液压与气动传动技术课件

1、第1章 液压传动与流体力学基础知识1本章要学习：什么是液压传动？液压传动应用于那些领域？液压传动的工作原理如何？液压系统是如何组成的？液压传动有何特点？液压传动的发展和方向。2任何工作机构（机器）一般主要由四部分组成原动机传动机构工作机工作机构运动的实现液压与气动电子课件1.1.1 液压传动的基本概念控制机构31.1.1 液压传动的基本概念提供机器工作所需能源（如内燃机、电动机） 原动机 传动系统 实现能量（如力、扭矩、转速和位移）的转换 工作机 机构运动输出能量（直线运动、回转运动） 控制机构 控制工作机构的工作方式或状态4原动机传动机构工作机控制机构1. 机器的构成5机械传动液压传动电气传

2、动2. 传动的概念传动系统以液体作为工作介质进行能力传递的传动方式。功率密度高、传动平稳、能无级调速包括杠杆、齿轮、链条、皮带、蜗轮蜗杆等；稳定可靠、效率高，成本较低。但不易调节控制、难于实现自动化；以电能传输为主，多应用于回转运动。传动快速、控制敏捷、可靠、精度高。但不能过载、难于实现无级变速和在低速或静态下的大负荷驱动61.液压传动的工作原理液压与气压传动的基本工作原理是相似的，现以液压千斤顶的工作过程来简述液压传动的工作原理。液压千斤顶由举升液压缸和手动液压泵两部分组成，大油缸6、大活塞7、单向阀5和卸油阀9组成举升液压缸，杠杆手柄1、小活塞2、小油缸3、单向阀4和5组成手动液压泵。活塞

3、和缸体之间既保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。71.1.2 液压传动的基本原理图1-1液压千斤顶的工作原理示意图 1-杠杆手柄； 2-小活塞；3-小油缸；4、5-单向阀；6-大油缸；7-大活塞；8-重物；9-卸油阀；10-油箱 液压千斤顶的工作原理动画 1、吸油：提起手柄1使小活塞2向上移动，小活塞2下端密封的油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀5关闭并阻断其所在的油路，而单向阀4打开使其所在油路畅通，油箱10中的液压油就在大气压的作用下通过吸油管道进入并充满小缸体3，完成一次吸油动作。2、压油：用力压下手柄1，小活塞2下移，小活塞2下腔容积减小，腔内压力升高，这时单向阀4关闭同时阻断

4、其所在的油路，当压力升高到一定值时单向阀5打开，小油缸3中的油液经管道输入大油缸6的下腔，由于卸油阀9处于关闭状态，大油缸6中的液压油增多迫使大活塞7向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀5自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入大油缸6下腔，使重物8逐渐地升起。如果打开卸油阀9，大活塞7在其自重和重物8的作用下下移，大油缸6下腔油液便通过管道流回油箱10中，重物8就向下运动。81.1.2 液压传动的基本原理通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理如下：(1)液压传动是利用有压力的液体（液压油）作为传

5、递运动和动力的工作介质； (2)液压传动中要经过两次能量转换，先将机械能转换成油液的压力能，再将油液的压力能转换成机械能； (3)液压传动是依靠密封容器或密闭系统中密封容积的变化来实现运动和动力的传递。91.1.2 液压传动的基本原理1.1.3 液压与气动技术的应用 液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表1-1所示。表1-1液压传动在各类机械行业中的应用10固定形式设备（工业液压）1.1.3 液压与气动技术的应用111.1.3 液压与气动技术的应用12工程机械（行走液压）1.1.3 液压与气动技术的应用131.1.3 液压与气动技术的应用141.2 液压传动系统的组成及其元件的总体布局151

6、.2.1 液压传动系统的组成1油箱 2过滤器 3液压泵 4节流阀 5换向阀 6、9、10、12管道 7液压缸 8工作台 11溢流阀液压缸液压泵节流阀换向阀油箱机床工作台液压泵 3 由电动机驱动旋转，从油箱 1 中吸油，经过滤器 2 后被液压泵吸入并输出给系统。当换向阀 6 阀芯处于图1-2 (a) 所示位置时，压力油经阀 5 、阀 6 和管道进入液压缸 7的左腔，推动活塞向右运动。液压缸右腔的油液经管道、阀 6 、管道流回油箱。改变阀 6 阀芯工作位置，使之处于左端位置时，如图1-2(b) 所示，液压缸活塞反向运动。工作台的移动速度是通过流量控制阀来调节的。阀口开大时，进入缸的流量较大，工作台

7、的速度较快；反之，工作台的速度较慢。为适应克服大小不同阻力的需要，泵输出油液的压力应当能够调整。工作台低速移动时，流量控制阀开口小，泵输出多余的油液经溢流阀4和管道流回油箱，调节溢流阀弹簧的预压力，就能调节泵输出口的油液压力。161.2.1 液压传动系统的组成从上面的例子可以看出，液压传动系统主要由以下五部分组成。动力元件：将机械能转换成流体压力能的装置。常见的是液压泵，为系统提供压力油液，如图1. 7 中的液压泵 3；执行元件：将流体的压力能转换成机械能输出的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达、摆动缸，如图1-2中的液压缸 7；控制元件：对系统中流体的压力、流量及

8、流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件，如图 1-2中的溢流阀、流量控制阀和换向阀；辅助元件：保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如图1-2 中的过滤器、油箱和管件；工作介质：用它进行能量和信号的传递。液压系统以液压油液作为工作介质。171.2.1 液压传动系统的组成图1-2(a) 和图1- 2(b) 中的各个元件是半结构式图形画出来的，直观性强，易理解，但难于绘制，元件多时更是如此。在工程实际中，除某些特殊情况外，一般都用简单的图形符号绘制，如图1-2 (c) 所示。图形符号只表示元件的功能，不表示具体结构和参数。我国已经制定了一种用规定的图

9、形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号（GB/T786.11993）”，目前最新的图形符号标准为GB/T786.12009）。此液压系统原理图可简化为图形符号图，如图1-2 (c)所示。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。181.2.2 液压传动系统的图形符号对于图形符号有以下几条基本规定。1）符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。2）元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。3）符号均以元件的静止位置或中间零位置图表示，当系统的动作另有说明时，

10、可例外。191.2.2 液压传动系统的图形符号1.3 液压传动系统的特点1.3.1 液压传动的优点 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。 可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 201.3 液压传动系统

11、的特点 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 液压装置易于实现过载保护,借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 液压传动容易实现自动化,借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。211.3 液压传动系统的特点1.3.2 液压传动的缺点 液压系统中的漏油、液压油的可压缩性等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。 液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化

12、时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。 为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。 液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。 液压系统发生故障不易检查和排除。 221.4 液压油231液压油的用途液压油主要有以下几种作用。 传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各处，由于油本身具有黏度，因此，在传递过程中会产生一定的动力损失。 润滑。液压元件内各移动部位都可受到液压油充分润滑，从而降低元件磨耗。 密封。油本身的黏性对细小的间隙有密封作用。 冷却。系统损失

13、的能量会变成热量，被油带出。1.4.2 液压油的物理性质1、液压油的密度 单位体积某种液压油的质量称为该种液压油的密度，以表示，即 ( ) 式中: 液压油的体积 体积为的液压油质量液压油的密度随压力的增加而加大，随温度的升高而减小，但一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可以忽略不计，故在实际应用中可认为液压油的密度不受压力和温度变化的影响。24液体受增大的压力作用而使体积缩小的性质称为液体的可压缩性。液体的可压缩性可用体积压缩系数表示，它是指液体在单位压力变化下的体积相对变化量，用公式表示为2、可压缩性液体压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，简称体积模量，用K 表示，即1.4.2

14、 液压油的物理性质25 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，液体分子间内聚力要阻止分子间的相对运动，在液层相互作用的界面之间会产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。 3、粘性液体的粘性示意图（1）粘性的物理意义牛顿内摩擦定律单位面积上的内摩擦力 1.4.2 液压油的物理性质26 表示粘性大小的物理量。流体抵抗剪切变形能力的度量，粘度大，这种能力强。 （2）粘性的表示粘度动力粘度(绝对粘度)运动粘度相对粘度表示方法动力粘度：表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。用符号表示，单位为Pas（帕秒）。运动粘度：液体动力粘度与密度的比值，没有明确的物理意义，工程实际中常用的物理量。单位为m2/s，

15、常用单位为St（斯，cm2/s）和cSt（厘斯，mm2/s）。1m2/s = 104St = 106cSt液压油的牌号，采用液压油在40温度下运动黏度平均cSt（厘斯）值来标号，如牌号为L-HL22的普通液压油，是指其在40时运动黏度平均值为22cSt。同种介质比较大小时常用运动粘度不同介质比较大小时一般用动力粘度1.4.2 液压油的物理性质27相对黏度 相对黏度又称条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定条件下测出来的液体黏度。各国采用的相对黏度单位有所不同，美国采用赛氏黏度，英国采用雷氏黏度，法国采用巴氏黏度，我国采用恩氏黏度。恩氏黏度用符号 表示，被测液体温度为t时的恩氏黏度用符号 表示。恩

16、氏黏度用恩氏黏度计测定。其方法是：将200mL温度为t的被测液体装入黏度计的容器，经其底部直径为2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需时间，再测出200mL温度为20的蒸留水用同一粘度计流尽所需时间（通常）；这两个时间的比值即为被测液体在温度t下的恩氏黏度，即 (1-6)281.4.2 液压油的物理性质 液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压传动工作介质来说，压力增大时，粘度增大。在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数值很小，可以忽略不计。但液压传动工作介质的粘度对温度的变化十分敏感，温度升高，粘度下降。这个变化率的大小直接影响液压传动工作介质的使用，其重要性不亚于粘度本身。4、温度和压力

17、对粘度的影响1.4.2 液压油的物理性质典型液压油的粘温特性曲线291.4.3液压油要求与选用 液压油液分类矿物性液压油：按照ISO规定，采用40时油液的运动粘度（mm2/s)作为油液粘度牌号，共分为10、15、22、32、46、68、100、150等8个等级。难燃液压油：乳化液、高水基液压油、海水或淡水。 （ 一） 对液压油液的要求粘温特性好；有良好的润滑性；成分要纯净；有良好的化学稳定性；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；无毒，价格便宜。（一）液压油的要求30选用液压油液首先考虑的是粘度选择时要注意：液压系统的工作压力 压力高，要选择粘度较大的液压油液。环境温度 温度高，选用粘度较大的液

18、压油液。运动速度 速度高，选用粘度较低的液压油液。液压泵的类型 各类泵适用的粘度范围。（二）液压油选用1.4.3液压油要求与选用311、静压力是指液体处于静止状态时，其单位面积上所受的法向作用力。 静止液体是指液体处于内部质点间无相对运动的状态，因此静止液体不显示粘性，液体内部无剪切应力，只有法向应力即压力。液体静压力特性：（1）液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的内法线方向一致；（2）静止液体内任一点所受到的静压力在各个方向上相等。1.5.1 流体静压力及其特性1.5 流体静力学基础322、压力的表示方法绝对压力。相对压力也称表压力。相对压力为负数时，工程上称为真空度。绝对压力大气压力相

19、对压力（表压力）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1.5 流体静力学基础33压力的单位国际单位制单位：国际单位制单位为Pa（帕）、N/m2（我国法定计量单位）或兆帕(MPa)，1MPa=106Pa。工程制单位：kgf/cm2。国外也有用bar(巴），1bar=105Pa。标准大气压：标准大气压=101325Pa。液体柱高度：h=p/(g)，常用的有水柱、汞柱等，如1个标准 大气压约等于10m水柱高。1.5 流体静力学基础341.5.2 静压力基本方程（一）静压分布特征：（1）（2）同一容器同一液体中的静压力随深度的增加线性地增加。（3）连通器内，同一液体中深度相同的各点压

20、力都相等。（4）（5）1.5 流体静力学基础35例题1-1 如图1-13所示，容器内盛有油液，已知油的密度 ，活塞上的作用力 ，活塞面积 ,忽略活塞的重量，问活塞下方深度为 处的压力为多少？36解：活塞与液体接触面上的压力 根据液体静压力基本方程，深度为处的液体压力为从本例可以看出，液体在受外界压力作用下，由液体自重所形成的那部分压力相对很小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似地认为整个液体内部的压力是处处相等的。以后，我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这个结论。1.5 流体静力学基础3、帕斯卡原理在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体内部所有点。容器内的液体各点压力为

21、1.5 流体静力学基础当活塞横截面面积一定时，由(113)式可知压力P与负载F之间总保持着正比关系。若F=0，则 P=0 ；F越大，液体内的压力也越大。由此可见，液体内的压力是由外界负载作用所形成的，则液压系统内工作压力的大小取决于外负载的大小，这是液压传动中的一个重要的基本概念。37帕斯卡原理动画【例1-2】 图所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D = 100mm，小缸内径d = 20mm，大活塞上放一质量为5 000kg的物体。试求在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？帕斯卡原理的应用1.5 流体静力学基础381.6 流体动力学基础1.6.1 基本概念1.理想液体和恒定流动

22、理想液体：恒定流动：假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。恒定流动与非恒定流动液体流动时，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，亦称为定常流动或非时变流动。392. 流线、流束、流管和通流截面 流线：流束：某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的曲线。在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切线方向重合，在恒定流动状态下流线的形状不随时间而变化。对于非恒定流动来说，由于液流通过空间点的速度随时间而变化，因而流线形状也随时间变化而变化。液体中的某个质点在同一时刻只能有一个速度，所以流线不能相交，不能转折，但可相切，是一条条光滑的曲线 。流管：通流截面：通过一条封闭曲线的密

23、集流线束。垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。1.6.1 基本概念许多流线组成的一束曲线。40流线、流束、流管和通流截面 1.6.1 基本概念413.流量和平均流速 流量：单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单位为m3/s或L/min。在通流截面A上取一微小流束的截面dA，则通过dA的微小流量为对上式积分，可得流经整个通流截面A的流量1.6.1 基本概念平均流速：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流速均匀分布，平均流速为421.6.2 连续性方程方程及其应用 流体连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。 液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流

24、截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体质量相等，即： 1v1 A1 = 2v2 A2 不考虑液体的压缩性则得 q = v A = 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。管细流速大，管粗流速小液流连续性方程推导用图43连续性方程在液压系统中的应用1.6.2 连续性方程方程及其应用液压缸活塞运动速度？进油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？441、理想液体的伯努利方程 物理意义：在密闭管道内作定常流动的理想液体，具有三各形式的能量，即压力能、位能和动能，在沿管道流动的过程中，三种形式的能量可以相互转

25、化，但在任一截面处，其能量的总和为一常数。 由于方程中的每一项均以长度为量纲，所以亦分别称为压力水头，位置水头和速度水头 静压力基本方程是伯努利方程的特例1.6.3 伯努利方程及其应用452、实际液体的伯努利方程 ：动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算的动能之比（层流时=2，紊流时=1） 为单位质量液体从截面1流到截面2过程中的能量损耗 1.6.3 伯努利方程及其应用463、伯努利方程应用【例】如图示，油管水平放置，截面1-1、2-2处的直径分别为d1、d2 ，液体在管路内作连续流动，若不计管路内能量损失，问：截面1-1、2-2处哪一点压力高？ 1.

26、6.3 伯努利方程及其应用解：截面2-2处压力比截面1-1处压力高。其分析如下： 液体在管道内作连续流动，有流量连续性方程 即 由图可知，显然 A1 A2， 故 12。 因为h1=h2，由伯努利方程可得47层流：液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，既液体作分层流动，各层间的流体互不混杂。如图所示。1.7.1 液体的流动状态及其判别紊流: 液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态。1.7 液体在管道中流动状态和压力损失实际液体具有黏性，在流动中由于摩擦而产生能量损失，能量损失主要表现为压力损失，使油液发热、泄漏增加、效率降低、性能变差。因此在设计液压系统时分析液体在管道

27、中流动状态和压力损失提高系统效率和性能都有十分重要的意义。48雷诺实验雷诺：英国科学家1.7 液体在管道中流动状态和压力损失49动画雷诺数判断：液体的流动状态是层流还是紊流，可以通过无量纲值雷诺数来判断。实验证明，液体在圆管中的流动状态可用下式来表示常见管道的临界雷诺数1.7 液体在管道中流动状态和压力损失50液体流动时的压力损失液压系统中的压力损失分为两类：一是油液流经直管时的压力损失，称为沿程压力损失。这类压力损失是由液体流动时的内摩擦力引起的。二是油液流经局部障碍时，由于液流的方向和速度突然变换，在局部区域形成漩涡，引起液体质点相互撞击和剧烈摩擦因而产生的压力损失，这种损失称为局部压力损

28、失。1.7.2 液体在管道中流动状态和压力损失51压力损失p与管道长度及流速v的平方成正比，而与管子的内径成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流动状态等都包含在内。一、沿程压力损失油液在直管中流动的沿程压力损失：1.7.2 液体在管道中流动状态和压力损失52二、局部压力损失 局部压力损失是液流流经管道截面突然变化的弯管、管接头以及控制阀阀口等局部障碍处时的压力损失。计算式为： 局部阻力系数，由试验求得；v液流流速。液体流经液压阀的压力损失主要为局部损失：1.7.2 液体在管道中流动状态和压力损失53液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其中每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、管接头等形成局部阻

29、力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失及所有局部压力损失之和。即：四、管路系统总压力损失1.7.2 液体在管道中流动状态和压力损失54 本节主要介绍液流流经小孔及缝隙的流量公式。 前者是节流调速和液压伺服系统工作原理的基础； 后者则是计算和分析液压元件和系统泄漏的根据。1.8 液体流经孔口及缝隙的特性55（1）流经薄壁小孔的流量 一、液体流经小孔的流量 当小孔的通流长度L与孔径d之比l/d小于等于0.5时称为薄壁小孔。当管道直径D与小孔之直径的比值D/d7时，收缩作用不受大孔侧壁的影响，称为完全收缩。 当管壁对收缩程度有影响时，则称之为不完全收缩。薄壁小孔流动画1.8.

30、1 液体流经孔口的流量压差特性56薄壁小孔短孔1.8.1 液体流经孔口的流量压差特性细长孔57小孔流量压力特性统一公式1.8.1 液体流经孔口的流量压差特性581液体流经平行平板缝隙的流量1.8.2 液体流经缝隙的流量压差特性 图为一平面缝隙，液压油在压力差p作用下自左向右流动。591）液体流经平行平板缝隙的流量 当平行平板间没有相对运动时（即u0=0），通过的液流完全由压差引起，这种流动称为压差流动。其值为1.8.2 液体流经缝隙的流量压差特性 602）液体流经平行平板缝隙的流量 当平行平板两端不存在压差时，通过的液流完全由平板运动引起，这种流动称为剪切流动，其值为1.8.2 液体流经缝隙的

31、流量压差特性 613. 液流流过同心环状缝隙的流量1.8.2 液体流经缝隙的流量压差特性 621）液流流经偏心环状缝隙的流量1.8.2 液体流经缝隙的流量压差特性 634. 液流流经圆环形平面缝隙的流量1.8.2 液体流经缝隙的流量压差特性 64概念：在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。危害：液压冲击产生的压力峰值往往比正常工作压力高好几倍，且常伴有噪声和振动，从而损坏液压元件、密封装置、管件等。1.9 液压冲击及空穴现象1.9.1 液压冲击65液压冲击的类型有：1、液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速 度的大小或方向突然变化时，

32、由于液流的惯力引起的液压冲击。2、运动着的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性引起的液压冲击。3、某些液压元件动作失灵或不灵敏，使系统压力升高而引起的液压冲击。1.9 液压冲击及空穴现象66减小液压冲击的措施 使完全冲击改变为不完全冲击，即可用减慢阀门关闭速度或减小冲击波传播距离转变为不完全冲击。 限制管中油液的流速。 用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的能量。 在容易出现液压冲击的地方安装限制压力峰值的安全阀。1.9 液压冲击及空穴现象671. 空穴现象 在液流中，如果某一点的压力低于当时温度下液体的空气分离压、溶解于液体中的气体会游离出来，形成气泡。这些气泡混合在油液中

33、，使原来充满管道或液压元件中的油液不连续，这种现象称为空穴现象。 如果液流中发生了空穴现象，当液流中的气泡随液流运动到压力较高的区域时，气泡因承受不了高压而破裂，引起局部液压冲击，产生局部高温、高压会使金属剥落，造成表面粗糙或出现海绵状小洞穴，并且发出强烈的噪声和振动。这种现象称为气蚀。1.9.2 气穴现象1.9 液压冲击及空穴现象682减少空穴现象的措施 减少阀孔前后的压差，一般希望阀孔前后的压力比小于3.5。 正确设计和选择泵的结构、参数，适当加大吸油管直径，限制吸油管中液流的流速，尽量避免急剧转弯或局部狭窄，滤油器要及时清洗以防堵塞，对自吸能力较差的泵应采用辅助泵向泵的吸油口供油。 增加

34、零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减少零件加工表面的粗糙度等以提高零件的抗气蚀能力。1.9 液压冲击及空穴现象69第2章 液压动力元件70关于液压泵的学习要求掌握容积式液压泵的工作原理及其主要性能参数。通过液压泵的实验掌握齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的结构和工作原理。 掌握液压泵的职能符号。齿轮泵所存在的问题。液压泵的选型注意事项。71概 述一、主要作用为整个液压系统提供动力源。液压传动系统是以液压泵作为向系统提供一定流量和压力的动力元件，液压泵将原动机输出的机械能转换为工作液体的压力能，是一种能量转换装置。72 2.1 液压泵的工作原理一、容积式液压泵的工作原理将原动机（电动机或内燃机）

35、输出的机械能转换为工作液体的压力能。1、 液压泵的工作原理 液压泵都是依靠密封工作腔容积大小交替变化来实现吸油和压油的。液压泵73 当凸轮由原动机带动旋转时，柱塞便在凸轮和弹簧的作用下在缸体内往复运动。 缸体内孔与柱塞外圆之间有良好的配合精度，使柱塞在缸体孔内作往复运动时基本没有油液泄漏，即具有良好的密封性。2.1.1 容积式液压泵的工作原理74 柱塞右移时，缸体中密封工作腔的容积变大，产生真空，油箱中的油液便在大气压力作用下通过吸油单向阀吸入缸体内， 实现吸油; 柱塞左移时，缸体中密封工作腔的容积变小,油液受挤压，便通过压油单向阀输送到系统中去,实现压油。2.1.1 容积式液压泵的工作原理7

36、5 如果偏心轮不断地旋转，液压泵就会不断地完成吸油和压油动作，因此就会连续不断地向液压系统供油。2.1.1 容积式液压泵的工作原理76 从上述液压泵的工作过程可以看出，其基本工作条件是：1.具有密封的工作容腔;2.密封工作容腔的容积大小是交替变化的，变大、变小时分别对应吸油、压油过程；3.吸、压油过程对应的区域不能连通。2.1.1 容积式液压泵的工作原理772.1.2 常用容积式液压泵 常用的容积式泵类型按输出流量是否可调可分为定量泵和变量泵，按结构分类如下图 78齿轮液压泵柱塞液压泵叶片液压泵螺杆液压泵2.1.2 常用容积式液压泵79常用容积式液压泵职能符号如下图 2.1.2 常用容积式液压

37、泵801. 液压泵的压力液压泵的压力参数分为工作压力、额定压力和最高允许压力。工作压力指液压泵实际工作时输出的实际压力值。 工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。 2.1.3 液压泵的主要性能和参数81额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。 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，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。2.1.3 液压泵的主要性能和参数最高允许压力 在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力植，称为液压泵的最高允许压力。 822. 排量和

38、流量排量V指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。 排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。排量可以调节的液压泵称为变量泵；排量不可以调节的液压泵则称为定量泵。2.1.3 液压泵的主要性能和参数83流量分为理论流量、实际流量和额定流量。理论流量qt指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。 其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积，即qtVn (L/min或m3/s)2.1.3 液压泵的主要性能和参数2. 排量和流量84实际流量q液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量（泵的工作压力越高，泄漏量越大）

39、， 使得泵的实际流量小于泵的理论流量；当液压泵处于卸荷（非工作）状态时，这时输出的实际流量近似为理论流量。它等于理论流量qt减去泄漏和压缩损失后的流量q，即2. 排量和流量2.1.3 液压泵的主要性能和参数额定流量qn在正常工作条件下，该试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。 853. 功率与效率效率实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。 容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用容积效率表征。它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qt之比，即液压泵的实际输出流量q为 2.1.3 液压泵的主要性能和参数863. 功率与效率效

40、率实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。 机械损失指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效率表征。它等于液压泵的理论转矩Tt与实际输入转矩T之比，即 2.1.3 液压泵的主要性能和参数873. 功率与效率效率实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。 泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，等于容积效率和机械效率的乘积，即 总效率2.1.3 液压泵的主要性能和参数883. 功率与效率功率驱动液压泵的机械功率，由电动机或内燃机给出。 输入功率i Tt液压泵的理论转矩； 液压泵转动的角速度。液压泵输出的液压功率，

41、即泵的实际流量q与泵的进、出口压差p的乘积。 输出功率当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率 。2.1.3 液压泵的主要性能和参数892.1.4 液压泵与电动机参数的选择1. 液压泵大小的选用液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。 P泵k压P缸式中：P泵液压泵所需要提供的压力，Pa, k压系统中压力损失系数，取1.3-1.5 P缸液压缸中所需的最大工作压力，Pa（1）液压泵最大工作压力的确定： 液压泵的的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的 901. 液压泵大小的选用（2）液压泵

42、最大输出流量的确定：液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量 Q泵K流Q缸 式中：Q泵液压泵所需输出的流量，m3/min。 K流系统的泄漏系数，取1.11.3 Q缸一液压缸所需提供的最大流量，m3/min。 若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。 2.1.4 液压泵与电动机参数的选择912. 电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定 式中：PM电动机所需的功率，kW p泵泵所需的最大工作压力，Pa, Q泵泵所需输出的最大流量，m3/min 泵的总效率。 2.1.4 液压泵与电动机参数的选择92【例2-1】 已知某液压系统如图2-4所示。工作时

43、，活塞上所受的外载荷为F=9720N，活塞有效工作面积A=0.008m2，活塞运动速度=0.04m/s。问应选择额定压力和额定流量为多少的液压泵？驱动它的电动机功率应为多少?2.1.4 液压泵与电动机参数的选择解：首先确定液压缸中最大工作压力p缸为选择k压=1.3，计算液压泵所需提供的最大压力为p泵=1.31.215=1.58（MPa）再根据运动速度计算液压缸所需的最大流量为Q缸=A=0.040.008=3.2104（m3/s）选取k流=1.1，计算泵所需提供的最大流量为Q泵=1.13.2104=3.52104（m3/s）=21.12（L/min）93查液压泵的样本资料，选择CB-B25型齿轮

44、泵。该泵的额定流量为25L/min，略大于Q泵；该泵的额定压力为25kgf/cm2（约为2.5MPa），大于泵所需要提供的最大压力。选取泵的总效率=0.7，驱动泵的电动机功率为 2.1.4 液压泵与电动机参数的选择【例2-1】 已知某液压系统如图2-4所示。工作时，活塞上所受的外载荷为F=9720N，活塞有效工作面积A=0.008m2，活塞运动速度=0.04m/s。问应选择额定压力和额定流量为多少的液压泵？驱动它的电动机功率应为多少?由上式可见，在计算电动机功率时用的是泵的额定流量，而没有用计算出来的泵的流量，这是因为所选择的齿轮泵是定量泵，定量泵的流量是不能调节的。94齿轮泵实物结构 2.2

45、 齿轮泵CB-B型外啮合齿轮泵为分离三片式结构，其内部结构如图所示。952.2.1 外啮合齿轮泵泵的壳体内装有一对外啮合齿轮； 1. 工作原理齿轮将泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔； 961. 工作原理当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔； 2.2.1 外啮合齿轮泵97动画1. 工作原理随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出,该容腔称为压

46、油腔。2.2.1 外啮合齿轮泵981. 工作原理当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。 2.2.1 外啮合齿轮泵99为了使齿轮平稳地啮合运转，齿轮的重叠系数大于1，即存在两对轮齿同时进入啮合的时候。因此，就有一部分油液困在两对轮齿所形成的封闭容腔之内。 困油1、封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小，2、封闭容腔然后又逐渐增大。 这种现象称为困油现象。 2. 几个突出的问题及解决办法2.2.1 外啮合齿轮泵100封闭容腔减小时会使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，并使轴承等零件受到额外的不平衡负载； 困油封闭容腔增大时会造成局部真

47、空，使溶于油液中的气体分离出来，形成气泡，产生气穴，使泵产生强烈的噪音。 2. 几个突出的问题及解决办法2.2.1 外啮合齿轮泵101困油当封闭容腔减小时，让卸荷槽与压油腔相通，使封闭容腔中的高压油排到压油腔中去；2. 几个突出的问题及解决办法2.2.1 外啮合齿轮泵当封闭容腔增大时，使卸荷槽与吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。 102由于在压油腔和吸油腔之间存在压差，液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力。径向不平衡力径向不平衡力加速轴承的磨损，增大内部泄漏，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。可通过缩小压油腔、开压力平衡槽等措施

48、减小径向不平衡力。2.2.1 外啮合齿轮泵2. 几个突出的问题及解决办法103泄漏降低了液压泵的容积效率。2. 几个突出的问题及解决办法即一部分液压油从压油腔流回吸油腔， 没有输送到系统中去。泄漏2.2.1 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵有三个可能泄漏的部位：齿轮端面和端盖间；齿轮外圆和壳体内孔间；两个齿轮的齿轮啮合处。 外啮合齿轮泵的泄漏主要是齿轮端面泄漏，这部分泄漏量约占总泄漏量的75%-80%。1042. 几个突出的问题及解决办法减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径。一般采用齿轮端面间隙自动补偿的办法 。2.2.1 外啮合齿轮泵105内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种 (a) 渐

49、开线齿轮泵 (b) 摆线齿轮泵 1吸油腔 2压油腔 3隔板 2.2.2 内啮合齿轮泵 106动画1072.2 齿轮泵总结：齿轮泵的结构特点与应用齿轮泵的主要特点是结构简单，制造、维修方便，价格低廉，而且它对油液的污染程度不敏感。它的主要缺点是压力与流量的脉动较大，工作时的噪声较大，并且它的输出排量是不可调节的，只能够做成定量泵。一般齿轮泵应用在低压、小流量的场合，其工作压力一般在 8MPa 以下。叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转平稳等优点，因而被广泛用于中、低压液压系统中。叶片泵按结构可分为:但它也存在着结构复杂，对油液污染比较敏感等缺点。单作用式（多用于变量泵）双作用式（均为定量泵

50、）2.3 叶片泵1082.3.1 双作用叶片泵转子2和定子1是同心的，定子内表面由八段曲面拼成；叶片3在离心力和底部压力油的作用下紧贴在定子的内表面上，在相邻叶片之间形成密封容腔； 1、结构和原理109动画当转子沿图示方向转动时，右上角和左下角的密封容腔容积逐渐变大，所在的区域是吸油区；左上角和右下角的密封容腔容积逐渐变小，所在的区域是压油区。2.3.1 双作用叶片泵1、结构和原理1102）泵的排量不可调，只能作为定量泵；1）转子一转，每个工作容腔吸、压油各两次，所以称为双作用叶片泵；2、结构特点3）两个吸、压油区径向对称分布，作用在转子上的液压力是径向平衡的；4）叶片泵的流量脉动很小，且当叶

51、片数为4的倍数时流量脉动率最小，所以叶片数一般取12或16。 2.3.1 双作用叶片泵1112.3.2 单作用叶片泵由转子l、定子2、 叶片3和配油盘(图中未画出)等零件组成。1、结构工作原理叶片可在转子槽内灵活滑动。定子的内表面是圆形的，转子与定子之间有一偏心量。配油盘只开一个吸油窗口和一个压油窗口。 112动画当转子转动时，由于离心力作用，叶片顶部始终压在定子内圆表面上，两相邻叶片间就形成了密封容腔。由于在转子每转一周的过程中，每个密封容腔完成吸油、压油各一次，也称为单作用式叶片泵。1、结构工作原理2.3.2 单作用叶片泵1131）改变偏心距大小即改变了排量；2）当偏心量为零时，密封容腔容

52、积不会变化，就不具备液压泵的工作条件了;3）转向不变时，改变定子与转子偏心距的方向也就改变了泵的吸、压油口。2、结构特点4）叶片数均为奇数，一般为13或15片。2.3.2 单作用叶片泵1142.3.3 限压式变量叶片泵变量泵是指排量可以调节的液压泵。这种调节可能是手动的，也可能是自动的。限压式变量叶片泵是一种利用负载变化自动实现流量调节的动力元件，在实际中得到广泛应用。 115转子中心固定，定子中心可左右移动。它在限压弹簧的作用下被推向右端，使定子和转子中心之间有一个偏心。 1、结构和工作原理当转子逆时针转动，上部为压油区，下部为吸油区。配油盘上吸、压油窗口关于泵的中心线对称，压力油的合力垂直

53、向下，可以把定子压在滚针支承上。2.3.3 限压式变量叶片泵116动画柱塞与泵的压油腔相通。设柱塞面积为A，则作用在定子上的液压力为pA。当泵的工作压力升高使得pA弹簧力时，液压力克服弹簧力把定子向左推移，偏心距减小了，泵的输出流量也随之减小。 1、结构和工作原理2.3.3 限压式变量叶片泵117当泵的工作压力升高使得pA弹簧力时， 液压力克服弹簧力把定子向左推移，偏心距减小了，泵的输出流量也随之减小。 压力越高，偏心距越小，泵输出的流量也越小；1、结构和工作原理2.3.3 限压式变量叶片泵118当压力增大到偏心距所产生的流量刚好能补偿泵的内部泄漏时，泵输出流量为零。这意味着不论外负载如何增加

54、，泵的输出压力不会再增高。这也是限压的由来。由于反馈是借助于外部的反馈柱塞实现的，故称为外反馈。 1、结构和工作原理2.3.3 限压式变量叶片泵119当ppc时，油压的作用力还不能克服弹簧的预压紧力，这时定子的偏心距不变，泵的理论流量不变，但由于供油压力增大时，泄漏量增大，实际流量减小，所以流量曲线为AB段；当p=pc时，B为特性曲线的转折点；当ppc时，弹簧受压缩，定子偏心距减小，使流量降低，如图曲线BC所示。 2.3.3 限压式变量叶片泵特征曲线限压式变量叶片泵的特性曲线 1203、应用 限压式变量叶片泵对于那些要实现空行程快速移动和工作行程慢速移动的液压驱动是一种较合适的液压泵。一般快速

55、行程需要快的移动速度和大的工作流量，负载压力较低，这正好对应了特性曲线的AB起始段，而工作进给是需要较高的压力，同时移动速度较低，所需流量减少，对应了特性曲线的BC段。因此，限压式变量叶片泵特别适用于那些要求执行元件有快速、慢速和保压阶段的中、低压系统，有利于节能和简化液压回路。 2.3.3 限压式变量叶片泵121柱塞泵依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的。与齿轮泵和叶片泵相比，具有以下特点：工作压力高：由于密封容腔是由柱塞孔和柱塞构成，圆柱面相对容易加工，可以达到较高的尺寸精度，因此这种泵的密封性很好，有较高的容积效率。柱塞泵的工作压力一般为2040MPa

56、，最高可达1000MPa；易于变量：由于便于改变柱塞的行程，因此容易实现单向或双向变量；流量范围大：设计上可以选用不同的柱塞直径或数量，因此可得到不同的流量。 2.4 柱塞泵122柱塞泵也存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点。总之，柱塞泵具有额定压力高，结构紧凑，效率高及流量调节方便等优点，被广泛用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。 根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置的不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。 2.4 柱塞泵1232.4.1 径向柱塞泵径向柱塞泵是将柱塞径向排列在缸体内，缸体由原动机带动连同柱塞一起转动，周期性改变密闭容积的大小，达到吸、

57、排油的目的。 1242.4.2 径向柱塞泵1柱塞；2缸体；3衬套；4定子；5配油轴1、结构和工作原理125定子和转子之间有一个偏心，配油轴固定不动。柱塞在转子的径向孔内运动，形成了泵的密封工作容腔。1、结构和工作原理2.4.2 径向柱塞泵126动画当转子按图示方向转动时，位于上半周的工作容腔处于吸油状态，油箱中的油液经配油轴的孔进入吸油腔；位于下半周的工作容腔则处于压油状态，将油从配油轴的孔向外输出。1、结构和工作原理2.4.2 径向柱塞泵127径向柱塞泵的配油轴5是固定不动的，图所示为配油轴的结构。油液从配油轴的上半部的两个进油孔a1 和a2流入，从下半部两个压油孔b1和b1压出。为了实现配

58、油，配油轴在与衬套3接触的部位开有上下两个缺口，从而形成吸油口和压油口，而留下的部分则形成封油区。1、结构和工作原理2.4.2 径向柱塞泵128改变定子与转子偏心距的大小和方向，就可以改变泵的输出流量和泵的吸、压油方向。因此径向柱塞泵可做成单向或双向变量。1、结构和工作原理2.4.2 径向柱塞泵129径向柱塞泵径向尺寸大，自吸能力差，配油轴受径向不平衡液压力作用，易于磨损，因而限制了转速和工作压力的提高。径向柱塞泵的容积效率和机械效率都较高。2、特点2.4.2 径向柱塞泵1301、结构和工作原理2.4.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵是将多个柱塞轴向配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心

59、线平行的一种泵，轴向柱塞泵有两种形式，直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式） 直轴式轴向柱塞泵实物外形斜轴式轴向柱塞泵实物外形131图2-24 直轴式轴向柱塞泵的工作原理1为缸体传动轴，2为配油盘，3为柱塞，4为斜盘1、结构和工作原理2.4.2 轴向柱塞泵132动画传动轴带动缸体旋转，斜盘和配油盘固定不动。柱塞均布于缸体内，柱塞的头部靠机械装置或在低压油作用下紧压在斜盘上。斜盘法线和缸体轴线的夹角为。当传动轴旋转时，柱塞一方面随缸体转动，另一方面在缸体内作往复运动。 1、结构和工作原理柱塞相对缸体左移时工作容腔是吸油状态，柱塞相对缸体右移时工作容腔是压油状态。缸体每转一周，每个柱塞完成吸、压油一次

60、。2.4.2 轴向柱塞泵如果可以改变斜角的大小和方向，就能改变泵的排量和吸、压油的方向，此时即为双向变量轴向柱塞泵1332.4.2 轴向柱塞泵134（1） 柱塞和缸体配合间隙容易控制，密封性好，容积斜率高0.93-0.95。（2） 采用滑履与回程盘装置，避免球头的头接触。（3） 高压泵，结构复杂，价格贵，使用环境要求高。（4） 柱塞数通常为7、9、11个，单数，减小脉动。（5） 排量取决于泵的斜盘倾角。2、工作特点2.4.2 轴向柱塞泵135 2.5 螺杆泵螺杆泵的液压油沿螺旋方向前进， 转轴径向负载各处均相等， 脉动少，运动时噪音低；可高速运转，适合作大容量泵；但压缩量小，不适合高压的场合。