液体传动ppt课件(完整版)

1、第1章 液压传动概述1.1 液压传动的工作原理及组成1.2 液压传动的优缺点及应用发展知识拓展本章小结1.1 液压传动的工作原理及组成1.1.1液压传动的工作原理.液压千斤顶的工作原理首先，从液压千斤顶着手来讨论液压传动的工作原理。液压千斤顶是一种起重高度低(低于1)的最简单的起重设备。它主要用于厂矿和交通运输等部门，做车辆修理及其他起重和支撑等工作。下面以液压千斤顶为例简述液压传动的工作原理。如图1-2(a)所示，液压千斤顶主要由手动柱塞液压泵(杠杆1、泵体2、活塞3)和液压缸(活塞11、缸体12)两大部分构成。工作时，关闭卸油阀8，向上提起杠杆，活塞3被带动上升，如图1-2(b)所示，泵体

2、油腔的工作容积增大，由于单向阀7受油腔10中油液的作用力而关闭，油腔4形成真空，油箱6中的油液在大气压力的作用下，推开单向阀5的钢球，进入并充满油腔4。压下杠杆，活塞3被带动下移，如图1-2(c)所示，泵体下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成油腔4的工作容积减小，其内的油液在外力的挤压作用下压力增大，迫使单向阀5关闭，而单向阀的钢球被推开，油液经油管9进入缸体油腔10，缸体油腔的工作容积增大，推动活塞11连同重物一起上升。反复提压杠杆，就能不断从油箱吸入油液并压入缸体油腔10，使活塞11和重物不断上升，从而达到起重的目的。提压杠杆的速度越快，单位时间内压入缸体油腔10的油液越多，重物上升

3、的速度越快。重物越重，下压杠杆的力就越大。停止提压杠杆，单向阀7被关闭，缸体油腔中的油液被封闭。此时，重物保持在某一位置不动。若将卸油阀旋转90，缸体油腔直接连通油箱，油腔10中的油液在重物的作用下流回油箱，活塞11将下降直至恢复到原位。上一页下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成从以上液压千斤顶的工作过程可以看出，液压传动有以下特点：(1)液压传动以液体(一般为矿物油)作为传递运动和动力的工作介质，而且传递中必须经过两次能量转换。先把机械能转换为便于传输的液体的压力能，然后把液体的压力能转换为机械能做功。(2)液压传动是依靠密闭的容器(或密闭系统)内密封容积的变化来传递运动，通过油液内部

4、的压力来传递动力。如果容器不密封，就不能形成必要的压力；如果密封容积不变化，就不能实现吸油和压油，也就不能利用受压液体传递运动和动力。上一页下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成.机床工作台液压传动系统如图1-3(a)所示为一简化了的机床工作台液压传动系统结构原理图。液压泵4在电动机(图中未画出)的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵，在液压泵输入的压力作用下，通过手动换向阀9、节流阀13、换向阀15进入液压缸18的左腔，推动活塞17和工作台19向右移动，同时液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱。如果将换向阀15转换成如图1-3(b)所示的状态，则压力油进入液压缸18的右腔，

5、推动活塞17和工作台19向左移动，液压缸18左腔的油液经换向阀15排回油箱。工作台19的移动速度由节流阀13来调节。当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工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。液压泵4输出的压力油除了进入节流阀13以外，其余的打开溢流阀7流回油箱。如果将手动换向阀9转换成如图1-3(c)所示的状态，液压泵输出的油液经手动换向阀9流回油箱，这时工作台停止运动，液压系统处于卸荷状态。上一页下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成1.1.2液压传动系统的组成从以上两个例子可以看出，液压系统主要由五部分组成。1.动力元件动力元件是将电动机输入的机械能转换为液

6、体压力能的能量转换装置。其作用是为液压系统提供压力能。在液压系统中动力元件是各种液压泵。2.执行元件执行元件是将液压泵输入的液体压力能转化为机械能的能量转换装置。其作用是在压力油的推动下输出力和速度(直线运动)，或力矩和转速(回转运动)。这类元件包括液压缸和液压电动机。上一页下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成3.控制调节元件控制调节元件是用来控制或调节液压系统中油液的压力、流量和流动方向，保证执行元件完成预期工作的元件。这类元件包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。这些元件的不同组合便形成了不同功能的液压传动系统。4.辅助元件辅助元件是指各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器和

7、压力表等。它们主要起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力能和测量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分。5.工作介质工作介质在液压传动及控制中起传递运动、动力及信号的作用。工作介质为液压油或其他合成液体。上一页下一页返回1.1 液压传动的工作原理及组成1.1.3液压传动系统的符号如图1-2和图1-3所示的液压千斤顶和机床工作台液压系统结构原理图，具有直观性强、容易理解的特点。但其绘制较复杂，特别是当系统中元件较多时，绘制更为困难。为了方便阅读、分析、设计和绘制液压系统，工程实际中，国内外都采用图形符号来表示液压元件。这些符号只表示元件的功能、操作(控制)方法及外部连接口，不表示元

8、件的具体结构及参数、连接口的实际位置和元件的安装位置，并以元件的静止状态或零位状态来表示。若液压元件无法用图形符号表述时，仍允许用半结构原理表示。GB/T78611993液压气动图形符号对液压气动元件的图形符号作了具体规定，常用液压元件及液压系统其他有关装置或器件的图形符号见相关手册。图1-4所示为使用图形符号表示的机床工作台液压系统工作原理图。上一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展1.2.1液压传动的优缺点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动等相比较，具有以下特点。1.液压传动的优点(1)在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、结构紧凑，如液压电动机的质量只有同等功率电动机

9、质量的1020。当液压传动采用同等高压时，则更容易获得较大的力或力矩。(2)液压系统执行机构的运动比较平稳，能在低速下稳定运动。当负载变化时，其运动也较稳定。同时因其惯性小、反应快，所以易于实现快速启动、制动和频繁地换向。在往复回转运动时换向可达每分钟500次，往复直线运动时换向可达每分钟1000次。下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展(3)液压传动可在大范围实现无级调速，调速比一般可达100以上，最大可达2000以上，并且可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当采用电液联合控制，甚至计算机控制后

10、，可实现大负载、高精度、远程自动控制。(5)液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命较长。(6)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。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展2.液压传动的缺点(1)液压传动不能保证严格的传动比。这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素所造成的。(2)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(如摩擦损失和泄漏损失等)。(3)液压传动对油温的变化比较敏感，工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜在温度变化很大的环境中工作。(4)为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求比较高，因此其造价较高，且对油液的污染比较敏感。(5)液

11、压传动出现故障的原因较复杂，因此故障查找困难。总的说来，液压传动的优点较为突出，且一些缺点现已大为改善。相信随着科学技术的发展，其缺点将得到进一步地克服。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展1.2.2液压传动技术发展概况相对于机械传动来说，液压传动是一门新学科。从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，继而18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动技术至今已有二三百年的历史。只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术也得到了不断发展。特别是在第二次世界大战期间及战后，在军事及建设需求的刺激下，

12、液压传动技术日趋成熟。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展第二次世界大战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车床和磨床。第二次世界大战期间，随着功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置在兵器制造上的广泛应用，兵器的性能得到了很大的提高，同时也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化趋势，在机械制造，工程机械、农业机械和汽车制造等行业中推广开来。近30年来，原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学和微电子技术等学科的发展，再次使液压技术得到进一步发展，使其发展成为包括传动、控制

13、、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应用。如今采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业化程度的重要标志之一。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展1.2.3液压传动的主要应用及发展方向.液压传动的主要应用由于液压传动的显著优点，如今，液压传动已被广泛地应用在各个领域之中。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中。(1)进给运动传动装置：磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速

14、移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展(2)往复主体运动传动装置：龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动(3)仿形装置：车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.010.02。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。(4)辅助装置：机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵

15、装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。(5)静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其他机械工业部门的应用情况如表1-1所列。上一页下一页返回1.2 液压传动的优缺点及应用发展2.液压传动的发展方向(1)液压传动正向着高压、高速、高效、大功率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。(2)与计算机科学相结合。新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接

16、控制(CDC)、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术相结合。(3)与其他相关科学结合。如污染控制技术和可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向。(4)开辟新的应用领域。上一页返回知识拓展实验液压系统组成.实验目的通过对简单液压系统的组装和调试，更加形象、准确地了解液压传动系统的组成部分，加深对液压传动系统工作原理和特点的认识。.实验设备液压传动实验台1部。.实验内容组装液压系统，对液压系统进行调试。观察及了解各零件在液压系统中的作用，分析液压系统的工作原理，更加直观地体会液压传动的工作特点。液压传动系统的组成如图1-5所示。(1)实验原理。电机驱动液压泵3从油箱

17、中吸油，下一页返回知识拓展将油加压后输入油路，经节流阀5、换向阀6进入液压缸7左腔，推动活塞向右运动。液压缸右腔的油经换向阀6和回油管流回油箱。操纵换向阀6的手柄，可改变换向阀的工作位置，从而使油液分别进入液压缸两腔，推动活塞左右运动。活塞运动速度的大小是靠调节节流阀5节流口的大小实现的。系统调压和稳压则要通过调节溢流阀4来实现。液压系统中负载大，则系统油压上升，反之，系统油压降低。当油压大于溢流阀的调定压力时，溢流阀打开，系统油压稳定在溢流阀的调定值上。由此可见，系统压力取决于负载，并随负载大小的变化而变化。(2)实验报告要求。分析本液压系统各组成部分涉及的液压元件，分析液压系统中各元件的作

18、用。上一页返回本章小结本章主要通过液压千斤顶和机床工作台的两个实例介绍了液压传动的工作原理及其组成，以及液压传动的特点、应用和发展方向。通过本章的学习，对典型液压系统应能区分其各部分的组成情况，为后面的学习奠定基础。返回图1-1 液压千斤顶返回图1-2液压千斤顶的工作原理返回(a)工作原理图；(b)泵的吸油过程；(c)泵的压油过程1杠杆；2泵体；3,11活塞；4，10油腔；5，7单向阀；6油箱；8卸油阀；9油管；12缸体图1-3 机床工作台液压传动系统返回1油箱；2过滤器；3，12，14回油管；4液压泵；5弹簧；6钢球；7溢流阀；8，10压力油管；9手动换向阀；11，16换向手柄；13节流阀；

19、15换向阀；17活塞；18液压缸；19工作台图1-4 机床工作台液压系统的图形符号图返回1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换向间；8活塞；9液压缸；10工作台图1-5 液压传动系统的组成返回1油箱；2滤油器；3液压泵；4溢流阀；5节流阀；6换向阀；7液压缸；8活塞表1-1液压传动在各类机械行业中的应用实例返回第2章 液压传动基础2.1 液压油2.2 液体静力学基础2.3 液体动力学基础知识拓展本章小结2.1 液压油下一页返回2.1.1液压油的主要性质1.密度单位体积液体的质量称为该液体的密度，用表示。即式中 m液体的质量; V液体的体积。密度是液体的一个重要物理性

20、质，它会随温度的升高而下降，随压力的增加而增大。对于液压传动中常用的液压油(矿物油)来说，一般情况下，密度变化很小，可视为常数在计算时，常取15时的液压油密度= 900 kg/m3。2.1 液压油2.可压缩性可压缩性指液体受压力作用而发生体积减小的特性。在常温下，液体的可压缩性很小，故认为液体是不可压缩的。只有在研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。但是，如果液压油中混入空气及其他挥发物质，其压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，所以应尽量减少。上一页下一页返回2.1 液压油3.黏性液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生内 摩擦力的特性

21、称为黏性。液体在管内流 动时，它和固体壁面间的附着力和液体 本身分子间的内聚力，导致液体内部各 液层间的速度不相等。如图2-2所示，两平行平板间充满液体，下平板不动， 而上平板以速度u0，向右运动。由于液体的黏性，紧靠下平板和上平板的液体层 速度分别为0和u0，而中间各液层在内聚力的牵制下，从上到下速度逐渐递减。当两平板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律分布。上一页下一页返回2.1 液压油上一页下一页返回2.1 液压油黏性是液体的重要物理性质，也是选择液压用油的主要依据。液体的黏性大小用黏度来表示，常用的黏度有三种:动力黏度、运动黏度和相对黏度。1)动力黏度动力黏度又称绝对黏度，是表征液体

22、黏性的内摩擦系数，可由式(2-3)导出，即液体动力黏度的物理意义是当速度梯度等于1时，流动液体液层间单位面积上的内摩擦力。在SI单位中，动力黏度的法定计量单位为Pas(帕秒)或Ns/m2在CGS中，的单位为P(泊)。单位换算关系为1 Pas =10P(泊)=1000cP(厘泊)上一页下一页返回2.1 液压油2)运动黏度运动黏度。是动力黏度与液体密度之比，即运动黏度v在其单位中只有长度和时间的量纲，没有明确的物理意义，所以称为运动黏度，其在液压分析和计算中是一个经常遇到的物理量。工程中常用运动黏度来标志液体黏度。机械油的牌号就是用机械油在40时运动黏度的平均值来表示的。如10号机械油就是指其在4

23、0时的运动黏度的平均值为10cSt牌号为L-HL22的普通液压油在40时运动黏度的平均值为22 mm2/s ( L表示润滑剂类，H表示液压油，L表示防锈抗氧型)。在SI单位中，运动黏度的单位为m2 /s。在CGS中，运动黏度的单位为St(斯)。单位换算关系为1 m2/s =104St(斯)= 106cSt(厘斯)。上一页下一页返回2.1 液压油3)相对黏度相对黏度又称条件黏度，是采用特定的黏度计，在规定的条件下测量出来的液体黏度。根据测量的方法不同，可分为恩氏黏度E、赛氏黏度SSU和雷氏黏度Re等。中国和德国等国家采用恩氏黏度。恩氏黏度用恩氏黏度计测定。即，将200 mL的被测液体装入底部有小

24、2. 8 mm小孔的恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度t()时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间t1与同体积的蒸馏水在20时流过同一小孔所需的时间t2之比值，便是该液体在t()时的恩氏黏度。恩氏黏度和运动黏度之间的经验换算公式为上一页下一页返回2.1 液压油4)温度对黏度的影响液压油的黏度对温度变化十分敏感，黏度会随着温度的升高而减小，这种液体黏度随温度变化的性质称为黏温特性。黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，黏度随温度的变化越小越好。如图2-3所示为几种国产液压油的黏温特性曲线。5)压力对黏度的影响当压力增加时，液体分子间距离减小，内聚力增加，其黏度也有所增加。在液压

25、系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较小，一般可以忽略不计。当压力高于50MPa或压力变化较大时，需要考虑这种影响。上一页下一页返回2.1 液压油4.液压油的其他性质液压油的其他一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性和抗磨性等，都对它的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，具体应用时可查阅液压油类产品相关手册。上一页下一页返回2.1 液压油2.1.2液压油的选用1.液压油的使用要求液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压系统对工作介质的基本要求如下:(l)黏温性好。所有工作介质的黏度都随温度的升高而降低。黏温特性

26、好是指工作介质的黏度随温度变化小。(2)质地纯净，杂质少。避免油液中的机械杂质堵塞油路。(3)化学稳定性好。在贮存和工作过程中不易氧化变质，以防胶质沉淀物影响系统正常工作。防止油液变酸，腐蚀金属表面。(4)抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其他元件的长上一页下一页返回2.1 液压油期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有良好的抗泡沫性和空气释放能力

27、。(5)闪点、燃点高，凝固点低。高闪点和燃点能防火、防爆。一般液压系统中所用的液压油的闪点约为130150;在温度低的环境下工作时，要求低凝固点一般液压系统中所用的液压油的凝固点约为-10-15。(6)润滑性能好。在规定的范围内有足够的油膜强度，以免产生干摩擦。(7)对人体无害，成本低。上一页下一页返回2.1 液压油2.液压油的种类液压油的品种很多，主要可分为三大类:矿物油型、合成型和乳化型。常见液压油的代号、特性和用途详见表2-1、表2-1 (续表)。矿物型液压油的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性高，所以约90 %以上的液压系统采用此类液压油。乳化型液压油价格便宜，抗燃性好，但润滑性能差

28、，腐蚀性大，适用温度范围小，因此一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成型液压油润滑性好、凝固点低、抗燃性好，但价格昂贵且有毒，一般用于防火要求高的钢铁厂、火力发电厂等场合。上一页下一页返回2.1 液压油3.液压油的选择合理液压油的选择，对液压系统的运动平稳性，工作可靠性，灵敏性有显著影响。选用液压油时根据系统要求选择适当的油液品种和黏度，选择时一般考虑以下几个方面:(1)液压系统的工作压力。工作压力较低时，宜用黏度较低的油，以减少压力损失。工作压力较高时，宜选用黏度较高的液压油以免系统泄漏过多，效率过低。(2)液压泵的类型。在液压系统的所有元件中，液压泵对液压油的性能最敏感，因此，

29、在一般情况下，可将液压泵要求的黏度作为选择液压油的基准，见表2-2。(3)液压系统的工作环境。主要是环境温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等要求。还要考虑环境污染、毒性和气味等因素上一页下一页返回2.1 液压油(4)运动速度。液压系统执行元件速度较高时，选用黏度较低的液压油，以减小液流的功率损失。(5)经济性分析。选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率等方面的提高上看，总的经济效益是非常合算的。上一页下一页返回2.1 液压油2.1.3液压油的污染与控制1.污染的主要原因(1)已被污染的新油。虽然液压

30、油和润滑油是在比较清洁的条件下精炼和调和的，但油液在运输和储存过程中会受到管道、油桶和储油罐的污染。其污染物为灰尘、砂土、锈垢、水分和其他液体等(2)残留污染。液压系统和液压元件在装配和冲洗中的残留物，如毛刺、切屑、型砂、涂料、橡胶、焊星和棉纱纤维等上一页下一页返回2.1 液压油(3)侵入污染。液压系统运动过程中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而由系统外部侵入的污染物，如灰尘、砂土、切屑以及水分等(4)内部生成污染。液压系统运行中系统本身所生成的污染物。其中既有元件磨损剥离、被冲刷和腐蚀的金属颗粒或橡胶末，又有油液老化产生的污染物等，这一类污染物最具有危险性。上一页下一页返回2.1 液

31、压油2.污染的危害(1)固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器，使液压泵吸油不畅、运转困难、产生噪声。堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件失灵。(2)微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作，同时还会划伤密封件，使泄漏增加。(3)水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速损坏，并使液压传动系统出现振动和爬行等现象。上一页下一页返回2.1 液压油3.污染的控制措施(1)减少外来的污染。系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后要进行全面清洗，用系统工作时使用的工作液体(加热后)清洗，不可用

32、煤油。系统冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作，用铜锤敲打焊口和连接部位。在油箱通气孔上装设空气滤清器或采用隔离式油箱给油箱加油要用滤油装置，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压系统传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。(2)滤除系统产生的杂质。应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。上一页下一页返回2.1 液压油(3)控制液压油的工作温度。系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在65以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。(4)定期检查，更换液压油液。应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更

33、换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。上一页返回2.2 液体静力学基础液体静力学主要是研究静止液体所具有的力学规律以及这些规律的应用。所谓“静止液体”，指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现黏性。至于盛装液体的容器，不论它是静止还是匀速、匀加速运动都没有关系，液体整体则可以随同容器一起作各种运动。下一页返回2.2 液体静力学基础2.2.1液体的静压力及其特性作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力作用于液体的所有质点上，如重力和惯性力等。表面力是作用于液体表面上的力。单位面积上作用的表面力称为应力，它是一种外力，有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点

34、间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体在单位面积上所受的法向力称为压力，用P表示。液体内某点处单位面积上所受到的法向力F与单位面积A之比即为压力P(静压力)，可表示为上一页下一页返回2.2 液体静力学基础如法向力F均匀地作用于面积A上，则压力可表示为液体静压力具有两个重要特性:(1)液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该平面的内法线方向一致。(2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等液体静力学基本方程。上一页下一页返回2.2 液体静力学基础2.2.2液体静力学基本方程在重力作用下静止液体的受力情况可用图2-4所示。在液体中任取一点A,若要求得液体内A点处的

35、压力，可从液体中取出一个底部通过该点的垂直小液柱。设液柱的底面积为dA，高度为h，液柱质量为G=ghdA，由于液柱处于平稳状态，则平衡方程如下所示。上一页下一页返回2.2 液体静力学基础式中P0为作用在液面上的压力，上式为液体静压力的基本方程。由液体静压力基本方程可知，静止液体内任意点处的压力由两部分组成，即液面上的外压力P0和液体自重对该点的压力gh。当液面上只受大气压力P0作用时，点A处的静压力则为P = P0 +gh。静止液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。静止液体内同一深度的各点压力都相等，压力相等的所有点组成的面称为等压面。在重力作用下，静止液体中的等压面是一个水平面压力的

36、表示方法。上一页下一页返回2.2 液体静力学基础2.2.3压力的表示方法压力的表示方法有两种:绝对压力和相对压力。绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力。相对压力是以大气压力作为基准所表示的压力。若绝对压力大于大气压，则相对压力为正值。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。若绝对压力小于大气压，则相对压力为负值，比大气压小的那部分称为真空度。如图2-5给出了绝对压力、相对压力和真空度三者之间的关系，即: 绝对压力=相对压力+大气压力 真空度=大气压力绝对压力上一页下一页返回2.2 液体静力学基础在SI单位中压力的单位为帕斯卜，简称帕，符号为Pa, 1 Pa =1

37、N/m2。由于P。太小，工程上常用其倍数单位兆帕(MPa)来表示，1MPa=106Pa。压力单位及其他非法定计量单位的换算关系:1atm(工程大气压)=1kgf/cm2=9.8 x 104Pa1mmH2O(米水柱)= 9.8 x 103 Pa1mmHg(毫米汞柱)=1.33 x 102 Pa1bar(巴)=105 Pa1.02kgf/ cm2上一页下一页返回2.2 液体静力学基础2.2.4压力的传递由液体静压力基本方程可知，盛放在密闭容器内的液体，其外压力P0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器中，由外力作用所产生的压力

38、可以等值传递到液体内部的所有点。这就是静压传递原理(或称帕斯卡原理)。在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重所产生的压力(gh)大得多。因此常把自重产生的压力忽略不计，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。上一页下一页返回2.2 液体静力学基础如图2-6所示，当给小活塞缸1的活塞上施加力F1时，液体中就产生p = F1/A1压力。随着F1的增加，液体的压力也不断增加，当压力P=W/A2时，大活塞缸2的活塞开始运动。可见，静压力传动有以下特点:传动必须在密封容器内进行，系统内压力大小取决于外负载的大小。也就是说，液体的压力是由于受到各种形式的阻力而形成的。当外负载W=0时，则p =0

39、。液压传动可以将力放大，力的放大倍数等于活塞面积之比，即液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变换的。上一页下一页返回2.2 液体静力学基础2.2.5液体作用在固体壁面上的力液体流经管道和控制元件，并推动执行元件做功，都要和固体壁面接触。固体壁面将受到液体静压力的作用。由于静压力近似处处相等，可认为作用在固体壁面上的压力是均匀分布的。当固体壁面为一平面时，如图2-7所示，作用在该面上的静压力的方向与该平面垂直，是相互平行的，液体对该平面的作用力F为液体的压力P与该平面面积的乘积。即上一页下一页返回2.2 液体静力学基础当固体壁面为一曲面时，如图2-8所示，作用在曲面上各点静压力的方向

40、均垂直于曲面，互相是不平行的。在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力。液压力在曲面某方向上的分力等于液体压力与曲面在该方向上投影面积的乘积。球面如图2-8 (a)和锥面如图2-8(b)在垂直方向所受液压作用力F等于曲面在垂直方向的投影面积A与压力P相乘。上一页返回2.3 液体动力学基础液体动力学基础主要研究液体流动时流速和压力之间的规律。流动液体的运动规律，能量转换以及流动液体与限制其流动的固体壁面间的相互作用等内容，是液压技术中分析问题和设计计算的理论依据。本节主要阐明流动液体的3个基本方程:连续性方程、伯努利方程和动量方程。下一页返回2.3 液体动力学基础2.3.1基本

41、概念1.理想液体和实际液体液体是具有黏性的，液体的黏性问题非常复杂。为了便于分析和计算，可先假设液体没有黏性，然后再考虑黏性的影响，并通过实验验证等办法对上述结论进行补充或修正。把既无黏性又不可压缩的液体称为理想液体，而把事实上既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。2.恒定流动和非恒定流动液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为恒定流动。否则，只要压力、速度和密度任一个量随时间变化，则这种流动就称为非恒定流动。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础3.通流截面、流量和平均流速液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。单位时间内，流过通流截面的液

42、体体积称为流量，用q表示，在SI中单位为m3 /s，工程上常用的单位是L/min。实际液体在管道中流动时，由于具有黏性，通流截面上各点的速度一般是不相等的。为了便于解决问题，引入了平均流速的概念。假设流经通流截面的流速是均匀分布的，则平均流速，v为在液压系统中，活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内油液的平均速度，其大小取决于输入或流出液压缸的流量。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础4.液体的流动状态液体有两种流动状态，即层流和紊流。层流:液体流动时没有任何混杂现象，层次分明，层与层之间互不干扰，能够维持安定的流束状态。紊流:液体流动时质点之间不仅沿轴向运动还有横向运动，流束错杂交换。这两种流

43、动状态可以通过雷诺实验观察出来。液体在圆管中的流动状态与平均速度v、管径d、液体的运动黏度有关，决定流动状态的就是这三个参数所组成的一个量纲为1的数，称为雷诺数: 上一页下一页返回2.3 液体动力学基础液体流动时，雷诺数相同，则流动状态也相同。液体的流动状态由临界雷诺数Recr决定。当Re Recr时为紊流。临界雷诺数一般由实验求得，常见管道的临界雷诺数见表2-3。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础2.3.2连续性方程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，即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。如图2-9所示为液体在管道中作恒定流动

44、，任意取截面1和2，其通流截面面积分别为A1、A2，液体流经两截面时的平均流速和液体密度分别为v1、1，和v2、2。根据质量守恒定律，单位时间流过两个断面的液体质量相等。当忽略液体的可压缩性时，则得上一页下一页返回2.3 液体动力学基础由于通流截面是任意选取的，故连续性方程说明:(1)在管道中作恒定流动的不可压缩液体流过各截面的流量是相等的。(2)液体的流速与管道通流截面积成反比。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础2.3.3伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，它主要反映动能、位能和液压力能三种能量的转换。1.理想液体的伯努利方程理想液体在管道中流动时，具有三种能量:液

45、压力能、动能、位能。按照能量守恒定律，在各个截面处的总能量是相等的。如图2-10所示，设液体质量为m，体积为V,密度为，则有式中 1V, 2V为截面1, 2处的液体压力能。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础将式(2-16)各项除以mg，得式中 P/g比压能;v2/2g比动能;h比位能。上式称为理想液体的伯努利方程，其物理意义是在密闭的管道内作恒定流动的液体具有三种形式的比能，即比压能、比位能和比动能，在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个通流截面上三种能量之和为定值。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础2.实际液体流束的伯努利方程实际液体都具有黏性，因此液体在流动时还需克服由于黏性所

46、引起的摩擦阻力，这必然要消耗能量。另外，实际液体的黏性使流束在通流截面上各点的真实流速并不相同，精确计算时必须引进动能修正系数。则实际液体的伯努利方程为式中 hw单位质量液体因液体黏性引起的能量损失; 1，2动能修正系数，一般在紊流时取=1，层流时 取=2。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础在液压系统中，管路的高度一般不超过10 m,管内油液的平均流速也较低(一般不超过6 m/s)，因此油液的位能和动能相对于压力能来说可忽略不计，油液主要是依靠它的压力能来作功。因此，伯努利方程在液压系统中的应用形式为因此，在液压传动系统中，能量损失主要为压力损失P，这也表明液压传动是利用液体的压力能来工作

47、的。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础2.3.4动量方程液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理为作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上动量的变化率，即对于作恒定流动的液体，若忽略其可压缩性，则所以上式即为理想液体作恒定流动时的动量方程。上一页下一页返回2.3 液体动力学基础实际液体有黏性，用平均流速计算动量时，会产生误差。为了修正误差，需引入动量修正系数，实际液体的动量方程可写成一般在紊流时=l，层流时= 1.33。动量方程为一个矢量式，若要计算外力在某一方向的分量，需要将该力向给定方向进行投影计算，如计算x方向的分量必须指出，液体对壁面作用力的大小与F相同，但

48、方向则与F相反。上一页返回知识拓展1.液体流动时的压力损失实际液体流动时，为了克服阻力，会消耗一部分能量，主要表现为压力损失。如图2-11所示，油液从A处流到B处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变等。由于液阻的影响致使油液从A处到B处的压力损失为P，即在液压传动中，压力损失分为两类:一类是油液沿等直径直管流动时，所产生的压力损失称为沿程压力损失。另一种是油液流经弯头、接头或截面突变等局部障碍时，由于液流的方向和速度突变而产生的局部压力损失。下一页返回知识拓展1)沿程压力损失油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。它主要取

49、决于液体的流速、黏性、管路的长度以及油管的内径及粗糙度。管路越长，沿程损失越大。上一页下一页返回知识拓展2)局部压力损失油液流经局部障碍(如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩)时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡，引起油液质点间以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。在液压传动系统中，由于各种液压元件的结构、形状和布局等原因，致使管路的形式比较复杂，因而局部损失是主要的压力损失。油液流动时产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，黏度下降，使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至出现“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况下，只要油液黏

50、度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，就可以使压力损失控制在很小的范围内。上一页下一页返回知识拓展影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法液压泵最高工作压力的近似计算式为式中p泵液压泵最高工作压力; P缸液压缸最高工作压力; K压系统的压力损失系数，一般K压= 1. 31. 5，系统复杂或管路较长取较大值，反之取较小值。上一页下一页返回知识拓展3)管路系统总压力损失液压系统的管道通常由若干段管道和一些弯头、管接头、控制阀等组成。因此，管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即在液压传动中，管路一般都不长，而弯头、管接头

51、、控制阀等的局部阻力比较大，沿程压力损失比局部压力损失小得多。因此，大多数情况下总的压力损失只包括局部压力损失和沿程压力损失，只对这两项进行讨论计算。上一页下一页返回知识拓展2.液体流经小孔和缝隙的流量在液压系统中，经常遇到油液流经小孔或缝隙的情况，有的用来调节流量，有的造成泄漏。研究液体流经小孔和缝隙的流量压力特性，对于研究节流调速性能，计算泄漏都非常重要。1)液体流经小孔的流量计算根据孔径逼的不同，小孔可分为三种:薄壁小孔:L/d0.5;细长小孔:L/d 4;短孔:0.5 7时，收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时收缩称为完全收缩。反之，当D/d Fx时，反馈力克服弹簧预紧力，推动定子左移

52、x,偏心ex减小，泵输出流量9随之减小。压力愈高，偏心愈小，输出流量也愈小。当压力达到使泵的偏心所产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵的输出流量为零，不管外负载再如何加大，泵的输出压力不会再升高，所以这种泵被称为外反馈限压式变量叶片泵。上一页下一页返回3.3 叶片泵如图3-15所示为外反馈限压式变量叶片泵的静态特性曲线，曲线AB段稍有下降是泵的泄漏所引起的;当泵的工作压力升高到大于限定压力PB时，pAx F，定子左移，偏心量减小，泵的流量也减小。泵的工作压力愈高，偏心量就愈小，泵的流量也就愈小;当泵的压力达到极限压力PC时，偏心量接近零，泵不再有流量输出。限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实

53、现保压和工作进给的执行元件来说是一种合适的油源。快速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用其AB段曲线部分;保压和工作进给时负载压力升高，需要流量减小，正好使用其BC段曲线部分。上一页返回3.4 柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动引起密封容积的变化来实现吸油与压油的。通过改变柱塞的工作行程来改变泵的排量，易于实现单向或双向变量。与齿轮泵和叶片泵相比，柱塞泵具有压力高、加工方便、配合精度高、泄漏小等优点，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合上得到广泛的应用，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械和船舶等。按柱塞泵柱塞排列方向的不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵

54、两大类。下一页返回3.4 柱塞泵3.4.1径向柱塞泵如图3-16所示为径向柱塞泵的工作原理图，转子2上径向排列着柱塞孔，柱塞1可在其中自由滑动。衬套3固定在转子孔内，并随转子一起旋转，配油轴5固定不动。当转子顺时针方向旋转时，柱塞随转子一起旋转，在惯性作用下压紧在定子4的内壁上。由于转子与定子之间存在偏心距e，所以柱塞在旋转的同时作往复运动，通过配油轴上的a孔b腔和d孔c腔完成吸、排油过程。转子每转一周，每个柱塞吸、排油各一次。移动定子，改变偏心距e，便可改变泵的排量。径向柱塞泵的加工精度要求不高，但径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，配油轴受径向不平衡力的作用容易磨损，因此转速和压力不能太高

55、。上一页下一页返回3.4 柱塞泵3.4.2轴向柱塞泵轴向柱塞泵有直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式)两种形式。1.直轴式轴向柱塞泵1)工作原理如图3-17所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图，配油盘1上的两个弧形孔为吸、排油窗口，斜盘10与配油盘固定不动，弹簧5通过芯套7将回程盘8和滑靴9压紧在斜盘上。传动轴2通过键3带动缸体4和柱塞6旋转，当柱塞按图示方向旋转时，在泵的右侧，柱塞被滑靴(其头为球铰连接)从柱塞孔中拉出，使柱塞与柱塞孔组成的密封工作容积加大而产生真空，油液通过配油盘的吸油窗口被吸进柱塞孔内，从而完成吸油过程。当柱塞转到泵的左侧，柱塞被斜盘的斜面通过滑靴压进柱塞孔内，使密封工作容积减

56、小，油液受压，通过配油盘的排上一页下一页返回3.4 柱塞泵油，窗口排出泵外，从而完成压油过程。缸体旋转一周，每个柱塞都完成一次吸油和压油。2)结构特点(1)端面间隙的自动补偿。如图3 -16所示，使缸体紧压配油盘端面的作用力，除机械装置或弹簧的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力。此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力作用，从而紧贴着配油盘，就使端面间隙得到了自动补偿。上一页下一页返回3.4 柱塞泵(2)滑靴的静压支撑结构。如图3-18所示，柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，这种轴向柱塞泵由于头部与斜盘平面理论上为点接触，因而接触应力大，极易磨损。一般

57、轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴，如图3-17所示，滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况，有利于提高轴向柱塞泵的压力和其他参数，使其在高压、高速下工作。上一页下一页返回3.4 柱塞泵2.斜轴式轴向柱塞泵如图3-19所示为斜轴式轴向柱塞泵的工作原理图。传动轴5的轴线相对于缸体3有倾角，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆4相连。当传动轴5沿图示方向旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内作往复运动，使柱塞孔底部的密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配油

58、盘1上的窗口a和b实现吸油和压油。上一页下一页返回3.4 柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故其结构强度较高，可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角较大，变量范围较大，但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，斜轴式轴向柱塞泵的使用相当广泛。在变量形式上，斜盘式轴向柱塞泵靠斜盘摆动变量，斜轴式轴向柱塞泵则为摆缸变量，因此，后者的变量系统的响应较慢。关于斜轴泵的排量和流量可参照斜盘式泵的计算方法计算。上一页返回3.5 液压泵的选用选择液压泵时，首先要根据液压系统所提出的要求(如工作压力、流量)选择液压泵的类型，然后对其性能和成本等进行综合考虑，最后

59、确定所选用液压泵的类型、型号和规格。下一页返回3.5 液压泵的选用上一页下一页返回3.5.1液压泵类型的选择一般低压系统或辅助装置选用低压齿轮泵;中压系统多选用叶片泵;高压系统多选用柱塞泵。由于柱塞泵价格较高，所以对于平稳性、脉动性和噪声要求不高的高压系统或工作环境较差的场合，可采用高压齿轮泵。如各种工程机械(推土机和挖掘机)。有特别精密要求的液压系统，可以选用螺杆泵常用液压泵的性能比较见表3-2，可供选用液压泵时参考。3.5 液压泵的选用上一页下一页返回3.5.2液压泵的工作压力液压泵的工作压力应满足液压系统中执行机构所需的最大工作压力，即式中K压为考虑管道压力损失所取的系数，一般取K压=1

60、.11.5。3.5 液压泵的选用上一页下一页返回3.5.3液压泵的流量液压泵的流量应满足液压系统中同时工作的执行机构所需的最大流量之和，即根据计算出的工作压力和流量选择泵的类型，确定泵的额定压力和额定流量。3.5 液压泵的选用3.5.4配套电动机的选用液压泵配套电动机功率的计算公式为式中 pq液压泵同一时间压力与流量乘积的最大值; 液压泵的总效率。在液压泵产品样本中，往往附有配套电动机功率数值，这个数值是指在额定压力和流量下所需的功率，实际应用中可能达不到，故可根据实际情况计算选用合适的电动机。上一页返回知识拓展1.泵的装拆实验目的液压元件是液压系统的重要组成部分。通过对液压泵的拆装，加深对泵