液压传动基础

液压传动1第一章液压传动和流体力学基础液压传动的工作原理液压传动系统的组成及其元件的总体布局液压传动系统的特点液压油流体静力学基础流体动力学基础21.1液压传动的工作原理1.1.1基本概念机器的组成：动力装置、传动装置、操纵或控制装置、工作执行装置组成。传动的定义：能量由动力装置传向工作执行装置，驱动执行装置对外做工。

传动—传递运动和动力的方式3机械

电气

气体

流体

<液力—流力（动量矩定理）动能液体<

*液压—物理（帕斯卡原理）压力能

常见传动41.1液压传动的工作原理液压传动：是以液体为工作介质进行能量（动力）传递的传动方式。是以液体为工作介质，来实现各种机械的传动和自动控制的传动形式。液压传动与气压传动实现传动和控制的方法基本相同。51.1.2.液压传动的工作原理帕斯卡定理：

盛放在密闭容器内的静止液体中的任一点的压力变化将以等值传递到液体中的各点。实例分析：（液压千斤顶）6原理图及简化模型动画演示7特点（1）用具有一定压力的液体来传动（2）传动过程中必须经过两次能量转换（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要发生变化。8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。简化模型254WF19等压特性（力比例关系）:

根据帕斯卡定理“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各点。”，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/A1A1h1=A2h2或h2/h1=A1/A2压力取决于负载2.等体积特性（运动关系）：

假设活塞1向下移动体积h1’则液压缸被挤出的液体体积为A1h1。这部分液体进入液压缸4，使活塞5上升h2，其让出的体积为A2h2。即：101.2液压传动系统的组成及其元件总体布局1.2.1液压传动系统组成以机床工作台的液压传动系统为例11磨床工作台液压系统

液压缸液压泵节流阀换向阀油箱磨床工作台1213工作原理

油路—图示、左位、右位

换向—换向阀

调速—节流阀调压—溢流阀

动画演示14液压传动装置的组成：能源装置：将机械能转变成压力能液压泵执行装置：将压力能转变成机械能液压缸、液压马达控制调节装置：各种液压阀辅助装置：除以上三种以外的其他装置油箱、滤油器、蓄能器等传动介质：液压油151.2.3液压传动系统元件的总体布局液压系统元件的总体布局分为4部分：执行元件液压油箱液压泵装置液压控制调节装置液压系统元件的连接方式：P61、集中式2、分散式161.3液压传动系统的优缺点主要优点:能方便地进行无级调速，且调速范围大。功率质量比大。调节、控制简单，方便，省力，易实现自动化控制和过载保护。因传动介质为油液，故液压元件有自我润滑作用，使用寿命长。液压元件实现了标准化、系列化，便于设计、制造和推广使用。171.3液压传动的特点

液压传动的优点独特之处—力大无穷（P=32MP以上）如:所拿液压千斤顶，可顶起1.6吨重物，若每位男同学体重为128斤，可举起25位男同学。18液压传动的优点

（1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；

（3）工作稳定，由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁换向；

19液压传动的优点

（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；

（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；

（6）操纵控制简便，自动化程度高；

（7）容易实现过载保护。

201.3液压传动的优缺点主要缺点：漏：有压力，泄漏。不宜用在传动比要求较严格的场合。振：液压冲击和空穴。热：机械摩擦、压力损失、泄漏损失，油液发热、总效率降低。不宜用于远距离传动。液压传动的性能对温度较敏感，不宜在高温、低温下工作。液压传动装置对油液的污染较敏感，要求有良好的过滤设施。液压系统出现故障时不易查找原因，不易迅速排除故障。211.1.3液压与气动技术的工程应用在工业生产的各个领域都应用液压与气压传动技术。例如：在机械工业中的应用

机床行业工程机械汽车行业轻工、化工机械具体应用见表P322液压传动应用液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛：一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置等等；船舶用的甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。2324252627机械手28复习液压传动液压传动系统的组成能源装置执行装置控制调节装置辅助装置工作介质液压传动特点291.4液压油1.4.1液压油的作用和种类1、液压油的用途P7

传递运动与动力润滑密封冷却301.4液压油1.4.1液压油的作用和种类

2、液压油种类1）矿物油系液压油石腊基的原油精制而成，耐火性差2）耐火性液压油水中油滴型（O/W），油中水滴型（W/O），

润滑性差化学稳定性差311.4液压油1.4.2液压油的物理性质密度(ρ)：单位体积液体的质量

ρ=m/V

标准密度ρ20：我国采用20°C时的密度可压缩性：

体积压缩系数k：单位压力变化下的体积相对变化量

体积弹性模量K：k=1/k321.4液压油1.4.2液压油的物理性质粘性a、粘性的定义：液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。

静止液体是不呈粘性的。331.4液压油粘性使流动液体内部各处的速度不相等，以右图为例：液体的粘度是指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。小河流水动力粘度动画演示34粘性及其表示方法1）粘度的表示方法⑴动力粘度（绝对粘度）1.4液压油35或称厘斯（cst)⑵运动粘度1.4液压油362）温度和压力对粘度的影响P9液压油的粘度随温度的增加而减小液压油的粘度随压力的升高而变大1.4液压油粘温特性:温度变化时粘度变化的幅度小，则说明有良好的粘温特性。见下页图P937e、粘性与温度的关系:381.4.3对液压油的要求和选用在机床液压传动中，液压油有三方面的作用：传递动力的介质运动件间的润滑剂散热密封1.4液压油391.4.3对液压油的要求和选用1、要求：合适的粘度，较好的粘温特性良好的润滑性能；质地纯净，杂质少无腐蚀性较好的化学稳定性即对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性杂质少，污染度低1.4液压油401.4.3对液压油的要求和选用抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。

凝点——油液完全失去其流动性的最高温度对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜

总之：粘度是第一位的41液压系统的工作条件液压系统的工作环境综合经济性考虑因素：1.4液压油选用（主要考虑粘度）42液压油选择首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：μ大通常<快速、低压、低温：μ小主要考虑泄漏的影响；主要考虑内摩擦阻力的影响。43441.5.1液体静压力及其特性

质量力作用于液体上的力<表面力作用于液体的所有质点作用于液体的表面

（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用于另一部分液体等）—（重力、惯性力）—1.5流体静力学基础451.5流体静力学基础1.5.1液体静压力及其特性静压力：静止液体在单位面积上所受到的法向力。物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。

p=F/A静压力特性：液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。单位面积上的表面力461.5.2液体静压力基本方程1.静压力基本方程p=po+ρgh

471.5.2液体静压力基本方程由公式可知：静止液体内任意点的压力由两部分组成，一部分是液体上的压力P0，另一部分是ρg与该点离液面深度h的乘积。同一容器中同一液体内的静压力随深度h的增加而线性地增加。连通器内同一液体中深度h相同的个点压力都相等。482.

压力的表示方法及单位绝对压力：以绝对真空作为基准相对压力：以大气压力作为基准。又称表压力

绝对压力=相对压力+大气压力真空度=大气压力—绝对压力49真空度＝大气压力－绝对压力绝对压力＝大气压力＋相对压力（表压力）50复习工作介质：液压油用途粘性粘度静力学：压力的表示方法绝对压力、相对压力（表压力）真空度粘度与压力的关系粘度与温度的关系51复习液体静压力特性液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。

静力学方程p=po+ρgh521.5.2液体静压力基本方程2、静力学基本方程的物理意义Z表示A点的单位质量液体的位能表示A点的单位质量液体的压力能53

p=p0+ρghhGPFAdA例1-1如图所示，容器内有油液。已知油的密度900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞面积A=1*10-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.5m处的压力等于多少？543.帕斯卡原理内容（等值传递）实质:在密闭的容器内，施加于静止液体上的压力将等值同时地传到液体内所有各点。应用：体现在液压元件的工作原理上。力的放大例如千斤顶551.6流体动力基础1.6.1基本概念1、理想液体、定常流动

理想液体：既无粘性又不可压缩的液体定常流动（稳定流动、恒定流动）：

流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化流动.2、流线、通流截面3、层流、紊流和雷诺数561.6.1基本概念

2、流线、流管和流束1）流线—某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线2）流束—通过某截面上所有各点作出的流线集合构成流束3）通流截面——流束中所有与流线正交的截面（垂直于液体流动方向的截面）571.6.1基本概念3、层流、紊流和雷诺数层流：在液体流动时质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，层次分明，能够维持安定的流束状态，这样的流动称为层流。

液体质点互不干扰，分层流动（粘性力）紊流：液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换，称为紊流。

液体质点的运动杂乱无章（惯性力）雷诺数ReRe=vd/υ动画演示584.流量和平均流速流量(Q)：单位时间内通过某通流截面的液体的体积。平均流速(v)：液流质点在单位时间内流过的距离。 v=Q/A591、6、2连续性方程

质量守恒定律在流体力学中的应用

连续性原理—理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。601.6.2连续性方程及其应用（质量守恒定律）q1=q2v1A1=v2A2通过流管任一截面的流量相等。当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。611、6、3伯努利方程

能量守恒定律在流体力学中的应用

能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。62伯努利方程（能量守恒定律）理想液体的运动微分方程：63理想液体的伯努利方程：将上式积分得：理想液体微小流束伯努利方程

p/ρ+gz+u2/2=常数

或

p1/ρg+z1+u12/2g=p2/ρg+z2+u22/2g

任意截面处液体的总能量由压力能、位能和动能组成实际液体流束的伯努利方程：p1/ρ+z1g+u12/2=p2/ρ+z2g+u22/2+h’wgh’w为因粘性而消耗的能量64实际液体总流的伯努利方程：65伯努利方程应用举例：66动量方程：动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力的方向上的动量的变化率，即

ΣF=d(mV)/dt流动液体的动量方程：67ΣF=ρ(s2-s1)dq/dt+ρqβ2V2-ρqβ1V1

定常流动时，dq/dt=0

ΣF=

ρqβ2V2-ρqβ1V1

当液流流速较大且紊流时，动量修正系数β=1例题：681.7定常管流的压力损失计算1.流态、雷诺数层流：液体质点互不干扰，分层流动（粘性力）紊流：液体质点的运动杂乱无章（惯性力）雷诺数ReRe=vd/υ2.液体在直管中流动时的压力损失计算沿程压力损失：液体流动时的内、外摩擦力引起。层流时的压力损失液流在通流截面上的速度分布规律

液体作层流时，通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状。6970圆管中的流量液体在圆管中作层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍。沿程压力损失3.局部压力损失是液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。（旋涡，撞击，能量损耗）

4.管路系统中的总压力损失和压力效率总压力损失：压力效率：η=p1/pp=(pp-ΣΔp)/pp=1-ΣΔp/pp