第一章-液压传动概述及流体力学基础1-812709280

1、第一章液压传动概述及流体力学基础1_812709280第一页，共22页。液压传动与控制为什么要学习液压传动与控制？ 液压传动在国民经济各行业被广泛使用。 流体传动是三大传动形式之一，而液压传动又是流体传动的主要形式之一。第二页，共22页。教学目标 （1）掌握液压传动的基本原理、基本概念和基础知识；液压传动与控制 （2）掌握液压系统的基本组成； （4）掌握液压泵、液压马达、液压阀、液压缸等液压元件的功能、结构与工作原理； （5）掌握调压、调速、减压、顺序动作、同步动作等液压基本回路的工作原理； （6）掌握部分典型机械的液压系统工作原理； （3）掌握液压系统的特点及其应用领域；第三页，共22页。

2、读懂液压系统图液压传动与控制 （7）掌握液压系统的设计与计算方法。 （8）初步掌握液压系统故障诊断的方法。 学会正确选用液压元件 重点培养学生解决工程实际问题的能力，即应用能力。 掌握液压系统的设计方法及注意事项 会初步诊断液压系统的故障 学会根据设备功能设计相应的液压系统第四页，共22页。教材 液压传动 薛祖德主编 中央广播电视大学出版社，1995版2学分，32学时。教学进度第一章 液压传动概述及流体力学基础（5学时）液压传动与控制参考书籍 液压系统设计禁忌 邵俊鹏等编第二章 液压泵和液压马达（3学时）第三章 液压缸与液压辅件（2学时，自学）第五页，共22页。（2学时）液压传动与控制第五章

3、压力控制阀与压力控制回路（4学时）第六章 流量控制阀及节流调速回路（4学时）第七章 容积调速回路（3学时）第八章 其它回路（3学时）第九章 典型液压系统（2学时）第十章 液压系统的设计计算（2学时）第十一章 插装阀和比例阀（2学时）第四章 方向控制阀与方向控制回路第六页，共22页。一、液压传动的研究对象 机械传动、电气传动、流体传动是国民经济各行业最常用的几种传动方式，其中机械传动是最基本也是最常用的传动方式。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 第一节 液压传动的工作原理和主要参数 一般情况下，电气传动、流体传动与机械传动结合使用才可能更好地把动力传递给负载，它们各有各的特点及运行条件，并不

4、是任何场合几种传动方式都可以任意选用，设计者应当根据设备应用场合及运行条件的不同而选用最合适的传动方式。例如采煤机。第七页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 利用流体（包括液体和气体）作为工质实现的传动叫流体传动(fluid transmission or drive)。流体传动分液体传动和气体传动(pneumatic)，液体传动又有两种：液压传动和液力传动。液压传动 液压传动的英文名称为hydraulic transmission 或 hydraulic drive。液压传动是利用液体的压力能(pressure energy)来实现能量传递的，基于帕斯卡原理(principle

5、 of Pascal)。如液压泵、液压缸、液压马达的工作原理就是利用液体的压力能实现能量传递的。液力传动 液力传动的英文名称为hydrodynamic drive，它是利用液体在循环流动过程中动能的变化来第八页，共22页。 （2）依靠液体动能传递动力，泵轮和涡轮之间不存在刚性连接，能缓冲冲击；传递动力，基于液体的动量矩定理（moment of momentum theorem）。 水轮机(water turbine)、离心式水泵(centrifugal water pump)、液力变矩器（hydrotransmitter or transformer turbine）等的工作原理就是利用液体的

6、动能来传递能量的。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 利用液力传动基本原理的最典型的一种液力传动结构就是液力变矩器。 广泛用于现代车辆和工程机械中。优点： （1）能自动适应外阻力变化，能在一定范围内无级地改变输出转矩和转速；第九页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 由于液压传动的应用范围相对液力传动更广一些，所以本课程只讲授液压传动知识。 （3）能够低速行使和平稳启动，能避免超载时发动机熄火；在液压传动和流体力学中对流体的研究内容和研究方法不同 液压传动中工作液体是在高压下处于封闭管路或封闭容器内流动的牛顿液体(Newtonian Fluid)。 （4）减少变速箱挡位，简化变速

7、箱结构。 重力不起主要作用，可忽略不计，而在流体力学中必须考虑重力的影响；一般情况下液压传动的流速不大，可近似为静止液体。第十页，共22页。 靠密闭容积内液体的压力能来传递动力，即帕斯卡原理液压传动的基本原理。关断阀打开时的工作状况重物下降 组成：大小液压缸、单向阀、关断阀、油箱、连接管道及工作介质（油液）。 关闭关断阀，反复提起、压下手柄可实现重物的提升；打开阀门可实现重物下降。关断阀关闭时的工作状况 提起手柄、压下手柄、再提起手柄第一章 液压传动概述及流 体力学基础二、液压传动的工作原理 液压千斤顶是液压传动最有代表性的例子，它的工作原理就是液压传动的工作原理，它的组成基本上就是液压系统的

8、组成。第十一页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础三、液压传动的主要参数和两个重要概念 两个主要参数：压力(pressure)p和流量(flow rate)Q两个重要概念：压力p取决于负载(load)；负载运动速度取决于流量Q。用液压千斤顶( hydraulic jack)简化模型理解 小活塞底面上受到 的压力为： p1FA1 大活塞底面受到的压力： p2WA2 第十二页，共22页。压力取决于负载的重要概念 假设大活塞上没有负载W，又忽略摩擦力等阻力，那么在小活塞上无法施加作用力F。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 帕斯卡原理在密闭容器内，施加于平衡或静止液体上的压力将同时传递

9、到液体中各处，所以有 p1p2pFA1WA2 或 WFA2A1 输出端力W（负载）与输入端力F之比等于大小活塞的面积之比。 所以，必须有负载W，才能在密闭空间内建立压力p 。压力p与作用力F无关，即使没有力F，只要有负载W的就有压力, 压力大小由负载W决定，即p = W/A2 。第十三页，共22页。 总结：在液压传动中压力取决于负载。此概念与机械传动中构件受到的应力大小取决于负载是一样的。 忽略液压泄漏(leakage)和液体的可压缩性(compressibility)，则这压下的体积和挤出的体积应相等，即第一章 液压传动概述及流 体力学基础速度取决于流量的重要概念 液压传动中传递运动时，速度

10、传递按照容积（体积-volume）变化相等的原则进行。 若小活塞压下一段距离L1，则小液压缸中挤出的体积为A1L1，此部分体积进入大液压缸，使大活塞上升距离L2，而大液压缸让出的体积为A2L2。第十四页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础 A1L1A2L2 或 L2L1 A1A2 如果活塞运动是在时间t内完成的，则大小活塞运动的平均速度分别为 V2L2t，V1L1t 用速度代替位移，则有 A1V1A2V2 或 V2V1A1A2 说明液压传动输出速度V2与输入速度V1的比与相对应的活塞面积比成反比。 面积与速度之积正是流量，即 A1V1A2V2Q 大活塞的速度V2QA2，此式说明大活

11、塞第十五页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础的运动速度取决于进入液压缸中的流量Q和其作用面积A，但面积A一般不变，所以活塞运动速度取决于流量。这就是液压传动中利用流量进行调速的理论基础。液压千斤顶模型相当于机械传动的杠杆，面积比相当于杠杆比（A1相当于L1 , A2相当于L2）。 像机械传动(mechanical transmission or drive)一样，液压传动也能够达到传递动力(power transfer)、增力(force enhancement)、改变速比(speed ratio change)等目的。 第十六页，共22页。液压传动中的能量守恒 将WFA2A1和

12、V2V1A1A2相乘，得 上式左边分别表示输出功率，右边表示输入功率。液压传动遵循能量守恒定律。忽略了油液压缩性和泄漏及其它功率损失。 又根据输出功率P WV2 推出 P WV2pA2QA2pQ 即输出功率等于压力p和流量Q的乘积。 从能量的角度看，压力p和流量Q是液压传动中两个重要参数。第一章 液压传动概述及流 体力学基础WV2FV1 第十七页，共22页。1动力元件(power element) 将原动机的机械能转换为液体压力能的转换元件。为液压系统提供一定流量的压力油。一、液压传动的实例 前面介绍的液压千斤顶就是一个典型的液压传动实例。小液压缸和单向阀构成“泵”第一章 液压传动概述及流 体

13、力学基础第二节 液压系统的组成及图形符号二、液压系统的组成 以磨床工作台液压系统说明液压系统的组成及图形符号。 下面举一个机床行业应用液压传动的例子磨床工作台液压系统。第十八页，共22页。第一章 液压传动概述及流 体力学基础2执行元件（actuator) 把液体的液压能重新转换成机械能的元件或装置。实现直线运动的转换装置液压缸(hydraulic cylinder)就是典型的执行元件，它能输出力和直线运动。3.控制元件(control element)最典型的动力元件就是液压泵(pump)。定义：对液压系统中油液的压力、流量和流动方向进行控制或调节的元件，如各种液压阀 实现旋转运动的液动机液压

14、马达(hydraulic motor)也是典型的执行元件，输出力矩和旋转运动。第十九页，共22页。4.辅助元件(auxiliary element) 油箱1(oil tank)、管道(pipeline)、滤油器2(oil filter)、压力表(pressure gauge or meter)、蓄能器等元件，在液压系统中起到储存油液、连接、滤油、测量等作用。(hydraulic valve)。磨床液压系统就有改变液流方向的换向阀15(change valve)和开停阀11(cut-off valve) ；调节速度的流量控制阀13（节流阀(throttle valve)；压力控制阀8（溢流阀relief valve ）。这类元件的数量种类最多。第一章 液压传动概述及流 体力学基础5.传动介质(hydraulic medium) 一般是液压油(hydraulic oil)，也用水。第二十页，共22页。 图形符号比较抽象，只是一种职能