课件流体传动与控制

流体传动与控制

机械电子工程系杜彦亭绪论

什么是流体传动

液压传动——利用液体压力能传递动力液体传动液力传动——利用液体静流动动能传递动力流体传动

气压传动——利用气体压力能传递动力气体传动气力传动——利用气体静流动动能传递动力第一节、流体传动的工作原理

一、液压传动的工作原理二、气压传动的工作原理液压传动的工作原理

图1-1液压千斤顶工作原理图1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱液压传动的工作原理液压传动的工作原理图1-2机床工作台液压系统工作原理图1—工作台2—液压缸3—活塞4—换向手柄5—换向阀6，8，16—回油管7—节流阀9—开停手柄10—开停阀11—压力管12—压力支管13—溢流阀14—钢球15—弹簧17—液压泵18—滤油器19—油箱

气压传动的工作原理

气压传动的工作原理与液压传动的工作原理相似，不同的是液压传动的工作介质是液体，气压传动的工作介质是气体。第二节流体传动系统的组成

及其图形表示方式一、液压传动系统的组成及其图形表示方式二、气压传动系统的组成及其图形表示方式液压传动系统的组成1.能源装置。是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置——液压泵。2.执行装置。是把液压油的压力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，称为液压系统的执行元件。3.控制调节装置。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、开停阀等。4.辅助装置。上述三部分之外的其他装置，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。5.工作介质。传递能量的液体，即液压油等。图形表示方式1、结构原理式图形表示方式2.职能符号式

二.气压传动系统的组成

气压传动系统的组成与液压传动系统的组成也是相似的。1.能源装置。是供给气压系统压缩空气的装置，把机械能转换成压力能的装置——空气压缩机。2.执行装置。是压力能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的气缸，有作回转运动的气马达，称为气压系统的执行元件。3.控制调节装置。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。如压力阀、流量阀、方向阀等。4.辅助装置。上述三部分之外的其他装置，例油雾器，滤油器，管道等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。5.工作介质。传递能量的气体，即压缩空气。图形表示方式

气压传动系统的图形表示方式与液压传动系统的图形表示方式也是相似的第三节流体传动的优、缺点

一.液压传动的优、缺点二．气压传动的优、缺点

液压传动的优点

1、液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。2、可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。3、传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。

液压传动的优点

4、液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，此使用寿命长。5、液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。6、由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。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。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，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它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。总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。气压传动的优点

1、空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。

2、空气的粘度很小，在管道中的压力损失较小，因此便于集中供气和远距离输送。

3、压缩空气的工作压力较低(一般为0.3－0.8MPa)，因此，对气动元件的材质要求较低。

4、气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。

5、利用安全，没有防爆的问题，并且便于实现过载自动保护。

6、气动元件采用相应的材料后，能够在恶劣的环境(强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等)下进行正常工作。气压传动的缺点1．气动装置中的信号传递速度较慢，仅限于声速的范围内。所以气动技术不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。

2．由于空气具有可压缩性较大的特性，因而运动速度的稳定性较差。

3．气动系统工作压力较低，结构尺寸又不宜过大，因而气压传动装置的总推力一般不可能很大。

4．目前气压传动的效率较低。第四节流体压力传动的应用

一．液压传动的应用二．气压传动的应用

一．液压传动的应用

在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：1．进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。2．往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。

液压传动的应用

3．仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。

4．辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。

5．静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。液压传动在其它机械工业部门的应用工程机械：挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械：汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械：凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械：打桩机、液压千斤顶、平地机等液压传动在其它机械工业部门的应用农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等

气压传动的应用

气压传动的应用主要用于小功率、不能有污染的情况，如电子、食品、医药等工业。第一章流体传动工作介质与力学基础

液压传动和气压传动分别是以液体气体为工作介质，来实现能量的转换、传递及控制。因此，我们必须了解其基本性质。此外，流体力学的研究对象是流体，研究流体的宏观运动和平衡规律以及流体与固体的相互作用。液压流体力学是流体力学的一个组成部分，主要研究液体与液压组件间的相互作用规律。因此，液压流体力学是液压传动专业的技术基础知识。1-1工作介质

液压传动和气压传动都是以流体为工作介质，来实现能量的转换、传递及控制。因此，我们必须了解其基本性质。一、液压传动的工作介质

液压油是液压传动系统中的传动工作介质，除起传动作用外，还对液压系统的元件起着润滑、冷却和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。因此，合理的选用液压油也是很重要的。1.液压油的分类

普通液压油专用液压油石油基液压油抗磨液压油高粘度指数液压油液压油的分类

合成液压油——磷酸酯液压油难燃液压油水——乙二醇液压油含水液压油油包水乳化液乳化液水包油乳化油（1）石油基液压油

石油基液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性能的添加剂而成。添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。不同工作条件要求具有不同性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。（2）磷酸脂液压油

磷酸脂液压油是难燃液压油之一。它的使用范围宽，可达-54～135℃。抗燃性好，氧化安定性和润滑性都很好。缺点是与多种密封材料的相容性很差，有一定的毒性。（3）水-—乙二醇液压油

水-—乙二醇液压油由水、乙二醇和添加剂组成，而蒸馏水占35％～55％，因而抗燃性好。这种液体的凝固点低，达-50℃，粘度指数高（130～170），为牛顿流体。缺点是能使油漆涂料变软。但对一般密封材料无影响。（4）乳化液

乳化液属抗燃液压油，它由水、基础油和各种添加剂组成。分水包油乳化液和油包水乳化液，前者含水量达90％～95％，后者含水量大40％。2.液压油的物理特性1.密度ρ2.重度γ3.液体的可压缩性

4.流体的粘性1）密度

一般矿物油的密度为850～950。2）重度

而，故

一般矿物油的重度为8400～9500。3）液体的可压缩性

液体体积随压力变化而变化。在一定温度下，每增加一个单位压力，液体体积的相对变化值，称为液体的压缩性。压缩性大小用压缩系数表示，即式中，为压力变化值；为在作用下液体体积变化值；V为液体压缩前的体积；负号表示压力增加时，液体体积的减小。液体的可压缩性

压缩系数描述了在压力增量作用下，液体的压缩程度。在液压传动中，常以的倒数K表示油液的压缩性，即式中，K为液体的体积弹性系数。相对气体而言，液体压缩性小，体积弹性系数大。4）液体的粘性

液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。粘性的大小可用粘度来衡量，粘度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理性质。（1）牛顿内摩擦定律

流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比，而与此二流体层间的距离dz成反比，即：以表示切应力，则有：式中：μ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度；du/dz表示流体层间速度差异的程度，称为速度梯度。

牛顿内摩擦定律

上式是液体内摩擦定律的数学表达式。当速度梯度变化时，μ为不变常数的液体称为牛顿液体，μ为变数的液体称为非牛顿液体。除高粘性或含有大量特种添加剂的液体外，一般的液压用液体均可看作是牛顿液体。（2）粘性的测试单位

油液粘性的大小用粘度来表示。液体粘度可用动力粘度、运动粘度和相对粘度三种形式来量度。①动力粘度μ

动力粘度表示流体的粘性即内摩擦力的大小。动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dz=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：动力粘度的国际(SI)计量单位为牛顿·秒/米2，符号为N·s/m2，或为帕·秒，符号为Pa·s。②运动粘度ν

运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值：式中：ν为液体的动力粘度，m2/s；ρ为液体的密度，kg/m3。运动粘度的SI单位为米2/秒，m2/s。还可用CGS制单位：斯(托克斯)，St斯的单位太大，应用不便，常用1%斯，即1厘斯来表示，符号为cSt，故：

1③相对粘度

相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。相对粘度又称条件粘度。各国采用的相对粘度单位有所不同。有的用赛氏粘度，有的用雷氏粘度，我国采用恩氏粘度。恩氏粘度的测定方法如下：测定200cm3某一温度的被测液体在自重作用下流过直径2.8mm小孔所需的时间tA，然后测出同体积的蒸馏水在20℃时流过同一孔所需时间tB(tB=50～52s)，tA与tB的比值即为流体的恩氏粘度值。恩氏粘度用符号°E表示。被测液体温度t℃时的恩氏粘度用符号°Et表示。°Et=tA/tB

相对粘度

工业上一般以20℃、50℃和100℃作为测定恩氏粘度的标准温度，并相应地以符号°E20、°E50和°E100来表示。知道恩氏粘度以后，利用下列的经验公式，将恩氏粘度换算成运动粘度。

ν=7.31°E-6.31/°E×10-6

为了使液体介质得到所需要的粘度，可以采用两种不同粘度的液体按一定比例混合，混合后的粘度可按下列经验公式计算。

°E＝[a°E1+b°E2-c(°E1-°E2)]/100

式中：°E为混合液体的恩氏粘度；°E1，°E2分别为用于混合的两种油液的恩氏粘度，

°E1＞°E2；a，b分别为用于混合的两种液体°E1、°E2各占的百分数，a+b=100；c为与a、b有关的实验系数（3）压力对粘度的影响

一般情况下，压力对粘度的影响比较小，在工程中当压力低于5MPa时，粘度值的变化很小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，粘度值的变化就不能忽视。在工程实际应用中，当液体压力在低于50MPa的情况下，可用下式计算其粘度：

Vp=ν0(1+αp)

式中：νp为压力在p(Pa)时的运动粘度；ν0为绝对压力为1个大气压时的运动粘度；p为压力(Pa)；α为决定于油的粘度及油温的系数，一般取α=(0.002～0.004)×10-5，1/Pa。（4）温度对粘度的影响。

液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。不同种类的液压油，它的粘度随温度变化的规律也不同。我国常用粘温图表示油液粘度随温度变化的关系。对于一般常用的液压油，当运动粘度不超过76mm2/s，温度在30～150℃范围内时，可用下述近似公式计算其温度为t℃的运动粘度：

νt=ν50(50/t)n

式中：νt为温度在t℃时油的运动粘度；ν50为温度为50℃时油的运动粘度；n为粘温指数。粘温指数n随油的粘度而变化，其值可参考表2-2。3.液压系统对液压油的要求

液压油是液压传动系统的重要组成部分，是用来传递能量的工作介质。除了传递能量外，它还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工作。从液压系统使用油液的要求来看，有下面几点：

液压系统对液压油的要求1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为：ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s(2～5°E50)2.润滑性能好在液压传动机械设备中，除液压元件外，其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。为了改善液压油的润滑性能，可加入添加剂以增加其润滑性能。3.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。液压系统对液压油的要求4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性5.对金属材料具有防锈性和防腐性6.比热、热传导率大，热膨胀系数小7.抗泡沫性好，抗乳化性好8.油液纯净，含杂质量少9.流动点和凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度)和燃点高此外，对油液的无毒性、价格便宜等，也应根据不同的情况有所要求。4.液压油的选用

正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种牌号来选用液压油，根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。在选用液压油时，粘度是一个重要的参数。粘度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。所以，在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用粘度较高的液压油，否则相反。液压油的选用

液压油的牌号(即数字)表示在40℃下油液运动粘度的平均值(单位为cSt)。原名内为过去的牌号，其中的数字表示在50℃时油液运动粘度的平均值。但是总的来说，应尽量选用较好的液压油，虽然初始成本要高些，但由于优质油使用寿命长，对元件损害小，所以从整个使用周期看，其经济性要比选用劣质油好些。5.液压油的污染和防护

液压油是否清洁，不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命，而且直接关系到液压系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关，因此控制液压油的污染是十分重要的。1.油液污染的危害

液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件里，会使元件的滑动部分磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从而造成液压系统的故障。水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。2.液压油被污染的原因1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。2)外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。

3.防止污染的措施

造成液压油污染的原因多而复杂，液压油自身又在不断地产生脏物，因此要彻底解决液压油的污染问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油的污染度控制在某一限度以内是较为切实可行的办法。对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：一是防止污染物侵入液压系统；二是把已经侵入的污染物从系统中清楚出去。污染控制要贯穿于整个液压装置的设计、制造、安装、使用、维护和修理等各个阶段。为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施1)使液压油在使用前保持清洁

液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买来的液压油看上去很清洁，其实很“脏”，必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。2)液压系统在装配后、运转前保持清洁

液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净，液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好用系统工作中使用的油液清洗，清洗时油箱除通气孔(加防尘罩)外必须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。3)液压油在工作中保持清洁。

液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防止工作中空气和水分的侵入，为完全消除水、气和污染物的侵入，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器，防止尘土、磨料和冷却液侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶囊。4)选用合适的滤油器

这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中选用不同的过滤方式，不同的精度和不同的结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。5)定期更换液压油

更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后注入新油。6)控制液压油的工作温度

液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限，一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，机床液压系统则应控制在55℃以下。二、气压传动的工作介质

空气是气压传动及控制的工作介质。1．空气的组成

自然界的空气是由若干种气体混合组成的，其主要成分是氮(N2)和氧(O2)，其他气体所占比例很小。因此，空气中常含有一定量的水蒸气的空气称为湿空气。大气中的空气基本上都是湿空气。当在一定的压力和温度下，空气中所含有水蒸气达到最大可含量时，这种空气称为饱和湿空气。不含有水蒸气的空气称为干空气。基准状态下(即温度t＝0℃、压力p＝0.1013MPa)，干空气的组成如表1-13所示。干空气的组成成分氮(N2)氧(O2)氩(Ar)二氧化碳(CO2)其他气体体积分数(%)78.0320.950.9320.030.078质量分数(%)75.5023.101.280.0450.075

空气的全压力是指其各组成气体压力的总和，各组成气体的压力称为分压力，它表示这种气体在相同温度下，独占空气总容积时所具有的压力。2．空气的性质1）密度空气具有一定质量，常用密度ρ表示单位体积内空气的质量。空气的密度与温度、压力有关。因此，干空气密度计算式为湿空气的密度计算式为

2）粘性空气的粘度受温度影响较大，受压力影响甚微，可忽略不计。3）压缩性和膨胀性气体因分子间的距离大，内聚力小，故分子可自由运动。因此，气体的体积容易随压力和温度发生变化。气体体积随压力增大而减小的性能称为压缩性；而气体体积随温度升高而增大的性质称为膨胀性。气体的压缩性和膨胀性都远大于液体的压缩性和膨胀性，故亚就气压传动时，应予考虑。气体体积随压力和温度的变化规律服从气体状态方程。4）湿空气湿空气不仅会腐蚀元件，还会对系统工作的稳定性带来不良影响。因此不仅各种元件对空气介质的含水量有明确规定，而且常采取一些措施防止水分被带入系统。（5）露点温度在保持压力不变的条件下，降低未饱和湿空气的温度，使其达到饱和状态时的温度称为露点温度(简称露点)。实际上，露点温度也就是与未饱和湿空气中水蒸气分压力ps相对应的饱和水蒸气的温度。因此，湿空气的温度冷却到露点温度以下，就会有水滴析出。采用降温法去除湿空气中的水分即是根据这个原理。（6）析水量气动系统中的工作介质，是由空气压缩机输出的压缩空气。湿空气被压缩后，压力、温度、绝对湿度都增加，当此压缩空气冷却降温时，其相对湿度增加，温度降低到露点温度后，便有水滴析出。每小时从压缩空气中析出水的质量称为析水量。3．空气的质量等级

随着科学技术的发展，气动元件日趋小型化、低功率化、其结构越来越精密；同时应用气动系统较多的医药、食品和微电子等行业对作业环境和污染控制都有严格的要求。这些都对气动系统的工作介质——空气的净化质量提出了越来越高的要求。为此，国际标准化组织制定了压缩空气的质量等级标准ISO8573.1，见表1-16。我国国家标准GB/T13277-1991与此等效。4．气体状态方程

气体的压力、温度和体积这三个参数表征气体处于某种状态。气体从一种状态变化到另一种状态称为状态变化。气体状态方程描述气体在状态变化以后或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程1）理想气体状态方程

不计粘性的气体称为理想气体。空气可近似视为理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，其状态方程为常数

理想气体状态方程适用于绝对压力不超过20MPa、热力学温度不低于253K的空气、氧气、氮气、二氧化碳气等；不适用高压状态和低温状态下的气体2）气体状态变化过程

（1）等容状态过程在气体的质量、体积保持不变(=常数)的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程状态方程为常数或式中T1、T2－分别为起始状态和终止状态下的热力学温度，单位为K；

p1、p2－分别为起始状态和终止状态下的绝对压力，单位为Pa。在等容过程中，气体对外不做功。因此，气体随温度升高，其压力和热力学能(即内能)均增加。（2）等压状态过程

在气体压力保持不变(p＝常数)的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等压过程。等压过程状态方程为常数或式中、－分别为起始状态和终止状态下的单位质量体积，单位为m3/kg。在等压过程中，气体的热力学能发生变化；气体温度升高，体积膨胀，对外做功。单位质量气体所作的膨胀功Wp为

单位质量气体获得或释放的热量Qp为

式中cp－质量定压热容，对于空气，cp＝1005。（3）等温状态方程

在气体温度保持不变(T=常数)的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为等温过程。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的气缸慢速运动、管道送气过程等。等温过程状态方程为常数或在等温过程中，气体的热力学能不发生变化，加入气体的热量全部变作膨胀功。单位质量气体所做的膨胀功WT为

（4）绝热状态过程

在气体与外界无热量交换条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为绝热过程。当气体状态变化很快时，可视为绝热变化过程，如气动系统的快速充、排气过程。在绝热过程中，气体靠消耗自身的热力学能对外做功，其压力、温度和体积三个参数均为变量。绝热过程状态方程为常数或常量或绝热状态过程

式中k－等熵指数(又称绝热指数)，；对于空气，k＝1.4。单位质量气体的膨胀功(或压缩功)Wf为（5）多变状态过程

在没有任何制约条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为多变过程。严格的讲，气体状态变化过程大多属于多变过程；等容、等压、等温、绝热这四种变化过程不过是多变过程的特例而已。

多变过程状态方程为常数或

式中n－多变指数；对于空气，1.4>n>1，在研究气缸的起动和活塞运动速度时，可取n＝1.2－1.25。单位质量气体所做的功W为3）气体流动基本方程

当气体流速较低时，流体运动学和动力学的三个基本方程，对于气体和液体是完全相同的。但当气体流速较高(v>5m/s)时，气体的可压缩性将对流体运动产生较大影响。下面介绍在这种情况下的气体流动基本方程。（1）可压缩气体的流量方程

根据质量守恒定律，气体在管道内作恒定流动时，单位时间内流过管道任一通流截面的气体质量都相等，即

式中

、－截面1、2处气体的密度；、－截面1、2的面积；、－截面1、2处气体的平均流速。上式就是可压缩气体的流量方程。第二章流体力学基础

本章介绍有关液压传动的流体力学基础，重点为液体静压方程、连续性方程、伯努力方程的应用，压力损失、小孔流量的计算。要求学生理解基本概念、牢记公式并会应用第一节液体静力学

液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此要研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其实际应用。所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动，至于液体本身完全可以和容器一起如同刚体一样做各种运动。因此，液体在相对平衡状态下不呈现粘性，不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力。本节主要讨论液体的平衡规律和压强分布规律以及液体对物体壁面的作用力

一、液体静压力及其特性

作用在液体上的力有两种类型：一种是质量力，另一种是表面力。质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，属于这种力的有重力、惯性力等。单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于重力加速度。表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。表面力可以是其他物体(例如活塞、大气层)作用在液体上的力；也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。对于液体整体来说，其他物体作用在液体上的力属于外力，而液体间作用力属于内力。由于理想液体质点间的内聚力很小，液体不能抵抗拉力或切向力，即使是微小的拉力或切向力都会使液体发生流动。因为静止液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以静止液体只能承受压力。

所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。液体内某质点处的法向力ΔF对其微小面积ΔA的极限称为压力p，即：

P＝limΔF/ΔAΔA→0

若法向力均匀地作用在面积A上，则压力表示为：

p＝F/A

式中：A为液体有效作用面积；F为液体有效作用面积A上所受的法向力。静压力具有下述两个重要特征：

1.液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。

2.静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。二、液体中压力的分布

静止液体内部受力情况可用图来说明。设容器中装满液体，在任意一点A处取一微小面积dA，该点距液面深度为h，距坐标原点高度为Z，容器液平面距坐标原点为Z0。为了求得任意一点A的压力，可取dA·h这个液柱为分离体〔见图(b)〕。根据静压力的特性，作用于这个液柱上的力在各方向都呈平衡，现求各作用力在Ｚ方向的平衡方程。微小液柱顶面上的作用力为p0dA(方向向下)，液柱本身的重力Ｇ＝γhdA(方向向下)，液柱底面对液柱的作用力为pdA(方向向上)，则平衡方程为：pdA=p0dA+γhdAp=p0+γh

分析上式可知：

1.静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力p0和液体自重而引起的对该点的压力γh。

2.静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点的压力相等，压力相等的所有点组成的面为等压面，很显然，在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。三、压力的表示方法及单位

液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力(表压力)、真空度三种表示方法。因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压力是高于大气压力的那部分压力。也就是说，它是相对于大气压(即以大气压为基准零值时)所测量到的一种压力，因此称它为相对压力或表压力。另一种是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝对压力。当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。如某点的绝对压力为4.052×104Pa(0.4大气压)，则该点的真空度为0.6078×104Pa(0.6大气压)。绝对压力、相对压力(表压力)和真空度的关系如下图所示。

理论上在标准大气压下的最大真空度可达10.33米水柱或760毫米汞柱。根据上述归纳如下：

(1)绝对压力＝大气压力+表压力

(2)表压力＝绝对压力-大气压力

(3)真空度＝大气压力-绝对压力压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍单位兆帕，符号MPa。1Mpa=105Pa四、帕斯卡原理

密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加Δp，则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp0也就是说，在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。这就是帕斯卡原理或静压传递原理。在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重(γh)所产生的压力大得多。因此可把式中的γh项略去，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。帕斯卡原理的应用

根据帕斯卡原理和静压力的特性，液压传动不仅可以进行力的传递，而且还能将力放大和改变力的方向。图所示是应用帕斯卡原理推导压力与负载关系的实例。图中垂直液压缸(负载缸)的截面积为A1，水平液压缸截面积为A2，两个活塞上的外作用力分别为F1、F2，则缸内压力分别为p1=F1/A1、p2=F2/A2。由于两缸充满液体且互相连接，根据帕斯卡原理有p1=p2。因此有：

F1=F2A1/A2

上式表明，只要A1/A2足够大，用很小的力F1就可产生很大的力F2。液压千斤顶和水压机就是按此原理制成的。如果垂直液压缸的活塞上没有负载，即F1=0，则当略去活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞也不能在液体中形成压力。这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动的一个基本概念五、液压静压力对固体壁面的作用力

在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为液体的压力p与受压面积A的乘积，其方向与该平面相垂直。如压力油作用在直径为D的柱塞上，则有F=pA=pπD2/4。

当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但相等。要计算曲面上的总作用力，必须明确要计算哪个方向上的力。图示为液压缸筒受力分析图。设缸筒半径为r，长度为l，求液压力作用在右壁部x方向的力Fx。在缸筒上取一微小窄条，其面积为dA=lds=lrdθ，压力油作用在这微小面积上的力dF在x方向的投影为：

dFx=dFcosθ=pdAcosθ=plrcosθdθ

在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为：

Fx=plrcosθdθ=2lrp

式中，2lr为曲面在x方向的投影面积。由此可得出结论：作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。这一结论。对任意曲面都适用。球面和锥面所受液压力分析。要计算出球面和锥面在垂直方向受力F，只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积A，然后再与压力p相乘，即：

F=pA=pπd2/4

第三节流体动力学

在液压传动系统中，液压油总是在不断的流动中，因此要研究液体在外力作用下的运动规律及作用在流体上的力及这些力和流体运动特性之间的关系。对液压流体力学我们只研究平均作用力和运动之间的关系。本节主要讨论三个基本方程式，即液流的连续性方程、柏努力方程和动量方程。它们是刚体力学中的质量守恒、能量守恒及动量守恒原理在流体力学中的具体应用。前两个方程描述了压力、流速与流量之间的关系，以及液体能量相互间的变换关系，后者描述了流动液体与固体壁面之间作用里的情况。液体是有粘性的，并在流动中表现出来，因此，在研究液体运动规律时，不但要考虑质量力和压力，还要考虑粘性摩擦力的影响。此外，液体的流动状态还与温度、密度、压力等参数有关。为了分析，可以简化条件，从理想液体着手，所谓理想液体是指没有粘性的液体，同时，一般都视为在等温的条件下把粘度、密度视作常量来讨论液体的运动规律。然后在通过实验对产生的偏差加以补充和修正，使之符合实际情况。3.1基本概念

1)理想液体与定常流动

液体具有粘性，并在流动时表现出来，因此研究流动液体时就要考虑其粘性，而液体的粘性阻力是一个很复杂的问题，这就使我们对流动液体的研究变得复杂。因此，我们引入理想液体的概念，理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。首先对理想液体进行研究，然后再通过实验验证的方法对所得的结论进行补充和修正。这样，不仅使问题简单化，而且得到的结论在实际应用中扔具有足够的精确性。我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。

当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度g表示为空间坐标和时间的函数，例如：压力p=p（x，y，z，t)

速度v=v（x，y，z，t)

密度=（x，y，z，t）

如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。但只要有一个运动参数随时间而变化，则就是非定常流动或非恒定流动。如果空间点上的运动参数p、υ及ρ在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。定常流动时

在图(a)中，我们对容器出流的流量给予补偿，使其液面高度不变，这样，容器中各点的液体运动参数p、υ、ρ都不随时间而变，这就是定常流动。在图2-9(b)中，我们不对容器的出流给予流量补偿，则容器中各点的液体运动参数将随时间而改变，例如随着时间的消逝，液面高度逐渐减低，因此，这种流动为非定常流动。2)迹线、流线、流束和通流截面

①迹线：迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。②流线：流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间曲线。在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。在非定常流动时，因为各质点的速度可能随时间改变，所以流线形状也随时间改变。在定常流动时，因流线形状不随时间而改变，所以流线与迹线重合。由于液体中每一点只能有一个速度，所以流线之间不能相交也不能折转。③流管：某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称流管。④流束：充满在流管内的流线的总体，称为流束。⑤通流截面：垂直于流束的截面称为通流截面。3)流量和平均流速

①流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。对微小流束，通过dA上的流量为dq,其表达式为：

dq=udA

q=

当已知通流截面上的流速u的变化规律时，可以由上式求出实际流量。②平均流速：

在实际液体流动中，由于粘性摩擦力的作用，通流截面上流速u的分布规律难以确定，因此引入平均流速的概念，即认为通流截面上各点的流速均为平均流速，用v来表示，则通过通流截面的流量就等于平均流速乘以通流截面积。令此流量与上述实际流量相等，得：

q==vA

则平均流速为：

v=q/A3)流量和平均流速

流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。

q=vA

平均流速为：

v=q/A4）流动状态、雷诺数

实际液体具有粘性，是产生流动阻力的根本原因。然而流动状态不同，则阻力大小也是不同的。所以先研究两种不同的流动状态。

1.流动状态——层流和紊流

2.雷诺数

液体流动时是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。

孔口和缝隙液流

在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的，它们有的用来调节流量，有的造成泄露而影响效率。不管是哪一种，都涉及到小孔或缝隙的流量问题。薄壁小孔

所谓薄壁小孔指小孔的长度和直径之比的孔，一般孔口边缘都做成刃口形式

短孔

短孔的流量公式仍是式，但流量系数应由图查出。短管的加工比薄管壁小孔容易，因此适合作固定节流器使用细长孔

流经细长孔的液流一般都是层流，所以细长孔的流量公式可以应用前面前面推导出，即。在这里，液体流经细长孔的流量和孔前后压差成正比，而和液体粘度成反比。油温变化时，液体的粘度变化使流经细长孔的流量发生变化。这一点是和薄壁小孔的特性不同的。

缝隙液流

（一）平行平板缝隙

液体通过平行平板缝隙时的最一般流动情况，是即受压差的作用，又受到平行平板间的相对运动作用，其计算图如图所示。图中为缝隙高度，和为缝隙宽度和长度，一般恒有和。平行平板缝隙的流量为

泄露造成的功率损失为

从上式可以看出，缝隙愈小，泄漏功率损失也愈小。但是，的减小会使液压元件中的摩擦功率损失增大，因此缝隙有一个使这两种功率损失之和达到最小的最佳值，并不是愈小愈好。（二）同心环形缝隙

图示为液体在同心环状缝隙的流动。当时，（相当于液压元件内配合缝隙的情况），可以将环形缝隙间的流动近似地看作是平行平板缝隙间的流动，从上式就可得这种情况下的流量公式。（三）偏心环形缝隙

图示为液体在偏心环形缝隙间的流动。设内外圆互相间的偏心量为在任意角度处的缝隙为。因缝隙很小，，可以把微元圆弧所对应的环形缝隙间的流动近似地看作是平行平板缝隙间的流动。

（四）圆环平面缝隙

图示为液体在静压支承中（例如轴向柱塞泵滑靴中）的平面缝隙流动

气穴现象

在流动的液体中，因某点处的压力低与空气分离压而使气泡大量产生的现象，称为气穴现象。气穴现象使液压装置产生噪声和振动，严重时会使金属表面受到腐蚀。为了说清这种现象的机理，必须先介绍一下液压的空气分离压和饱和蒸气压。空气分离压和饱和蒸气压

液压油液总是含有一定量的空气的。液压油液中所含空气体积的百分数称为它的含气量。空气可溶解在液压油液中，也可以气泡的形式混和在液压油液中。空气在液压油液中的溶解量和液压油液的绝对压力成正比。在一个大气压下石油型液压油液常温时约含有的溶解空气。溶解空气对液压油液的体积模量没有影响。。

在一定温度下，当液压油液压力值低于某值时，溶解在油液中的过饱和空气将会突然地迅速从溶液中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液压油液在该温度下的空气分离压。含有气泡的液压油液的体积模量将减小。气泡越多，液压油液的体积模量越小。而气泡再溶解到油中的过程并不很快，因此油液中混入的气泡要靠通过系统高压区来全部溶解是不太可能的

当液压油液在某温度的压力低于一定数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸汽气泡，这时的压力称为液压油液在该温度下的饱和蒸汽压。一般来说，液压油液的饱和蒸气压相当小，比空气分离压小得多。由此可见，要使液压油液不产生大量气泡，它的最低压力不得低于液压油液所在温度下的空气分离压。节流口处的气穴现象

当液流流到图示的节流口的喉部位置时，根据伯努利方程，该处的压力要降低。如该处压力低于液压油液工作温度下的空气分离压，溶解在油液中的空气将迅速地大量分离出来，变成气泡，产生气穴。

气穴发生时，液流的流动特性变坏，特别是当带有气泡的液压油液被带到下游高压部位时，周围的高压使气泡绝热压缩，迅速崩溃，局部可达到非常高的温度和冲击压力。例如在38℃下工作的泵，当泵的输出压力分别为6.8、13.6、20.4MPa时，气泡崩溃处的温度可达766℃、993℃、1149℃，冲击压力可以达到几百兆帕。这样的局部高温和冲击压力，一方面会使那里的金属疲劳，另一方面又使液压油液变黑，对金属产生化学腐蚀作用，因而使元件表面受到侵蚀、剥落，或出现海绵状的小洞穴。节流口下游部位常可发现这种腐蚀的痕迹。这种现象称为气蚀。在液压元件中，只要某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压，就会产生气穴现象。关于液压泵的气穴问题将在第三章中再进行叙述

减小气穴现象的措施

在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分离压，就会发生气穴现象。为了防止气穴现象的产生，就要防止液压系统中的压力过度降低，具体措施有以下一些：

1）减小阀孔前后的压差，一般希望阀孔前后的压力比。

2）正确设计和使用液压泵（详见第三章）。

3）提高零件的抗气蚀能力——增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。液压冲击

在液压系统中，当管道中的阀门突然关闭或开启时，管内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为液压冲击。当阀门突然关闭时，阀门口的压力急剧上升，出现峰值，可能使液压元件和管道损坏，并伴有巨大的振动和噪声。而当阀门突然开启时，则使压力突然下降。这种突然开启所引起的冲击叫做直接液压冲击。如果阀门不是突然开闭，即其开闭时间大于（L为从阀门到较大容腔处的管长；C为压力波在管中的传播速度），则峰值压力较小，危害性也较小。这种情况下出现的冲击称为间接液压冲击。

除此之外，当采用液压传动的工作机械通过控制阀关闭液压缸的回油管使工作部件换向或制动时，运动部件的动能将在液压缸回油腔和管路内引起液压冲击。液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击。如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调，引起冲击。出现液压冲击时，液体中的瞬时峰值压力可以比正常工作压力大好几倍。虽然峰值压力比管道的破坏压力要小很多，但由于压力增长极快，足以使密封装置、管道或其它液压元件损坏。液压冲击还会使工作机械引起振动，产生很大噪声，影响工作质量。有时，液压冲击使某些元件（如阀、压力继电器等）产生误动作，导致设备损坏。管道内液流流速突变引起的液压冲击

（一）直接液压冲击如图所示，有一较大的容腔（如液压缸或蓄能器）和另一装有阀门的管道相连。容腔的体积较大，认为内中的压力P是恒定的。阀门开启时，管道内的液体以V流速流过。管道中的压力当不考虑损失时，也认为等于P。当阀门瞬时关闭时，管道中便产生液压冲击，液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。（二）间接液压冲击压力当阀门关闭或打开的时间大于时，压力升高或下降的值相对要小。由运动部件制动所产生的液压冲击

运动部件在制动时可产生液压冲击

减小液压冲击的措施1）尽可能延长执行元件的换向时间，如换向阀采用带锥度台肩的阀，可控制主阀芯的移动速度，从而控制了换向时间（见第五章）。

2）正确设计阀口，使运动部件制动时速度变化比较均匀。

3）在某些精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油路在换向阀回到中位时瞬时互通。

4）适当加大管径，使液流流速小于或等于推荐流速值。

5）采用橡胶软管。

6）在容易发生液压冲击的地方，设置卸荷阀或蓄能器。蓄能器不但缩短了压力波传播的距离，减小了相应的，还能吸收冲击压力。第二章液压泵和液压马达

液压泵是液压系统的能量转换装置，它将电动机或其它原动机传输的机械能转换成输到系统中去的油液压力能。液压马达是液压系统的一种执行装置（又称执行元件），它将输来油液的压力能转换成旋转运动的机械能。2.1液压泵和液压马达的特点及其分类

液压传动系统中使用的是液压泵和液压马达都是容积式的。

液压马达的工作原理，从原理上讲是把液压泵倒过来使用；输入一定流量的液压油，输出转速和转矩。在作用上它们是互逆的，有些液压泵可作液压马达使用，反之也是一样，当然它们在结构细节上有差异的。本章中将在介绍液压泵的基础上介绍一些液压马达的特性。作用和分类

液压泵和液压马达的作用液压泵是液压系统的能量转换装置，它将电动机或其他原动机传输的机械能转换成输到系统中去的油液压力能。液压马达是液压系统的一种执行装置（又称执行元件），它将输来油液的压力能转换成旋转运动的机械能。液压泵和液压马达的工作原理

液压传动系统中使用的是液压泵和液压马达都是容积式的。它们是通过一个密封的空间容积的变化来实现吸油和压油的。图示为一个单柱塞液压泵的工作原理。凸轮1旋转时，柱塞2载凸轮1和弹簧3的作用下在缸体中左右移动，柱塞右移时，缸体中的油腔（密封工作腔4）容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞左移时，缸体中的油腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6输到系统中去。它的输出流量的大小是由密封工作腔的容积变化大小来决定的。容积式液压马达的工作原理，从原理上讲是把容积式液压泵倒过来使用；输入一定流量的液压油，输出转速和转矩。在作用上它们是互逆的，大部分液压泵可作液压马达使用，反之也是一样，当然它们在结构细节上有差异的。本章中将在介绍液压泵的基础上介绍一些液压马达的特性。液压泵和液压马达的分类

液压泵（液压马达）按其在单位时间内所能输出（所需输入）液压体积可否调节而分为定量泵（定量马达）和变量泵（变量马达）两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式等。

压力、排量和流量

液压泵或液压马达的工作压力是指液压为了克服阻力所必须建立起来的压力，即实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出压力；对马达来说，则是指它的输入压力。液压泵（液压马达）额定压力是指泵（马达）在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力超过此值就是过载。液压泵（液压马达）的排量是指泵（马达）轴每转一转，由其密封容腔几何尺寸变化所算得的排出（输入）液体的体积，亦即在无泄漏的情况下，其轴转一转所能排出（所需输入）的液体体积。它的单位常用cm3/r或mL/r表示。压力、排量和流量

液压泵（液压马达）的理论流量（用表示）是指泵（马达）在单位时间内由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出（输入）的液体体积，亦即在无泄漏的情况下单位时间内所能作出（所需输入）的液体体积。泵（马达）的转速为时，液压泵（液压马达）的理论流量，它的单位常用m3/s或L/min表示。液压泵（液压马达）的额定流量是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下由泵输出（或输入到马达中去）的流量。因泵和马达存在泄漏，所以额定流量的值和理论流量是不同的。液压泵（液压马达）的理论流量与它输出（输入）油液的工作压力无关。

功率和效率

图示为液压泵和液压马达的能量转换示意图。对液压泵而言，输入是泵轴的输入转矩和转速（或角速度），输出是液体的压力和流量。液压马达则相反，输入是液体的压力和流量，输出是马达轴上的输出转矩和转速（或角速度）。如果不考虑液压泵（液压马达）在能量转换过程中的损失，则输入功率和输出功率相等。它们的理论功率是式中，T为液压泵（液压马达）的理论转矩，为泵（马达）的角速度，rad/s；n为转速，r/s；式中压力为p，流量q、排量的单位分别为N/m2、m3/S、cm3/r，理论功率的单位为N·m/s，即w。

功率和效率

液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。两者之间的差值即为功率损失，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩（主要是内泄漏）而造成的流量上的损失。对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量减小。设泵的流量损失为，则泵的容积损失可用容积效率来表征

功率和效率

泵内机件间的泄漏油液的液态可以看作为层流，可以认为流量损失和泵的输出压力为正比，即

式中k为泄漏系数。因此有

表明：泵的输出压力愈高，泄漏系数愈大，或泵的排量愈小，转速愈低，则泵的容积效率也愈低。功率和效率

对液压马达来说，输入液压马达的实际流量必然大于它的理论流量，即，它的容积效率

机械损失是指因摩擦造成的转矩上的损失。对液压泵来说，驱动泵的转矩总是大于其理论上需要的转矩的，设转矩损失为，则泵实际输入转矩，用机械效率来表征泵的机械损失时，有

功率和效率

对于液压马达来说，由于摩擦损失，使液压马达的实际输出转矩小于其理论转矩，它的机械效率为

液压泵的总效率是其输出功率和输入功率之比，可得

液压马达的总效率同样也是其输出功率和输入功率之比。这就是说，液压泵和液压马达的总功率都等于各自容积效率和机械效率的乘积。功率和效率

液压马达的输出功率为输出转矩为由于液压马达排量，则得

功率和效率

液压泵和液压马达的各个参数和压力之间的关系、以及无因次量与效率之间的关系如图所示，由图可见，在不同的工作压力下液压泵和液压马达的这些参数值都是不同的；而在不同的转速下液压泵和液压马达的效率值也是不同的（可见转速是不能随意变动的）。2.2齿轮泵

齿轮泵广泛地应用在各种液压系统中，它的主要优点是：结构简单，体积小，重量轻，制造方便，价格低廉，自吸性好，对污染不敏感，工作可靠，维修容易。其缺点是：一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄漏大，流量和压力脉动大和噪音大。1外啮合齿轮泵的工作原理

图示为外啮合齿轮泵的工作原理。在泵的壳体内有一对外啮合齿轮，齿轮两侧有端盖盖住（图中未示出）。壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于互相啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作腔容积逐渐增大，形成部分真空，邮箱中的油液被吸进来，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，油液进入左侧压油腔。在压油区一侧，由于齿轮逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去。吸油区和压油区是互相啮合的轮齿以及泵体分隔开的。外啮合齿轮泵的工作原理2流量计算和流量