第1章 液压与气压传动之绪论

液压与气压传动德州学院机电工程系卫江红2023/9/13学分3学时54（包含12学时实验）教材：姜继海等《液压与气压传动》高等教育出版社孙如军等《液压与气压传动》清华大学出版社重要的技术基础课、必修的专业基础课。掌握液气压传动技术基本的概念、理论和方法及其在控制工程中的应用能分析阅读中等复杂的液气压传动图，并对其进行初步的设计和验算会选择标准元件和设计非标准元件以有压流体为能源介质来实现各种机械的传动和控制。性质：目的要求：研究对象：第1章

绪论基本要求:掌握液压与气压传动系统的原理、组成了解液压与气压传动的特点及应用发展了解液压与气压传动的工作介质

重点难点:

液气压传动的原理、组成和特点机器原动机传动部分控制部分工作机构机械传动电气传动流体传动复合传动是指以流体为工作介质，在密闭容器中实现能量转换、传递和控制的装置。（1）气体传动：以气体为工作介质的流体传动。流体传动——包括：（2）液体传动：以液体为工作介质的流体传动。

①液力传动：主要是利用液体的动能冲击工作机械，使之运转和进行能量转换。

②液压传动：利用液体的压力能使执行元件（油缸或油马达）的容积发生变化而做功，称为容积式液压传动，简称液压传动。液体传动——目录1.1液气压传动系统的工作原理和组成1.2液气压传动的特点1.3液气压传动概况1.4液气压传动工作介质概述1.1液气压传动系统的工作原理和组成一、工作原理液压和气压传动的工作原理完全相似，都是基于“静压传递原理”

来工作的。举例一：

液压千斤顶

常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎……大活塞杠杆小活塞大缸体油管放油阀油箱小缸体液压千斤顶的工作过程单向阀1单向阀2举例二：

磨床工作台液压系统

磨床工作时，要求其工作台水平往复运动。1-油箱；2-过滤器；3,12,14-回油管；4-液压泵；5-弹簧；6-钢球；7-溢流阀；8,10-压力油管；9-手动换向阀；11,16-换向手柄；13-节流阀；15-换向阀；17-活塞；18-液压缸；19-工作台

磨床工作台液压系统（a）活塞右行液压泵4由电动机驱动旋转，从油箱1中吸油。油液经滤油器2进入液压泵4，液压泵输出的压力油经管10、开停阀9、节流阀13、换向阀15进入液压缸18左腔，推动活塞17和工作台19向右移动。液压缸18右腔的油液可经换向阀15和回油管14排回油箱。当手动换向阀15换向后（b位置），液压油进入液压缸18的右腔，推动活塞17和工作台19向左移动。

当节流阀开大时，进入液压缸18的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。

（b）活塞左行将换向阀手柄16转换成C位置，液压泵4输出的油液全部经溢流阀7和回油管3排回油箱，不输送到液压缸中去，这时工作台停止运动，而系统保持溢流阀调定的压力。（c）系统保压（d）系统卸荷如果将开停手柄11转换成d位置，液压泵4输出的油液将经开停阀9和回油管12排回油箱，这时工作台就停止运动，而液压传动系统卸荷。（e）过载溢流磨床工作台工作过程利用流体（液压油或压缩空气）作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过流体内部的压力来传递动力。工作原理：二、系统组成动力装置执行机构控制调节装置工作介质辅助装置动力装置执行机构工作介质工作介质辅助装置工作介质控制调节装置控制调节装置把压力能转换成机械能以驱动工作机构运动（缸、马达）管件、油箱、虑油器、油雾器等对系统中介质压力、流量、方向进行控制和调节的元件（各种阀、传感器等）液压油、压缩空气将原动机所输出的机械能转换成压力能，是流体传动机构的动力源和心脏（液压泵、空气压缩机）流体传动的能量转换和传递过程如下：原动机机械能动力装置压力能执行装置机械能工作机构控制调节装置辅助装置工作过程：两次能量转换将能量从机械能转换为压力能，而后又将压力能转换为机械能，何必多此一举呢？结构或半结构式图形—表示结构原理直观性强，易理解，但绘制麻烦

三、图形符号图形符号

—简单明了,易于绘制。（GB/786.1—1993）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。一、液压传动的优点1.2液气压传动的特点1、结构紧凑，重量轻，体积小。2、可以获得很大的作用力或扭矩——力大无穷3、工作平稳，冲击小，可实现频繁的启动和换向。4、大范围内实现无级调速（调速范围可达2000:1）。5、容易和电气控制结合，实现自动化。6、易于实现过载保护。

7、易于实现标准化，系列化和通用化，便于设计和运用8、自行润滑，寿命长。二、液压传动的缺点1、无法保证严格的传动比。2、不易远距离输送。3、液压元件的制造精度要求较高，因而成本高。

4、液压传动装置的工作性能对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。5、存在油液污染。

6、有较多的能量损失，传动效率相对较低。7、发生故障不易检查和及时排除，要求维修人员有较高的技术水平。优点：功率大来重量轻,大力大矩显威风;

运动平稳响应快,无级调速显神通;

操纵简单自动化,过载保护它更行;

元件标准系列化,散热润滑也出名.缺点：难保严格传动比,液压不宜远距离;

元件精度要求高,温度影响需注意;

信号传递不如电,液压介质很娇气;

总的效率比较低,找到故障较费力.三、气压传动的优点

1、介质为空气，取之不尽用之不竭，用后不回收，不污染。

2、介质粘度低，流动阻力小，便于集中供气和远距离输送。

3、对工作环境适应性好，在易燃，易爆，多尘埃，强辐射，振动等恶劣工作环境下仍能可靠地工作。

4、动作迅速，反应快。液压油管中流速一般为1~5m/s，而气体流速可大于10m/s，甚至接近声速。因此在0.02~0.03s内即可达到所要求的P和V。

5、较好自保持能力。压缩机停机，气阀关闭，系统仍可维持一段高压力。四、气压传动的主要缺点

1、推力较小，压力低，只适用于小功率系统。

2、速度稳定性差，系统的位置和速度控制精度差。

3、排气时噪声大。

4、无自润滑能力。一、发展应用1.3液气压传动概况第一阶段：液压传动从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;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。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年代后，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。一般工业机械：包括塑料加工机械（注塑机）、压力机械（锻压机）、重型机械（废钢压块机）、机床等。行走机械：包括工程机械（挖掘机）、起重机械（汽车吊）、建筑机械（打桩机）、农业机械（联合收割机）、汽车（转向器、减振器）等。钢铁工业机械：包括冶金机械（轧辊调整装置）、提升装置（电极升降机）、薄板轧机等。土木工程机械：包括防洪闸门及堤坝装置（浪潮防护挡板）、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械（凿岩机）等。液压锻压机注塑机机床精密液压系统返回返回液压系统在轧钢厂中的应用返回船舶机械

液压舵操作系统

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。★采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

目前，流体传动技术正在向着高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向着用计算机控制的机电一体化方向发展。

二、发展趋势液压系统中的工作液体既是传递功率的介质，又是液压元件的冷却、防锈和润滑剂在工作中产生的磨粒和来自外界的污染物，也要靠工作液体带走工作液体的粘性，对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用1.4液气压传动的工作介质概述1.密度一、工作介质的物理特性对于15℃的液压油：对于均质流体，单位体积内的质量。密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略。种类液压油L-HM32液压油L-HM46水包油乳化液（L-HFAE）油包水乳化液（L-HFB）水-乙二醇（L-HFC）磷酸酯（L-HFDR）

/（kg﹒m-3）0.87×1030.875×1030.9977×1030.932×1031.06×1031.15×103压缩系数－－指在一定温度下，每增加单位压力时流体体积的相对变化量。①流体受压力的作用而使体积变化的性质。②流体的可压缩性用“压缩系数”表示。2.可压缩性常用液压油的K为：体积弹性模量在液压传动中，静态时一般不考虑液体的压缩性，但在压力较高，执行元件容积较大和动态计算中，则要考虑压缩性的影响。例：在温度和粘度相同时，初始压力为p=0.2MPa，则当压力上升至0.3MPa时，液体体积改变量为（1/2000），而气体体积的为（1/2），可见气体的压缩性远远高于液体的压缩性。液体与气体压缩性，哪一个更显著？?设有两块平板，其间充满静止液体，下板固定，上板以匀速u0平行下板运动。两板间的液体便呈现出不同速度的运动状态，即：从附着在动板下面的液体层具有与动板等速的u0开始，向下逐渐减小，直到附着在定板上的速度为0。移动u0下板固定

这一事实说明，每一运动较慢的流体层都是在运动较快的流体层带动下才运动的；反之，运动较快的流体层则受到较慢流层的阻滞而不能运动得更快。3.粘性（1）定义

液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性.

或:流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质.注意：与固体不同，静止的固体存在静摩擦力，而静止的流体不呈现粘性。内摩擦力（F）的大小与两板之间液层的面积（A）成正比，与液层间的速度梯度（du/dz）成正比。即：（2）牛顿内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律动力粘度粘度是表示粘性大小的度量，有三种表示方法：（3）粘度的表示方法①动力粘度（μ）——又称为绝对粘度。可由牛顿内摩擦定律得到1Pa·s=10P=1000cP国际单位为：Pa·s；工程单位为：P（泊）或cP（厘泊）流体在单位速度梯度时，单位面积上的内摩擦力。②运动粘度（υ）——液体的动力粘度μ

与其密度

的比值1m2/s=104

St=106

cSt国际单位为：m2

/s；工程单位为：St（斯）或cSt（厘斯）

我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运动粘度（厘斯）平均值来表示的。例如32号液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s

。③相对粘度(

)——又叫条件粘度。采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的。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。恩氏度0E——

中国、德国、前苏联等赛氏秒SSU——

美国雷氏秒RS——

英国巴氏度0B——

法国①温度（4）影响粘度的因素液压油的粘度随温度的变化而变化，这一特性称为“粘温特性”。粘温特性是液压油使用性能方面很重要的指标。

温度是影响粘度的最主要因素。它的变化会导致粘度的改变，致使液压元件的工作压力和速度改变，从而使液压传动的稳定性受很大影响。？想一想，原因是什么液体的粘度随温度的变化越小越好。

②压力流体的粘度随压力的变化而变化。这一特性称为“粘压特性”。压力的变化对分子的内聚力有少许影响，而对分子热运动影响不大。因此：一般认为气体的粘性与压力无关。P<50MPa，无明显影响；P>50MPa，P↑→μ↑；4.比热容单位质量的液体在温度每升高1℃时吸收的热量，称为比热容，单位为：。5.导热性它反映了油液吸收热量、抵抗温升的能力。表示液体传导热量的能力。用导热系数衡量：常用液压油的比热容为：6.闪点与燃点闪点又叫闪燃点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度

。燃点又叫着火点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而发生火焰能继续燃烧不少于5s时的温度可燃性液体的闪点和燃点表明其发生爆炸或火灾的可能性的大小，对运输、储存和使用的安全有极大关系。

湿度的表示方法有两种：绝对湿度和相对湿度。7.湿度①绝对湿度:

单位体积的湿空气中含有水蒸气的质量。

饱和绝对湿度：湿空气达到饱和状态时的绝对湿度。②

相对湿度：在一定温度和压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度，用φ表示。

表示湿空气中水蒸气接近饱和的程度，即饱和度

气动系统中，各种阀在使用时相对湿度不能大于90%.

8.含湿量单位质量的干空气中所混合的水蒸气的质量。

含湿量是反映干空气中的混合水蒸气的数量。

mv

——水蒸气的质量；mda

——干空气的质量；二、液压工作介质的种类及牌号液压传动中的工作介质，由于使用条件的差异，对介质的要求有很大的不同，因此其分类的方式也就多种多样：按油品类型分类：按可燃性分类：按化学组成分类：其中用量最多的是矿物油型和合成烃型。有矿矿油型、合成油型和含水型三种；有易燃、难燃、不燃三种；有矿物油、高水基液、水介质（海水，淡水）水包油乳化液、油包水乳化液、合成烃、聚醚、有机酯、磷酸酯、有机硅、卤代烃等；标准分类油品名称组成HL通用机床油具有防锈抗氧性能的精制矿物润滑油。HM抗磨液压油具有防锈抗氧、抗磨性能的精制矿物润滑油。HG液压导轨油具有防锈抗氧、抗磨和抗粘滑性的精制矿物润滑油。HV低温液压油具有防锈抗氧、抗磨性能，加增粘剂的精制矿物润滑油。HS合成烃低温液压油具有防锈抗氧、抗磨性能的合成烃油。国家技术标准11118.—94规定了五种系列产品标准，即：HL、HM、HG、HV和HS，与国际通用标准ISO分类相同。牌号举例：以上五种产品，按40℃运动粘度共分以下几种：

HL：一等品有15、22、32、46、68、100六个级号；

HM：一等品有22、32、46、68四个级号；

HG：一等品有32、68两个级号；

HV：一等品有10、15、22、32、46、68、100七个级别；

HS：优等品、一等品各有10、15、22、32、46五个级别；

三、对液压工作介质的要求

适当的粘度和粘温特性好有良好的润滑性成分要纯净有良好的化学稳定性抗泡沫性和抗乳化性比热容大、闪点和燃点高、能防火、防爆无毒、污染小、价格便宜四、液压传动介质的选用液压系统中传动介质的选用主要从两方面来考虑：类型——考虑液压系统工作环境及工作中抗燃、抗凝的要求和系统是否在极压抗磨性、粘温性、抗爬行性能等方面有基本要求。如：高温，有起火、爆炸危险的，用抗燃型油；其它情况多用矿物油；寒冷地区用低凝点油等。粘度

——1.可以按照液压系统所配置的液压泵产品说明书推荐的选用；