第一章液压传动系统

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第一节流体力学基本概念

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液压辅助元件液压基本回路

液压传动系统

液压传动是以液体为工作介质进行能量传递的。了解液体的基本性质，掌握液体在静止和运动时的主要力学规律，有利于更好地理解和掌握液压传动原理、液压元件的结构及性能，正确使用和维护液压系统。一、液体的粘性液体在外力作用下流动时，液体内部产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。粘性的大小可以用粘度表示，粘度是液体最重要的特性之一，是选择液压油的主要依据。液体的常用粘度有动力粘度、运动粘度等。

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1.动力粘度动力粘度用μ来表示，法定计量单位为Pa·s（帕·秒）。液体的动力粘度μ越大，流动的液体内摩擦阻力也越大。液体的动力粘度μ越小，流动的液体内摩擦阻力也越小。

2.运动粘度动力粘度μ与该液体密度ρ的比值称为运动粘度，即

（１．１）

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运动粘度用ν表示，法定计量单位为m2／s。常用单位有cm2／s（即st，读作“斯”）和mm2／s（即cst，读作“厘斯”）。运动粘度是工程实际中经常用到的物理量，因为其单位是由长度和时间量纲组成，类似于运动学的量，故称为运动粘度。3.粘度与温度的关系液压油的粘度对温度变化十分敏感，温度升高，粘度将显著降低。液压油的粘度随温度变化的性质称为粘温特性。

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二、压力的概念1.压力及其特性压力p是指液体在单位面积上所受的力。即：压力的法定计量单位为Pa（即N／m2），常用单位有Mpa（1×106Pa）、Kpa(1×103Pa)。压力的重要特性：静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。

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2.压力的基本方程如图1-1a所示，由于液柱处于静止状态，相应液柱也处于平衡状态，于是有pΔΑ＝p０ΔΑ＋ρghΔΑp＝p０＋ρgh

（１．１）图１－１静止液压体内压力分布规率

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3.压力的传递由压力基本方程可知，静止液体内任一点处的压力都包含了液面上的压力p０。这说明在密封容器内，施加于静止液体上的压力，能等值地传递到液体中的各点，这就是液体压力传递原理(又称帕斯卡原理)。

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图1-2为应用帕斯卡原理的液压千斤顶工作原理图。在两个相互连通的液压缸密封腔中充满油液，小活塞和大活塞的面积分别为A1和A2，在大活塞上放一重物W，小活塞上施加图１－２帕斯卡原理应用

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一平衡重力W的力F时，则小液压缸中液体的压力p1为F／A1，大液压缸中液体的压力p2为W/A2。由于两缸互通而构成一个密封容器，根据帕斯卡原理则有pl=p2，相应有

(1.2)如果大活塞上没有负载，即W＝0，当略去活塞重力及其它阻力时，则p必然为零，也就不可能在液体中形成压力。因此，在液压传动中，系统的压力取决于负载。

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从式(１．２)可知，当两活塞的面积比A2／A1较大时，在小活塞上施加较小的力，就可以通过大活塞抬起较大重量。液压千斤顶就是利用这一原理进行起重的。如图1-3是液压千斤顶的工作原理图.图1-3１－油箱２－放油阀３－大缸５－单向阀６－杠杆手柄７－小活塞８－小缸体９－单向阀

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4.压力的表示方法液体压力的表示方法有两种，一种是以绝对真空为基准表示的绝对压力；另一种是以大气压力为基准表示的相对压力。绝大多数压力仪表所测得的压力是相对压力，所以也称为表压力。在液压与气压传动系统中，绝对压力和表压力的关系为:绝对压力＝大气压力＋表压力当液体中某处绝对压力低于大气压力(即相对压力为负值)时，习惯上称该处具有真空，绝对压力小于大气压力的那部分数值用普通压力表无法测量，而要用真空计来测量，所以称为真空度。它们的关系为:真空度＝大气压力-绝对压力

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图１－4绝对压力、相对压力和真空度的相互关系如图

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5.液体对固体壁面的作用力静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向所受液体静压作用力的总和，便是液体在该方向对固体壁面的作用力。当固体壁面为平面时，液体对该平面的作用力F等于液体压力p与该平面面积A的乘积(作用力方向与平面垂直)，即

F=pA(１．３)当固体壁面为一曲面时，液体在某一方向(x)上对曲面的作用力Fx等于液体压力p与曲面在该方向(x)投影面积Ax的乘积，即

Fx=pAx(１．４)

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如图1-5所示锥阀，与锥面接触的液体压力为p，锥面与阀口接触处的直径为d，液体在轴线方向对锥面的作用力F轴就等于液体压力p与受压锥面在轴线方向投影面积πd2／4的乘积，即F轴=pπd2／4。图１－5液体对锥面的作用力

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三、液体动力学概念和两个方程液体动力学是液体流动时的力学规律。1.基本概念将“既无粘性，又不可压缩”的液体称为理想液体。由于液体流动时会呈现出粘性，因此在研究流动液体时必须考虑粘性的影响。（1）流量液体在通道中流动时，垂直于液体流动方向的通道截面称为通流截面。单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量。一般用符号q表示。常用法定计量单位有m3／s、L／min等。

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（2）流速假设液流在通流截面A上各点的流速均匀分布，且液体以流速v流过通流截面A的流量等于液体流过该截面的流量，即

q=vA式中：A为通流截面的面积。由上式可得出通流截面A上的流速为

v＝q/A(１．５)由式(１．５)可知，当液压缸的有效工作面积A一定时，活塞运动速度ν便取决于输入液压缸的流量qv。所以，在液压传动中经常说这样一句话：液压缸的速度由流量来决定。

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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。由质量守恒定律可知，液体在通道内流动时，液体的质量既不会增多，也不会减少，因此在单位时间内流过通道任一通流截面的液体质量一定是相等的。这就是液流的连续性原理，也称为液流的质量守恒定律。

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设液体在图1-6所示的通道内流动。任取两通流截面1-1和2-2，其截面面积分别为Al和A2，并且在两截面处平均流速分别为v1和v2。根据液流的连续性原理可知，在单位时间内流经截面1-1和2-2的液体质量应相等，v1A1＝v2A2，即

v1A1＝v2A2

或qv=vA=常数(1．6)图1－6液流的连续性原理流体力学基本概念液压泵液压缸与液压马达

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3.伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。密度为ρ的液体在图1-7所示通道内流动。现任取两通流截面1—1和2—2为研究对象，两截面至水平参考面的距离分别为h1和h2，两截面处液体的流速分别为v1和v2，压力分别为pl和p2。根据能量定恒定律可推导出，液体在通道内稳定流动时的伯努利方程为或

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图1－7理想液体伯努方程示意

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式中：p为单位体积液体的压力能；ρgh

为单位体积液体相对于水平参考面的位能；ρυ2／2为单位体积液体的动能。由式(1．７)可知，在通道内作流动的液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。这三种形式的能量在液体流动过程中可以相互转化，但其总和在各个截面处均为定值。实际液体在通道内流动时因液体内摩擦力作用会造成能量损失；通道局部形状和尺寸的骤然变化会引起液流扰动，相应也会造成能量损失。设流过两通流截面的单位体积液体的能量损失为Δpw。则实际液体的伯努利方程为：

(1．8）

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四、液体流动时的压力损失由于实际液体都具有粘性，所以在流动时必然要损耗一部分能量，这种能量损耗表现为液体的压力损失。压力损失可分为两类，即沿程压力损失和局部压力损失。1.沿程压力损失液体在直径不变的直通道中流动时因其内摩擦而产生的能量损失，称为沿程压力损失。它主要决定于液体流速v、动力粘度μ、通道的长度L和内径d等，其计算公式为

Δpλ＝３２μLv／d２（1．9）由式(1．9)可发现，液体在直圆通道中流动时，其沿程压力损失与液体动力粘度、通道长度和液流速度成正比，与通道内径的平方成反比。

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2.局部压力损失液体流经管道的弯头、大小管的接头、突变截面、阀口和网孔等局部障碍处时，因液流方向和速度大小发生突变，流动状态极为复杂，使液体质点间相互撞击而造成的能量损失，称为局部压力损失。局部压力损失Δpξ其计算公式为

Δpξ＝ξρv２／２（1．10）式中：ξ为局部阻力系数(具体数值可查有关手册)；v为液体流速。局部压力损失与液体的密度、液体的平均流速的平方成正比。

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3.管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和局部压力损失之和，即

ΣΔр＝ΣΔрλ＋ΣΔрξ

（1．11）液压系统中的压力损失绝大部分将转换为热能，造成系统油温升高、泄漏增大，以致影响系统的工作性能。因此可采取减小流速，缩短管道长度，减少管道截面突变和管道弯曲，提高管道内壁加工质量及适当增大管道内径，合理选用阀类元件等措施，以使管路系统压力损失减小，保证系统正常工作。

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五、液体流经小孔的流量液压传动系统中常利用液体流经阀的小孔来控制流量和压力，以达到调速和调压目的。小孔可分为三种，在工程上常以通道长度和内径之比l／d来划分：l／d≤0.5时，称为薄壁孔；l／d＞4时，称为细长孔；0.5＜l／d≤4时，称为短孔(厚壁孔)。

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三种小孔的流量公式，可以综合地用如下通式来表达：

q＝KAΔpm

（1．12）式中：K为由节流孔形状、尺寸和液体性质决定的系数，A、Δp分别为小孔通流截面面积和两端压力差；m为由小孔长径比决定的指数（薄壁孔m=0.5，短孔0.5＜m＜l，细长孔m=1）。第一章液压传动系统

第二节液压泵

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液压泵是液压传动系统的能量转换装置，它将电动机输入的机械能转换成液体压力能，是液压传动系统的重要组成部分。一、液压泵的工作原理及参数1.液压泵的工作原理

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图1-8为液压泵的工作原理图。柱塞２依靠弹簧３压在偏心轮１上，偏心轮转动时，柱塞便作往复运动。图1－8

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由此可见，任何一种具体结构的液压泵，都必须满足以下两个工作条件：必须有密闭且可以变化的容积；必须有配油装置。液压泵的种类很多，工程上常用的液压泵有齿轮式、叶片式、柱塞式等类型；按泵的排量能否改变，可分为定量泵和变量泵；按泵的输出油液方向能否改变，可分为单向泵和双向泵。

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液压泵的图形符号见图1-9，图1-9a为液压泵的一般符号，图1-9b为单向定量泵，图1-9c为单向变量泵。注意图形符号只表示元件的职能，而不表示元件的具体结构和参数规格。图1－9液压泵的图形符号图

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2.液压泵的性能参数（1)液压泵的压力液压泵的压力参数主要指工作压力和公称压力。（2）液压泵的排量和流量液压泵的排量是指按泵的密封腔几何尺寸变化计算而得的泵每转排出液体的体积。排量用V表示，其单位为ml/r。液压泵的流量有理论流量、实际流量和公称流量。液压泵的理论流量是指按泵的密封腔几何尺寸变化计算而得的泵在单位时间内输出液体的体积。理论流量用qt表示，它等于泵的排量V与其转速n的乘积。即

qt＝Vn(1．13)

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液压泵的实际流量是指泵工作时的输出流量。由于泵存在泄漏，所以其实际流量总是小于理论流量，若泄漏量为q，则有

q=qt-q(1．14)液压泵的公称流量是指泵在正常工作条件下，试验标准规定必须保证的输出流量。（3）液压泵的功率液压泵的输入为机械能，表现为转矩和转速；其输出为压力能，表现为压力和流量。当用液压泵输出的压力能驱动液压缸克服负载F以速度v运动时(若不考虑能量损失)，则液压泵和液压缸的理论功率为

pt=2πnTt=Fv=pAv=pqt=pVn(1．15)

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式中:n为液压泵的转速；Tt为驱动液压泵的理论转矩；p为液压泵的工作压力；A为液压缸的有效工作面积。如果用驱动液压泵的实际转矩T代替式(１．15)中理论转矩Tt

，则可得到液压泵的实际输入功率pi；用液压泵的实际流量q代替式(１．15)中理论流量qt可得到液压泵的实际输出功率po

。

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（4）液压泵的效率液压泵的输出功率总是小于输入功率，两者之差即为功率损失，功率损失又可分为容积损失(泄漏造成的流量损失)和机械损失(摩擦造成的转矩损失)。通常容积损失用容积效率ηv来表示，机械损失用机械效率ηm来表示。容积效率是指液压泵的实际流量与理论流量比值，即

（1.16）液压泵的泄漏量随压力升高而增大，相应其容积效率也随压力升高而降低。机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值，即

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由式(1．15)可得，Ｔt=pV／2π，代入上式则有(1.17)液压泵的总效率η为其实际输出功率和实际输入功率的比值，即

(1.18)

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二、齿轮泵齿轮泵在液压系统中应用广泛。按其结构形式，可分为外啮合式和内啮合式两种。外啮合式齿轮泵，由于结构简单、制造方便、价格低廉、工作可靠、维修方便，因此已广泛应用于低压系统。内啮合齿轮泵齿形复杂，加工困难，成本较高，工程中较少使用。因此这里主要介绍工程上常用的外啮合齿轮泵的工作原理和结构。

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图1-10为齿轮泵的工作原理图。在泵体内有一对外啮合齿轮(两齿轮宽度略小于泵体宽度)，齿轮两端面靠盖板密封，这样泵体、盖板和齿轮的各齿槽就形成多个密封腔，轮齿啮合线又将左右两密封腔隔开而形成吸、压油腔。

图１－10

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图1-11为CB－B型齿轮泵的结构图.该泵用了泵体4与盖板l、5三片式结构，两盖板与泵体用两个定位销8和六个螺钉2连接，这种结构便于制造和维修时控制齿轮端面和盖板间的端面间隙(小流量泵间隙为O.025～0.04mm，大流量泵间隙为0.04～0.06mm)。

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三、叶片泵叶片泵在机床液压系统中应用较广。它具有结构紧凑、体积小、瞬时流量脉动微小、运转平稳、噪声小、使用寿命较长等优点，但也存在着结构复杂、吸油性能较差、对油液污染比较敏感等缺点。1．定量叶片泵（l）工作原理图1-12为定量叶片泵的工作原理图。定子2与转子l中心重合，定子内表面由两段半径为R的大圆弧和两段半径为r的小圆弧以及它们之间的四段过渡曲线组成。图１－12

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（2）YB1型叶片泵的结构图1-13为YB1型叶片泵的结构图。图１－13

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有吸、压油窗口各两个，如右配油盘的上、下两缺口b即是吸油窗口，两个腰形孔a即为压油窗口。图１－14配油盘图

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2.变量叶片泵图1-15为单作用式叶片泵的工作原理图。与双作用式叶片泵不同的是，定子3内表面是圆柱形，转子2与定子间有一偏心距e，转子旋转时，叶片l依靠离心力使其顶部与定子内表面接触，配油盘上开有吸、压油窗口各一个。

图1-15

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单作用式叶片泵只要改变其偏心距e的大小，就可改变泵的排量和流量。偏心距可手动调节，也可自动调节。自动调节的变量泵可根据其工作特性的不同分为限压式、恒压式和恒流量式三类，其中以限压式应用较多。这里主要介绍一下限压式变量叶片泵的工作原理。限压式变量叶片泵是利用其工作压力的反馈作用实现变量的，常用的是外反馈式变量叶片泵。

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图1-16为限压式变量叶片泵的工作原理

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四、柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在缸体柱塞孔内往复运动，使密封容积产生变化来实现吸、压油的。由于柱塞与缸体柱塞孔均为圆柱表面，加工方便，配合精度高，因此密封性能好，泄漏小，在高压状况下工作仍有较高的容积效率。只要改变柱塞的工作行程就能改变泵的排量，容易实现单向或双向变量。按柱塞排列方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

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1.径向柱塞泵的工作原理图1-17为径向柱塞泵的工作原理图。转子3上有按径向排列沿圆周均匀分布的柱塞孔，柱塞1可在其中滑动。

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径向柱塞泵的径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差，且配油轴受到径向不平衡液压力作用易磨损，这些均限制了它的转速和压力的提高，因此近年来径向柱塞泵应用减少，已逐渐被轴向柱塞泵所代替。2.轴向柱塞泵轴向柱塞泵是指柱塞在缸体内轴向排列并沿圆周均匀分布，柱塞的轴线平行于缸体旋转轴线。按其结构特点可分为斜盘式和斜轴式两类。

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（l）轴向柱塞泵的工作原理现以斜盘式轴向柱塞泵为例说明轴向柱塞泵的工作原理。图1-18为斜盘式轴向柱塞泵工作原理图。缸体1上沿圆周均匀分布着几个轴向柱塞孔，柱塞3可在其中滑动。斜盘4的法线与缸体轴线成角。图1-18

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（2）轴向柱塞泵的结构特点图1-19为SCYI4—lB型轴向柱塞泵，它由两部分组成，即主体部分和变量机构部分。图1-19

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（l）主体。图1-19所示，缸体5装在中间泵体l和前泵体7内，由传动轴8通过花键带动旋转。（2）变量机构。轴向柱塞泵的最大优点是只要改变倾斜盘的倾角就能改变其排量。若转动手轮18，使丝杠17转动，因导向键的作用，变量活塞16便上下移动，轴销13则使支承在变量壳体上的倾斜盘绕钢球的中心转动，而改变倾斜盘的倾角，相应也就改变了泵的排量。轴向柱塞泵除了有手动变量外，还有手动伺服变量、压力补偿变量、电动变量、恒压变量、零位对中式变量等。第一章液压传动系统

第三节液压缸与液压马达

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液压缸和液压马达是将液体压力能转换为机械能的能量转换装置，是液压系统的执行元件。液压缸一般用于实现直线往复运动或摆动，液压马达用于实现旋转运动。一、液压缸按结构特点不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩套筒式四类。１.活塞式液压缸

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活塞式液压缸有双活塞杆式和单活塞杆式两种，其图形符号如图1-20所示，图1-20a为双活塞杆缸，图1-20b单活塞杆缸。图1-20

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（1）双活塞杆缸双活塞杆缸的两端都有活塞杆伸出，如图1-21所示。缸体6通过其端盖8固定在床身上，活塞杆7用螺母10与工作台支架9连接。图1-21

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双活塞杆缸的固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。图1-22a为缸体固定式结构，它的进回油口设置在缸筒两端，其运动范围约为液压缸有效行程的3倍，占地面积较大，一般用于中小型液压设备。图1-22b为活塞杆固定式结构，进回油管采用软管时，进回油口可设置在缸筒两端；而采用硬管时，进回油口则设置在空心活塞杆两端；其运动范围约为液压缸有效行程的2倍，占地面积较小，常用于行程长的大中型液压设备。

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图１－22双活塞杆缸运动范围

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双活塞杆缸的活塞运动速度和推力F可按下式计算

(1.19)

(1.20)式中：q为供给液压缸的流量；A为液压缸有效工作面积；p为液压缸进油腔的工作压力；D、d分别为液压缸内径和活塞杆直径。

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（2）单活塞杆缸单活塞杆缸仅一端有活塞秆，如图1-23所示(外圆磨床砂轮架快速进、退缸)。活塞杆l的左端和砂轮架快速进、退丝杠连接，缸体4固定在床身上。图１－23

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单活塞杆缸，不论是缸体固定，还是活塞杆固定，其运动范围均为液压缸有效行程的两倍左右。单活塞杆缸的运动速度和推力计算分为无杆腔进油、有杆腔进油和差动连接等三种情况。无杆腔进油(见图1-24a)时，活塞运动速度和推力分别为

(1.21)

(1.22)

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有杆腔进油(见图1-24b)时，活塞运动速度和推力分别为

(1.23)(1.24)式中：q为供给液压缸的流量；p为液压缸进油腔的工作压力；Ｄ、ｄ分别为液压缸内径和活塞杆直径；A１、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积；v１、v2分别为液压缸无杆腔进油和有杆腔进油时活塞(或缸体)的运动速度；F１、F２分别为液压缸无杆腔进油和有杆腔进油时活塞(或缸体)的推力。

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式中：q为供给液压缸的流量；p为液压缸进油腔的工作压力；Ｄ、ｄ分别为液压缸内径和活塞杆直径；A１、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积；v１、v2分别为液压缸无杆腔进油和有杆腔进油时活塞(或缸体)的运动速度；F１、F２分别为液压缸无杆腔进油和有杆腔进油时活塞(或缸体)的推力。图1-24ｃ为单活塞杆缸无杆腔和有杆腔同时通压力油的情况，这种连接方式称为差动连接。这时，液压缸左右两腔的压力相等而有效工作面积不相等，推力等于活塞两端的推力差F3＝(F1—F2)，结果活塞以运动速度为υ３向右运动。

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图１－24单活塞杆缸算计简图

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设差动连接时，供给液压缸的流量为q，输入无杆腔的流量为q1，有杆腔的排出流量为q2，则q1=q+q2q=q1-q2=A1v3-A2v3=(A1-A2)v3=A3v3

(1.25)差动连接时推力为

(1.26)式中：υ３为差动连接时活塞(或缸体)的运动速度；Ａ３为差动连接时液压缸的有效工作面积，即活塞杆的截面积。

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2.柱塞式液压缸活塞式液压缸的内表面加工精度要求较高，若缸体较长时，加工则较困难。柱塞式液压缸的缸体内壁和柱塞不接触，缸体内壁可不加工或仅作粗加工，只对柱塞及其支承部分进行精加工。桂塞式液压缸结构简单，制造容易，适用于行程较长的导轨磨床、龙门刨床和液压机等设备。

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图1-25为柱塞式液压缸结构简图。它由缸体l、柱塞2、导套3、卡圈4等零件组成。压力油从左端油口进人缸内，推动柱塞向右运动。图１－25

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3.摆动式液压缸摆动式液压缸是输出转矩并实现往复摆动的液压缸(又称摆动液压马达)，有单叶片和双叶片两种形式。图1-26为单叶片摆动式液压缸的工作原理图。摆动轴2上装有叶片l，叶片和封油隔板3将缸体内空间分成两腔。当缸的一个油口通压力油，而另一个油口通回油时，叶片产生转矩带动摆动轴摆动。图１－26

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单叶片摆动式液压缸的摆动轴输出转矩和角速度分别为

(1.27)

(1.28)式中：b为叶片宽度；D、d分别为摆动缸内径和摆动轴直径；p1、p２分别为摆动缸进、回油压力；q为输入流量。摆动式液压缸主要特点是结构简单、紧凑，能输出的转矩大，但密封困难，一般常用于机械手、转位机构及机床回转夹具中。

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4.伸缩套筒式液压缸图1-27为多级伸缩套筒式液压缸。它由端盖l、缸体2、压板3、套筒活塞4、活塞5、活塞杆6、端盖7和8等组成。图1-27

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二、液压马达从原理上来说，液压马达和液压泵是可逆的，有一种液压泵就对应有一种液压马达，但由于它们的任务和要求不同，故在结构上略有差别。

图1-28液压马达的图形符号a为液压马达一般符号，b为单向定量马达，c为双向定量马达，d为单向定量马达，e所示为双向变量马达。

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1.叶片式液压马达的工作原理图1-29为叶片式液压马达的工作原理图。图示状态下通入压力油后。图1-29

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应当指出，为保证通入压力油后，液压马达的转子能立即旋转起来，必须在压叶片底部设置预紧弹簧，并将压力油通入叶片底部，使叶片紧贴定子内表面，以保证良好的密封。叶片式液压马达体积小，动作灵敏，但泄漏较大，低速不稳定。因此叶片式液压马达一般用于高转速、低转矩、频繁换向和要求动作灵敏的场合。２.轴向柱塞式液压马达

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图1-30为轴向柱塞式液压马达的工作原理图。当压力油通入液压马达时，处于压油腔的柱塞被顶出压在斜盘上。图1-30第一章液压传动系统

第四节液压控制元件

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液压控制阀是液压系统的控制元件，其作用是控制和调节液压系统液流方向、压力和流量，以满足执行元件的启动、停止、运动方向、运动速度、动作顺序和克服负载力等要求。一般根据用途和工作特点不同，将液压控制阀分为三大类：方向控制阀，例如单向阀、换向阀等；这三类阀还可以根据需要相互组合成为组合阀，如单向节流阀、单向顺序阀和单向行程阀等，使几个阀同体，结构简单，使用方便。液压控制阀在购买和安装时，要考虑它的连接方式。按安装连接方式可分为管式阀和板式阀两种。

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管式阀的油口用螺纹管接头与管道及其它元件连接，阀由此固定在管路上；板式阀的油口没有螺纹，其各油口均布置在同一安装平面上，可用螺钉固定在与阀有对应油口的连接板上，再用管接头与管道及其它元件连接，或将几个板式阀用螺钉固定在一个集成块的不同侧面上，通过集成块内部孔道沟通各阀。由于板式阀装拆方便，故应用较广泛。一、方向控制阀方向控制阀功能是控制液压系统液流方向或油路通、断，它分为单向阀和换向阀两类。1.单向阀

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(l)普通单向阀普通单向阀的作用是控制油液只能按一个方向流动，而不能反向流动。图1-31为单向阀的结构和图符号。a为管式单向阀，b为板式单向阀c为单向阀的图形符号。图1-31

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（2）液控单向阀图1-32a为液控单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成。图1-32

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2.换向阀换向阀是利用阀芯和阀体孔间相对位置的改变，来控制液流方向或油路通、断，而实现对液压系统工作状态进行控制的控制阀。图1-33为换向阀的工作原理图。图示状态下，液压缸不通压力油，活塞处于停止状态。图1-33

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换向阀种类很多，按阀芯在阀体孔内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数可分为二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通等类型；按换向阀的控制方式可分为手动、机动、电动、液动和电液动等类型；按阀芯运动方式可分为滑阀、转阀等类型。表1-1列出了几种常用滑阀式换向阀的结构原理和图形符号。在液压原理图中，一般按换向阀图形符号的常态位置绘制。

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由表1-1可知，二位二通阀相当于一个开关，用于控制油口Ｐ、Ａ的通断；二位三通阀有三个油口，一个位置上Ｐ与Ａ相通，另一个位置上Ａ与Ｔ相通，用于油路切换；二位四通、三位四通、二位五通和三位五通阀用于控制执行元件换向。当三位换向阀的阀芯处于中间位置时，其各油口间有各种不同的连通方式，这种连通方式称为滑阀中位机能。表1-2为三位四通换向阀常用的几种滑阀中位机能。（1）机动换向阀机动换向阀也称行程阀，它是利用安装在工作台上的行程挡块压下顶杆或滚轮使阀芯移动来控制液流方向和油路通、断的。机动换向阀常为二位阀，它有二通、三通、四通等几种，二位二通阀又有常开(常态位置两油口相通)和常闭(常态位置两油口不相通)两种形式。

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表1-1换向阀的结构原理和图形符号将

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表1-2为三位四通换向阀中位滑阀机能

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图1-34a为二位二通常闭式机动换向阀。在图示状态(常态)下，阀芯3被弹簧4压向上端，油口P和A不通(常闭)。当挡块压下滚轮l经推杆2使阀芯移至下端时，油口P和A相通。改变挡块斜面的倾角α可使阀芯获得合适的移动速度，从而减小液压冲击，使油路换接平稳。图1-34b为其图形符号。图1-34

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（2）电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁力使阀芯的位置改变来控制液流方向和油路通、断。采用电磁换向阀，便于与电气控制结合而提高液压系统的自动化程度，因而应用十分广泛。按使用电源不同，有交流(D型)和直流(E型)两种电磁换向阀。交流电磁换向阀的电源电压为220V，直流电磁换向阀电源电压为24V。图1-35a为34E－25B型电磁换向阀。其型号中“3”表示换向阀位置数，“4”表示油口通路数，“E”表示直流电源，“25”表示公称流量为25L/min，“B”表示板式。

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图1-35a为34E－25B型电磁换向阀

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如果上述电磁换向阀没有纵向孔e，而在沉割槽b处直接开有通人油箱的回油口，就变成三位五通电磁换向阀，图1-35b、c分别为三位四通和三位五通电磁换向阀的图形符号。（3）电液换向阀由于电磁力较小，因此电磁换向阀难于控制较大流量的液流，这时常采用由液体的压力来控制阀芯位置的液动换向阀。

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图1-36a为34EY型电液换向阀。图1-36b、c为电液换向阀的详细符号和简化符号。图1-36

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（4）手动换向阀手动换向阀是利用手动杠杆改变阀芯位置来控制液流方向和油路通、断的。手动换向阀有自动复位式和弹簧钢球定位式两种。图1-37a为自动复位式，扳动手柄1时阀芯2移动，即可实现换向；松开手柄时阀芯在对中弹簧3作用下自动复位(处于中位)。图1－37b为弹簧钢球定位式，阀芯右端有定位钢球和小弹簧，利用钢球嵌入凹槽而起定位作用。扳动手柄时阀芯移动，松开手柄时阀芯能通过弹簧钢球定位而保持其位置。图1-37c.d为两种换向阀的图形符号。

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图1-37手动换向阀

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二、压力控制阀控制油液压力高低或利用压力变化实现某种动作的控制阀通称为压力控制阀。它们的共同工作原理是利用阀芯上的液压力和弹簧力保持平衡来进行工作。常用的有控制压力的溢流阀、减压阀和压力控制的顺序阀、压力继电器等。1.溢流阀溢流阀的用途有多种，其主要用途是在溢流的同时使系统压力得到调整并保持基本恒定。（l）溢流阀的工作原理

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图1-38为溢流阀的工作原理图。压力为p的油液经进油口Ｐ进入溢流阀的同时也经组尼孔a进入其阀芯l的下端，若阀芯下端的有效工作面积为Ａ，则作用于阀芯下端的液压力为pＡ，调压弹簧2作用于阀芯上端的弹簧力为Fs＝kχ0。

图1-38

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可列出阀芯受力平衡方程将上式整理可得（1.36）因此系统压力在溢流阀的控制作用下能保持基本恒定(h<<χo，h可忽略不计，p=kχ0／A)。调节调压弹簧的预压缩量X0就可调节溢流阀进油口处压力。

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（2）溢流阀的结构溢流阀按其结构原理可分为直动型和先导型两种。

l）直动型溢流阀。图1-39a为P型直动型溢流阀。图1-39

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2)先导型溢流阀。图1-40a为Ｙ型先导型溢流阀

图1-40

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在先导型溢流阀中，先导阀用于调节压力，主阀用于控制溢流阀口的启闭而稳定压力。图1－40b所示为先导型溢流阀的图形符号。（3）溢流阀的应用

l)起溢流调压作用。

2)起安全保护作用。

3)起卸荷作用。

4)起背压阀作用。

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如图1-41所示溢流阀的应用

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2.顺序阀顺序阀可利用系统压力变化来控制其阀口启闭，从而实现对各执行元件动作顺序的控制。顺序阀和溢流阀一样，也有直动型和先导型两种结构。当顺序阀是利用外来的控制油液控制阀口启闭时，就称为液控顺序阀。图1-42a为直动型顺序阀，图1-42b为先导型顺序阀。顺序阀的工作原理和溢流阀相似，其主要区别在于，溢流阀的出油口接油箱，而顺序阀的出油口接执行元件，即顺序阀的进、出油口均通压力油，因此它的泄油口要单独接油箱。

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图1-42顺序阀

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图1-43是一个定位夹紧油路，要求先定位后夹紧。当换向阀左位接入油路时，压力油首先进入定位缸下腔，完成定位动作碰到死挡铁以后，系统压力升高，达到顺序阀调定压力时，顺序阀打开，压力油才能经顺序阀进入夹紧缸下腔，实现液压夹紧。图1-43

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３.减压阀减压阀主要用来使液压系统某一支路获得较系统压力低的稳定压力。按工作原理，减压阀也有直动型和先导型之分，一般多采用先导型减压阀。二、压力控制阀控制油液压力高低或利用压力变化实现某种动作的控制阀通称为压力控制阀。它们的共同工作原理是利用阀芯上的液压力和弹簧力保持平衡来进行工作。常用的有控制压力的溢流阀、减压阀和压力控制的顺序阀、压力继电器等。1.溢流阀溢流阀的用途有多种，其主要用途是在溢流的同时使系统压力得到调整并保持基本恒定。（l）溢流阀的工作原理

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图1-44a为J型先导型减压阀。它在结构上和Y型先导型溢流阀类似，也由先导阀和主阀两部分组成。b为直动型减压阀的图形符号，也是减压阀的一般符号，c为先导型减压阀的图形符号。图1-44

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减压阀是调整并稳定其出口压力的，而溢流阀是调整并稳定其进口压力的。减压阀在夹紧系统、控制系统和润滑系统中应用最多。图1-45是减压阀用于夹紧油路的原理图。

图1-45

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4.压力继电器压力继电器是将压力信号转变为电信号的液电信号转换元件，它利用液压系统压力的变化来控制电路的通、断，以实现自动控制或安全保护等。压力继电器种类很多，图1-46a为常用的DP-63型压力继电器。控制油口Ｋ接到需要取压力信号的油路上。

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图1-46DP-63型压力继电器

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三、流量控制阀流量控制阀可通过改变阀口通流面积来调节其流量，以控制液压缸和液压马达的运动速度。流量控制阀主要有节流阀、调速阀。

1.节流阀

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图1-47a为L型节流阀(板式).这种节流阀的节流孔口是轴向三角槽式，压力油从进油口P1进入经孔b、阀芯1左端轴向三角槽、孔ａ和出油口Ｐ２流出。旋转手柄３，利用推杆２使阀芯作轴向移动，便可改变节流孔口通流面积。图1-47

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2.调速阀由于节流阀前后压力差随负载变化而变化，会引起通过节流阀的流量变化，使执行元件的运动速度不稳定。在速度稳定性要求较高时，不宜采用节流阀，常采用调速阀。调速阀是在节流阀的基础上，由定差减压阀和节流阀串联而成。，定差减压阀能自动保持节流阀前后压力差不变，相应节流阀前后压力差不受负载影响，从而通过节流阀的流量也基本为定值。

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图1-48a为调速阀的工作原理图.压力为p1的油液经定差减压阀阀口后压力降为p２，再进入节流阀、定差减压阀阀芯小端和大端左腔，通过节流阀后压力为p3的油液又通定差减压阀阀芯大端右腔。阀芯左端总的有效工作面积和右端有效工作面积相等。若略去阀芯所受摩擦力、重力和液动力，则阀芯受力平衡方程为

（１．37）

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图1-48调速阀的工作原理图

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图1-49表示通过节流阀和调速阀的流量q与阀进、出油口压力差ΔP的关系。图1-49

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四、其它液压控制阀电液比例控制阀、电液数字控制阀等是近年来发展的新型液压控制元件。

1.电液比例控制阀(简称比例阀)普通液压控制阀的特点是手动调节和开关式控制。开关式控制阀的输出参数在阀处于工作状态下是不可调节的。比例阀是以比例电磁铁(比例电磁铁的吸力与通过其线圈的直流电流成正比)取代普通液压阀的手调装置(或普通电磁铁)。

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（1）比例溢流阀用比例电磁铁取代先导型溢流阀的手动调节装置，便构成比例溢流阀，图1-50a、b为比例溢流阀的结构和图形符号。图1-50

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（2）比例调速阀用比例电磁铁取代调速阀中的手动调节装置。便构成比例调速阀，图1-51a、b为比例调速阀的原理图和图形符号。图1-51

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2.电液数字控制阀用数字信号直接控制的液压阀，称为电液数字控制阀，简称数字阀。由于计算机技术日益得到广泛应用，用计算机对电液系统进行控制是今后液压技术发展的必然趋势。数字阀可直接与计算机接口，不需要Ｄ／Ａ转换器。与伺服阀、比例阀相比，具有结构简单，工艺性好，价格低廉，抗污染能力强，重复性好，工作稳定可靠，功耗小等优点。

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图1-52为增量式数字流量控制阀。计算机发出电信号后，步进电机l转动，通过滚珠丝杠2转化为轴向位移，带动节流阀阀芯3移动。图1-52第一章液压传动系统

第五节液压辅助元件

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液压辅助元件包括油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计及压力计开关、油箱等。除油箱通常需要自行设计外，其余均为标准件。辅助元件对系统工作稳定性、效率和寿命等有重要关系。一、过滤器过滤器是过滤油液中的各种杂质，以免它们进入液压传动系统和精密液压元件内，影响系统的正常工作或造成故障。

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不同液压系统对油液的过滤精度要求不同，过滤器的过滤精度系指其对各种不同尺寸粒子的滤除能力。绝对过滤精度是指能通过滤芯的最大坚硬球形粒子的尺寸。我国目前按绝对过滤精度将过滤器分为粗(d≥100m)、普通(d1O～10Om)、精(d5～10m)和特精(dl～5m)四个等级。按滤芯的材料和结构形式不同，可分为网式、线隙式、烧结式、纸芯式及磁性过滤器等。

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1.网式过滤器图1-53为网式过滤器。它由上盖l、下盖4、铜丝网2以及开有若干大孔的筒形骨架3组成。它结构简单，通油能力大，压力损失小，但过滤精度低(一般为80～18Om)，用于吸油管路对油液进行粗过滤。图1-53

流体力学基本概念液压泵液压缸与液压马达

液压控制元件

液压辅助元件液压基本回路

液压传动系统

2.线隙式过滤器图1-54为线隙式过滤器。它由发信号装置l、端盖2、壳体3、筒形骨架4和铜线5等组成。图1-54

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液压控制元件

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液压传动系统

3.烧结式过滤器图1-55为烧结式过滤器。它的滤芯一般由金属粉末压制后烧结而成，靠其颗粒间的孔隙过滤油液。

图1-55

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