第一章液压与液力传动基础

1、1液压与液力传动 第一章 液压传动基础知识21.1.1 液压传动定义与发展概况液压传动定义与发展概况 1.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 一部完整的机器是由一部完整的机器是由原动机原动机、传动机构传动机构及及控制部分控制部分、工作机工作机（含辅助装置）组成。（含辅助装置）组成。 传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。 流体传动流体传动是以是以流体流体为为工作介质工作介质进行进行能量转换、传递和能量转换、传递和控制控制的传动。它包括的传动。它包括液压传动、液力传动液压传动、液力传动和和气压传动。气压传动。液压传动和液力传动均

2、是以液压传动和液力传动均是以液体液体作为作为工作介质工作介质来进行来进行能量能量传递传递的传动方式。的传动方式。 液压传动液压传动主要是利用液体的主要是利用液体的压力能压力能来传递能量；来传递能量； 液力传动液力传动则主要是利用液体的则主要是利用液体的动能动能来传递能量。来传递能量。 1.1 1.1 概述概述31.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 （Hydraulics）是以液体为工作介）是以液体为工作介质，通过质，通过驱动装置驱动装置将原动机的机械能转换为液压将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过的压力能，然后通过管道管道、液压控制及调节装置液压控制及调节装置等，借助等，借助执

3、行装置执行装置，将液体的压力能转换为机械，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现能，驱动负载实现直线直线或或回转回转运动。运动。 ？ 那么，到底什么是呢？ 41.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 机械传动机械传动（mechanics）:常用零件为齿轮、曲轴、轴、常用零件为齿轮、曲轴、轴、皮带等。皮带等。气压传动气压传动（pneumatics）:常用空气或其它气体为传常用空气或其它气体为传输介质。输介质。电器传动电器传动（electrics）:常用直流电机常用直流电机,可控硅可控硅,交流电交流电机变频器等机变频器等.51.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 管道 如图所示的系统中

4、，有两个不同直径的液压如图所示的系统中，有两个不同直径的液压缸缸2和和4，且缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞，且缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞1和和5。假设活塞在缸内自由滑动（无摩擦力），。假设活塞在缸内自由滑动（无摩擦力），且液体不会通过配合面产生泄漏。缸且液体不会通过配合面产生泄漏。缸2、4下腔用下腔用一管道一管道3连通，其中充满液体。这些液体是密封连通，其中充满液体。这些液体是密封在缸内壁、活塞和管道组成的容积中的。在缸内壁、活塞和管道组成的容积中的。泵缸22431561.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 如果活塞如果活塞5上有重物上有重物W,则当活塞则当活塞1上施加的上施加的

5、F力达到一定大小时，就能阻止重物力达到一定大小时，就能阻止重物W下降，这就下降，这就是说可以利用密封容积中的液体传递力。是说可以利用密封容积中的液体传递力。泵缸2431571.1.1 .1 液压传动的定义液压传动的定义 由于作用在密封容器内平衡液体表面上的压由于作用在密封容器内平衡液体表面上的压强（强（液压力液压力）将均匀地传递到液体中所有各点上，）将均匀地传递到液体中所有各点上，且不改变大小（且不改变大小（帕斯卡定律帕斯卡定律），这样：当活塞），这样：当活塞1在力在力F力作用下向下运动时，重物将随之上升，力作用下向下运动时，重物将随之上升，这说明密封容积中的液体不仅可以传递力，还可这说明密封

6、容积中的液体不仅可以传递力，还可以传递运动。以传递运动。泵缸2431581.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 压力取决于负载压力取决于负载 仍回到前面的简化模型仍回到前面的简化模型为了能提升重物为了能提升重物W W，必须在，必须在活塞活塞1 1上施加主动力上施加主动力F1,F1,这时，这时，重物重物W W就是工作的负载就是工作的负载。如果活塞活塞5 5上作用的上作用的W W为为0 0如果工作负载为工作负载为W W如果液压缸液压缸4 4和活塞和活塞5 5被一容器取被一容器取代代活塞活塞5 5上作用的上作用的W W为为0 0 在不计活塞磨擦力和活在不计活塞磨擦力和活塞自重的情况下，此时系统

7、塞自重的情况下，此时系统的液压力会是多少呢？的液压力会是多少呢？ 很明显在活塞很明显在活塞5 5下的压力下的压力 这时活塞这时活塞1 1下下的压力的压力 ， 主动力主动力F F1 1只能为只能为0 0，也就是，也就是说主动力是加不上去的。说主动力是加不上去的。022AWp021 pp泵缸1234A15A291.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 压力取决于负载压力取决于负载 仍回到前面的简化模型为了能提升重物W，必须在活塞1上施加主动力F1,这时，重物W就是工作的负载。如果活塞活塞5 5上作用的上作用的W W为为0 0如果工作负载为工作负载为W W如果液压缸液压缸4 4和活塞和活塞5 5

8、被一容器取被一容器取代代泵缸1234A15A2101.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 如果简化模型中液压缸如果简化模型中液压缸4 4和和活塞活塞5 5被一容器取代：被一容器取代：如图所示。如图所示。 在活塞在活塞1 1上施加上施加F F1 1的力后，的力后，如果容器如果容器4 4、管路、管路3 3、液压缸、液压缸2 2及及活塞活塞1 1有足够的压强，就可以认有足够的压强，就可以认为工作负载是无穷大的，那么，为工作负载是无穷大的，那么，系统中的液体压力将为：系统中的液体压力将为： 根据根据，该压力，该压力p p1 1将将在这个封闭的液体间等值传在这个封闭的液体间等值传递，管道递，管道3

9、和容器和容器4内各点都将内各点都将产生大小和产生大小和p1相等的液体压力。相等的液体压力。111AFp 1缸2A1A234111.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 压力取决于负载压力取决于负载 仍回到前面的简化仍回到前面的简化模型模型为了能提升重物为了能提升重物W W，必须，必须在活塞在活塞1 1上施加主动力上施加主动力F1,F1,这时，重物这时，重物W W就是工作的就是工作的负载。负载。如果活塞活塞5 5上作用的上作用的W W为为0 0如果工作负载为工作负载为W W如果液压缸液压缸4 4和活塞和活塞5 5被一容器取被一容器取代代泵缸1234A15A2121.1.1.1 液压传动的定义

10、液压传动的定义 Q运动速度取决于流量运动速度取决于流量请看右下图，由图可知：请看右下图，由图可知： 活塞活塞1向下移动向下移动h1,通过液体的能量传输，将使活塞通过液体的能量传输，将使活塞5上升一上升一段距离段距离h2，很显然，很显然h1h2。 由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在t时间里时间里从液压缸从液压缸2中挤出的液体体积中挤出的液体体积 ，将等于通过管道，将等于通过管道3挤入液压缸挤入液压缸4的体积的体积 。即：。即：两边同除：两边同除：则则thAthA2211111hAV 222hAV 2211hAhAv2缸2A1A234h1h2113

11、1.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 下面介绍一个概念：流量下面介绍一个概念：流量q(Flow)。 单位时间内从液压缸单位时间内从液压缸2中排出的液体体积或挤入液压缸中排出的液体体积或挤入液压缸4的体积称为流量的体积称为流量q(Flow)。那么，上式（。那么，上式（ ）实）实质上就是说排出液压缸质上就是说排出液压缸2的流量等于挤入液压缸的流量等于挤入液压缸4的流量。的流量。thAthA2211由上式可得负载的运动由上式可得负载的运动速度速度 。则：则：活塞活塞5的运动速度只取的运动速度只取决于液压缸决于液压缸4的流量。的流量。即：即：在液压系统中执行在液压系统中执行机构的速度只取决于流

12、机构的速度只取决于流量。量。22Aqv v2缸2A1A234h1h2141.1.1.1 液压传动的定义液压传动的定义 液压系统中，功率表达式液压系统中，功率表达式P P= =pqpq，压力压力p p和和流量流量q q是液压传动是液压传动中最基本也是最重要的参数。中最基本也是最重要的参数。由于由于P P1 1=P=P2 2=pq=pq（不考虑任何损失），因此液压系统中的（不考虑任何损失），因此液压系统中的能能量传输和转换是守恒的量传输和转换是守恒的，满足能量守恒定律。，满足能量守恒定律。能量的表示方法能量的表示方法由于 （帕斯卡原理）及活塞1的输入功率：活塞5的输入功率：211AWAF2211v

13、AvApqAqpAvFP11111pqAqpAvFP22222v2缸2A1A234h1h21151.1.1.2 液压传动的发展概况液压传动的发展概况 从从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有23百年的历史。百年的历史。 第二次世界大战前后，成功地将液压传动装第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到上世纪车床和磨床，一些通用机床到上世纪30年代才年代才用上了液压传动。用上

14、了液压传动。 161.1.1.2 液压传动的发展概况液压传动的发展概况 近近30年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。 采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工采用

15、液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。业水平的重要标志之一。 17综述论文：1.题目自拟。要求包涵液压传动技术历史、现状及发展趋势2.格式要求： 题目 作者： 学号： 摘要：(100字左右)关键词:(3-5个词）正文：（最好图文并茂）1 1.1 1.2 2 2.1 3 结论参考文献1许福玲液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2008181.1.2液压传动的工作原理及系统构成液压传动的工作原理及系统构成 1.1.2.1液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 液压千斤顶常用于顶升重物液压千斤顶常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎如顶起汽车以便拆换轮胎191.1.2.1液

16、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 在杠杆上没有作用力时在杠杆上没有作用力时,负载可以停止在任意位置负载可以停止在任意位置;在液压缸在液压缸行程范围内行程范围内 ,可以将负载提升到任意位置。可以将负载提升到任意位置。 其实其实液压千斤顶液压千斤顶是前面讨论过的简化模型的进一步完善，是前面讨论过的简化模型的进一步完善，它具有以下一些简化摸型所不具备的功能：它具有以下一些简化摸型所不具备的功能：201.1.2.1液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 211.1.2.1液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 油缸油缸（执行元件）（执行元件）手动油泵手动油泵（油源）（

17、油源） 液压千斤顶的系统中，液压千斤顶的系统中，小缸、小活塞以及单向阀小缸、小活塞以及单向阀4和和7组合在一起，就可以不断从组合在一起，就可以不断从油箱中吸油和将油压入大缸，油箱中吸油和将油压入大缸，这个组合体的作用是向系统这个组合体的作用是向系统中提供一定量的压力油液，中提供一定量的压力油液，称为称为。 大活塞和缸用于带动负载，大活塞和缸用于带动负载，使之获得所需运动及输出力，使之获得所需运动及输出力，这个部分称为这个部分称为。 放油阀门放油阀门11的启闭决定的启闭决定执行元件是否向下运动，是执行元件是否向下运动，是一个一个。 另外，要进行动力传输另外，要进行动力传输必须借助液压必须借助液压

18、。221.1.2.1液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台 磨床工作时，要求其工磨床工作时，要求其工作台水平往复运动。作台水平往复运动。 实现工作台水平往复运动实现工作台水平往复运动控制的是一套液压控制系统，控制的是一套液压控制系统，如图所示是一台磨床的液压如图所示是一台磨床的液压系统结构原理图。系统结构原理图。23磨床工作台磨床工作台液压系统液压系统 液压缸液压缸液压泵液压泵节流阀节流阀换向阀换向阀油箱油箱1 91 81 71 6

19、1 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台磨床工作台24磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床的液压系统工作时，磨床的液压系统工作时，液液压泵压泵4 4的动力是由电机驱动的的动力是由电机驱动的, ,其其作用是向系统提供一定流量的压作用是向系统提供一定流量的压力油。力油。 该泵是由一对相互啮合的齿该泵是由一对相互啮合的齿轮来完成吸油和排油过程的，是轮来完成吸油和排油过程的，是一种一种齿轮泵齿轮泵。虽然，它的结构和。虽然，它的结构和千斤顶的手动泵不同，且动力是千斤顶的手动泵不同，且动力是由电机驱动的，但其功能都相同，由电机驱动的，但其功能都相同，都是向

20、系统提供具有一定都是向系统提供具有一定流量和流量和压力的油液压力的油液。1-油箱；油箱；2-过滤器；过滤器；3,12,14-回油管；回油管；4-液压泵；液压泵；5-弹簧；弹簧；6-钢球；钢球；7-溢流阀；溢流阀；8,10-压力油管；压力油管；9-手动换向阀；手动换向阀；11,16-换向手柄；换向手柄；13-节流阀；节流阀；15-换向阀；换向阀；17-活塞；活塞；18-液压缸；液压缸；19-工作台工作台 图1.1磨床工作台液压传动系统 工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台磨床工作台液压泵液压泵油箱油箱25磨床工作台

21、液压系统磨床工作台液压系统 图图1.1磨床工作台液压传动系统磨床工作台液压传动系统 工作原理工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作台磨床工作台1-油箱；油箱；2-过滤器；过滤器；3,12,14-回油管；回油管；4-液压泵；液压泵；5-弹簧；弹簧；6-钢球；钢球；7-溢流阀；溢流阀；8,10-压力油管；压力油管；9-手动换向阀；手动换向阀；11,16-换向手柄；换向手柄；13-节流阀；节流阀；15-换向阀；换向阀；17-活塞；活塞；18-液压缸；液压缸；19-工作台工作台 液压缸液压缸 由液压泵输入的压力由液压泵输入的

22、压力油通过手动换向阀油通过手动换向阀11，节，节流阀流阀13、换向阀、换向阀15进入液进入液压缸压缸18的左腔，推动活塞的左腔，推动活塞17和工作台和工作台19向右移动向右移动，液压缸液压缸18右腔的油液经换右腔的油液经换向阀向阀15排回油箱。排回油箱。 节流阀节流阀换向阀换向阀26磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 液压缸液压缸 当手动换向阀15换向后，液压油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动。 磨床工作台磨床工作台1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1换向阀换向阀 当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工

23、作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。 节流阀节流阀27磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台换向阀换向阀 如果将手动换向如果将手动换向阀阀9 9转换成如图转换成如图1 11 1（C C）所示的状态，）所示的状态，液压泵输出的油液液压泵输出的油液经手动换向阀经手动换向阀9 9流回流回油箱，这时工作台油箱，这时工作台停止运动，液压系停止运动，液压系统处卸荷状态。统处卸荷状态。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 128磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台溢流阀溢流阀1 91 8

24、1 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1 液压系统中工作的液压系统中工作的零部件都有一定的承载零部件都有一定的承载范围，当系统的工作压范围，当系统的工作压力超过这个承载范围时，力超过这个承载范围时，就可能会出现安全事故，就可能会出现安全事故，如管道爆裂、电机过热如管道爆裂、电机过热乃至烧毁等。乃至烧毁等。 液压系统一般采用液压系统一般采用设置设置的方法，来的方法，来限制系统的最大工作压限制系统的最大工作压力，保护人及设备的安力，保护人及设备的安全。全。29磨床工作台液压系统磨床工作台液压系统 磨床工作台磨床工作台溢流阀溢流阀 除了前面讨论的各除了前

25、面讨论的各个环节外，液压系统要个环节外，液压系统要能正常工作，还必须有能正常工作，还必须有储存油的容器储存油的容器，有连接各元器件的有连接各元器件的，还得有过滤系统的油液，还得有过滤系统的油液，防止杂质进入泵和液压防止杂质进入泵和液压系统的系统的，另外还，另外还有有，等。等。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1301.1.2.2液压传动系统的组成液压传动系统的组成 从千斤顶和磨床的液压系统组成从千斤顶和磨床的液压系统组成 和工作原理可和工作原理可以看出，液压系统一般有以下几个部分组成：以看出，液压系统一般有以下几个部分组成：动力元件

26、动力元件传动介质传动介质控制元件控制元件辅助元件辅助元件执行元件执行元件311.1.2.2液压传动系统的组成液压传动系统的组成 液压传动是以液压传动是以液体作为工作介质液体作为工作介质来进行工作的，一个完整来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：的液压传动系统由以下几部分组成： （l）液压泵（动力元件）：液压泵（动力元件）：是将原动机所输出的是将原动机所输出的机械能机械能转换成液体转换成液体压力能压力能的元件，其作用是向液压系统提供压力油，的元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏。液压泵是液压系统的心脏。 （2）执行元件：执行元件：把液体把液体压力能压力能转换

27、成转换成机械能机械能以驱动工作机以驱动工作机构的元件，执行元件包括构的元件，执行元件包括液压缸液压缸和和液压马达液压马达。 （3）控制元件：控制元件：包括包括压力、方向、流量控制阀压力、方向、流量控制阀，是对系，是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。 （4）辅助元件：辅助元件：上述三个组成部分以外的其它元件，如：上述三个组成部分以外的其它元件，如：管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。 321.1.2.3 液压系统的图形符号液压系统的图形符号 图图11（a）所示的液压）所示的液压系统图是一种半

28、结构式的工系统图是一种半结构式的工作原理图。它直观性强，容作原理图。它直观性强，容易理解，但难于绘制。易理解，但难于绘制。 在实际工作中，除少数特在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用液压与殊情况外，一般都采用液压与气动图形符号（参看附录）来气动图形符号（参看附录）来绘制，如图绘制，如图12所示。所示。 9108765321433191817161415139112143657810121615911图1.1磨床工作台液压传动系统 工作原理91087653214 图1.2用图形符号表示的磨床工作台液压系统图 l-油箱；2-过滤器；3-液压泵； 4-溢流阀； 5-手动换向阀；6-节流阀；7-

29、换向间； 8-活塞；9-液压缸 液压缸液压缸液压缸液压缸换向阀换向阀换向阀换向阀节流阀节流阀节流阀节流阀液压泵液压泵液压泵液压泵溢流阀溢流阀溢流阀溢流阀油箱油箱油箱油箱34 图形符号图形符号表示元件的功能表示元件的功能，而，而不表示元件的具体结构和不表示元件的具体结构和参数参数；反映各元件在油路连接上的相互关系，不反映其空间反映各元件在油路连接上的相互关系，不反映其空间安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，不反映安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，不反映其过渡过程。其过渡过程。 91 087653214液压缸液压缸液压泵液压泵节流阀节流阀换向阀换向阀油箱油箱溢流阀溢流阀351

30、.1.3 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 1.1.3.1液压传动系统的主要优点液压传动系统的主要优点 液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点： （1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑。凑。 （2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；布置； （3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；应快，液压装置易于实现快速启动、制动

31、和频繁的换向； （4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；），它还可以在运行的过程中进行调速；361.1.3.1液压传动系统的主要优点液压传动系统的主要优点 （5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；滑，使用寿命长； （6）容易实现直线运动；）容易实现直线运动； （7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精采用电液

32、联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。度、远程自动控制。 （8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。计、制造和使用。 371.1.3.2 液压传动系统的主要缺点液压传动系统的主要缺点 （1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。的可压缩性和泄漏造成的。 （2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。很低的温度条件下工作。 （3）由于流体流动的阻力损失和泄漏

33、较大，所以效率较）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。灾和爆炸事故。 （4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。38 参考书： 1许福玲液压与气压传动机械工业出版社，2008 2左建民.液压与气压传动.机械工业出版社 ，2007 3章宏甲. 液压传动.机械工业出版社 ，1999 4液压与气压传动学习辅导与例题391.1.4液压油液压油一、

34、密度一、密度 一般取液压油的一般取液压油的密度为密度为900kg/m3二、可压缩性二、可压缩性 对于一般液对于一般液压系统，可认为油液是不可压系统，可认为油液是不可压缩的压缩的 。 三、粘性三、粘性 液体流动时分子液体流动时分子之间产生的一种之间产生的一种内摩擦力内摩擦力 ，这一特性称为液体的粘性。这一特性称为液体的粘性。用动力粘度用动力粘度，运动粘度，运动粘度，相对粘度相对粘度E来度量。来度量。1.1.4.1液压油的性质液压油的性质40式中： Ff 液体流动时，相邻液体层间的内摩擦力 粘性系数，与液体的种类和温度有关 A 液层接触面积 du /dy速度梯度dyduAFf两液层的速度差两液层间

35、的距离静止液体 du0 不呈现粘性 牛顿内摩擦定律dyduAFf切应力:411）动力粘度dyduAFf单位：单位：帕斯卡.秒（Pa.s） 泊（P）1P=1dyn.s.cm-2 1Pa.s = 10 P = 103cP动力粘度物理意义：动力粘度物理意义：液体在单位速度梯度下流液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦动时单位面积上产生的内摩擦力力dydudyduAFf/422）运动粘度机械油的牌号：表示这种油在40时以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。 例如例如LHL-32中中的的32表示表示40时油的平均运动粘度时油的平均运动粘度为为32 32 mm2/s。 运动粘度单位： 1 m2

36、2/s = 104 St = 106 cSt (=106 mm2/s) 沲(cm2/s) 厘沲沲(mm2/s) 433)相对粘度(恩氏粘度)21ttEt式中：t1 油流出的时间 t220OC蒸馏水流出时间 t2=51s1005020,EEE 恩氏粘度与运动粘度的换算关系恩氏粘度与运动粘度的换算关系610)31. 631. 7(ttEE 通常以通常以20、50、100OC作为标准测定温度，作为标准测定温度，记为：记为：200ml=2. 8mm恩氏粘度计44(4) (4) 粘度与压力的关系粘度与压力的关系 压力对粘度的影响不大，一般情况下，特别是压力较低时，可不考虑。(5) 粘度与温度的关系粘度与

37、温度的关系(粘温特性）粘温特性） 影响： 大，阻力大，能耗 小，油变稀，泄漏 限制油温：T，加冷却器 T，加热器T p 45粘温图461.1.4.2液压系统对工作介质的要求液压系统对工作介质的要求 液压工作介质一般称为液压油。液压介质的性能对液压液压工作介质一般称为液压油。液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本要求如下：要求如下： （l）有适当的粘度和良好的粘温特性。）有适当的粘度和良好的粘温特性。 粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄漏、

38、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变化小，粘温特性通常用粘度指数表示。 一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时（压力低，阻力大），应采低温时或泵的吸入条件不好时（压力低，阻力大），应采用低牌号液压油用低牌号液压油。 47 （2）氧化安定性

39、和剪切安定性好。）氧化安定性和剪切安定性好。 （3）抗乳化性、抗泡沫性好。）抗乳化性、抗泡沫性好。 （4）闪点、燃点要高，能防火、防爆。）闪点、燃点要高，能防火、防爆。 （5）有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和）有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。密封件。 （6）对人体无害，成本低。）对人体无害，成本低。 481.1.4.3 1.1.4.3 液压介质的种类及选用液压介质的种类及选用 液压传动介质按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）进行分类，主要有石油基液压油石油基液压油和难燃液压液难燃液压液两大类。 一、一、 石油基液压油石油基液压油 （1）L-HL液压

40、油液压油（又名普通液压油）：（又名普通液压油）：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于用于一般液压系统，但只适于0 以上的工作环境。以上的工作环境。其牌号有：其牌号有：L-HL32、HL46、HL68。在其代号。在其代号L-HL中，中，L代表润滑剂类代表润滑剂类，H代表液压油代表液压油，L代表防锈、抗氧代表防锈、抗氧化型化型，最后的数字代表运动粘度。，最后的数字代表运动粘度。 49 （2）L-HM液压油（抗磨液压

41、油，液压油（抗磨液压油，M代表抗磨型）：代表抗磨型）：其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于液压件的磨损。适用于-15以上的高压、高速工程机械以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。和车辆液压系统。 其牌号有：其牌号有：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150 （3）L-HG液压油（又名液压一导轨油）：液压油（又名液压一导轨油）：除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润

42、滑合用的系统适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。 50 （4）L-HV液压油（又名低温液压油、稠化液压油、液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油）：高粘度指数液压油）：用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。系统。 （5）其

43、它专用液压油：其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液压油等。用液压油、舰用液压油等。 51二、二、 难燃液压液难燃液压液 难燃液压液分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。 （1）合成型抗燃工作液）合成型抗燃工作液 水一乙二醇液水一乙二醇液（L-HFC液压液）：这种液体含有 3555的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等）。其优点是凝点低（50），有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统。其缺点是价格高，润滑性差，只能用于中等压力（20Mpa以下）。这种液体密度大，所以吸入困难。52 水一乙二醇液能使许多普通油漆

44、和涂料软化或脱离，水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。可换用环氧树脂或乙烯基涂料。 磷酸酯液（磷酸酯液（L-HFDR液压液）液压液） 这种液体的优点是，使用的温度范围宽（这种液体的优点是，使用的温度范围宽（-54135），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。使用现有元件在高压下工作。 其缺点是价格昂贵（为液压油的其缺点是价格昂贵（为液压油的58倍）；有毒性；倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶

45、、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。53 （2）油水乳化型抗燃工作液（）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液压液）液压液） 油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分液体。分水包油乳化液水包油乳化液和和油包水乳化液油包水乳化液两大类。两大类。 （3）高水基型抗燃工作液（）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液压液）液压液） 这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占这种工作液不是

46、油水乳化液。其主体为水，占 95，其余其余 5为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等）。其优点是成本低，抗剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等）。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。54三、三、 液压油液的选择和使用液压油液的选择和使用1.1.液压油液的选择液压油液的选择一般情况下，以液压泵作为选择的基准一般情况下，以液压泵作为选择的基准( (见教材见教材P12),P12),再考虑工作压力、环境温度、运动速度等因素。再考虑工作压力、环境温度、运动速度等因素

47、。（1 1）按工作压力）按工作压力 p 高，选高，选大；大； p 低，选低，选小小（2 2）按环境温度）按环境温度 T 高，选高，选大；大； T 低，选低，选小小（3 3）按运动速度）按运动速度 v 高，选高，选小；小； v 低，选低，选大大（4 4）其他）其他 环境环境 （污染、抗燃）（污染、抗燃） 经济（价格、使用寿命）经济（价格、使用寿命） 特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）55四、四、 液压介质的污染与控制液压介质的污染与控制1.液压系统中多数故障与液压介质受污染有关液压系统中多数故障与液压介质受污染有关2.污染源：污染源： 1)液压管道及

48、液压元件的污物液压管道及液压元件的污物 2)环境（空气中杂质）环境（空气中杂质） 3)元件磨损和元件老化元件磨损和元件老化 4)液压油本身污染液压油本身污染56三、液压油的选用三、液压油的选用主要考虑以下问题主要考虑以下问题:（1）液压系统的工作压力）液压系统的工作压力:p （2）运动速度）运动速度: （3）环境温度）环境温度:t （4）液压泵的类型（书）液压泵的类型（书13页）页）571.2 液压流体力学液压流体力学 液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。规律的一门学科。液体静力学液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律研究液体在静止状

49、态下的力学规律及其应用及其应用液体动力学液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化研究液体流动时流速和压力的变化规律规律管道中液流的特性管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动用于计算液体在管路中流动时的压力损失时的压力损失孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据路性能和计算元件泄漏量的理论依据 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象581.2.1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591.2.1.1静

50、压力及其特性静压力及其特性一、液体的静压力一、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静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。压力。p=limF/A （A0）若在液体的面积若在液体的面积A上所受的作用力上所受的作用力F为均匀为均匀分布时，静压力可表示为分布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为液体静压力在物理学上称为压强压强，工程实际，工程实际应用中习惯称为应用中习惯称为压力压力。二、液体静压力的特性二、液体静压力的特性 (1)液体静压力垂直于承压面，方向为该面液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。内法线方向。(2)液体内任一点所受的静压力在各个

51、方向液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。上都相等。60三、静压力基本方程式三、静压力基本方程式 p=p0+gh 重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征：(1)压力由两部分组成：液面压力压力由两部分组成：液面压力p0，自重形，自重形成的压力成的压力gh。(2)液体内的压力与液体深度成正比。液体内的压力与液体深度成正比。(3)离液面深度相同处各点的压力相等，压力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水平面。止液体的等压面为水平面。(4)静止液体中任一质点的总能量静止液体中任一质点的总

52、能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。保持不变，即能量守恒。 61四、压力的表示法及单位四、压力的表示法及单位1.相对压力或表压力相对压力或表压力 以大气以大气压为基准进行度量压为基准进行度量 2.真空度真空度 绝对压力不足于绝对压力不足于大气压力的那部分压力值大气压力的那部分压力值 3.绝对压力绝对压力 以绝对真空为以绝对真空为基准进行度量基准进行度量62绝对压力大气压力相对压力（表压力）绝对压力大气压力相对压力（表压力）相对压力（表压力）绝对压力大气压力相对压力（表压力）绝对压力大气压力真空度大气压力绝对压力真空度大气压力绝对压力63 4. 4.压力的计量单位压力的计量单位（1）压力单位

53、：压力单位：Pa（N/m2）、bar 、MPa 1 bar=101 bar=105 5 PaPa0.1 MPa0.1 MPa （2）液柱高单位：液柱高单位：测压计常以水或水银作为工作介质，压力常以水柱高度（mH2O），或毫米汞柱（mmHg）表示。（3）大气压单位：大气压单位：以1标准大气压（1 atm）为单位表示。1 1 atmatm =1.013 =1.013* *10105 5PaPa=10.33 m=10.33 mH2OH2O =760 mm =760 mmHgHg1bar0.1MPa1bar0.1MPa64 1.2.2.3帕斯卡原理帕斯卡原理 图示是应用帕斯卡原理的实例图示是应用帕斯卡

54、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形成液体压形成液体压力力 p= F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力施加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得由此可得: 液压传动可使力放大，可使力缩液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。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。 在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值在密闭容器内，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。传递原理。651.2

55、.1.2静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时，固体壁面将液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用受到液体静压力的作用当固体壁面为平面时，液体压力在该平当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力面的总作用力 F = p A ，方向垂直于，方向垂直于该平面。该平面。当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力某方向上的总作用力 F = p Ax Ax -为曲面在该方向的投影面积。为曲面在该方向的投影面积。661.2.2液体动力学液体动力学 主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。主要是研究液体流动时流速和

56、压力的变化规律。流动液体的流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。的作用力问题。 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671.2.2.1液体动力学基本概念液体动力学基本概念理想液体理想液体 假设既无粘性又不假设既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。可

57、压缩的流体称为理想流体。恒定流动恒定流动 液体流动时，液体液体流动时，液体中任一点处的中任一点处的压力压力、速度速度和和密度密度都不随时间而变化的流都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非时动，亦称为定常流动或非时变流动。变流动。68通流截面通流截面 A 垂直于流动方向的截面，也称为过垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流截面。流量流量q 单位时间内流过某一通流截面的液体体单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以积，流量以q表示，单位为表示，单位为 m3 / s 或或 L/min。平均流速平均流速 实际流体流动时，速度的分布规律实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截面上各点的

58、流速均匀分布，很复杂。假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为平均流速为=q/A。69通流截面通流截面 A 垂直于流动方向的截面，也称为过垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流截面。流量流量q q：单位时间内通过流束过流截面的液体体单位时间内通过流束过流截面的液体体积。积。平均流速：平均流速：流量与通流截面之比。流量与通流截面之比。AqAudAqAqAudAA701.2.2.2流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程是流量连续性方程是质量守恒定律质量守恒定律在流体力学中的在流体力学中的表达方式。表达方式。 液体在管内作恒定流动，任液体在管内作恒定流动，任取取1、2两个通流截面，根据质两

59、个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，过两个截面的液体流量相等，即：即： 1 1 A1 = 2 2 A2 不不考虑液体的压缩性则得考虑液体的压缩性则得 q = 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体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。比。711.2.2.3伯努利方程伯努利方程 理想流体的伯努利方程理想流体的伯努利方程 p1 /+ Z1g + 12 / 2 = p2 /+ Zg + 22 / 2在

60、管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即换，但其总和不变，即能量守恒。能量守恒。 伯努利方程是能量守恒定伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。律在流体力学中的表达方式。 液体在管内作恒定流动，任取液体在管内作恒定流动，任取两个截面两个截面1、2，有：，有：72p1 /+ Z1g + 12 / 2 = p2 /+ Zg + 22 / 2Z Z g g : :单位质量液体所具有的位能，称为比位能单位质量液体所具有的位能，称为比位能( (位置水头位置水头)