《汽车机械基础》第19章课件

1、液压传动在汽车机械中的应用第五篇1第19章 液压传动2液压传动是利用压力油作为工作介质传递运动和动力的传动方式，在汽车中有着非常广泛的应用。例如，汽车转弯时，液压转向助力系统可以减轻驾驶员转动方向盘时受到的阻力，如图19-1（a）所示；又如，汽车修理时，使用液压起重机可以方便对底盘进行检修，如图19-1（b）所示。（a）液压助力转向系统 （b）液压起重机图19-1 液压传动在汽车中的应用第19章 液压传动19.1 液压传动的基础知识19.2 液压泵319.3 液压缸和液压马达19.5 液压辅助元件19.6 液压基本回路和系统实例19.4 液压控制阀19.1 液压传动的基础知识液压传动是在封闭的

2、容器中，利用受压的油液作为工作介质，依靠油液的压力能来传递运动和动力的一种传动方式。同其他传动方式相比，液压传动具有以下优点：419.1.1 液压传动的特点 可利用油管连接各元件，方便灵活地布置传动机构。 可在工作过程中实现大范围的无级调速。 在同等输出功率下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。 传动过程平稳、均匀，可自动适应负载的变化，并能实现过载保护。 液压元件都是标准化、系列化产品，方便制造和实现自动化。 操作简单，液压元件可实现自我润滑，使用寿命长。19.1 液压传动的基础知识液压传动的不足之处在于：519.1.1 液压传动的特点 由于液压油具有可压缩及容易泄露等特点，液压传动无法

3、保证精确的传动比。 液压油对温度的变化比较敏感，故液压传动不适合在温度变化范围大的环境中工作。 液压元件加工精度要求高，制造工艺比较复杂，因而成本较高。 液压系统依靠封闭油路进行工作，故障发生后不易排查。19.1.2 液压传动的原理及组成61液压传动的工作原理图19-2（b）所示为液压千斤顶的工作原理示意图。手柄、活塞、液压缸组成手动液压泵。当提起手柄时，活塞向上移动，在液压缸下部形成局部真空，压力差将油从油箱吸入液压缸；当压下手柄时，活塞向下移动，液压缸内油压升高，压力油通过止回阀后经管道流入顶有重物的液压缸，并推动活塞向上移动，从而顶起重物。不断反复提压手柄，即可将重物顶起至所需高度。打开

4、放油阀时，液压缸内的油液经放油阀流回油箱，重物同活塞一起下降。（a）实物图 （b）工作原理示意图2液压传动系统的组成7（1）动力元件动力元件是将电动机或发动机输出的机械能转换为液压能的装置，通常是指液压泵。（2）执行元件执行元件是将液压能重新转化为机械能的装置。常见的执行元件有液压缸和液压马达。（3）控制元件控制元件是用来调节液压系统中油液的流动方向、压力和流量的装置。（4）辅助元件辅助元件是指辅助液压传动工作的装置，其作用是保证液压系统的正常工作。（5）工作介质工作介质是指系统中用来传递运动和动力的液体介质，即液压油。19.1.3 液压传动系统图液压传动系统图是为形象地表示液压系统的组成而绘

5、制的图形，通常是指液压传动原理图。液压传动原理图有两种表示方法：一种是以元件的结构图表示的原理图，如图19-2（b）所示；另一种是采用国家标准规定的图形符号绘制的原理图，如图19-3所示。8图19-3所示液压千斤顶的工作原理与手动液压千斤顶相似，不同之处在于手动液压千斤顶中是活塞和液压缸，而图19-3所示千斤顶中是液压泵。1液压泵；2单向阀；3缸体；4活塞；5活塞杆；6管路；7放油阀；8油箱图19-3 电动液压千斤顶的工作原理图19.1.4 液压油1液压油的性质9液压油是液压传动系统的工作介质，也是液压元件的润滑剂和冷却剂，故液压油的性质直接影响着液压系统的工作性能。（1）密度汽车常用液压油的

6、密度为 。（2）可压缩性和膨胀性液压油随着压力的增加而发生体积缩小的性质称为可压缩性。液压油随着温度的升高而发生体积增大的性质称为膨胀性。（3）黏性液体在外力作用下流动时，由于液体分子间内聚力的作用而产生一种阻止液体内部相对运动的内摩擦力，这种特性称为液体的黏性。2液压油的性能要求 合适的黏度和良好的黏温特性。 良好的润滑性能、抗氧化性、抗磨性和防腐防锈性。 高纯度，少杂质。 对金属和密封材料有良好的相容性。 良好的抗泡性和空气释放性。 燃点高和闪点高，流动点和凝点低。 对人体无害、对环境污染小，成本低廉。103液压油的选择液压油可根据液压设备说明书或使用手册中规定的品种、牌号和黏度级别进行选

7、择。需要自行选用液压油时，应根据液压系统的工作情况，如液压元件种类、工作压力、工作温度和元件的运动速度等，并结合各机构的工作特点进行综合考虑。11汽车液压系统常用的液压油系列有L-HL，L-HM，L-HV和L-HR等。其中，L-HL系列是精制矿物油，能改善防锈和抗氧化性，常用于低压系统和传动装置中，在0 以上的环境中使用；L-HM系列是抗磨型液压油，适合于低、中、高压系统，适用于温度为-560 的环境；L-HV系列是低温抗磨型液压油，适用于环境温度变化大或工作条件恶劣的低、中、高液压系统，如野外作业工程车辆、军车等；L-HR系列也是低温抗磨型液压油，性能与L-HV液压油相似，只是在黏温性能方面

8、略有改善。19.2 液压泵液压泵的主要功能是将原动机输入的机械能转换为液压系统中工作液体的压力能。1219.2.1 液压泵的工作原理液压泵的工作过程可分为吸油和压油两个过程。工作时泵内部的密封容积发生周期性改变，故液压泵又称为容积式液压泵，如图19-4（a）所示。图19-4（b）所示为单柱塞式液压泵，它能够代表所有容积式液压泵的工作原理。（a）实物图 （b）工作原理图1偏心轮；2柱塞；3缸体；4弹簧；5排油单向阀；6吸油单向阀图19-4 单柱塞式液压泵19.2.1 液压泵的工作原理当柱塞往右运动时，密封容积逐渐增大，形成局部真空，油箱内的油液在大气压的作用下，经油管顶开吸油单向阀进入缸体，液压

9、泵完成吸油过程。当柱塞往左运动时，密封容积逐渐减小，缸体内的油液受压顶开排油单向阀，并经油管进入液压系统工作油路，液压泵完成排油过程。若偏心轮不断推动柱塞往复运动，液压泵则不断交替进行吸油过程和排油过程，从而将油箱内的油液以一定压力送入液压系统。13为保证吸油过程和压油过程的正常进行，液压泵需要满足以下条件： 具有能不断重复变化的封闭容积。 油箱应与大气相通，或采用封闭的充压油箱，保证吸油过程的顺利进行。 具有配流机构，保证液压泵连续工作。19.2.2 液压泵的主要类型根据排量能否改变，液压泵可分为定量液压泵和变量液压泵；根据泵的输油方向能否改变，液压泵可分为单向液压泵和双向液压泵；根据内部结

10、构的不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。14表19-1 液压泵的图形符号名称单向定量液压泵双向定量液压泵单向变量液压泵双向变量液压泵图形符号1齿轮泵齿轮泵主要依靠齿轮啮合完成吸油和压油的工作过程。根据齿轮啮合形式的不同，齿轮泵可分为外啮合式和内啮合式两种。15（1）齿轮泵的工作原理图19-5所示为外啮合式齿轮泵的工作原理图。该齿轮泵主要由泵体、主动齿轮、从动齿轮等部件组成。泵体及两端的端盖在齿轮各个齿间形成了若干个密封容积。齿轮的啮合接触线将内腔分为左、右两个工作腔：吸油腔和排油腔。图19-5 齿轮泵工作原理齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、加工制造方便、成本较低等优点，但齿轮泵流量

11、和压力的脉动大，工作时有较大的噪声，并且排油量不可调节。（2）齿轮泵的特点和应用2叶片泵根据工作原理的不同，叶片泵可分为单作用式和双作用式两类。16（1）叶片泵的工作原理单作用叶片泵中，调节转子和定子之间的偏心距e，即可改变泵的排油量。故单作用叶片泵属于变量液压泵。单作用叶片泵的工作原理如图19-6（a）所示。叶片安装在转子槽中，转动时在离心力作用下可贴紧定子内壁，并与转子一起组成若干个密封容积。原动机带动转子每转一圈，每个密封容积完成一次吸油和压油过程。（a）单作用叶片泵 2叶片泵17（2）双作用叶片泵工作原理双作用叶片泵的转子和定子中心相互重合，定子内表面呈近似椭圆形，由两段长半径圆弧、两

12、段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，如图19-6（b）所示。叶片、定子内表面和转子外表面组成若干个封闭容积。转子转动时，随着定子内表面形状的变化，封闭容积发生周期性改变，从而实现吸油和压油的过程。转子每转过一周，每个封闭容积发生两次改变，泵完成两次吸油和压油过程，故称为双作用叶片泵。 （b）双作用叶片泵（3）叶片泵的特点叶片泵具有工作油压高、流量脉动小、噪声小、使用寿命长等优点，但结构比较复杂，定子和转子等零部件加工难度高，成本高，同时对油液污染比较敏感。3柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸体内做往复运动，以周期性地改变缸体内的密封容积来实现吸油和压油工作过程的。为提高液压泵的工作效率，生产实际中柱塞泵通常

13、采用多柱塞结构。根据柱塞的结构形式，柱塞泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种，如图19-7所示。18（1）柱塞泵的工作原理（a）径向柱塞泵 （b）轴向柱塞泵1柱塞；2定子；3转子；4衬套； 5配油轴；6柱塞孔 1斜盘；2柱塞；3缸体； 4配流盘；5传动轴图19-7 柱塞泵3柱塞泵同齿轮泵和叶片泵相比，柱塞泵具有以下特点：19（2）柱塞泵的特点和应用 柱塞和缸体等部件制造方便，加工精度高，密封性好。 实现流量调节只需改变柱塞工作行程。 获得的油压高、泵体结构紧凑、工作效率高。柱塞泵广泛应用于要求高油压、大流量、大功率以及变流量的液压系统中。19.3 液压缸和液压马达液压缸是将液压泵输入的液压能转换

14、为机械能的能量转换装置，是液压系统的执行元件。液压缸一般用于实现直线往复运动或摆动。2019.3.1 液压缸液压缸的种类很多，根据油压作用方式的不同，液压缸可分为单作用式液压缸和双作用式液压缸。根据结构形式的不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式、伸缩式和摆动式液压缸。表19-2 常见液压缸的图形符号名称单作用单杆缸双作用单杆缸双作用双杆缸双作用无杆缸图形符号1活塞式液压缸活塞式液压缸可分为单杆式和双杆式两种。如图19-8所示，单活塞杆液压缸主要由缸体、活塞、活塞杆、端板和密封圈组成。两端的进出油口均可通油或回油，从而实现双向运动。图示的单活塞杆液压缸中，当液压油从左端进入缸体时，推动活塞杆向右移动

15、；反之，当液压油从右端进入缸体时，推动活塞杆向左移动。故活塞式液压缸属于双作用缸。211端盖板；2缸体；3活塞；4密封环；5活塞杆；6导向套；7密封圈；8压盖；9，10进出油口图19-8 单活塞杆液压缸2柱塞式液压缸如图19-9所示，柱塞式液压缸主要由缸体、柱塞、导向套、密封胶圈和端压盖组成。液压油从左端油口进入缸体，推动柱塞向右移动。柱塞回程时需要依靠外力（如弹簧力）的作用，故柱塞式液压缸属于单作用液压缸。22与活塞式液压缸不同的是，柱塞式液压缸中的活塞由轴式活塞代替，柱塞移动时依靠导向套来导向，不直接与缸体内壁接触。1缸体；2柱塞；3导向套；4密封胶圈；5端压盖；6进出油口图19-9 柱塞

16、式液压缸3伸缩式液压缸伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成，图19-10所示为两级伸缩式液压缸。缸体两端均设有进出油口。当压力油从A口进入缸体时，首先推动一级活塞（即套筒活塞3）向右移动，由于一级活塞的有效横截面积大，故运动速度慢而推力大。一级活塞运动到右端终点时，压力油推动二级活塞（即活塞4）继续向右移动。由于二级活塞有效横截面面积小，故运动速度快而推力小。当压力油从B口进入缸体时，二级活塞先往左退回终点，之后一级活塞退回。231压板；2，6端盖；3套筒活塞；4活塞；5缸体；7套筒活塞端盖；8推杆图19-10 伸缩式液压缸4摆动式液压缸图19-11所示为齿条摆动式液压缸。缸体两端均设

17、有进出油口。液压油推动安装有齿条的驱动轴往复运动，通过齿条带动齿轮旋转，从而驱使齿轮轴进行正反向摆动。由于齿条齿轮机构的传动比很小，故齿条摆动式液压缸的输出扭矩非常大，并且齿轮轴的摆角可以任意选择，适用于要求大扭矩和摆动范围宽的工作场合。241缸体；2齿条；3齿轮；4调节螺钉图19-11 齿条摆动式液压缸19.3.2 液压马达液压马达是将液压泵输入的液压能转换为转动的机械能的装置，通常作为液压系统的执行元件。液压马达的结构与液压泵十分相似，也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三类。251液压马达的类型图19-12所示为叶片式液压马达的工作原理示意图。当压力油通入压油腔后，叶片1，3（或叶片5，7）一

18、面受压力油的作用，另一面受低压油的作用。由于叶片1，5的受力面积小于叶片3，7，压力油对叶片1，5的压力要小于叶片3，7，故转子产生顺时针转动。2液压马达的工作原理17叶片图19-12 叶片式液压马达19.4 液压控制阀19.4.1 方向控制阀液压控制阀，简称液压阀，是液压系统中的控制元件，主要用来控制油液的流动方向、压力和流量。据此，可将液压控制阀分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三类。26方向控制阀的作用是控制液压系统中油路的通断或油液的流向。根据用途的不同，方向控制阀可分为单向阀和换向阀。1单向阀单向阀又称止回阀，其作用是控制油液按一个方向流动，一般可分为普通单向阀和液控单向阀。1单

19、向阀普通单向阀主要由阀体、阀芯和弹簧等组成，如图19-13所示。普通单向阀有直通式和直角式两类。其中，图19-13（a）所示为直通式单向阀。当压力油从P1口流入油腔时，压力油能克服弹簧的作用力，从P2口流出；当压力油从P2口流入油腔时，阀芯锥面在弹簧和压力油的共同作用下紧压在阀口上，使阀口关闭，压力油无法从P1口流出。图19-13（b）所示为直角式单向阀，两个油口P1和P2在同一个平面上，并由直角油路连接，其工作原理与直通式单向阀类似。27（1）普通单向阀（a）直通式 （b）直角式 （c）图形符号1阀体；2阀芯；3弹簧图19-13 单向阀1单向阀液控单向阀是在普通单向阀结构的基础上增加了一个控

20、制油口K，如图19-14所示。当控制油口K无压力油通入时，液控单向阀相当于普通单向阀，压力油可经P1口流入，P2口流出，反向则不能流动。当控制油口K通入压力油后，控制活塞通过顶杆推动阀芯往右移动，使油口P1和P2处于连通状态，压力油可双向流动，从而失去单向阀的作用。28（2）液控单向阀（a）结构图 （b）图形符号1控制活塞；2顶杆；3阀芯；4阀体；5弹簧图19-14 液控单向阀2换向阀换向阀的作用是利用阀芯和阀体的相对运动来改变液压系统中油液的流动方向、连通和关闭油路。根据操作方式的不同，换向阀可分为手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀和液动换向阀等；根据工作位数的不同，换向阀可分为两位、三位和

21、四位等；根据控制通道数目的不同，换向阀可分为二通、三通和四通等。29（1）换向阀的分类（2）换向阀的图形符号换向阀的图形符号一般用方格来表示位数，二格表示二位，三格表示三位。通路数表示每格内箭头“”和封闭符号“ ”的数目，其中，“”表示两油口连通，“ ”表示该油口不流通。2换向阀30（3）换向阀的工作原理图19-15所示为二位四通电磁换向阀的工作原理及图形符号。阀芯为具有3段环形槽的圆柱体，可在阀体内移动，实现不同油口的连通与关闭。阀体上有4个油口，其中P为进油口，T为出油口，A，B油口分别接执行元件的两腔。表19-3 常见换向阀的图形符号名称符号名称符号二位二通二位五通二位三通三位四通二位四

22、通三位五通（a）断电 （b）通电1阀体；2复位弹簧；3阀芯；4电磁铁；5衔铁19.4.2 压力控制阀压力控制阀的作用是控制系统中油液的压力或利用压力作为信号来控制其他液压元件的动作。常见的压力控制阀包括溢流阀、减压阀和顺序阀等，它们都是利用阀芯上的液压力与弹簧力相互平衡的原理进行工作。311溢流阀溢流阀又称安全阀，主要作用是保持系统中油液压力的恒定，并限制系统的最大压力，实现过载保护。图19-16所示为直动式溢流阀的结构组成和图形符号。压力油从油口P进入溢流阀，当油压不高时，阀芯在弹簧作用下顶住阀座孔，阀口关闭；当油液对阀芯的作用力大于弹簧阻力时，阀口打开，多余的油液从油口T流回油箱，该过程称

23、为溢流。（a）结构图 （b）图形符号1阀体；2阀芯；3弹簧；4调压螺杆图19-16 直动式溢流阀19.4.2 压力控制阀322减压阀减压阀的作用是降低系统中某支路油液压力，使同一液压系统中产生多个不同的压力。减压阀的基本原理是利用压力油通过缝隙时产生压降，使得出口油压低于进口油压。根据结构的不同，减压阀可分为直动式和先导式两种。图19-17所示为先导式减压阀的结构组成和图形符号。先导式减压阀主要由主减压阀（含主阀芯）和先导阀组成。其中，先导阀相当于一个溢流阀。油液从油口P1进入，经过主阀芯与阀体的间隙（长度为x）减压后，从油口P2流出。出口油液流入主阀芯的上、下腔，并有一部分流入先导阀。（a）

24、结构图 （b）图形符号图19-17 先导式减压阀19.4.2 压力控制阀333顺序阀顺序阀的作用是利用液压系统中油压的变化来控制油路的通断，从而控制某些液压元件动作的顺序。根据结构的不同，顺序阀可分为先导式和直动式两种。图19-18所示为直动式顺序阀的结构组成和图形符号。压力油从油口P1进入顺序阀，阀芯在弹簧的作用下处于最下端的位置。当入口油压较小，压力油对阀芯下端的作用力不足以克服弹簧阻力时，阀口关闭，油路不通；当入口油压增大，对阀芯下端的作用力足以克服弹簧阻力时，阀口打开，压力油从P2口流出，使后续油路工作。泄油口L通过油管接油箱，使多余的液压油流回油箱，以保证油口P2油压的稳定。（a）结

25、构图 （b）图形符号图19-18 直动式顺序阀19.4.3 流量控制阀341节流阀流量控制阀简称流量阀，其作用是调节液压系统中油液的流量，从而控制执行元件的运动速度。流量控制阀是通过改变阀口通流横截面积来控制油液流量的。常用的流量控制阀包括节流阀和调速阀。图19-19所示为流量控制阀的结构组成和图形符号。压力油从油口A流入，经过阀芯下部的轴向三角形节流槽，从油口B流出。通过旋转调整螺杆，改变节流口的通流横截面积，即可调节油口B的油液流量。（a）结构图 （b）图形符号图19-19 节流阀19.4.3 流量控制阀352调速阀节流口是节流阀的重要部位，常见的形式有三角槽式、偏心式、针阀式和周向缝隙式

26、等，如图19-20所示。调速阀是由减压阀和节流阀串联而成的组合阀，其主要利用减压阀的自动调节作用，控制节流阀前后压差保持恒定，从而在节流口通流横截面积一定的条件下，使阀口的流量不因外部负载变化而变化。（a）三角槽式节流口 （b）偏心式节流口 （c）针阀式节流口 （d）周向缝隙式节流口图19-20 节流口19.5 液压辅助元件除了液压泵、液压缸、液压马达、液压控制阀外，液压系统还需用到许多辅助元件，主要包括油管、管接头、油箱、滤油器和蓄油器等。3619.5.1 油管与管接头油管是液压系统中用来传输压力油的元件。油管种类很多，常见的有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，如图19-21（a）所示。

27、管接头用于连接油管与油管、油管与液压元件，要求装拆方便、连接紧固、密封可靠，如图19-21（b）所示。（a）油管 （b）管接头图19-21 油管与管接头19.5.2 油箱371油箱的作用与分类油箱在液压系统中主要用于储存油液、散发热量和沉淀杂质，同时还可以释放油液中混入的空气。油箱有总体式和分离式两种。2分离式油箱的结构图19-22所示为分离式油箱的结构组成。吸油管的下端安装有过滤器，可以防止固态杂质进入工作油路，回油管与吸油管之间用隔板隔开，将回油造成的浊油区与吸油所需的清油区分开。油箱顶部安装有空气过滤器，既可保证油面与空气相通，又能隔离空气中的杂质。1吸油管；2过滤器；3空气过滤器；4回

28、油管；5盖板；6油面指示器；7，9隔板；8放油阀图19-22 分离式油箱的结构19.5.3 滤油器和蓄能器381滤油器滤油器的作用是过滤油液中的灰尘、磨屑等杂质，为液压系统提供清洁的液压油，防止杂质堵塞油路、磨损液压元件，从而保证液压系统的正常工作。2蓄油器蓄油器是液压系统中存储压力油的容器，其主要作用是在短时间内提供大量压力油，补偿油液的泄漏，消除系统内油压的波动，缓和液压冲击，以保持系统油压的稳定。常用的滤油器包括网式过滤器、线隙式过滤器、烧结式过滤器和纸芯式过滤器等。19.6 液压基本回路和系统实例3919.6.1 液压基本回路液压基本回路是由若干液压元件组成，用来完成某些特定功能的液压油路。根据实现功能的不同，液压基本回路可分为压力控制回路，速度控制回路和方向控制回路。压力控制回路的作用是利用压力控制阀控制整个液压系统或分支油路的工作压力。图19-23所示的调压回路，属于压力控制回路的一种。1压力控制回路图19-23 调压回路2速度控制回路速度控制回路主要通过改变液压系统中油液的流量来控制和调节液压执行元件的运动速度。常见的速度控制回路有节流调速回路和容积调速回路。40图19-24所示为典型的节流调速回路。液压泵输出的压力油进入液压缸的工作腔，多余的油液经溢流阀流回油箱。溢流阀的作用使液压缸