第二章 液压传动基础知识new

1、 液压系统复习液压系统复习第一章第一章液压传动是液压传动是依靠液体在密封容积变化中的压力能依靠液体在密封容积变化中的压力能实现运动和动力传递的实现运动和动力传递的。液压传动装置本质上是一种液压传动装置本质上是一种能量转换装置能量转换装置，它先，它先将将机械能机械能转换为便于转换为便于输送的液压能输送的液压能，后又将液压，后又将液压能转换为能转换为机械能机械能做功。做功。压力与负载的关系压力与负载的关系帕斯卡原理：加在密封容器中的压力能够按帕斯卡原理：加在密封容器中的压力能够按照原来的大小向液体的各个方向传递。照原来的大小向液体的各个方向传递。11222AFAFAGP1212AAFF A2和和A

2、1分别是大、小活塞的面积分别是大、小活塞的面积G为作用在大活塞上的外负载，为作用在大活塞上的外负载，F2为大活塞下端受的力，为大活塞下端受的力，F1为施加在小活塞上的力为施加在小活塞上的力速度与流量的关系21122211ssAAssAAqqvAvAq222111Aqv 位移除以时位移除以时间间如何控制速度？如何控制速度？能量转换关系 大活塞工作时输出的瞬时功率大活塞工作时输出的瞬时功率2222222222qpqAFAqFvFP压力压力和和流量流量是液压传动的重要基本参数是液压传动的重要基本参数直线运动中的直线运动中的力力和和速度速度旋转运动中的旋转运动中的转矩转矩和和转速转速 由图由图1-21

3、-2可见，液压传动系统由以下五部分组成：可见，液压传动系统由以下五部分组成： (1) (1) 动力元件动力元件( (液压泵液压泵) )。 (2) (2) 执行元件执行元件( (液压缸或液压马达液压缸或液压马达) )。 (3) (3) 控制元件控制元件( (各类液压控制阀各类液压控制阀) )。 (4) (4) 辅助元件辅助元件( (油箱、油管、过滤器等油箱、油管、过滤器等) )。 ( (5) 5) 工作介质工作介质 ( (液压油液压油) )。 按照规定，液压系统原理图用国家标准按照规定，液压系统原理图用国家标准GB786.1-1993GB786.1-1993液压图液压图形符号绘制形符号绘制( (

4、见课本附录见课本附录) ) ，如图，如图1-2c1-2c所示。所示。第三节第三节 液压传动的优缺点及应用液压传动的优缺点及应用 一、液压传动的优缺点一、液压传动的优缺点 1. 1.优点优点 1) 1)液压传动便于实现液压传动便于实现无级调速无级调速，调速范围大，调速范围大; ; 2)2)传递运动平稳，换向冲击小，传递运动平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向便于实现频繁换向； 3) 3)承载能力大承载能力大; ; 4) 4)元件使用寿命长元件使用寿命长； 5)5)易于实现自动化易于实现自动化; ; 6)6)易于实现过载保护易于实现过载保护; 7)7)液压元件的体积较小液压元件的体积较小，重量较轻。

5、，重量较轻。 8)8)系统的布局和安装灵活。系统的布局和安装灵活。 9)9)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化。液压元件易于实现系列化、标准化和通用化。 2.缺点缺点 1)液压传动无法保证严格的传动比液压传动无法保证严格的传动比。 2)液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很 高或很低的温度下工作。高或很低的温度下工作。 3)液压传动有较多的能量损失液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、摩擦泄漏损失、摩擦损失等损失等)，故传动效率不高。，故传动效率不高。 4)液压油中混入空气，容易产生噪音和振动液压油中混入空气，容易产生噪音和振动 5)液压传动出现故障时不

6、易找出原因。液压传动出现故障时不易找出原因。第二章第二章 一、液压油的主要性质一、液压油的主要性质密度密度可压缩性可压缩性：液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体的可压缩性。的可压缩性。 体积模量体积模量K：表示液体产生单位体积相对变化量所需要的压力表示液体产生单位体积相对变化量所需要的压力增量增量粘性：粘性：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子的相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体子的相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。的粘性。 a)动力黏度动力黏度 vs

7、运动黏度；运动黏度；b)黏度随着温度升高而降低黏度随着温度升高而降低液压油的选用 (一一) 对液压油的使用要求对液压油的使用要求 1) 粘度适当，粘温特性好；粘度适当，粘温特性好； 2) 润滑性能好，防锈能力强；润滑性能好，防锈能力强；3) 质地纯质地纯净，杂质少；净，杂质少； 4) 对金属和密封件有良好的相容性；对金属和密封件有良好的相容性；5) 氧化稳定性好，氧化稳定性好，长期工作不易变质；长期工作不易变质； 6) 抗泡沫性和抗乳化性好；抗泡沫性和抗乳化性好；7) 体积膨胀系数小，体积膨胀系数小，比热容大；比热容大；8) 燃点高，凝点低燃点高，凝点低 ； 9) 对人体无害，成本低。对人体无

8、害，成本低。 (二二) 液压油的品种液压油的品种 (1) 矿油型矿油型 ；(2) 乳化型；乳化型；(3) 合成型合成型 (三三) 液压油的选择液压油的选择 (1) 黏度；黏度；(2)工作压力；工作压力； (3)运动速度；运动速度； (4)环境温度。环境温度。 污染物的来源与控制污染物的来源与控制污染物的来源污染物的来源 (1)残留物污染；残留物污染； (2)侵入物污染；侵入物污染； (3)生成物污染；生成物污染；污染物的控制污染物的控制 (1)严格清洗元件和系统严格清洗元件和系统 (2)防止污染物从外界侵入防止污染物从外界侵入 (3)采用高性能的过滤器采用高性能的过滤器 (4) 控制液压液的温

9、度控制液压液的温度 (5) 保持系统所有部位良好的密保持系统所有部位良好的密封性封性 (6)定期检查和更换液压液并形定期检查和更换液压液并形成制度成制度液体静力学液体静力学1.压力压力 P=F/A静止液体总是处于受压状态，并且其内部的任何质点都是受平衡压力作静止液体总是处于受压状态，并且其内部的任何质点都是受平衡压力作用的。用的。ghpp02.压力的表示方法压力的表示方法3.压力的单位压力的单位Pabar、kgf/cm2（公斤力）（公斤力）、atm、 mmH2O、mmHg等。等。4、静压传递原理、静压传递原理 在密闭容器内，在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递施加于静止液体的压力可

10、以等值地传递到液体各点。到液体各点。流体力学流体力学 一、基本概念一、基本概念 1理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动 1)理想液体理想液体-既无粘性又不可压缩的假想液体。既无粘性又不可压缩的假想液体。 2)恒定流动恒定流动-液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而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变化的流动2通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速 1)通流截面通流截面-液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的截面液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的截面 (亦亦称通流截面称通流截面)。 2)流量流量-单位时间内流过某单位时间内流过某过流断面的液体体积。流量的单

11、位过流断面的液体体积。流量的单位为为m3/s或或L/min。 3)平均流速平均流速-假设液流在过流断面上各点的流速均匀分布，液体假设液流在过流断面上各点的流速均匀分布，液体以此平均流速流过该断面的流量等于以实际流速流过的流量。以此平均流速流过该断面的流量等于以实际流速流过的流量。v = qv / A3层流、紊流、雷诺数层流、紊流、雷诺数 液体的流动有两种状态，即液体的流动有两种状态，即层流和紊流层流和紊流。 Re = v d / 管内的平均流速管内的平均流速v ，管道内径，管道内径d、液体的运动粘度、液体的运动粘度 液流由紊流转变为层流时的雷诺数称为临界雷诺数，记作液流由紊流转变为层流时的雷诺

12、数称为临界雷诺数，记作Rec 。一般都用一般都用Rec作为判断液流状态的依据，作为判断液流状态的依据，当液流的实际雷诺当液流的实际雷诺数数Re值小于临界雷诺数值小于临界雷诺数Rec 时时，为层流；反之，为紊流。，为层流；反之，为紊流。 二、连续性方程二、连续性方程 如图如图2-122-12所示为一恒定流动的液流，可推得连续性方程所示为一恒定流动的液流，可推得连续性方程 v v 1 1A A1 1 v v 2 2 A A2 2或写成或写成 q qv v v v A A常数常数 上式说明上式说明液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的( (即流量

13、是连续的即流量是连续的) )，因而流速和过流断面积成反比。，因而流速和过流断面积成反比。 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。 三、伯努利方程三、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 1理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 设理想液体在如图设理想液体在如图2-132-13所示的管道内作恒定流动，可推得所示的管道内作恒定流动，可推得 p p1 1+ +ghgh1 1+(+(v v1 12 2) )/ / 2= 2= p p2 2+ +ghgh2

14、2+(+(v v2 2 2 2) )/ / 2 2或写成或写成 p p + +gh gh +(+(v v 2 2) )/ / 2 = 2 = 常数常数 上式各项分别是单位体积液体的上式各项分别是单位体积液体的压力能、位能和动能压力能、位能和动能。BernoulliBernoulli方程表明，对于理想流体，其位能、压力能和动能可以互相方程表明，对于理想流体，其位能、压力能和动能可以互相转换，但总和不变。转换，但总和不变。BernoulliBernoulli方程为能量守恒方程在理想液体中的应方程为能量守恒方程在理想液体中的应用或表现形式。用或表现形式。动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。动量

15、定动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。动量定理指出：理指出：作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量变化率，即用方向上的动量变化率，即()dId mvFdtdt将动量定理应用于液体时，将动量定理应用于液体时，须须在任意时刻在任意时刻t t时从流管中取出时从流管中取出一个由通流截面一个由通流截面A A1 1和和A A2 2围起来围起来的液体控制体，的液体控制体，如图如图3-163-16所示。所示。4、动量方程、动量方程为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，这种能量损失为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，这种能量损失就就是实际液

16、体伯努利方程中的是实际液体伯努利方程中的p pW项。项。p pW具有压力的量纲，通常称为具有压力的量纲，通常称为压力损失压力损失。压力损失分为两类：压力损失分为两类：沿程压力损失沿程压力损失和和局部压力损失局部压力损失。小孔的分类小孔的分类 一、小孔流量一、小孔流量 小孔可分为三种：小孔可分为三种：当小孔的长径比当小孔的长径比l/d /d 0.50.5时时，称为，称为薄壁孔薄壁孔；当当 l/d d 4 4时，称为细长孔时，称为细长孔；当；当 0.50.5 l/d/d 44时，称为短孔时，称为短孔。 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象 一、液压冲击一、液压冲击 在液压系统中，常常由于某些原因而

17、使液体压力突然急剧上升，在液压系统中，常常由于某些原因而使液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称液压冲击。形成很高的压力峰值，这种现象称液压冲击。 ( (一一) )液压冲击的危害性液压冲击的危害性 系统中出现液压冲击时，液体瞬时压力峰值可以比正常工作压系统中出现液压冲击时，液体瞬时压力峰值可以比正常工作压力大好几倍。力大好几倍。液压冲击会损坏密封装置、管道或液压元件，还会引液压冲击会损坏密封装置、管道或液压元件，还会引起设备振动，产生很大噪声。起设备振动，产生很大噪声。有时，液压冲击使某些液压元件产生有时，液压冲击使某些液压元件产生误动作，影响系统正常工作。误动作，影响系统正常工

18、作。 二、气穴二、气穴 在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为气穴。气穴。 (一一)气穴的危害性气穴的危害性 1)大量的气泡破坏了液流的连续性，造成流量和压力大量的气泡破坏了液流的连续性，造成流量和压力脉动，甚至引起局部液压冲击，发出噪声并引起振动。脉动，甚至引起局部液压冲击，发出噪声并引起振动。 2)当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会

19、使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作部高温和高压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会使液压元件的工作性能变坏，井使用称为气蚀。气蚀会使液压元件的工作性能变坏，井使其寿命大大缩短。其寿命大大缩短。液压泵液压泵是一种是一种能量转换装置能量转换装置，它把驱动电机的，它把驱动电机的机械机械能能转换成输到系统中去的转换成输到系统中去的油液的压力能油液的压力能，供液压系，供液压系统使用。统使用。液压马达液压马达也是一种也是一种能量转换装置能量转换装置，它把，它把输入油液的输入油液的压力能压力能转换成转换成机械能机械能，使主机的工作部件克服负载，使主机的工作部件克服负载及阻力而产生运动。及阻

20、力而产生运动。第三章第三章功用上功用上 相反相反结构上结构上 相似相似原理上原理上 互逆互逆二者二者的关系的关系液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，其排油量其排油量的大小取决于密封腔的容积变化，故这种泵又称为的大小取决于密封腔的容积变化，故这种泵又称为容积式泵容积式泵。构成容积式泵的两个必要条件是：构成容积式泵的两个必要条件是： 1)有周期性的密封容积变化。有周期性的密封容积变化。密封容积由小变大时吸油，密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。由大变小时压油。 2)有配流装置。有配流装置。它保证密封容积由小变大时只与吸油管连它保证密封容积由小

21、变大时只与吸油管连通；密封容积由大变小时只与压油管连通。通；密封容积由大变小时只与压油管连通。 3)吸油口和排油口不能联通，且不能同时打开。吸油口和排油口不能联通，且不能同时打开。液压泵（液压马达）按其在单位时间内所能输出（所需输液压泵（液压马达）按其在单位时间内所能输出（所需输入）油液体积可否调节而分为入）油液体积可否调节而分为定量泵（定量马达）和变量定量泵（定量马达）和变量泵（变量马达）泵（变量马达）两类；按结构形式可以分为两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片齿轮式、叶片式和柱塞式式和柱塞式三大类。三大类。a)a)单向定量液压马达单向定量液压马达 b)b)单向变量液压马达单向变量液压马达

22、c)c)双向定量液压马达双向定量液压马达 d)d)双向变量液压马达双向变量液压马达 e)e)摆动式液压马达摆动式液压马达液压泵及液压马达性能参数液压泵及液压马达性能参数 p 压力p 排量和流量p 功率与效率p 转速 1.压力工作压力工作压力 指液压泵出口处的实际压力值。工作压力值指液压泵出口处的实际压力值。工作压力值取决于外负载。取决于外负载。 额定压力额定压力 指指液压泵在正常工作条件下可连续运转的最高液压泵在正常工作条件下可连续运转的最高压力压力。额定压力值的大小由液压泵零部件的结。额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。超过这个压力值，液构强度和密封性来决定。超过这个压力

23、值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。 最大压力最大压力在短期运行所允许的最高压力，一般为额定压在短期运行所允许的最高压力，一般为额定压力的力的1.11.1倍。倍。 压力分级压力分级压力分级压力分级 低压低压 中压中压 中高压中高压 高压高压 压力（压力（MPa） 2.5 2.58 816 1632 2.排量和流量 排排 量量V 指指在无泄漏情况下，液压泵在无泄漏情况下，液压泵/ /马达转一周所能排出的油液马达转一周所能排出的油液体积。体积。排量的大小只与液压泵排量的大小只与液压泵/ /马达中密封工作容腔的几马达中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。何尺寸

24、和个数有关。理论流量理论流量 vtq指在指在无泄漏情况下，液压泵无泄漏情况下，液压泵/ /马达单位时间内输出马达单位时间内输出油液的体积。油液的体积。其值等于泵的排量其值等于泵的排量V V和泵轴转数和泵轴转数n n的乘的乘积，即积，即 指指单位时间内液压泵单位时间内液压泵/ /马达马达实际输出油液的体积。实际输出油液的体积。 实际流量实际流量 vq额定流量额定流量 泵泵/ /马达马达在额定转数和额定压力下输出的实际流量在额定转数和额定压力下输出的实际流量。 Vnqvtvvtvqqq齿齿 轮轮 泵泵 一、齿轮泵的优缺点及结构形式一、齿轮泵的优缺点及结构形式 (1) (1) 优点优点 结构简单，制

25、造方便，价格低廉，结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，允许转速较高，对体积小，重量轻，自吸性能好，允许转速较高，对油的污染不敏感，工作可靠，便于维护修理油的污染不敏感，工作可靠，便于维护修理。 (2) (2) 缺点缺点 流量脉动大，噪声大，排量不可调流量脉动大，噪声大，排量不可调( (定量泵定量泵) )。 (3) (3) 结构形式结构形式 有外啮合式和内啮合式两种。有外啮合式和内啮合式两种。1.困油齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重合度必须大重合度必须大于于1 1，于是，于是总有两对轮齿同时啮合，并有一部总有两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在

26、两对轮齿所形成的封闭容腔之分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭容腔之间间，如图，如图4-44-4所示。所示。 三三、内啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵 1 1渐开线齿形内啮合齿轮泵渐开线齿形内啮合齿轮泵( (其结构原理见图其结构原理见图3-8a)3-8a) 2. 2. 摆线齿形内啮合齿轮泵摆线齿形内啮合齿轮泵 ( (其结构原理见图其结构原理见图3-8b)3-8b)第三节第三节 叶叶 片片 泵泵 一、一、叶片泵的优缺点及结构形式叶片泵的优缺点及结构形式 (1) (1)优点优点 主要有流量均匀、运转平稳、噪声低、主要有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小、重量轻等优点。体积小、重量轻等优点。 (2)(2)缺点

27、缺点 主要是对油液污染较敏感，转速不能太主要是对油液污染较敏感，转速不能太高。高。 (3)(3)结构形式结构形式 有双作用式有双作用式( (常做成定量泵常做成定量泵) )和单作和单作用式用式( (多为变量泵多为变量泵) )两种。两种。叶片泵单作用叶片泵单作用叶片泵 （流量可调，转动一周吸油、（流量可调，转动一周吸油、排油一次）排油一次）双作用叶片泵双作用叶片泵（流量不可调，转动一周吸（流量不可调，转动一周吸油、排油两次）油、排油两次）限压式内反馈式叶片泵：限压式内反馈式叶片泵：通过油压控制转通过油压控制转子移动的偏心距。子移动的偏心距。限压式外反馈式叶片泵：限压式外反馈式叶片泵：根据泵的出口负根据泵的出口负载压力的大小自动调节泵的排量。载压力的大小自动调节泵的排量。第四节第四节 柱柱 塞塞 泵泵 一、柱塞泵的优缺点及结构形式一、柱塞泵的优缺点及结构形式 (1) (1)优点优点 具有压力高、结构紧凑、效率高及流量具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便等优点。调节方便等优点。 (2)(2)缺点缺点 结构较为复杂，价格最高。结构较为复杂，价格最高。 (3) (3)结构形式结构形式 分为轴向式和径向式两