650年的帕斯卡原理年的帕斯卡原理 1795 1795年第一台水压机（英国）年第一台水压机（英国）发展：第二次世界大战及战后发展：第二次世界大战及战后目前：液压技术与传感技术、微电子技术的结合，出现诸如电液比例目前：液压技术与传感技术、微电子技术的结合，出现诸如电液比例 阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化的元器件，阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化的元器件， 从而使液压与气压传动在众多工业领域广泛应用，例如发达国从而使液压与气压传动在众多

9、工业领域广泛应用，例如发达国 家家9595的工程机械、的工程机械、9090的数控加工中心、的数控加工中心、9595以上的自动以上的自动 线。线。未来：液压与计算机的结合，如未来：液压与计算机的结合，如CADCAD、CATCAT和计算机实时控制等。和计算机实时控制等。液压与气压系统的应用及发展液压与气压系统的应用及发展液压与气压传动课件液压系统的职能符号液压系统的职能符号 “ “气动与液压气动与液压”图形图形符号标准已制定国家标符号标准已制定国家标准准GB/T786-93GB/T786-93第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件1.4 1.4 液压与气压传动的优缺点液压与气压传动的优缺点优点

10、：优点：1 1）体积小、重量轻、结构紧凑（指液压传动）。）体积小、重量轻、结构紧凑（指液压传动）。2 2）冲击小。）冲击小。3 3）实现大范围无级调速。）实现大范围无级调速。4 4）操纵方便、省力。）操纵方便、省力。5) 5) 易实现过载保护。易实现过载保护。6 6）自润滑，寿命长。）自润滑，寿命长。7 7）易实现标准化、系列化、通用化。）易实现标准化、系列化、通用化。第第1 1章章 绪论绪论液压与气压传动课件第第1 1章章 绪论绪论 缺点：缺点：1 1）不能保证准确的传动比）不能保证准确的传动比( (泄漏和可压缩性引起）泄漏和可压缩性引起）。2 2）传动效率低，不适合远距离传动。）传动效率低

11、，不适合远距离传动。3 3）对温度敏感。）对温度敏感。4 4）制造精度高，价格贵。）制造精度高，价格贵。5) 5) 要有单独的能源。要有单独的能源。6 6）易泄漏污染（指液压系统）。）易泄漏污染（指液压系统）。7 7）故障不易排除。）故障不易排除。1.4 1.4 液压与气压传动的优缺点液压与气压传动的优缺点液压与气压传动课件液压气压传动的应用液压气压传动的应用工程机械机器人隧道工程采矿液压与气压传动课件道路交通工程机械领域道路交通工程机械领域压路机压路机挖掘机挖掘机铲运车铲运车液压气压传动的应用液压气压传动的应用液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 本章重点：本章

12、重点： 流体的粘性的意义与度流体的粘性的意义与度量、理解帕斯卡原理、连量、理解帕斯卡原理、连续性方程意义与应用、薄续性方程意义与应用、薄壁孔口流量压力关系。壁孔口流量压力关系。 本章难点：本章难点： 管路液阻特性、动量方管路液阻特性、动量方程、孔口流动。孔口是流程、孔口流动。孔口是流体控制的基本单元，为了体控制的基本单元，为了深入理解各种孔口的流量深入理解各种孔口的流量压力关系，安排液阻特性压力关系，安排液阻特性实验。实验。液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 各类液压泵适用的粘度范围各类液压泵适用的粘度范围液压泵类型液压泵类型工作介质粘度工作介质粘度 40 10

13、-6m2.s-1环境温度环境温度5400C环境温度环境温度40800C齿轮泵齿轮泵307095165叶片泵叶片泵p7.0Mpa30504075p7.0Mpa50705590径向柱塞泵径向柱塞泵308065240轴向柱塞泵轴向柱塞泵407570150液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 2.2 液体静力学液体静力学静压力及其特性；静压力及其特性；静压力基本方程式；静压力基本方程式；帕斯卡原理；帕斯卡原理；静压力对固体壁面的作用力。静压力对固体壁面的作用力。主要内容主要内容液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 1.1.静压力及其特性静压力及其特性

14、1 1) )液体的静压力液体的静压力静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。 （A A 0 0）若在液体的面积若在液体的面积A A上所受的作用力上所受的作用力F F为均匀分布时，静为均匀分布时，静 压力可表示为：压力可表示为： 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习 惯称为压力。惯称为压力。AFpA0limAFp 液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 2 2) )液体静压力的特性液体静压力的特性液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体静压力垂直于承压面，

15、方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 2. 2. 静压力基本方程式静压力基本方程式图图2-2 静压力的分布规律静压力的分布规律hphgpphAgApVgApmgApAp00000液压与气压传动课件重力作用下静止液体压力分布特点：重力作用下静止液体压力分布特点：静止液体中任一质点的总能量静止液体中任一质点的总能量 p/g+hp/g+h 保持不变，保持不变，即能量守恒。即能量守恒。任意一点压力由两部分组成：液面压力任意一点压力由两部分组成：液面压力p p0 0

16、，自重形自重形 成的压力成的压力ghgh。离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所 有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为 水平面。水平面。第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 液体内的压力与液体深度液体内的压力与液体深度h h成正比。成正比。液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 3. 压力的表示法及单位压力的表示法及单位 绝对压力：以绝对真空为基准进行度量。绝对压力：以绝对真空为基准进行度量。 相对压力或表压力：以大气压为基准进相对压力或表压力：以大气压

17、为基准进 行度量。行度量。 真空度：绝对压力不足于大气压力的压真空度：绝对压力不足于大气压力的压 力值。力值。 绝对压力大气压力绝对压力大气压力+ +表压力表压力 表压力绝对压力表压力绝对压力- -大气压力大气压力 真空度大气压力真空度大气压力- -绝对压力绝对压力压力的单位：压力的单位： 帕帕 Pa ( N / mPa ( N / m2 2) )，兆帕兆帕 MpaMpa液压与气压传动课件第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 图示是应用帕斯卡原理的实例：图示是应用帕斯卡原理的实例： 作用在大活塞上的负载作用在大活塞上的负载F1形成液形成液体压力：体压力： p = F1 / A1 为

18、防止大活塞下降，在小活塞上为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力：应施加的力： F2 = pA2 = F1A2 / A1 在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，也称为静压传递原理。到液体各点，这就是帕斯卡原理，也称为静压传递原理。由此可得知：由此可得知：液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。液体内的压力是由负载决定的。液体内的压力是由负载决定的。4. 4. 帕斯卡原理帕斯卡原理液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础当当

19、固体壁面为为一平面时时，液体压压力在该该平面的总总作力等于液体压压力与该与该平面面积积的乘积积，如液压压缸受力： P5. 静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力241DppAF液压与气压传动课件液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力当当固体壁面为为一曲面时时，液体压压力在该该曲面某方向上的总总作用力等于液体压压力与与曲面在该该方向投影面积积的乘积积。 例：求液压力作用在半圆例：求液压力作用在半圆筒内壁沿筒内壁沿 x 方向作用力。方向作用力。解：过解：过 取取d 的一段微弧，的一段微弧，沿圆筒长度方向沿圆筒长度方向 则可认则可认为是矩形：为是矩形： lrdpdApdF222cos

20、coscoscosrlpdplrdFFdplrpdAdFdFxxx（半圆筒内壁在（半圆筒内壁在 x 方向上投影面积）方向上投影面积）沿沿 x 方向力为：方向力为：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础基本概念基本概念流量连续性方程流量连续性方程伯努利方程伯努利方程动量方程动量方程研究液体流动时流速和压力的变化规律。研究液体流动时流速和压力的变化规律。2.3 液体动力学液体动力学液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度 都不随时间而变化的流动，

21、称为恒定流动。亦称为都不随时间而变化的流动，称为恒定流动。亦称为 定常流动或非时变流动。（定常流动或非时变流动。（恒定流动演示恒定流动演示）平均流速：假设通流截面上各点的流速均匀分布，则平均流速平均流速：假设通流截面上各点的流速均匀分布，则平均流速 为为v = =q / Aq / A。理想液体理想液体: : 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想液体。假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想液体。通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流流 量：单位时间内流过某一通流截面的液体体积。量：单位时间内流过某一通流截面的液体体积。 流量以流量以q

22、 q表示，单位为：表示，单位为： m m3 3 / s / s 或或 L/minL/min。1 1. . 液体动力学基本概念液体动力学基本概念液压与气压传动课件2.流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。任取任取1、2两个通流截面，根据两个通流截面，根据质量守恒定律有：质量守恒定律有：1v1 A1 = 2v2 A2不考虑液体的压缩性，则：不考虑液体的压缩性，则： 1 = 2 故得故得 ：q = v A = 常量常量 流量连续性方程说明了恒定流动中，流过各截面的不可压缩流流量连续性方程说明了恒定流动中，流

23、过各截面的不可压缩流体的体的流量是不变的流量是不变的。因而。因而流速与通流截面的面积成反比流速与通流截面的面积成反比。 假设：液体在管内作恒定流动假设：液体在管内作恒定流动第第2 2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础1)理想流体的伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。在流体力学中的表达方式。 3.3.伯努利方程伯努利方程 说明压力能，势能和动能可以互相转换，但其总和不变说明压力能，势能和动能可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。，即能量守恒。gvhgpgvhgp2222221121

24、 液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础2)2)实际流体的伯努利方程实际流体的伯努利方程 whgvhgpgvhgp 222222211121 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失实际流体存在粘性，流动时存在能量损失hw ;用平均流速替代实际流速，用平均流速替代实际流速，为动能修正系数，在紊流时为动能修正系数，在紊流时取取=1.1，在层流时取，在层流时取=2。实际计算时常取。实际计算时常取=1。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础例例1.如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知头。已知

25、A1=A2/4和和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？才能抽吸热水？解：沿冷水流动方向列解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g 欲将热水吸入则有：欲将热水吸入则有： p1 +gh= pa 又又 p2=pa v1A1=v2A2 代入得代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1 3) 3) 伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体

26、力学基础列出11，22面伯努利方程式中p1为为大气压气压pa，v1液面流速为为零，v2吸油管流速，hw吸油管损损失。whHgvgpgvgp 22222211 wahHgvgpgp 2222 例例2 应用伯努利方程分析油泵正常吸油条件应用伯努利方程分析油泵正常吸油条件则：则：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础泵泵吸油口真真空度由三部分组组成：1）提升H高度所需压压力；2）达达到速度v所需压压力；3）吸油管的压压力损损失。waghvgHpp2221pvgH221为减少泵口真空度措施：为减少泵口真空度措施：1 1）增大吸油管径，降低）增大吸油管径，降低v v；2 2）缩短

27、吸油管长度，减少弯头，降低）缩短吸油管长度，减少弯头，降低pp； 3 3）降低安装高度，降低）降低安装高度，降低H H。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。制表面与流入控制表面的液体的动量之差。 应用动量方程注意：应用动量方程注意：F F、u u 是矢量；流动液体作用在固体壁是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。 动量方程是动量定理在流体力学中的具体

28、应用，用来计动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。4.4.动量方程动量方程)(12uuqtmuF液压与气压传动课件F F = = qq（v v2 2 coscos2 2 - - v v1 1coscos1 1） 2 2 9090 F F = =qvqv1 1coscos1 1 【阀芯对液体】阀芯对液体】F F =-=-F F = =qvqv1 1coscos1 1 【液体对阀芯】液体对阀芯】例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。

29、 第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础显然，液流有一个力图使阀口关显然，液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。闭的力，这个力称为液动力。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础研究液体在管道流动时的能量损失问题。研究液体在管道流动时的能量损失问题。主要内容：主要内容：流态与雷诺数流态与雷诺数沿程压力损失沿程压力损失局部压力损失局部压力损失2.4 2.4 液体流动中的压力损失液体流动中的压力损失液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础1 1. . 流态、雷诺数（流态、雷诺数（动画动画）液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压

30、流体力学基础1) 1) 流态流态 通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。层流层流流速较低、粘性力起主导作用流速较低、粘性力起主导作用紊流紊流流速较高、惯性力起主导作用流速较高、惯性力起主导作用液体的流动状态用雷诺数液体的流动状态用雷诺数R Re e来判断。来判断。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础2)2)雷诺数雷诺数 实验表明：实验表明： 雷诺数为无量纲数雷诺数为无量纲数, , 如果液流的雷诺数相同，它的流动如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。状态亦相同。3)3)临界雷诺数临界雷诺数 一般以液体由紊流转

31、变为层流的雷诺数作为判断液体流一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为态的依据，称为临界雷诺数，记为ReRecrcr。 当当ReReReRecrcr，为层流；为层流； 当当ReReReRecrcr，为紊流。为紊流。4)4)常见液流管道的临界雷诺数常见液流管道的临界雷诺数（见表（见表2 21 1）vdRe液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础2 2. .沿程压力损失沿程压力损失p p 液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿称为沿程压力损失程压力损失。 因液体的流动状态不同，沿程压力损

32、失的计算因液体的流动状态不同，沿程压力损失的计算有所区别。有所区别。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础1)1)层流时的层流时的沿程压力损失沿程压力损失lpRurrRlpudrdurldyduAFrprppFff4,0)(42)(2max222221轴线处速度最大，为：对上式积分，流速为：又有：侧面内摩擦力：1. 通流截面上的流速通流截面上的流速分布规律分布规律液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础2. 通过管道的流量通过管道的流量pldrdrrRlpqrdrrRlpurdrudAdqrdrdAR128)(42)(4222422022积分得：所

33、通过的流量：通流截面面积：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础一半。平均流速为最大流速的根据平均流速定义：pldlpRRAqv32812423. 管道内的平均流速管道内的平均流速4. 沿程压力损失沿程压力损失232dlvppp 即为沿程压力损失：上式中液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础沿程压力损失也可写成：沿程压力损失也可写成：eeeeRRRvdlvdlRdlvpp807564226432222橡胶软管：金属管：，为沿程阻力系数，液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础沿程阻力系数除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有

34、关。沿程阻力系数除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有关。 即即, 为管壁的绝对粗糙度，为管壁的绝对粗糙度，/d 为相对粗糙度。为相对粗糙度。紊流时的沿程阻力系数紊流时的沿程阻力系数 的具体数值，可查相关手册。的具体数值，可查相关手册。2 2）紊流时的）紊流时的沿程压力损失沿程压力损失22vdlp)/,(dRfe液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础3 3. .局部压力损失局部压力损失pp 液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部发生

35、变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失压力损失pp 。22vp局部压力损失局部压力损失表达式表达式: :式中式中: : 为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。 液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 整个液压系统的总压力损失应为所有整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所沿程压力损失和所有的局部压力损失之和。有的局部压力损失之和。2222l vvpppdgg 2.52.5 液体流经小孔及缝隙的流量液体流经小孔及缝隙的流量 “孔口流动孔口流动”主要介绍孔口的流量公式及液阻特性。主要介绍孔口的流量公式

36、及液阻特性。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础一般孔口边缘都做成刃口形式。一般孔口边缘都做成刃口形式。 当液流经过管道由小孔流出时，由于液体惯性作用，使当液流经过管道由小孔流出时，由于液体惯性作用，使通过小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再扩散，这一收通过小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再扩散，这一收缩和扩散过程产生很大的能量损失缩和扩散过程产生很大的能量损失1.1.薄壁小孔薄壁小孔 5 . 0dl长径比：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础完全收缩完全收缩: : D/d7,D/d7,液流收缩不受孔前通道的影响液流收缩不受孔前通道的影响,

37、 ,称完全收缩称完全收缩. .不完全收缩不完全收缩: :D/dD/d7,7,孔前通道对液流进入小孔起导向作用孔前通道对液流进入小孔起导向作用, ,称不完全收缩称不完全收缩. .液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础对孔前、孔后通道断面对孔前、孔后通道断面1 11 1、2 22 2列伯努利方程，并设列伯努利方程，并设=1=11)1)流经薄壁小孔流量流经薄壁小孔流量hgvgpgvgp22222211其中的压力损失包括突然收缩和突然扩大两项损失。其中的压力损失包括突然收缩和突然扩大两项损失。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础A A0 0小孔截面积；

38、小孔截面积；C Cd d流量系数；流量系数；C Cd d=0.60 =0.60 0.610.61流量系数流量系数C Cd d的大小一般由实验确定的大小一般由实验确定. .具体见相关手册。具体见相关手册。 2 2）流经薄壁小孔流量公式）流经薄壁小孔流量公式: :pAcqd20 薄壁小孔因沿程阻力损失小，薄壁小孔因沿程阻力损失小，q q 对油温变化不敏感，因对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。此多被用作调节流量的节流器。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础pAcqd201)1)短孔短孔流经短孔的流量流经短孔的流量C Cd d=0.82=0.82，短孔常用作固定

39、节流器。，短孔常用作固定节流器。2.2.短孔和细长孔短孔和细长孔45 . 0dl长径比：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础 液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘度成反比。流量受液体温度影响较大。度成反比。流量受液体温度影响较大。pldq12842 2）细长孔）细长孔流经细长孔的流量：流经细长孔的流量：dl4长径比：液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础3.3.平板缝隙平板缝隙存在压差流动和存在压差流动和剪切流动。剪切流动。通过平板缝隙的流量可由下式计算：通过平板缝隙的流量可由下式计算

40、： 在压差作用下，流量在压差作用下，流量q q 与与 缝隙值缝隙值h h 的三次方成正比，的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大。这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大。bhulpbhq21203液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础4.4.环形缝隙环形缝隙 注意：注意：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。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。同心圆柱环形间隙同心圆柱环形间隙偏心环形间隙偏心环形间隙通过同心圆柱环形缝隙的通过同心圆柱环形缝隙的流量公式：流量公式：dhulpdhq21203液压与气压

41、传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础流经偏心圆柱环形缝隙的流量公式：流经偏心圆柱环形缝隙的流量公式： 当偏心量当偏心量e e= =h ho o， 即即1 1 时（最大偏心状态），其通过的时（最大偏心状态），其通过的流量是同心环形间隙流量的流量是同心环形间隙流量的2.5 2.5 倍。因此在液压元件中应倍。因此在液压元件中应尽量使配合零件同心。尽量使配合零件同心。为相对偏心率：为相对偏心率： e e / / h ho o e e为偏心量，为偏心量，h h0 0= R - r= R - r)5 . 11 (12230lpdhq液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学

42、基础5.5.圆锥环形间隙圆锥环形间隙顺锥：顺锥：阀芯小端为高压，液流由阀芯小端为高压，液流由小端流向大端。小端流向大端。倒锥：倒锥：阀芯大端为高压，液流由阀芯大端为高压，液流由大端流向小端。大端流向小端。 阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的 压力分布。压力分布。 如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大 于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础6

43、.液压卡紧现象（液压卡紧现象（动画动画）倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。现象。为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为0.31.0mm。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体

44、力学基础液压流体力学基础2.6 2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象1.1.液压冲击液压冲击 液压冲击的类型：液压冲击的类型： 管道阀门突然关闭时的液压冲击管道阀门突然关闭时的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础减少液压冲击的措施：减少液压冲击的措施：延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间; ;限制管道流速及运动部件的速度限制管道流速及运动部件的速度; ;适当增大管径，以减小冲击波的传播速度适当增大管径，以减小冲击波的传播速度; ;尽量缩短管道长度，减小压力波的传

45、播时间；尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间；用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量。用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量。液压与气压传动课件第第2章章 液压流体力学基础液压流体力学基础2.气气穴现现象 气穴现象的产生气穴现象的产生 气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口 气穴现象的危害气穴现象的危害减少气穴现象的措施：减少气穴现象的措施：1 1、减小阀孔前后的压力降，一般使压力比、减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p p1 1/ /p p2 23.53.5。2 2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。3 3、各元件联接处要

46、密封可靠，防止空气进入。、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。4 4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。液压与气压传动课件第第3 3章章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 本章介绍液压泵和液压马达本章介绍液压泵和液压马达原理、结构及在液压系统中的作原理、结构及在液压系统中的作用。用。本章重点：本章重点： 液压泵和液压马达功率和效液压泵和液压马达功率和效率计算的基本方法。液压泵和液率计算的基本方法。液压泵和液压马达工作原理、结构、参数以压马达工作原理、结构、参数以及选用。及选用。 液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达 液压泵作为液压系统的动力

47、元件，将原动机输入的机液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为液压能输出，为液压系统提供足够流量的压力械能转换为液压能输出，为液压系统提供足够流量的压力油。而液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵提油。而液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。供的液压能转变为机械能的能量转换装置。 3.1 3.1 液压泵概述液压泵概述液压与气压传动课件1 1）以单柱塞泵为例（）以单柱塞泵为例（动画动画） 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动动一次，向下运动吸油，向上运动排油。排油。 泵每转一转排

48、出的油液体积称为排泵每转一转排出的油液体积称为排量。量。第3章 液压泵压泵和液压马达压马达1.1.液压泵基本工作原理液压泵基本工作原理2422dedsV液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达2 2）液压泵正常工作的三个必备条件）液压泵正常工作的三个必备条件 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，实现密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，实现吸油和压油；吸油和压油； 吸油腔与排油腔隔开。吸油腔与排油腔隔开。液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达1 1）液压泵和

49、液压马达的压力）液压泵和液压马达的压力工作压力：液压泵实际工作时的出口压力工作压力：液压泵实际工作时的出口压力p pp p或液压马达的或液压马达的进口压力进口压力p pm m 额定压力额定压力 p ps s ：正常工作条件下连续运转的最高压力。：正常工作条件下连续运转的最高压力。2 2）液压泵和液压马达液压泵和液压马达的排量的排量液压泵液压泵排量排量V Vp p：油泵每转所排出的油液体积；：油泵每转所排出的油液体积；液压液压马达排量马达排量V Vm m： 马达每转所需油液体积；马达每转所需油液体积；常用单位为常用单位为 cmcm3 3/ /r r (ml/r)(ml/r)。2.2.液压泵的基本

50、参数液压泵的基本参数液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达3 3）液压泵和液压马达理论流量：）液压泵和液压马达理论流量： 液液 压压 泵泵q q ptpt ：单位时间内理论上排出的油液体积；：单位时间内理论上排出的油液体积； 液压马达液压马达q q mtmt ：空载无流量损失下运转所需流量；：空载无流量损失下运转所需流量； q q t t= n v = n v ，单位为，单位为 m m3 3/s /s 或或 L/min L/min 。液压与气压传动课件4 4）液压泵压泵和液压马达压马达实际实际流量 q q ：液 压压 泵泵q qp p：单单位时间内实际时间内实际排出的油液体积积；

51、 若泄漏流量为为qqp p，则则：第3章 液压泵压泵和液压马达压马达液压马达压马达q qm m：液压马达实际运转压马达实际运转所需输输入的流量； 若泄漏流量为为 ，则则: : pptpqqq mq mmtmqqq 液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达5 5）液压泵或液压马达的转速：）液压泵或液压马达的转速：额定转速额定转速 n n s s： 额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。最高转速最高转速 n n maxmax： 额定压力下允许短时间运行的最高转速。额定压力下允许短时间运行的最高转速。最低转速最低转速 n n minmin：

52、正常运转允许的最低转速。正常运转允许的最低转速。转速范围：转速范围： 最低转速和最高转速之间的转速。最低转速和最高转速之间的转速。液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达液压泵：液压泵：输入功率输入功率 ：P P pipi= = T Tp pp p输出功率输出功率 ：P Ppopo = = p pp pq qp p 若不考虑能量损失：若不考虑能量损失： 2n2np pT Tptpt = p = pp pV Vp pn np p 则则TpTpt tp pp pV Vp p/2/2液压马达：液压马达：输入功率输入功率 ：P P mimi = = p pm mq qm m 输出功率输出功

53、率 ：P Pmomo = = T Tm mm m若不考虑能量损失：若不考虑能量损失： p pm mV Vm mn nm m = = 2n2nm mT Tmt mt 则则T TmtmtpmVpmVm m/2/26 6）液压泵和液压马达的功率）液压泵和液压马达的功率液压与气压传动课件7) 7) 液压泵和液压马达的效率：液压泵和液压马达的效率：ptpptpptptppvqqqqqqq1)(第3章 液压泵压泵和液压马达压马达容积效率容积效率v： 用以衡量液压泵或液压马达的泄漏大小。用以衡量液压泵或液压马达的泄漏大小。液液 压压 泵：泵的实际流量泵：泵的实际流量q qp p与理论流量与理论流量q qpt

54、pt之比。之比。 液压马达：液压马达的理论流量液压马达：液压马达的理论流量q qmtmt与实际输入流量与实际输入流量q qm m之比。之比。)(mmttmmtmmvqqqqq液压与气压传动课件机械效率机械效率m m： 用以衡量液压泵或液压马达因摩擦引起的扭矩损失。用以衡量液压泵或液压马达因摩擦引起的扭矩损失。第3章 液压泵压泵和液压马达压马达ppppptpmTVpTT 2 液液 压压 泵：理论扭矩与实际输入扭矩之比。泵：理论扭矩与实际输入扭矩之比。 液压马达：实际输出扭矩与理论扭矩之比。液压马达：实际输出扭矩与理论扭矩之比。mmtmmTT 液压与气压传动课件pvpmp第3章 液压泵压泵和液压马

55、达压马达总效率总效率 ： 液压泵或液压马达均为输出功率液压泵或液压马达均为输出功率 P P o o与输入功率与输入功率 P P i i之比之比 液液 压压 泵：泵： 液压马达：液压马达：mvmmm液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达图 3-2 CB-L 型齿轮泵的特性曲线(=1300r/min)16080(MPa)40206012010014085757080效率90(%)95100vm液压泵的特性曲线液压泵的特性曲线液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达3.3.液压泵的分类和选用液压泵的分类和选用1)1)分类分类按运动运动部件的形状状和运动运动方式按能否变变量齿

56、轮泵齿轮泵叶片泵泵柱塞泵泵螺杆泵泵外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵双作用叶片泵双作用叶片泵单作用叶片泵单作用叶片泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵径向柱塞泵径向柱塞泵 单作用叶片泵，径向柱单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵量泵液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达2)2)选用原则：选用原则： 是否要求变量：是否要求变量： 要求变量选用变量泵。要求变量选用变量泵。 工工 作作 压压 力力: : 柱塞泵的额定压力最高。柱塞泵的额定压力最高。 工工 作作 环环 境境: : 齿轮泵的抗污能力最好。齿轮泵的抗污能力最好。 噪噪 声声 指指 标标:

57、: 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。 效效 率率: : 轴向柱塞泵的总效率最高。轴向柱塞泵的总效率最高。液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达3.2 齿轮泵齿轮泵齿轮泵根据啮合形式不同分为两种：齿轮泵根据啮合形式不同分为两种：外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达1. 外啮啮合齿轮泵齿轮泵1)1)结构组成结构组成一对齿轮一对齿轮泵体泵体前后盖板前后盖板长短轴长短轴液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达2 2）工作原理（）工作原理（动画动画） 液压与气压传动课件第3章 液压泵

58、压泵和液压马达压马达3 3）外啮合齿轮泵的排量公式）外啮合齿轮泵的排量公式 近似计算时可认为其排量等于近似计算时可认为其排量等于它的两个齿轮的齿槽容积之和。它的两个齿轮的齿槽容积之和。 假设齿槽容积等于轮齿体积，则：假设齿槽容积等于轮齿体积，则： V =2dhbV =2dhb2zm2zm2 2b b 考虑到，齿槽容积略大于轮齿考虑到，齿槽容积略大于轮齿体积通常按下式计算体积通常按下式计算 V =6.66zmV =6.66zm2 2b b 思考一下，流量如何计算？思考一下，流量如何计算？液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达外啮合 1内啮合 0.2齿轮啮合过程中，压油腔容积变化率是

59、不均匀的，齿轮泵的瞬时理论齿轮啮合过程中，压油腔容积变化率是不均匀的，齿轮泵的瞬时理论流量呈脉动现象。脉动的大小由流量脉动率流量呈脉动现象。脉动的大小由流量脉动率p来衡量。来衡量。ppqqqminmax 由图可见，外啮合齿轮泵齿数越多，脉动越小，且从该指标看内啮合优于由图可见，外啮合齿轮泵齿数越多，脉动越小，且从该指标看内啮合优于外啮合。外啮合。4 4）流量脉动）流量脉动液压与气压传动课件5 5）外啮合齿轮泵的结构特点）外啮合齿轮泵的结构特点第3章 液压泵压泵和液压马达压马达 泄漏与间隙补偿措施泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏；齿轮泵存在端面泄漏；径向泄漏；径向泄漏；轮齿啮合处泄漏。轮齿啮

60、合处泄漏。端面泄漏占端面泄漏占8085。 由于端面泄漏占由于端面泄漏占8085，因此，因此端面泄漏限制了齿轮泵压力的提高，一端面泄漏限制了齿轮泵压力的提高，一方面工艺限制，使间隙不可能很小，另方面工艺限制，使间隙不可能很小，另一方面，由于磨损，间隙会越来越大，一方面，由于磨损，间隙会越来越大，如何解决这一问题，成为提高齿轮泵压如何解决这一问题，成为提高齿轮泵压力的重要课题之一。力的重要课题之一。液压与气压传动课件第3章 液压泵压泵和液压马达压马达6)6)间隙补偿措施（提高压力的措间隙补偿措施（提高压力的措施）施）采用静压平衡措施：采用静压平衡措施： 在齿轮和盖板之间增加一个在齿轮和盖板之间增加