汽车机械基础第三版课件：项目七 液压与气压传动

1、项目七 液压传动与气压传动 学习任务一 液压系统工作原理及图形符号学习任务二 液压控制阀 学习任务三 液压缸及液压泵 学习任务四 液力传动学习任务五 气压传动学习任务一 液压系统工作原理及图形符号 任务描述：液压千斤顶是汽车修理中的常用工具，它主要用于更换车轮时将汽车顶起，便于维修人员完成工作。液压千斤顶是典型的液压传动机构，即以液体为工作介质传递能量和实施控制。在使用时，可以通过施加一个很小的力，顶起质量比该力大很多的重物。那么，它是如何以很小的力举起很重的重物?其液压系统是由哪些基本构件组成的?它的工作原理如何? 1-杠杆 2-泵体 3-小活塞 4，10-油腔 5，7-单向阀 6-油箱8-

2、放油阀 9-油管 11-大活塞 12-缸体 学习目标：了解液压传动的基本概念熟悉液压传动的组成和工作原理掌握液压元件的图形符号了解液压系统的特点熟悉压力和流量的定义一、液压传动系统的组成液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制，它包括液力传动和液压传动。动力部分：液压泵 执行部分 ：液压缸或液压马达 控制部分 ：液压控制阀 辅助部分 ：油箱、滤清器、蓄能器、油管、压力表 工作介质：液压油 二、液压传动的工作原理 液压千斤顶工作时，放油阀8关闭。当提起杠杆1，活塞3上移，油腔4密封容积增大形成局部真空。于是油箱6中的油液在大气压力的作用下，推动单向阀5的钢球并沿着吸油管进入油腔4，完成吸油工

3、作过程。当压下杠杆，活塞3下移，油腔4的密封容积减小，油液受到外力挤压产生压力，单向阀5自动关闭，同时单向阀7的钢球受到一个向上的作用力。当该作用力大于油腔10中油液对钢球的作用力时，钢球被推开，油液通过单向阀7流入油腔10内，迫使它的密封容积变大，即完成压油工作过程，其结果推动活塞3上升并将重物G顶起。 三、液压传动的图形符号液压元件基本上都是用结构(或半结构)式的图形画出的示意图，称为结构原理图。 图形复杂，目前广泛采用元件的图形符号来绘制液压系统图，见附录A 1-大活塞 2-油腔 3-放油阀 4-油箱 5-液压泵 6-单向阀四、液压传动的基本参数 1压力 (1)液体静压力液体静压力是指液

4、体处于静止状态时，单位面积上受的法向作用力。静压力也称为压强 。(2)压力的传递(帕斯卡原理)在密闭的容器内施加于静止液体上的压力，将等值传递到液体内的各点。这就是静压传递的基本原理，即帕斯卡原理。在一个较小的面积上作用较小的力可以在较大的面积上得到较大的作用力 2流量与平均流速流量：单位时间内流过通流截面的液体的体积 。平均流速：单位时间内单位面积上流过通流截面的液体体积。 3液体流动连续性原理 液体在密封管道内作恒定流动时，设液体不可压缩，则单位时间内流过任意截面的质量相等 。五、液压传动系统的特点 1液压传动的优点（1）在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻。（2）执行元件工作平稳

5、，换向时冲击较小，可频繁换向。（3）可方便实现过载保护，且工作油液能使液压元件实现自润滑，故使用寿命长。（4）液压传动容易实现无级调速，且调速范围大。（5）操纵简单、调节控制方便，特别是与机、电、气联合使用，易于实现复杂的自动工作循环。（6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造、维修已大大简化。 2液压传动的缺点 （1）由于泄漏及流体的可压缩性，无法保证严格的传动比。 （2）当油温或载荷变化时，往往不易保持运动速度的稳定。 （3）液压元件制造精度要求高，使用维护比较严格。 （4）系统的故障原因有时不易查明。任务实施正确分析液压系统的组成及工作原理学习任务二 液压控制

6、阀 任务描述：在现代汽车中，如汽车转向、制动系统中用到很多液压阀 ，这种液压转向系统是如何保证汽车动力转向系统安全可靠、转向灵敏、准确传递“路感”和自动回正要求的呢? 1-转向盘 2-转向轴 3-转向中间轴 4-转向油管 5-转向油泵 6-转向油罐 7-转向节臂8-转向横拉杆 9-转向摇臂 10-整体式转向器 11-横拉杆 12-转向减振器学习目标：熟悉液压控制阀的类型掌握方向阀的分类、图形符号及工作原理掌握流量阀的分类、图形符号及工作原理掌握压力阀分类、图形符号及工作原理具有分析汽车液压转向系统回路工作原理的能力 液压控制阀用来控制油液的压力、流量和流向，从而控制液压执行元件的启动、停止、运

7、动方向、速度、作用力 。根据用途分为方向控制阀(如单向阀、换向阀等)、压力控制阀(如溢流阀、减压阀、顺序阀等)和流量控制阀(如节流阀、调速阀等) 一、方向控制阀 方向控制阀用来控制液压系统中液流的方向。其原理是利用阀芯和阀体间相对位置的改变，实现油路与油路间的接通或断开，以满足系统对液流方向的要求。分为单向阀和换向阀两类。1单向阀(1)普通单向阀。 (简称单向阀)的作用是仅允许液流沿一个方向通过，而反向液流则截止，要求其正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好，如图7-2-2所示。 单向阀常被安装在泵的出口。1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 (2)液控单向阀。与普通单向阀的区别是在一定的控制

8、条件下可反向流通。其工作原理是：控制口K无压力油流入时，它的工作原理与普通单向阀相同，压力油只能从Pl流向P2，不能反向流通；当控制口K有控制压力油，活塞受油压作用推动顶杆顶开阀芯，使油口P1与P2接通，油液可双向自由流通。 2换向阀 换向阀是利用改变阀芯与阀体的相对位置，控制相应油路接通、切断或变换油液的方向，从而实现对执行元件运动方向的控制。换向阀阀芯的结构形式有滑阀式、转阀式和锥阀式 。以滑阀式应用最多 (1)换向原理。滑阀式换向阀是利用阀芯在阀体内做轴向滑动来实现换向作用的。 (2)换向阀的分类及图形符号。按阀芯在阀体内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数分，换向阀有二位二通、二位三

9、通、二位四通、二位五通等类型 图形符号的含义是：方框表示阀的工作位置，换向阀有几个工作位置就相应有几个方框(位数)；靠近弹簧的方框为二位阀的常态位置，三位滑阀中间方框为常态位置； 方框内的箭头表示在这一位置上油路处于接通状态； 方框的箭头首尾或堵塞符号与方框的交点表示阀的接出通路，交点数即为通路数；一般阀的进油口用P表示，回油口用T或O表示，阀与执行元件相连的油口用A、B等表示，L为泄油口。 汽车动力转向系统中使用的换向阀为三位五通换向阀 二、压力控制阀在液压系统中，控制液体压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀统称为压力控制阀。常用的有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器 。1溢流阀 溢

10、流阀主要是在溢流的同时使液压泵的供油压力得到调控并保持基本恒定。溢流阀按其工作原理分为直动式和先导式两种。一般前者用于低压系统，后者用于中、高压系统。(1)直动式溢流阀。直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作 。P是进油口，T是回油口，进口压力油经阀芯3中间的阻尼孔，作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在弹簧2的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。当进油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油液排回油箱。 (2)先导式溢流阀 直动式溢流阀通常用于小流量系统，大流量系统应采用先导式溢流阀。

11、下部是主阀，上部是先导调压阀 。2顺序阀顺序阀是以压力为控制信号以实现油路的自动接通或断开的液压阀。其结构和工作原理 与溢流阀相似。顺序阀可以控制执行元件按设计顺序动作。按其调压方式不同，可分为直控式顺序阀和液控式顺序阀。前者直接利用阀的进口压力控制阀的启闭，也简称为顺序阀，后者利用外来的压力油控制阀的启闭，也称为外控顺序阀。按其结构不同，又可分为直动式顺序阀和先导式顺序阀。如图7-2-8所示为先导式顺序阀结构原理及图形符号。该阀由主阀与先导阀组成。压力 油从进油口P1进入，经通道a进入先导阀下端，经阻尼孔和先导阀后由外泄漏口L流回油箱。当进口压力低于调定压力时，先导阀关闭，主阀芯两端压力相等

12、，复位弹簧将阀芯推向下端，顺序阀关闭；当压力达到调定值时，先导阀打开，压力油经过阻尼孔时产生压力损失，在主阀芯两端形成压差，此压力差大于弹簧力，使主阀芯抬起，顺序阀打开。 3减压阀 (1)结构及工作原理。减压阀是用来降低系统某部分支路压力的压力控制阀。它利用液流流过缝隙产生压降的原理，使出口压力低于进口压力。它分为定值减压阀(又称定压减压阀)、定差减压阀和定比减压阀，其中定值减压阀应用最广。 定值减压阀简称减压阀，能保持出口压力近似恒定。分为直动式和先导式，其中后者应用较广 。（2）减压阀与溢流阀对比其主要差别在于： 减压阀出口压力为定值，溢流阀进口压力恒定。 常态时减压阀阀口常开，溢流阀阀口

13、常闭。 减压阀串联在系统中，其出口油液通执行元件，因此泄漏油需单独引回油箱(外泄)： 溢流阀的出口直接接油箱，它是并联在系统中的，因此其泄漏油引至出口(内泄)。4压力继电器 压力继电器是液压系统中将压力信号转换为电信号的转换装置，以便通过油压控制有关电磁开关，从而实现程序控制或安全保护。压力继电器分为柱塞式与薄膜式，它们的原理基本相同，都是利用油压力克服弹簧力来控制开关动作。 三、流量控制阀流量控制阀是液压系统用于控制液体流量的阀，是靠改变控制口(过流断面)的大小来调节通过阀口的流量，从而改变执行元件的运动速度。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀等。 1节流阀 油液从进油口P1进入，

14、经阀芯上的三角槽节流口，从出油口P2流出。若转动手柄使阀芯做轴向移动，则节流口的通流面积减小，流量减小；反之增大。 2调速阀调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成。定差减压阀能使节流阀阀口前、后的压力差 自动保持不变，从而使通过节流阀的流量不受负载变化的影响。 任务实施正确分析汽车动力液压转向系统回路图分析学习任务三 液压缸及液压泵 任务描述：现代汽车制动系统是按驾驶员意图减速或停车的装置。驾驶员踩制动踏板，通过传动装置将力放大后传至制动器，推动制动蹄片产生摩擦力矩，从而产生制动作用使车轮停转。现代汽车的制动传动装置常采用液压式，另外还有汽车液压转向等系统均采用了很多液压泵与液压缸。在工程机械中

15、，则大量采用了液压马达，如挖掘机、叉车等。汽车的双回路液压制动系统中，存在串列式双腔主缸，它是如何工作？怎样满足汽车制动性能要求的？学习目标：熟悉液压缸和液压泵的图形符号、功用与基本工作原理熟悉液压马达和液压缸的区别了解液压缸及液压泵的分类及结构了解液压系统密封元件特点具有分析汽车液压制动系统工作过程的能力液压泵是将电动机(或其他原动机)输入的机械能转化为液压能的能量转换装置，在液压系统中，作为动力源，向液压系统供给液压油。液压马达是将液压能转化为机械能的能量转换装置，作为执行机构来使用。液压泵和液压马达都是容积式的。一、液压泵1-进油阀 2-弹簧 3-出油阀 4-缸体 5-柱塞 6-偏心轮

16、7-油箱3液压泵的类型（1）齿轮泵1)外啮合齿轮泵在泵的壳体内有一对模数相同、齿数相等的外啮合齿轮，齿轮两侧有端盖罩住(图中未示出)。壳体、端盖和齿轮的各个齿槽组成了许多密封工作腔。当齿轮按图中所示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作腔容积逐渐增大，形成部分真空，油箱中的油液被吸进来，将齿槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔去。在压油区一侧，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去。吸油区和压油区是由相互啮合的轮齿以及泵体分隔开的。2)内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形。 （2）叶片泵叶片泵有单作用式和双作用式两大类，前者又称

17、为非卸荷式叶片泵或变量叶片泵，后者又称为卸荷式叶片泵或定量叶片泵。1)双作用叶片泵。 定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，且定子2和转子1是同心的。转子顺时针旋转时，密封工作腔的容积在左下角和右上角处逐渐减小而压油，为压油区；在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一周，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，称为双作用叶片泵。 2)变量叶片泵。变量叶片泵的流量可以根据液压系统工作要求而改变（手动调节或自动调节）。根据调节后泵的压力流量特性的不同，又分为限压式、恒流量式和恒压式三类 （3）柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在

18、缸体中做往复运动，使密封容积发生变化来实现吸油与压油的液压泵。柱塞泵在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、船舶上得到广泛的应用。轴向柱塞泵的柱塞平行于缸体轴心线，沿缸体圆周均匀分布。缸体7上均布了若干个轴向柱塞孔，孔内装有柱塞5，缸体由轴9带动旋转。套筒4在弹簧6作用下，通过压板3而使柱塞头部的滑履2紧压在斜盘上。同时，套筒8则使缸体7和配油盘10紧密接触，起密封作用。 当缸体按图示方向转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内做往复运动，使各柱塞与缸体间的密封容积发生变化，通过配油盘进行吸油和压油。当缸孔自最低位置向前上方转动(前面半

19、周)时，柱塞在转角0 范围内逐渐向左伸出，柱塞端部的缸孔内密封容积增大，经配油盘吸油窗口吸油；柱塞在转角 -2 (里面半周)范围内，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部密封容积减小，经配油盘排油窗口而压 油。缸体每转一转，柱塞吸、压油各一次。 改变斜盘倾角r的大小，就改变了柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量。 二、液压缸液压缸输入的压力能表现为液体的流量和压力；输出的机械能表现为速度和力。液压缸用来驱动工作机构实现直线往复运动或摆动。 液压缸的结构形式有活塞式、柱塞式和摆动式三类。 （1）单杆活塞式液压缸（汽车动力转向系统中）主要由缸体、活塞和活塞杆组成。由于活塞一端有杆，而另一端无杆，所以活塞两

20、端的有效作用面积不等 （2）双杆活塞式液压缸 活塞的两侧都有伸出杆。缸体两端设有进出油口，当压力油从进、出油口交替输入液压缸左、右工作腔时，压力油作用于活塞端面，驱动活塞(或缸体)运动，并通过活塞杆(或缸体)带动工作台做直线往复运动。其工作台的运动范围约等于活塞杆有效行程的3倍 3液压缸的密封液压缸的密封是指活塞、活塞杆、端盖等处的密封，用以防止油液的泄漏。常见的密封方法有间隙密封和用橡胶密封圈密封。(1)间隙密封。间隙密封是依靠相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏的，是一种简单的密封方法。适用于直径较小、压力较低的液压缸。2)密封圈密封。密封圈密封是液压系统中应用最广泛的密封方法，密封

21、圈常用耐油橡胶、尼龙制成，截面呈“O”形、“Y”形、“V”形等 任务实施正确分析自卸车液压系统的工作情况学习任务四 液力传动任务描述：对于装有自动变速器的汽车，驾驶员只需操纵加速踏板控制车速即可，而不需要频繁地去手动换挡，驾驶操纵非常方便；并且汽车在任何前进挡行驶时踩住制动踏板，发动机也不会熄火。这说明发动机与汽车整个传动系的连接不是刚性连接。发动机与汽车整个传动系的连接是通过液力变矩器来实现的，那液力变矩器是如何实现动力传递的呢？学习目标：了解液力传动的特点；熟悉液力耦合器与液力变矩器的工作过程；掌握液力变矩器的结构；掌握液力变矩器的动力传递原理 一、液力传动的原理液力传动是一种以液体为工作

22、介质的能量转换装置，是由几个叶轮组成的一种非刚性连接的传动装置。这种装置起着把机械能转换为液体的动能，再将液体的动能转换成机械能的能量传递作用。如离心泵、液力变矩器等。 液力传动实际上就是一组离心泵涡轮机系统，离心泵作为主动部件带动液体旋转，从泵流出的高速液体拖动涡轮机旋转，将液体动能转换为机械能，实现能量传递。 二、液力传动的结构形式与类型 液力传动的结构包括： （1）能量输入部件。一般称泵轮，用B表示，它接收发动机传来的机械能，并将其转换为液体的动能； （2）能量输出部件。一般称涡轮，用T表示，它将液体的动能转换为机械能而输出。如果液力传动装置只有上述两个部件，则称这一传动装置为液力耦合器

23、。 如果还有一个固定的导流部件，一般称涡轮，用D表示，它可装在泵轮的出口处或入口处，则称这个液力传动装置为液力变矩器。三、液力传动的特点1自动适应性。 2防振、隔振性能。3透穿性能。 四、液力耦合器1液力耦合器的结构液力耦合器是由泵轮B（离心泵）和涡轮T（液动机）组成的。泵轮与主动轴相连，涡轮与从动轴相接。工作介质是液体，B、T之间属非刚性连接，其二者端面有间隙约为34。2液力偶合器的工作原理液力偶合器内自动变速器油的流动方向是由泵轮流向涡轮，再回到泵轮，油液在再回到泵轮时，其作用方向与泵轮转动方向相反，因此存在阻止泵轮正常运转的倾向，即泵轮的运动受到了涡轮回流油液的阻碍。也就是液力偶合器无法

24、增大转矩，这是液力偶合器的缺点。五、液力变矩器 1结构由泵轮、涡轮和导轮组成液力变矩器。其泵轮和涡轮均为盆状的。泵轮与变矩器外壳连为一体，是主动元件；涡轮悬浮在变矩器内，中间通过花键与输出轴相连，是从动元件；导轮悬浮在泵轮和涡轮之间，通过单向离合器及导轮轴套固定在变速器外壳上。 2工作原理泵轮：将发动机的机械能转变为油液的动能。涡轮：将油液的动能转变为涡轮轴上的机械能。导轮：改变油液的流动方向，从而达到增矩的作用。当液力变矩器工作时，油液先从泵轮冲向涡轮，再从涡轮流入导轮，当流出导轮后方向会改变；油液从导轮流回到泵轮时，其流动方向变得与泵轮运动方向相同，这就加强了泵轮的转动力矩，进而也就增大了

25、输出转矩，这就是液力变矩器可以增大转矩的原理。3液力变矩器效率当液力变矩器的速比为零时，泵轮旋转而涡轮不转，最大转矩传递到涡轮，但因涡轮没有转，故效率为零。 当涡轮开始转动后，涡轮转矩成正比例上升，故效率陡然上升，在耦合点稍前一点时达到最大值，而后开始下降 在耦合区内效率与速比成正比例直线上升。当效率接近到100%（还不到100%）时，涡轮与泵轮的转速几乎相等，液力变矩器也就无法传递动力 自动变速器油的升温消耗了动能等原因，因此液力变矩器效率永远也无法达到100%，正常约为95%。 4带锁止离合器的液力变矩器因而变矩器的效率无法达到100%。采用带锁止离合器的液力变矩器可以解决泵轮与涡轮的转速

26、差问题，从而提高液力变矩器的效率。带锁止离合器的液力变矩器，可以将液力传动暂时变为离合器传动，使涡轮与泵轮连接成一体，此时相当于刚性连接，这样发动机与传动系之间提高了传动效率，使之接近于100%；同时还避免变矩器的油温升高。任务实施正确分析带锁止离合器液力变矩器的工作过程学习任务五 气压传动 任务描述：采用气压控制的公共汽车车门，在司机的座位和售票员座位处都装有气动开关，司机和售票员都可以开关车门。 当车门在关闭过程中遇到障碍物时，此回路能使车门自动再开启，起到安全保护作用。 同样，载重汽车的气压制动系统是如何工作的？解放CAl091型汽车的双回路气压制动系统回路中，串联式双腔制动阀是通过哪种

27、介质工作的？学习目标：熟悉气压传动系统的基本概念掌握气压传动系统的组成与工作原理熟悉气动元件的功用、结构原理与图形符号了解气动传动系统的基本回路具有分析汽车常用气压制动系统的气压回路的能力气压传动系统是一种能量转换系统，其工作原理是将原动机输出的机械能转换为空气的压力能，利用管路、各种控制阀及辅助元件将压力能传送到执行元件，再转换成机械能，从而完成直线运动或回转运动，并对外做功。 获取空气是取之不尽用之不竭的输送空气通过管道容易传输，可集中供气，远距离输送存储压缩空气可以储存在储气罐中温度压缩空气对温度的变化不敏感，从而保证运行稳定防爆压缩空气没有爆炸及着火的危险洁净无油润滑，通过管路和元件排

28、出的气体很干净，不会污染空气元件气动元件结构简单，价格相对较低过载安全气动工具和执行元件超载时停止不动，而无其他危害处理压缩空气需要良好的处理，不能有灰尘及湿气可压缩性由于压缩空气的可压缩性，执行机构不易获得均匀恒定的运动速度出力要求只有在一定的推力要求下，采用气动技术才比较经济，在正常工作压力下（67bar）按照一定的行程和速度，输出力为4000050000N噪音排气噪音较大，但随着噪音吸收材料及消声器的发展，此问题已大大得到改善一、气压传动系统的组成气压传动系统与液压传动系统的组成基本相同，包括气源装置、执行元件、控制元件和 辅助元件。l气源装置气源装置由空气压缩机、储气罐、过滤器、干燥器、精密过滤器等组成，空气压缩机包含冷却器、油水分离器和储气罐。气源装置的主要作用是对空气进行压缩、干燥、净化等处理，并且将原动机提供的机械 能转变为气体的压力能。 2执行元件执行元件包括各种气缸和气马达。执行元件是将气体的压力能转变为机械能，输送给工作部件。 气缸按活塞端面的受压状态分为单作用与双作用气缸；按其结构特征可分 为活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式气缸、叶片式摆动气缸、齿轮齿条摆动气缸等；按功能分为普通气缸和特殊气缸。如图7-5-3所示为汽车中常用的薄膜式气缸(又称为膜片式制动气室)，它利用压缩空气通过膜片的变形来推动活塞杆做直线