学习情景 了解汽车液压传动基础知识

学习情景了解汽车液压传动基础知识第1页/共82页49-2第一阶段：从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓慢，几乎停滞。气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪产业革命开始，逐渐应用于各类行业中。第二阶段：上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。第三阶段：上世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域：从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有流体传动与控制技术。

液压技术发展与应用：第2页/共82页49-3

我国液压与气动技术从上世纪60年代开始发展较快，新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。希望在坐各位能用自己所学为我国的流体传动技术作出应有的贡献。发展应用：第3页/共82页49-4压力机第4页/共82页49-5磨床第5页/共82页49-6压床第6页/共82页49-7铣床第7页/共82页49-8组合机床第8页/共82页49-9汽车制动系统第9页/共82页49-10汽车液压制动系统第10页/共82页49-11混凝土搅拌车第11页/共82页49-12汽车气压制动系统第12页/共82页49-13液压翻斗车第13页/共82页49-14汽车起重机工作过程第14页/共82页49-15筑路机第15页/共82页49-16液压挖掘机第16页/共82页49-17挖掘机第17页/共82页49-18飞机第18页/共82页49-19船舶第19页/共82页49-20船闸第20页/共82页49-21港口机械第21页/共82页49-22注塑机液压系统第22页/共82页49-23自动生产线第23页/共82页49-24

气动机械手第24页/共82页49-25学习情景1了解汽车液压传动基础知识能力目标：●能正确分析汽车液压系统的原理及组成

●能识别常用汽车用液压油，并能正确选用知识要求：●了解汽车液压传动工作原理、组成、液压元件的图形符号

●了解汽车液压传动的特点及发展趋势

●掌握汽车液压传动的静力学和动力学基础知识●了解压力损失的基本概念液压冲击及气穴现象。技能要求：●正确认识汽车液压传动系统的各组成部分

●识别常用汽车液压油，并能正确选用返回第25页/共82页49-26学习情景1了解汽车液压传动基础知识任务1.1认识自卸汽车车厢举升机构液压系统

汽车液压系统组成、工作原理；图形符号任务1.2分析汽车减振器减振原理

液体静力学、动力学基础；液体流经孔口、缝隙特性返回第26页/共82页49-27任务1.1认识自卸汽车车厢举升机构液压系统【任务描述】自卸车第27页/共82页49-28任务1.1认识自卸汽车车厢举升机构液压系统【任务分析】图1-1自卸车车厢举倾机构a）自卸车b）自卸车车厢举倾机构液压系统1-油箱；2-虑油器；3-限压阀；4-换向阀芯；5-换向阀；6-液压缸；7-单向阀；8-液压泵；a、b-油道第28页/共82页49-29任务1.1认识自卸汽车车厢举升机构液压系统【任务准备】

1、汽车液压系统工作原理液压传动是利用液体的压力能来传递动力的一种传动形式，液压传动的过程是将机械能进行转换和传递的过程。1-小液压缸；2、3-单向阀；4-大液压缸；5-放油阀；6-油箱第29页/共82页49-30(1)动力元件：将机械能转换成液压能。液压泵。

(2)执行元件：将液压能转换成机械能。液压缸，液压马达。

(3)控制元件：对系统中的液压油进行压力、流量、方向的调节。压力、流量、方向控制阀。

(4)辅助元件：油箱、管路、过滤器等。

(5)工作介质：液压油2、液压传动系统组成第30页/共82页49-31（1）动力元件:液压泵－－能量转换，提供压力油图1-2自卸车车厢举倾机构工作原理图1—油箱2—滤油器3—限压阀4—换向阀芯5—换向阀6—液压缸7—单向阀8—液压泵a，b—油道第31页/共82页49-32动力元件的外形结构图。第32页/共82页49-33

（2）执行元件:液压马达、液压缸---能量转换，带动机构做功图1-2自卸车车厢举倾机构工作原理图1—油箱2—滤油器3—限压阀4—换向阀芯5—换向阀6—液压缸7—单向阀8—液压泵a，b—油道第33页/共82页49-34执行元件的外形结构图第34页/共82页49-35（3）控制调节元件:各种阀－控制压力、方向、流量图1-2自卸车车厢举倾机构工作原理图1—油箱2—滤油器3—限压阀4—换向阀芯5—换向阀6—液压缸7—单向阀8—液压泵a，b—油道第35页/共82页49-36控制元件的外形图

第36页/共82页49-37（4）辅助元件:过滤器、管路、密封件等－各种液压辅件图1-2自卸车车厢举倾机构工作原理图1—油箱2—滤油器3—限压阀4—换向阀芯5—换向阀6—液压缸7—单向阀8—液压泵a，b—油道第37页/共82页49-38辅助元件的外形结构图第38页/共82页49-39（5）工作介质：能量或信号的载体－液压油、液压液图1-2自卸车车厢举倾机构工作原理图1—油箱2—滤油器3—限压阀4—换向阀芯5—换向阀6—液压缸7—单向阀8—液压泵a，b—油道第39页/共82页49-40三、液压系统图形符号第40页/共82页49-41三、液压系统图形符号1-油箱；2-液压泵；3-单向阀；4-换向阀；5-限压阀；6-液压缸；7-过滤器第41页/共82页49-42任务1.2分析汽车减振器减振原理【任务描述】第42页/共82页49-43任务1.2分析汽车减振器减振原理【任务分析】

结合汽车减振器减振原理，掌握汽车液压传动的静力学和动力学基础知识。【知识准备】1、液体静力学基础理论

2、液体动力学基础

3、液体流经小孔及缝隙的流量—压力特性第43页/共82页49-441、液体静力学基础理论

流体静力学主要讨论的是液体在静止时的平衡规律以及这些规律在工程上的应用。这里所说的静止，是指液体内部质点之间没有相对运动，至于盛装液体的容器，不论它是静止的或是运动的，都没有关系。

(1)液体的压力

(2)静力学基本方程及物理意义

(3)压力的表示方法第44页/共82页49-45(1)液体的压力

液体单位面积上所受的法向力称为静压力。这一定义在物理学中称为压强，但在液压传动中习惯称为压力。静止液体的压力有如下特性：

1）液体的压力沿着内法线方向作用于承压面。

2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。第45页/共82页49-46(2)液体静压力基本方程

静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：一部分是液面上的压力，另一部分是该点以上液体自重所形成的压力。第46页/共82页49-47静压力基本方程式的物理意义压能位能

静止的液体内部任意点的能量由单位重量液体的位能和单位重量液体的压力能组成，两者的和为常数。第47页/共82页49-48(4)压力的表示方法

绝对压力；表压力；相对压力；真空度第48页/共82页49-492、液体动力学基础

本节主要讨论液体的流动状态、运动规律及能量转换等问题，具体地说主要有连续性方程、伯努利方程和动量方程三个基本方程。这些都是液体动力学的基础及液压传动中分析问题和设计计算的理论依据。（1）基本概念（2）连续性方程（3）伯努利方程第49页/共82页49-50

（1）基本概念①理想液体、恒定流动第50页/共82页49-51②流线、流束和通流截面

第51页/共82页49-52③流量和平均流速v第52页/共82页49-53（2）连续性方程

在管中作稳定流动的理想液体，既不能增多也不能减少，即符合物质不灭定律。因此在单位时间内通过任意截面的液体质量一定是相等的，此即液体的连续性原理。第53页/共82页49-54

物理意义：理想液体作恒定流动时具有压力能、位能和动能三种能量形式，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换，但三者之和为一定值，即能量守恒。（3）伯努利方程比压能

比位能

比动能

①理想液体的能量方程第54页/共82页49-55②实际液体的能量方程

实际液体在管道内流动时，由于液体存在粘性，会产生摩擦力而消耗能量；同时，管道局部形状和尺寸的变化，会使液流产生扰动，也消耗一部分能量。同时，引入速度分布不均匀修正系数，实际液体流动的伯努利方程为第55页/共82页49-563、液体流经小孔及缝隙的流量—压力特性

在液压系统中，常常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，从而达到调速和调压的目的。液压元件的泄漏也属于缝隙流动。因此，研究小孔或缝隙的流量计算，了解其影响因素，对正确分析液压元件和系统的工作性能、合理设计液压系统是很有必要的。（1）小孔流量—压力特性（2）缝隙流量—压力特性第56页/共82页49-57（1）小孔流量—压力特性

当小孔的长径比l/d<0.5时，称为薄壁孔。当l/d>4时，称为细长孔；当0.5<l/d<4时，称为短孔。它们的流量为薄壁孔：细长孔：

qV=KATΔpm

第57页/共82页49-58（2）液体流过缝隙的流量

在液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各零件之间，一般都存在缝隙（或称间隙）。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄，液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流态均为层流。缝隙流动有两种状况：一种是由缝隙两端的压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称剪切流动。这两种流动经常会同时存在。第58页/共82页49-59①液体流过平行平板缝隙的流量

液体流经平板缝隙流速计算的通式为：平板运动速度与压差作用下液体流向相同时取“＋”号，反之取“－”号。由上式可知，液体流经两固定平行平板缝隙的流量与缝隙的三次方成正比。这说明液压元件的间隙对泄漏的影响很大。第59页/共82页49-60②液体流过圆环缝隙的流量

在液压元件中，如液压缸的活塞和缸孔之间，液压阀的阀心和阀孔之间，都存在圆环缝隙。圆环缝隙有同心和偏心的两种情况，它们的流量公式不同。第60页/共82页49-61流过同心圆环缝隙的流量第61页/共82页49-62流过偏心圆环缝隙的流量

当时，它就是同心圆环缝隙的流量公式；当时，即在最大偏心情况下，其压差流量为同心圆环缝隙压差流量的2.5倍。第62页/共82页49-63任务1.2分析汽车减振器减振原理【任务实施】

如果减振器的活塞在50N冲击力的作用下向上移动，将筒内的油液经过0.05mm的缝隙排到下腔中，在此过程，缝隙对液流起到阻尼作用，从而达到减振作用。设活塞和缸筒处于同心状态，缝隙长70mm，活塞直径20mm，油的黏度，计算活塞上升0.1m所需时间？a）实物图b）结构图第63页/共82页49-64【知识拓展】1.汽车液压传动的特点2.汽车液压系统常用液压油3.液压冲击及气穴现象4.液体流动压力损失第64页/共82页49-651.汽车液压传动的特点（1）汽车液压系统结构紧凑、元件组合性强，有时具有非系统性。（2）与电气结合，能够适宜汽车的运行状况进行控制。（3）广泛地与微电子技术和计算机技术相结合，成为控制系统执行单元。向着精密、复杂、耐用、灵敏、高可靠性的方向发展。（4）适合大、中型车传动要求，工作更加可靠、操作更加方便、舒适，且性能稳定，无泄漏。（5）向着供给精确、稳定、可靠，无泄漏、无污染的方向发展。（6）向着精度高、组合（多元件功能）性强、工作灵敏、安全可靠、寿命长的方向发展。第65页/共82页49-661、优点：

1）功率密度大：功率密度约为电机的8～10倍

2）大范围无级调速、方便、速比大：100：1～2000：13）易于实现直线往复运动

4）易于实现自动化和远程控制

5）布置方便，实现柔性布置

6）液压元件大部分实现了标准化、系列化、通用性好等四、液压传动的优缺点第66页/共82页49-672、缺点:1）传动比不准确----液压油的可压缩性和泄漏等；2）效率低----机械摩擦,液体摩擦,泄漏损失；3）受环境影响大----油温的变化；4）为减少泄漏,零件制造精度高,成本高；5）要求有单独的能源；6）发生故障后,不易检查和排除；第67页/共82页49-682、汽车液压系统常用液压油

随着汽车技术的发展，现代汽车上的许多机构，广泛采用了液压传动。如自动变速器、液压制动系统、液压式动力转向系统、液压减振器、自动倾卸机构等均采用液压传动装置。为保证汽车液压系统的正常工作，必须根据各自机构的工作特点选取不同类型的液压油。如汽车自动变速器所用的液压油，其工作温度一般为50℃～80℃，工作压力一般为0.5～1MPa。在其所使用的液压油中往往添加抗氧化剂、抗磨剂等。第68页/共82页49-69(1)液力传动油

汽车液力传动油又称自动变速器油（ATF，AutomaticTransmissionFluid），通用型液力传动油呈紫红色，有些呈淡黄色等。它是汽车自动变速器和动力转向系统中的工作介质。它不仅起到传递力的作用，而且还起着对齿轮、轴承等摩擦副的润滑、冷却作用。国外分类国内分类应用PTF-18号轿车、轻型货车的自动变速器PTF-26号重型货车、履带车、农用车、越野车的自动变速器PTF-3农业及建筑机械的液力传动系统第69页/共82页49-70液力传动油使用中的注意事项（1）注意保持油温正常，油量够用，使用寿命（一般在2000h以上），保持油液清洁。（2）不能使用任何认为与液力传动油“相当”的油种。（3）新机器或大修后机器的油易脏，需在初次运行50～100h和300～500h进行第一次和第二次换油。第70页/共82页49-71(2)汽车制动液

刹车油，一种用于汽车液压制动系统或离合器液压操纵机构中传递液压力的工作介质。要求制动液必须安全可靠、质量高、性能好，并且要在各种条件下四季通用。制动液按其组成和特性不同，一般分为醇型、矿物油型和合成型制动液三类。我国按照国家标准GB12981——2003《机动车辆制动液》将汽车用制动液分成HZY3、HZY4、HTY5三种产品。

第71页/共82页49-72(3)其它类型液压油

汽车液压系统使用的液压油如无特殊要求的，可按国家标准规定的润滑剂和有关产品（L类）中的H组（液压系统）分类来选取，汽车液压系统常用的液压油品种主要有：L—HL、L—HM、L—HV和L—HR液压油等。第72页/共82页49-733.液压冲击及气穴现象

（1）液压冲击在液压系统中，由于某种原因，系统的压力在某一瞬间会突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。第73页/共82页49-74危害

当系统产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时要比正常工作压力大很多倍。这往往会引起机械振动，产生噪声，使管接头松动；有时还会引起某些液压元件的误动作，降低系统的工作性能。严重时会造成油管、密封装置及液压元件的损坏；产生空穴、气蚀现象。第74页/共82页49-75减小液压冲击的措施

主要措施有：

1）延长换向阀换向时间。实践证明，运动部件制动换向时间若能大于0.2s,冲击就会大为减轻。

2）在液压元件结构上采取一些措施，如在液压缸中设置节流缓冲装置，以减小流速的突然变化。

3）在易产生液压冲击的地方，设置溢流阀或蓄能器。

4）尽量缩短管路长度，减少管路弯曲，采用橡胶软管。第75页/共82页49-76（2）空穴现象

在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为空穴现象。空穴多发生在阀口和液压泵的进口处。由于阀口的通道狭窄，液流的速度增大，压力则大幅度下降，以致产生空穴。当泵的安装高度过大，吸油管直径太小，吸油阻力太大，或泵的转速过高，造成进口处真空度过大时，亦会产生空穴。第76页/共82页49-77危害1)形成无数微小范围内的液压冲击，这将引起噪声、振动等有害现象。

2)由于析出空气中有游离氧，对零件具有很强的氧化作用，引起元件的腐蚀。这些称之为气蚀作用。

3)空穴现象使液体中带有一定量的气泡，从而引起流量的不连续及压力的波动。严重时甚至断流，使液压系统不能正常工作。

第77页/共82页49-78预防空穴发生的措施1)减小孔口或缝隙前后的压力降。一般希望孔口或缝隙前后的压力比值p1/p2<3.5。

2)降低泵的吸油高度，适当加大吸油管直径，限制吸油管的流速，尽量减小吸油管路中的压力损失(如及时清洗过滤器或更换滤芯等)。对于自吸能力差的泵要安装辅助泵供油。

3)管路要有良好的密封，防止空气进入。

4)提高液压零件的抗气蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度值。第78页/共82页49-794、管路中液体压力损失

实际液体具有粘性，流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，通常称为压力损失。压力损失可分为两类：沿程压力损失和局部