机械制造1液压传动的基本概念模版课件

机械基础CAI课件汽车学院汽车教研室

第七章液压传动

第一节液压传动的基本概念

第二节液压元件

第三节液压基本回路及典型的液压传动系统

第四节液压系统的常见故障及排除方法1

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第五章机械传动

【知识目标】

1.了解液压传动的工作原理、液压系统的基本参数。

2.了解液压油的种类、性质、选用、合理使用技巧污染控制。

3.掌握液压传动系统的组成及液压系统的图形符号。

【能力目标】

1.掌握典型液压元件的构造、工作原理、主要使用性能及规格。

2.合理使用液压油。

3.掌握典型回路的构成及一般简单的液压系统的分析方法。

4.能读懂简单的液压系统图。2

液压传动的工作原理液压传动系统实例及液压系统的组成液压传动的优缺点液压系统的基本参数液压传动采用的油液及其主要性能第一节液压传动的基本概念3§

1-1液压传动的工作原理一、简化模型二、力比和速比三、两个重要概念四、容积式液压传动4

在液压传动中，人们利用没有固定形状但具有确定体积的液体来传递力的运动。下图是一个经过简化的液压传动模型。图中有两个直径不同的液压缸2和4，缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞。如图活塞5上有重物W则当活塞1上施加的力F达到一定大小时，就能阻止重物W下降。一、简化模型活塞1活塞5重物W液压油液压油

液压缸4F液压缸15

1.等压特性:

根据帕斯卡定律“平衡液体内某一点的液体压力等值地传递到液体内各处”，即：输出端的力之比等于二活塞面积之比。

P1=P2=P=F/A1=W/A2

或：W/F=A2/A1

2.等体积特性：假设活塞1向下移动体积L1’则液压缸被挤出的液体体积为A1L1。这部分液体进入液压缸4，使活塞5上升L2，其让出的体积为A2L2

。即：

A1L1=A2L2

或L2/L1=A1/A2，

即移动距离等于面积之反比。

二、力比和速比6

进一步认为这些动作是在时间t内完成，活塞1的速度v1=L1/t，活塞5的速度v2=L2/t，则有：

V2/V1=A1/A2

这说明输出，输入的位移和速度都与二活塞面积成反比。上式可写成：

A1V1=A2V2

这在流体力学中称为液流连续性原理，它反映了物理学中质量守恒这一现实。73.能量守恒特性

WV2=FV1

注：等式左边和右边分别代表输出和输入的功率。这说明能量守恒也适用于液压传动。通过以上分析，上述模型中两个不同面积的活塞和液压缸相当于机械传动中的杠杆，其面积比相当于杠杆比，即A1/A2=b/a。因之采用液压传动可达到传递动力，增力，改变速比等目的，并在不考虑损失的情况下保持功率不变。8

三、两个重要概念

1.

液压传动中的液体压力取决于负载

2.

流量决定速度9

四、容积式液压传动图中主动活塞运动后使一定体积的液体挤出，这些液体进入从动液压缸，使从动活塞产生运动，而二者间的运动关系是依靠主动件挤出的液体体积与从动件所得到的液体体积相等来保证的。这种传动称为容积式液压传动。工业上另外有一种依靠液体的动能及其转换来实现力和运动的传递的方法，称为动力液力传动。例如：自动变速器的液力变矩器。10§1-2

液压传动系统实例及液压系统的组成一、液压千斤顶二、液压图形符号三、液压系统的组成11一、液压千斤顶

液压千斤顶原理见下图。当向下压杠杆1时，小活塞3使缸2内的液体经管道6、阀7进入大缸9，并使活塞8上升，顶起重物W。适当地选择大、小活塞面积和杠杆比，就可以人力升起很重的负载W。重物W12二、液压图形符号载荷13下图为机床工作台液压系统的图形符号图142.执行装置其作用是将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动。有作直线运动的液压缸和作旋转运动的液压马达。三、液压系统的组成1.能源装置即液压泵，它可将机械能转化成液压能，是一个能量转化装置。4.辅助装置如油箱、油管、滤油器和压力表等。

5.工作介质能传递能量的流体，即液压油。3.控制调节装置对系统中的压力、流量或方向进行控制或调节的装置，如各种阀。其中有换向阀、溢流阀、节流阀和压力阀等。

15

§

1-3

液压传动的优缺点优点：1.可以在运行过程中实现大范围的无机调速。

2.在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

3.采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。

4.便于实现自动工作循环和自动过载保护。

5.由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。

6.液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。16缺点：1.损失大、效率低、发热大。2.不能得到定比传动。3.当采用油作为传动介质时还需要注意防火问题。4.液压元件加工精度要求高，造价高。5.液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。17

§1-4

液压系统的基本参数一、压力

二、流量18一、压力

1.概念

静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。液体静压力有两个重要特性:（1）液体静压力垂直于承压面,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压力在各个方向上都相等。19一、压力2.静压传递

不计活塞队质量，如W=0，则p=0，如W为无穷大，则p也为无穷大。

可见系统中的压力取决于负载WP—液体的压力，pa；F—作用在液体表面的外力，N；A—液体表面的承压面积，m2。203.压力的表示方法

绝对压力表压力真空度一、压力

21

§1-4

液压系统的基本参数二、流量1.流量的概念流量：单位时间内流过某一通道截面的液体体积，用Q表示。即Q=v/tQ—液体流量，m3/sV—流过的液体体检，m3T—时间，s222.连续性方程理想状态，液体在同一时间内流过同一通道两个不同通流截面的体积相等。即Q(q)=v1A1=v2A2=常量

运动速度取决于流量二、流量23计算举例：

题图所示的液压传动系统中，活塞和活塞杆的直径分别为D=0.1m,d＝，输入液压缸的流量q=8.33×10-4m3／s，压力p=2×105Pa。试求活塞带动工作台运动的速度v=？，所能克服的工作阻力R=？解：A=π（D2-d2）/4=3.14×（22）/4

=5.89×10-3m2-4／5.89×10-3R=pA=2×105×5.89×10-3

=1178N241）液阻和压力损失由于流动油液各质点之间以及油液与管壁之间的摩擦与碰撞会产生阻力，这种阻力叫液阻。系统存在液阻，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失（包括沿程和局部压力损失）。图示油液由A处流至B处时，产生压力损失：Δp=pA—pB。

三、压力和流量的损失252）泄漏和流量损失从液压元件密封间隙漏过少量油液的现象称泄漏。泄漏分内泄漏和外泄漏，泄漏必然引起流量损失。

三、压力和流量的损失26

（1）液压冲击：在液压系统中,当油路突然关闭或换向时,会产生急剧的压力升高,这种现象称为液压冲击。造成液压冲击的主要原因是液压速度的急剧变化、高速运动工作部件的惯性力和某些液压元件反应动作不够灵敏.

产生液压冲击时,系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍,特别是在压力高、流量大的情况下,极易引起系统的振动、噪音甚至导管或某些液压元件的损坏,既影响系统的工作质量又会缩短其使用寿命。还要注意的是由于压力冲击产生的高压力可能使某些液压元件（如压力继电器）产生误动作,而损坏设备。避免液压冲击的主要办法是避免液流速度的急剧变化。延缓速度变化的时间能有效地防止液压冲击,如将液动换向阀和电磁换向阀联用可减少液压冲击,因为液动换向阀能把换向时间控制得慢一些。四、液压冲击和空穴现象27

（2）空穴现象：如果液压系统中发生了空穴现象,液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时,气泡在较高压力作用下将迅速破裂,从而引起局部液压冲击,造成噪音和振动,另一方面,由于气泡破坏了液流的连续性,降低了油管的通油能力,造成流量和压力的波动,使液压元件承受冲击载荷,影响其使用寿命。同时气泡中的氧也会腐蚀金属元件的表面,我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀叫气蚀。在液压传动装置中,气蚀现象可能发生在油泵、管路以及其它具有节流装置的地方,特别是油泵装置,这种现象最为常见。气蚀现象是液压系统产生各种故障的原因之一,特别在高速、高压的液压设备中更应注意。液压冲击和空穴现象28

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??……思考题-液压概述

1)液压传动的两个重要概念是什么？

2)液压系统的组成？

3)液压系统的压力和流量的概念？

4)液压系统中存在什么损失？

5)液压系统中存在什么不好的现象？

液压传动中的液体压力取决于负载、流量决定速度1.能源装置即液压泵，它可将机械能转化成液压能，是一个能量转化装置。2.执行装置其作用是将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动。有作直线运动的液压缸和作旋转运动的液压马达。3.控制调节装置对系统中的压力、流量或方向进行控制或调节的装置，如各种阀。其中有换向阀、溢流阀、节流阀和压力阀等。

4.辅助装置如油箱、油管、滤油器和压力表等。5.工作介质能传递能量的流体，即液压油。静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。用P表示。流量：单位时间内流过某一通道截面的液体体积，用Q表示。液阻和压力损失、泄漏和流量损失液压冲击和空穴现象。29

§1-5

液压传动采用的油液及其主要性能一、液压油的物理性质二、液压油的类型和选用三、对液压油的要求四、液压油的污染和防护30

液压油不仅是液压传动系统的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起着润滑、冷却和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大范围内变化，因此液压油的质量好坏直接影响液压系统的工作性能。故，合理选用液压油也很重要。311.密度ρ和重度γ

ρ=M/V(M-液体的质量,V-液体的体积）

γ=G/V(G-液体的重量)

一般矿物油的密度为850～950kg/m3

液压油的密度和重度因油的牌号而异，并且随着温度的上升而减小，随着压力的提高而稍有增加。

一、液压油的物理性质322.可压缩性液压油受压力作用而体积减小的特性称为液压油的压缩性，液体具有比钢铁大的多的可压缩性。一般不考虑此项，但是如研究液压系统的动态特性以及远距离操纵的液压机构，就得考虑此项的影响。体积压缩系数Δp-压力的增量，V-被压缩的液体体积，ΔV-体积积的增量。由于ΔV是负值（体积减小），在式子右边增加一个负号以保证k为正数。333.液压油的粘性

液体在外力作用下流动时，其流动受到牵制，且在流动截面上各点的流速不同。各层液体间有相互牵制作用，这种相互牵制的力称作液体内的摩擦力或粘性力。

液压油的黏度分为两种：有不同的单位。

1）绝对黏度μ。又称动力黏度，单位：帕.秒符号为pa·s2）运动黏度ν。液体动力粘度与液体密度之比ν=μ/ρ。SI单位是：米2/秒，m2/s

当压力增加时，粘度有所增加,但是不明显但如果压力大，黏度就不能忽视了；液体的粘度对温度很敏感，温度略升高，粘度显著降低。34

液体粘性的大小用粘度来表示。常用的液体粘度表示方法有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。（a）动力粘度μ

动力粘度又称为绝对粘度

(2.10)

液体动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的法定计量单位为Pas（1Pas=1Ns/m2），以前沿用的单位为P（泊，dyns/cm2），它们之间的关系是，1Pas=10P。35

（b）运动粘度

液体的动力粘度μ

与其密度

的比值被称为液体的运动粘度，即：

(2.11)

液体的运动粘度没有明确的物理意义，但它在工程实际中经常用到。因为它的单位只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。它的法定计量单位为m2/s，以前沿用的单位为St（斯），它们之间的关系是：

1m2/s=104St=106cSt（厘斯）我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运动粘度（厘斯）平均值来表示的。例如32号液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s。36

（c）相对粘度动力粘度和运动粘度是理论分析和计算时经常使用到的粘度单位，但它们都难以直接测量。因此，在工程上常常使用相对粘度。相对粘度又称为条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。用相对粘度计测量出它的相对粘度后，再根据相应的关系式换算出运动粘度或动力粘度，以便于使用。中国、德国等采用的相对粘度为恩氏粘度E，美国用赛氏粘度SSU，英国用雷氏粘度R，等等。374.其他性能油的体积随温度升高而增加。其膨胀量

vt=v0[1+αt(t+t0)]其中vt-温度tt。C时的油的体积；

v0-温度t0

。C时的油的体积；

αt-油的体积膨胀系数。抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介电性、相容性、纯洁性381.分类1）石油基液压油2）合成型液压油3）水-乙二醇液压油4）乳化液二、液压油的类型和选用39

石油基的液压油是以机械油为基料，精炼后按需要加入适当的添加剂而制成。所加入的添加剂大致有两类：一类是用来改善油液化学性质的，如抗氧化剂、防锈剂等；另一类是用来改善油液物理性质的，如增粘剂、抗磨剂等。石油基的液压油润滑性好，但抗燃性差。由此又研制出难燃型液压液（含水型、合成型等）供选择，以满足轧钢机、压铸机、挤压机等对耐高温、热稳定、不腐蚀、不挥发、防火等方面的要求。我国目前的液压传动系统中仍有采用机械油和汽轮机油的。机械油是一种工业用润滑油，价格低，但物理化学性能较差，使用时易生成粘稠胶质堵塞液压元件，影响液压传动系统的性能，压力越高，越容易出现问题。1）石油基液压油40

1）石油基液压油

无（或含有少量）抗氧化剂的精制矿物油（HH）的品质比机械油高，适用于无低温性能、防锈性、抗乳化性和空气释放能力等特殊要求的一般循环润滑系统。抗氧防锈油（HL）中加有抗氧化、防锈等添加剂，常用于低压传动系统，在液压传动系统中使用最广。抗磨液压油（HM）是在抗氧防锈油的基础上改善了抗磨性的液压油，适用于低、中、高压传动系统。高粘度指数液压油（HR）是在抗氧防锈油的基础上改善了粘温性能的液压油，适用于环境温度变化较大和工作条件恶劣的低压传动系统。低温液压油（HV）是在抗磨液压油的基础上改善了粘温性能的液压油，适用于环境温度变化较大和工作条件恶劣的低、中、高压传动系统。41

磷酸酯无水合成液（HFDR）是以无水的各种磷酸酯为基础加入各种添加剂制成，抗燃性较好，氧化安定性和润滑性都很好，但粘温性和低温性较差，使用温度范围宽，对大多数金属不会产生腐蚀作用，但能溶解许多非金属材料，所以与多种密封材料的相容性差，因此必须选择合适的密封材料，此外，这种液体有毒，适用于冶金、火力发电、燃气轮机等高温高压下操作的液压传动系统。1）合成型液压油42

含聚合物水溶液，即水—乙二醇液（HFC）是含乙二醇或其他聚合物的水溶液，蒸馏水占35%～55%，抗燃性、低温性（凝固点可达-50℃、粘温性和对橡胶适应性好，缺点是能使油漆涂料变软，但对密封材料无影响。适用于冶金和煤矿等行业的低、中压传动系统。1）水-乙二醇液压油43

水包油（O/W）乳化液（HFAE）是一种乳化型高水基液，通常含水90%以上，低温性、粘温性和润滑性差，但抗燃性好，价格便宜。适用于煤矿液压支柱液压传动系统和其他不要求回收废液和不要求有良好润滑性，但有良好难燃性要求机械设备的低压传动系统。油包水（W/O）乳化液（HFB）通常含油60%以上，其余为水和添加剂，低温性差、难燃性比磷酸酯无水合成液差，适用于冶金、煤矿等行业的中、高压，高温和易燃场合的传动系统。1）乳化液442.选用正确而合理的选用液压油，是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用是可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种和牌号来选用。或根据液压系统的工作压力、温度、液压元件种类及经济性等因素来全面考虑。二、液压油的类型和选用45

液压油液的选用正确合理地选用液压油液，对保证液压传动系统正常工作、延长液压传动系统和液压元件的使用寿命以及提高液压传动系统的工作可靠性等都有重要影响。对液压油液的选用，首先应根据液压传动系统的工作环境和工作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。植物油及动物油中含有酸性和碱性杂质，腐蚀性大、化学稳定性差。因此，在液压传动系统中一般常采用矿物油。461）选择液压油液类型在选择液压油液类型时，最主要的是考虑液压传动系统的工作环境和工作条件，若系统靠近300℃以上的高温的表面热源或有明火场所，就要选择如表所示的难燃型液压液。其中对液压油液用量大的液压传动系统建议选用乳化型液压液；用量小的选用合成型液压液。当选用了石油基液压油后，首选的是专用液压油；在客观条件受到限制时也可选用普通液压油或汽轮机油。472）选择液压油液的粘度液压油液的类型选定后，再选择液压油的粘度，即牌号。粘度太大，液流的压力损失和发热大，使系统的效率降低；粘度太小，泄漏增大，也会使液压系统的效率降低。因此，应选择使系统能正常、高效和可靠工作的油液粘度。在液压传动系统中，液压泵的工作条件最为严峻。它不但压力大、转速和温度高，而且液压油液被泵吸入和被泵压出时要受到剪切作用，所以一般根据液压泵的要求来确定液压油液的粘度。同时，因油温对油液的粘度影响极大，过高的油温不仅改变了油液的粘度，而且还会使常温下平和、稳定的油液变得带有腐蚀性，分解出不利于使用的成分，或因过量的汽化而使液压泵吸空，无法正常工作。所以，应根据具体情况控制油温，使泵和系统在油液的最佳粘度范围内工作。48类型名称ISO代号特性和用途矿油型普通液压油L-HL精制矿油加添加剂，提高抗氧化和防锈性能，适用于室内一般设备的中低压系统抗磨液压油L-HML-HL油加添加剂，改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统低温液压油L-HVL-HM油加添加剂，改善黏温特性，可用于环境温度在-20~-40℃的高压系统高黏度指数液压油L-HRL-HL油加添加剂，改善黏温特性，VI值达175以上，适用于对黏温特性有特殊要求的低压系统，如数控机床液压系统液压导轨油L-HGL-HM油加添加剂，改善黏一滑性能，适用于机床中液压和导轨润滑合用的系统全损耗系统用油L-HH浅度精制矿油，抗氧化性、抗泡沫性较差，主要用于机械润滑，可作液压代用油，用于要求不高的低压系统汽轮机油L-TSA深度精制矿油加添加剂，改善抗氧化、抗泡沫等性能，为汽轮机专用油，可作液压代用油，用于一般液压系统表7-1液压油的主要品种及其特性和用途

返回49乳化型水包油乳化液L-HFA又称高水基液，特点是难燃、黏温特性好，有一定的防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于有抗燃要求，油液用量大且泄漏严重的系统油包水乳化液L-HFB既具有矿油型液压油的抗磨、防锈性能，又具有抗燃性，适用于有抗燃要求的中压系统合成型

水-乙二醇液L-HFC难燃，黏温特性和抗蚀性好，能在-30℃～60℃温度下使用，适用于有抗燃要求的中低压系统磷酸酯液L-HFDR难燃，润滑抗磨性能和抗氧化性能良好，能在-54℃～135℃温度范围内使用，缺点是有毒。适用于有抗燃要求的高压精密液压系统表7-1液压油的主要品种及其特性和用途（续）

返回50

不同的液压传动系统、不同的使用条件对液压工作介质的要求也不相同，为了更好地传递动力和运动，液压传动系统所使用的工作介质（液压油液）应具备以下的基本性能：对液压油的要求：1.适宜的黏度和良好的黏温特性，一般液压系统所用的液压油其黏度范围为：

ν×10-6～×10-6m2/s2.良好的化学稳定性：即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。3.良好的润滑性能，以减小元件之间的磨损。三、对液压油的要求514.对金属材料具有防锈性和防腐性。5.比热容、热导率大，热膨胀系数小。6.抗泡沫性、抗乳化性好。7.油液纯净，含杂质量少。8.凝固点和凝固点低，以保证油液能在较低温度下使用。自燃点和闪点（明火能使油面上的油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度）要高。9）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。52四、液压油的污染与防护1.液压油液污染原因

液压油液被污染的原因是很复杂的，但大体上有以下三个方面：（1）残留物的污染主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染；（2）侵入物的污染主要指周围环境中的污染物，例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点，如外露的活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油液污染；（3）生成物的污染主要指液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。532.液压油液污染危害

液压油液被污染后对液压传动系统和液压元件所造成的主要危害：（1）固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器，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，使阀类元件动作失灵；（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，它也会划伤密封件，使泄漏流量增加；（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；使液压传动系统出现振动、爬行等现象。543.液压油液污染控制

污染控制要贯穿与整个液压装置的设计、制造、安装、使用、维护和修理各个阶段。一般常