第一章 液压介绍

液压传动教师：张文芹电话：89017074教学内容1.了解液压传动的发展2.理解液压传动的定义3.掌握液压传动的工作原理及系统构成4.液压油5.液压传动的流体力学基础

一、液压传动的发展1、了解液压传动发展的过程、特点及应用。2、了解国内外先进液压与气动技术成果在机械设备中的应用。3、通过探索性的讨论，培养学生的学习兴趣。一部完整的机器是由原动机、传动机构、控制部分及工作机（含辅助装置）组成。二、液压传动的定义传动：把动力由原动机向工作机的传递。机械传动电气传动流体传动传动机构：机械传动皮带轮传动杠杆传动齿轮传动链条传动二、液压传动的定义像机械传动一样，液压传动也是传送动力的方法之一。它是靠密封容器内受静压力的液体传送动力的。

在液压系统中，油泵将具有一定转矩M和转速n的电动机的机械能，转变成具有一定压力p和流量Q的液压能，通过控制阀的调节，借助执行机构（油缸和油马达）还原成所需要的移动或回转的机械能。由于这种动力的变换和传递是依靠液压油作传动介质的，所以叫液压传动。三、液压传动的工作原理液压千斤顶原理及组成工作原理液压传动的工作原理是:以油液作为工作介质、通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。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各点。”液压传动基本理论1、液体静压力：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。2.液体静压力的两个重要特性:（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。液压传动基本理论3.液体静压力基本方程

p△A=Po△A+ρgh△A式中，ρgh△A为小液柱的重力，ρ—液体的密度上式化简后得：p=p0+

ρgh

液压传动基本理论3、液体静压力基本方程说明什么问题：（1）

静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力Po和液体重力所产生的压力ρgh之和。（2）

液体中的静压力随着深度h而线性增加。（3）在连通器里，静止液体中只要深度h相同其压力都相等。

p=p0+ρgh

结论：液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所形成的那部分压力gh相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论。液压传动基本理论4、绝对压力、表压力及真空度

根据度量方法的不同有所谓的表压力又称相对压力和绝对压力之分。以当地大气压力为基准所表示的压力称为表压力。以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力。如液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。所以真空度=大气压力-绝对压力液压传动基本理论5、帕斯卡原理

图所示建立了一个很重要的概念，即在液压传动中工作的压力取决于负载，而与流量无关。例：如上图所示，在液压千斤顶的压油过程中，已知柱塞泵活塞1的面积A1=1.13Χ10-4m2，液压缸活塞2的面积A2=9.62Χ10-4m2。压油时．作用在柱塞泵活塞1上的力F1=5.78Χ103N。试问柱塞泵油腔5内的油液压力p1为多大?液压缸能顶起多重的重物？

解（1）柱塞泵油腔5内的油液压力：（2）液压缸活塞2上的液压作用力：（3）能顶起的重物的重量：G=F2=4.92Χ104N液压传动基本理论6、连续定理液体在流动时，通过任一通流横截面的速度、压力和密度不随时间改变的流动称为稳流，反之速度、压力和密度其中一项随时间而变，就称为非稳流。对稳流而言，液体以稳流流动通过管内任一截面的液体质量必然相等。如图所示管内两个流通截面面积为A1和A2，流速分别为V1和V2，则通过任一截面的流量Q：Q=AV=A1V1=A2V2=常量（1－6）式（1－6）即连续定理，此式还得出一个重要的基本概念，即运动速度取决于流量，而与流体的压力无关。例：如上图所示，在液压千斤顶的压油过程中，已知柱塞泵活塞1的面积A1=1.13Χ10-4m2，液压缸活塞2的面积A2=9.62Χ10-4m2，油管4的截面积A4=1.3Χ10-5m2。若柱塞泵活塞1的下压速度v1为0.2m/s,试求液压缸活塞2的上升速度v2和管路内油液的平均流速v4.解(1)柱塞泵排出的流量:

qv1=A1v1=1.13Χ10-4Χ0.2=2.26Χ10-5m3/s(2)根据液流连续性原理量:qv1=qv2

得:v2=qv2/A2=2.26Χ10-5/9.62Χ10-4=0.0235m/s(3)同理:管路内油液的平均流速v4

V4=qv4/A4=2.26Χ10-5/1.3Χ10-5=1.74m/s液压传动基本理论7、液体流动中的压力和流量的损失（1）压力损失：由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为压力损失。压力损失有沿程损失和局部损失两种。沿程损失是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。局部损失是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。总的压力损失等于沿程损失和局部损失之和。

由于压力损失的必然存在，所以泵的额定压力要略大于系统工作时所需的最大工作压力，一般可将系统工作所需的最大工作压力乘以一个1.3～1.5的系数来估算。液压传动基本理论7、液体流动中的压力和流量的损失（2）流量损失在液压系统中,各被压元件都有相对运动的表面,如液压缸内表面和活塞外表面，因为要有相对运动,所以它们之间都有一定的间隙,如果间隙的一边为高压油,另一边为低压油,则高压油就会经间隙流向低压区从而造成泄漏。同时由于液压元件密封不完善，一部分油液也会向外部泄漏。这种泄漏造成实际流量有所减少,这就是我们所说的流量损失。流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免，所以在液压系统中泵的额定流量要略大于系统工作时所需的最大流量。通常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一个l.1～1.3的系数来估算。

液压传动基本理论8、液压冲击和空穴现象（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,这种现象被称为液压冲击。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。

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。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，由于液流的惯力引起的液压冲击。减小液压冲击的措施针对上述各式中影响冲击压力Δp的因素，可采取以下措施来减小液压冲击；1）适当加大管径，限制管道流速v，一般在液压系统中把v控制在4.5m/s以内，使Δpmax不超过5MPa就可以认为是安全的。2）正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化比较均匀。3）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀。4）尽可能缩短管长，以减小压力冲击波的传播时间，变直接冲击为间接冲击。5）在容易发生液压冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，以吸收冲击压力；也可以在这些部位安装安全阀，以限制压力升高。液压传动基本理论8、液压冲击和气穴现象（2）气穴现象：由于液体中溶入空气在压力较小时会形成气泡叫气穴现象。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汽蚀。在液压传动装置中,汽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。汽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。

减小气穴现象的措施

在液压系统中，哪里压力低于空气分离压，那里就会产生气穴现象。为了防止气穴现象的发生，最根本的一条是避免液压系统中的压力过分降低。具体措施有：1）减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比p1/p2＜3.5。2）正确设计和使用液压泵站3）液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防空气侵入。4）采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减小零件表面粗糙度值。

动画演示2、液压传动的组成部分油路—图示、左位、右位换向—换向阀调速—节流阀调压—溢流阀

液压系统的组成及作用

1.动力元件:2.执行元件:3.控制元件:4.辅助元件:5.工作介质:液压泵。将原动机输入的机械能转换为液体的压力能，为液压系统提供具有一定压力的压力油，是系统的动力源油缸或液压马达。将油液具有的压力能转换成机械能的装置。在压力油的推动下，输出力或转矩，使工作部件具有一定的速度和转速，完成预定的工作各种液压控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务包括油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、分水滤水器、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，它们起连接、储油、过滤和测量油液压力等辅助作用系统中的传动液体，通常是液压油或压缩空气，作为传递运动和动力的载体液压系统就是通过介质实现运动和动力传递的。液压传动的组成部分

液压传动的工作原理及其组成部分从图1.1可以看出，液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：（l）能源装置:它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的是液压泵。（2）执行装置：它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。（3）控制调节装置：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等。（4）辅助装置：例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。液压系统图的图形符号

1.半结构式—直观，画法复杂。2.职能符号—画法简单，清晰。图形符号表示元件的功能，而不表示元件的具体结构和参数；反映各元件在油路连接上的相互关系，不反映其空间安装位置；只反映静止位置或初始位置的工作状态，不反映其过渡过程。2.液压传动的组成部分图1.1磨床工作台液压传动系统工作原理图1.2用图形符号表示的磨床工作台液压系统图

l-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-液压缸液压缸液压缸换向阀换向阀节流阀节流阀液压泵液压泵溢流阀溢流阀油箱油箱

特点1、液压传动的优点(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性。(3)可在大范围内实现无级调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。(5)液压装置易于实现过载保护。(6)液压传动容易实现自动化。(7)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。。特点2、液压传动的缺点(1)液压系统中的漏油等因素，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。(2)液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)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。(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除图形符号

四、液压油1、液压油的物理性质2、对液压油的要求及选用液压传动及控制所用的工作介质为液压油或其他合成液体，其应具备的功能如下：1）传动把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件；2）润滑润滑液压泵、液压阀、液压执行元件等运动件；3）冷却吸收并带出液压装置所产生的热量；4）去污带走工作中产生的磨粒和来自外界的污染物；5）防锈防止液压元件所用各种金属的锈蚀。液压油的作用1、液压油液的物理性质单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度。即：式中ρ—液体的密度；

V—液体的体积；

m—液体的质量。液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以忽略不计。（一）、密度（二）、可压缩性液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。若压力为p0时液体的体积为V0，当压力增加Δp，液体的体积减小ΔV，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为：式中，k

称为液体的压缩率。液体压缩率k的倒数，称为液体体积模量，即（三）、粘性1）粘性的表现

液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制，从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。hydyu0yxO液体粘性示意图若距离为h的两平行平板间充满液体，下平板固定，而上平板以速度u0向右平动。由于液体和固体壁面间的附着力及液体的粘性，会使流动液体内部各液层的速度大小不等：紧靠着下平板的液层速度为零，紧靠着上平板的液层速度为u0

，而中间各层液体的速度当层间距离h较小时，从上到下近似呈线性递减规律分布。其中速度快的液层带动速度慢的；而速度慢的液层对速度快的起阻滞作用。实验测定表明，流动液体相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比，即：式中，比例系数μ称为粘性系数或动力粘度。若以τ

表示液层间的切应力，即单位面上的内摩擦力，则上式可表示为：这就是牛顿液体内摩擦定律。由此可知，在静止液体中，速度梯度du/dy=0，故其内摩擦力为零，因此静止液体不呈现粘性，液体只在流动时才显示其粘性。

2）粘性的度量度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度、相对粘度。动力粘度μ动力粘度μ是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。其量值等于液体在以单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。

在我国法定计量单位制及SI制中，动力粘度μ的单位是Pa·s（帕·秒）或用N·s/m2（牛·秒/米2）表示。如果动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，这种液体称为牛顿液体，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。运动粘度v。液体动力粘度与其密度之比称为该液体的运动粘度v，即运动粘度v的单位是m2/s（米2/秒）。国际标准ISO按运动粘度值对油液的粘度等级（VG）进行划分。相对粘度。相对粘度是根据特定测量条件制定的，故又称条件粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如恩氏粘度˚E（欧洲一些国家）、通用塞氏秒SUS（美国、英国）、商用雷氏秒R1S（英、美等国）和巴氏度˚B（法国）等。国际标准化组织ISO已规定统一采用运动粘度来表示油的粘度。3）温度对粘度的影响温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体的粘度对温度的变化十分敏感：温度升高，粘度下降。这一特性称为液体的粘－温特性。粘－温特性常用粘度指数VI来度量。VI表示该液体的粘度随温度变化的程度与标准液的粘度变化程