东北大学《液压及气压传动》绪论

1、 同学们好！新学期开始了，同学们好！新学期开始了，祝大家在新的一年里生活快乐，祝大家在新的一年里生活快乐，学习进步！学习进步！东北大学液压与东北大学液压与气压传动气压传动 绪论绪论第一节第一节 液压与气压传动的工作原理液压与气压传动的工作原理第二节第二节 液压与气压传动系统的组成和表示方法液压与气压传动系统的组成和表示方法第三节第三节 液压与气压传动的优缺点液压与气压传动的优缺点第四节第四节 液压与气压传动的应用液压与气压传动的应用第五节第五节 液压与气动技术的进展液压与气动技术的进展目的任务目的任务:掌握液压与气压传动的原理、特点和组成掌握液压与气压传动的原理、特点和组成了解液压与气压传动的

2、优缺点及应用、发展了解液压与气压传动的优缺点及应用、发展重点难点重点难点:液压传动的原理、特点、组成和作用液压传动的原理、特点、组成和作用绪绪 论论 一、什么是流体传动一、什么是流体传动 流体传动是以流体（液压液或压缩空气）作为工作介流体传动是以流体（液压液或压缩空气）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式。质对能量进行传递和控制的一种传动形式。 流体传动包括液压传动、气压传动和液力传动流体传动包括液压传动、气压传动和液力传动。 液压传动的工作介质是液压液。液压传动的工作介质是液压液。 气压传动的工作介质是压缩空气。气压传动的工作介质是压缩空气。 液力传动的工作介质是液压液。液力传动的

3、工作介质是液压液。 液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量。 液力传动主要是利用液体的动能来传递能量。液力传动主要是利用液体的动能来传递能量。第一节第一节 液压与气压传动的工作原理液压与气压传动的工作原理一、工作原理一、工作原理 以液压千斤顶的原理图来讲解液压传动的工作原理。以液压千斤顶的原理图来讲解液压传动的工作原理。 由液压千斤顶的工作原理可以由液压千斤顶的工作原理可以看出：看出：液压传动是靠液体在可变化液压传动是靠液体在可变化的密封容积中的压力能实现运动和的密封容积中的压力能实现运动和传递动力的。传递动力的。液压传动装置本质上液压传动装置本质上

4、是一种能量转换装置。是一种能量转换装置。 由液压千斤顶的工作原理由液压千斤顶的工作原理可以进一步分析液压传动机构可以进一步分析液压传动机构的功率传递功能和力因素、运的功率传递功能和力因素、运动因素的变换功能。动因素的变换功能。 从这简单的系统，可从这简单的系统，可以得出有关液压传动的一以得出有关液压传动的一些重要概念来。些重要概念来。设大、小活塞的面积为设大、小活塞的面积为A2、A1 作用在大活塞上的负载为作用在大活塞上的负载为G，作用在小活塞上的作用力为，作用在小活塞上的作用力为F1； 根据巴斯卡原理，大、小活塞下腔以及连接导管构成的密闭容积内的根据巴斯卡原理，大、小活塞下腔以及连接导管构成

5、的密闭容积内的油液具有相等的压力值，设为油液具有相等的压力值，设为p 如忽略活塞运动时的摩擦阻力，则如忽略活塞运动时的摩擦阻力，则小活塞匀速运动的力平衡方程为小活塞匀速运动的力平衡方程为 PA1 = F1大活塞匀速运动的力平衡方程为大活塞匀速运动的力平衡方程为 PA2 = G可写成可写成11222AFAFAGp1212AAFF 或式中式中F2油液作用在大活塞上的作用力，油液作用在大活塞上的作用力，F2 = G重要概念重要概念1:系统的压力系统的压力P取决于作用负载的大小。取决于作用负载的大小。当当 A2A1时，作用在小活塞时，作用在小活塞上一个很小的力上一个很小的力 F1，便可在大，便可在大活

6、塞上产生一个很大的力活塞上产生一个很大的力F2 。这就是这就是液压千斤顶的原理液压千斤顶的原理只要只要A2A1 ，则，则F2F1 这就是这就是液压传动机构的液压传动机构的力变换功能。力变换功能。在不考虑泄漏情况下，小缸输出的液体容积必然等于大缸增大的液体容积，即在不考虑泄漏情况下，小缸输出的液体容积必然等于大缸增大的液体容积，即A1h1= A2h2 h1、h2小缸、大缸活塞的位移。小缸、大缸活塞的位移。上式两边同除以活塞位移的时间，得上式两边同除以活塞位移的时间，得A1v1 = A2v2 = qv1、v2小、大活塞的移动速度。小、大活塞的移动速度。q流量，单位时间内输出（或输入）的液体体积。流

7、量，单位时间内输出（或输入）的液体体积。只要只要A2A1 ，则，则v2v1 活塞运动的速度和活塞面积活塞运动的速度和活塞面积成反比。这就是液压传动机构的成反比。这就是液压传动机构的运动变换功能运动变换功能。将上式可写成将上式可写成22112AqAAvv重要概念重要概念2：大缸活塞运动的速度，在缸的：大缸活塞运动的速度，在缸的结构尺寸一定时，取决于输入的流量。结构尺寸一定时，取决于输入的流量。使大活塞上的负载上升所需的功率为使大活塞上的负载上升所需的功率为pqAqpAvFP2222式中，式中，p的单位为的单位为Pa q的单位为的单位为m3 /s P的单位为的单位为W由此可见，液压系统的压力和流量

8、之积就是功率，由此可见，液压系统的压力和流量之积就是功率，称之为液压功率称之为液压功率在液压系统中，要发生在液压系统中，要发生两次能量转换：两次能量转换：在小缸中，手按动小活塞所作的机械能变成了排出流体的压力能在小缸中，手按动小活塞所作的机械能变成了排出流体的压力能而在大缸中，进入大缸的流体压力能通过大活塞转变成为驱动负载所需的机械能而在大缸中，进入大缸的流体压力能通过大活塞转变成为驱动负载所需的机械能把机械能转变为流体压力能的元件或装置称为泵或能源装置把机械能转变为流体压力能的元件或装置称为泵或能源装置.把流体压力能转变为机械能的元件称为执行元件。把流体压力能转变为机械能的元件称为执行元件。

9、气压传动工作原理与液压传动工作原理基本相同。气压传动工作原理与液压传动工作原理基本相同。在图中，两根通油箱的管路如通大气，在图中，两根通油箱的管路如通大气，则变成气动系统的原理图。则变成气动系统的原理图。 这种情况下，上下按动手柄这种情况下，上下按动手柄5，空，空气就通过阀气就通过阀2被吸人，经阀被吸人，经阀3输到大缸输到大缸7的的下腔。下腔。 在这里，因气体有压缩性，不像液在这里，因气体有压缩性，不像液压系统那样，一按手柄重物立即相应上压系统那样，一按手柄重物立即相应上移，而是手柄需按动多次，使进入大缸移，而是手柄需按动多次，使进入大缸7下腔中的气体逐渐增多，压力逐渐升下腔中的气体逐渐增多，

10、压力逐渐升高，高，一直到气体压力达到使重物上升所需的一直到气体压力达到使重物上升所需的压力值时，重物便开始上升。压力值时，重物便开始上升。 在重物上升过程中，也不像液压系在重物上升过程中，也不像液压系统那样，压力值基本上维持不变（因是统那样，压力值基本上维持不变（因是举起重物），因气体可压缩性较大的缘举起重物），因气体可压缩性较大的缘故，气压值会发生波动。故，气压值会发生波动。第二节第二节 液压与气压传动系统的组成和表示方法液压与气压传动系统的组成和表示方法一、系统的组成一、系统的组成仍以液压千斤顶为例。液压系统主要由以下四部分组成：仍以液压千斤顶为例。液压系统主要由以下四部分组成：l）能源装

11、置能源装置把机械能转换成油液把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。例小缸，它给液压系统提供压力油。例小缸4 2）执行元件执行元件把油液的液压能转换成把油液的液压能转换成机械能的元件。有作直线运动的液压缸，机械能的元件。有作直线运动的液压缸，或作回转运动的液压马达。例大缸或作回转运动的液压马达。例大缸73）控制调节元件控制调节元件对系统中油液压力、对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或调节的流量或油液流动方向进行控制或调节的元件。元件。4）辅助元件辅助元件上述三部分以外的其他元件，上述三部分以外的其他元件，例如

12、例如油箱、过滤器、油管、冷却器、加热器等。油箱、过滤器、油管、冷却器、加热器等。它们对保证系统正常工作有重要作用。它们对保证系统正常工作有重要作用。气压传动系统的组成气压传动系统的组成能源装置是空气压缩机，能源装置是空气压缩机，执行元件是气缸、气马达，执行元件是气缸、气马达，控制元件是各种气动阀，控制元件是各种气动阀，辅助元件是管道、接头、消声器外，辅助元件是管道、接头、消声器外，常常还装有一些完成逻辑功能的逻辑元件等常常还装有一些完成逻辑功能的逻辑元件等。二、系统的图形符号表示二、系统的图形符号表示用液压图形符号绘制工作原理图用液压图形符号绘制工作原理图我国制定的我国制定的“液压与气动液压与

13、气动”图形符号图形符号（GBT78612001）可参见）可参见附录附录 B。第三节第三节 液压与气压传动的优缺点液压与气压传动的优缺点 液压传动的优点：液压传动的优点：1）同体积下，液压装置比电气装置产生的力大。）同体积下，液压装置比电气装置产生的力大。 4）易于实现过载保护。）易于实现过载保护。 2）工作平稳，能在大范围内实现无级调速。）工作平稳，能在大范围内实现无级调速。 3）易于控制。）易于控制。 5）元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和维修。）元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和维修。 6）用液压传动实现直线运动比用机械传动简单得多。）用液压传动实现直线

14、运动比用机械传动简单得多。液压传动的缺点是：液压传动的缺点是： l）工作介质流动阻力大，不宜远距离输送。）工作介质流动阻力大，不宜远距离输送。 2）对油温变化比较敏感，影响工作稳定性。）对油温变化比较敏感，影响工作稳定性。 3）为了减少泄漏，制造精度要求高，因此造价贵。）为了减少泄漏，制造精度要求高，因此造价贵。 4）对油液的污染比较敏感，故障不易查找。）对油液的污染比较敏感，故障不易查找。气压传动的优点：气压传动的优点： 1）工作介质来源方便，不污染环境。）工作介质来源方便，不污染环境。 3）气动元件结构简单、易制造且已标准化、系列化和通用化。）气动元件结构简单、易制造且已标准化、系列化和通

15、用化。 4）气动系统维护简单。）气动系统维护简单。 5）易实现过载保护。）易实现过载保护。 6）适应性强，能在恶劣的环境下正常工作。）适应性强，能在恶劣的环境下正常工作。 2) 流动阻力小，宜远距离输送。流动阻力小，宜远距离输送。气压传动的缺点：气压传动的缺点： 3）输出力或力矩小）输出力或力矩小 4）传动效率较低）传动效率较低. 1）信号传递速度较慢）信号传递速度较慢. 2）运动速度的稳定性较差，难实现精确控制运动速度的稳定性较差，难实现精确控制.第四节第四节 液压与气压传动的应用液压与气压传动的应用 工程机械工程机械挖掘机挖掘机 推土机推土机 压路机压路机起重运输机械起重运输机械汽车吊汽车

16、吊 叉车叉车冶金机械冶金机械轧钢机轧钢机 压力机压力机 轻工机械轻工机械打包机打包机 造纸机造纸机 汽车工业汽车工业自卸式汽车自卸式汽车 转向器转向器第五节第五节 液压与气动技术的进展液压与气动技术的进展近代液压与气动技术在工业中的应用是本世纪中叶以后近代液压与气动技术在工业中的应用是本世纪中叶以后 最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，第二次世界大最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制战期间，在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的

17、发展。装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。 本世纪的本世纪的60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发展再次将液压技术推向前进，使它在国民经济的各方面都得到了应用的发展再次将液压技术推向前进，使它在国民经济的各方面都得到了应用 我国的液压工业开始于本世纪我国的液压工业开始于本世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。后来才用到拖拉机和工程机械上。 我国我国1964年从国外引进一些液压元件生产技术，自行设计液压产品，液压件年从国

18、外引进一些液压元件生产技术，自行设计液压产品，液压件的生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用的生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用 80年代起加速对国外先进液压产品和技术的引进、消化、吸收和国产化工年代起加速对国外先进液压产品和技术的引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。位地赶上世界水平。 当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集

19、成化等各项要高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。显示出显著的成绩。 在在60年代末，气动元件得到发展，控制方式年代末，气动元件得到发展，控制方式有创新，从而使气动系统在很多工业领域得到有创新，从而使气动系统在很多工业领

20、域得到了广泛应用。但是，一般认为，现代气动技术了广泛应用。但是，一般认为，现代气动技术从开始发展到现在还不足从开始发展到现在还不足50年时间。年时间。 微电子技术的进展，渗透到液压与气动技术中并与之相微电子技术的进展，渗透到液压与气动技术中并与之相结合，创造出了很多高可靠性、低成本的微型节能元件，结合，创造出了很多高可靠性、低成本的微型节能元件，为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的前景。前景。液压与气动技术的持续发展特征：液压与气动技术的持续发展特征：l）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。）提高元件性能，创制新型元件，体积

21、不断缩小。 高速气缸的速度可达高速气缸的速度可达 17m/s，低速气缸的最小速度可达，低速气缸的最小速度可达 5mm/s，不产生爬行，不产生爬行，而高精度定位气缸的定位精度可达，而高精度定位气缸的定位精度可达0.01mm。 最近，市场上出现了一种新型的被称为最近，市场上出现了一种新型的被称为“肌位肌位”的执行元件（的执行元件（FESTO公司公司）。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接人系统，并向其内部充气压和卸）。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接人系统，并向其内部充气压和卸压时，它在径向和轴向都会发生伸缩。轴向的伸缩量可达其总长的压时，它在径向和轴向都会发生伸缩。轴向的伸缩量可达其总长

22、的1530，在相同条件下，它的作用力是普通气缸的在相同条件下，它的作用力是普通气缸的10倍。倍。 新型的小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的新型的小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的7。这些小、微型的元件已被应用于精密机械加工、电子工业、制这些小、微型的元件已被应用于精密机械加工、电子工业、制药工业、食品加工和包装技术等药工业、食品加工和包装技术等2）高度的组合化、集成化和模块化）高度的组合化、集成化和模块化 液压系统由管式配置经板式配置、箱式配置、集成块式配液压系统由管式配置经板式配置、箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短。置发展到叠加式配置、插装

23、式配置，使连接的通道越来越短。 也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力间做成一体，也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力间做成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体内；把液压缸和换向阀做成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体内；把液压缸和换向阀做成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。而且使用简便，也容易维护保养。气动元件的最大优点就在于其单独元件的可组合性，气动元件的最大优点就在于其

24、单独元件的可组合性，无论是各种不同大小的控制器，或是不同功率的功能控制元件，无论是各种不同大小的控制器，或是不同功率的功能控制元件，在一定的应用条件下，都具有或多或少的随意组合性。在一定的应用条件下，都具有或多或少的随意组合性。3）和微电子结合，走向智能化）和微电子结合，走向智能化 如数字液压泵、数字阀、数字液压缸等。如数字液压泵、数字阀、数字液压缸等。其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件、液压执行元件或能源装置、检测反馈控制元件、液压执行元件或能源装置、检测反馈装置、数模转换装置、集成电路等汇成一体。装置、数模转换装置、集成电路等汇成一体。 又如，驾驶舱模拟器能通过微型计算机控制又如，驾驶舱模拟器能通过微型计算机控制6个液压缸，实现快速个液压缸，实现快速的（每秒钟的（每秒钟20次）协调动作，以使受训练的波音民航喷