机械基础（第2版） 课件 第十二章 液压传动的基本概念

第十二章液压传动的基本概念第一节液压传动原理及其系统组成【学习目标】1．掌握液压传动的工作原理。2．熟悉液压传动系统的组成。3.了解液压传动的优缺点。一、液压传动原理

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。动画演示吸油过程压油过程二、液压传动系统的组成1．动力元件（即液压泵）—液压系统的动力源。2．执行元件（液压缸和液压马达）—驱动工作部件。3．控制元件（阀）—控制油液流动方向、压力和流量。4．辅助元件（油箱、油管、滤油器、压力继电器...）5．工作介质（液压油）二、液压传动系统的优缺点1.优点（1）体积小、重量轻，惯性力较小。（2）在较大的范围内可实现无级调速。（3）换向容易。（4）易于获得很大的力或力矩，因此承载能力大。（5）能自行润滑，磨损小，使用寿命长。（6）操纵控制简便，自动化程度高。（7）容易实现过载保护。（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。2.缺点（1）维护要求高，液压油要始终保持清洁。（2）液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。（3）泄漏难以避免，传动比不准确，不可用于传动比要求严格的场合。（4）液压传动对油温变化较敏感，会影响工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作。（5）液压传动在能量转换的过程中，特别是在节流调速系统中，其功率损失大，系统效率较低。（6）油液中渗入空气时，会产生噪声，容易引起振动和爬行，影响运动的平稳性。思考与练习

1．液压传动的原理是什么？

2．液压千斤顶提升重物时，重物的重量依靠什么支承？重物的上升是通过什么来实现？

3．液压传动系统由哪些部分组成？各部分的作用是什么？

4．简述液压传动的优缺点。第十二章液压传动的基本概念第二节液压传动系统的流量和压力【学习目标】

1．撑握流量和压力的概念。2．理解液流连续性原理和帕斯卡原理。3．掌握流速和液压缸运动速度的计算。4．掌握压力与负载的计算。5．理解液压系统中压力的建立过程。一、流量和液压缸的运动速度1．流量单位时间内流过管路或液压缸某一截面的油液的体积，称为流量，用符号qv表示。流量的国际单位为m3/s（米3/秒），工程上常用单位为L/min（升/分）。换算关系为:

1m3/s=6×104L/min2．流量与速度的关系1）油液通过管路或液压缸的平均流速—油液通过管路或液压缸的平均流速，m/s；qv—油液的流量，m3/s；A—管路的通流面积或液压缸的有效作用面积，m2。（2）活塞（或液压缸）的运动速度活塞（或液压缸）的运动速度等于液压缸内油液的平均流速。v—活塞（或液压缸）的运动速度，m/s；qv1—流入液压缸的流量，m3/s；qv2—流出液压缸的流量，m3/s；A1—液压缸无杆腔有效作用面积，m2；A2—液压缸有杆腔有效作用面积，m2。二、液流的连续性原理理想液体（既无粘性又不可压缩的液体）在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，这称为液流连续性原理。图12-4液流连续性原理液流连续性原理表明：油液在同一管路中流动，每一截面的平均流速与该截面的面积成反比，即管径细的地方，流速大；管径粗的地方，流速小。例12-1如图12-5所示的液压千斤顶简图中，小活塞面积A1=1.13×10-4m2,大活塞面积A2=9.62×10-4m2，油管的截面积A3=1.3×10-5m2，若小活塞下压速度v1=0.2m/s，试求大活塞的上升速度v2和油管内油液的平均流速v3。图12-5液压千斤顶简图解：小活塞排出的流量：qv1=A1v1=1.13×10-4×0.2=2.26×10-5（m/s）根据液流连续性原理，流入大活塞腔的流量为：qv2=qv1大活塞的上升速度为：（m/s）同理：qv3=qv1(m/s)二、压力及其特性1．压力油液单位面积上承受的作用力称为压力。图12-6压力的产生p—油液的压力，Pa；F—作用在油液表面的外力，N；A—油液表面的承压面积，即活塞的有效作用面积，m2。

压力的单位为Pa（帕斯卡），常用单位还有Mpa（兆帕），1Mpa=106Pa。 液压传动系统中的压力可分为低压、中压、中高压、高压和超高压五个等级。五个等级的压力范围如表12-1所示。表12-1压力等级等级低压中压中高压高压超高压p/MPa≤2.5>2.5～8>8～16>16～32>322．静压传递原理（帕斯卡原理）及应用静止油液的压力具有下列特点：（1）静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力。（2）油液的静压力方向总是垂直指向承压表面。（3）在密闭容器内，施加于静止液体上的某点压力将以等值同时传递到液体内各点，这称为帕斯卡原理，又称为静压传递原理。图12-7液压千斤顶简图如图12-7所示液压千斤顶简图，按帕斯卡原理，在密闭容器内，大、小活塞处的液体的压力p1、p2是相等的，即W/A2=F/A1。所以，在小活塞上施以较小的力，可以推动大活塞上较大的重物，大活塞上的重力是小活塞上力的A2/A1倍。液压千斤顶就是利用这个原理来进行工作的。例12-2

如图12-7所示的液压千斤顶简图中，小活塞面积A1=1.13×10-4m2,大活塞面积A2=9.62×10-4m2，若小活塞上的作用力F=5.78×103N，试问密封容积内的压力为多少？大活塞能顶起的重物重量W为多少？图12-7液压千斤顶简图解：密封容积内的压力为：5.115×107Pa（N）活塞能顶起的重物重量W为：=51.15MPa1．压力的产生密闭容器内静止油液的压力是受到外力挤压作用而产生的。四、液压系统中压力的建立2．压力的大小压力的大小取决于负载，并随负载的变化而变化。4．并联负载的压力值压系统某处有几个负载并联时，系统压力的大小取决于克服负载压力值中的最小值。3．压力的建立过程压力的建立过程是从无到有、从小到大迅速进行的思考与练习1．什么是液压传动的流量、压力？它们的单位分别是什么？2．什么是液流连续性原理？什么是帕斯卡原理？3．液压系统中的压力建立过程有何特点？4．图12-9所示为液压千斤顶原理图，已知：压动手柄的力F=200N，作用点到支点的距离为500mm，小活塞铰链到支点的距离为20mm，小活塞3的有效作用面积A1=1×10-3m2，大活塞8的有效作用面积A2=10×10-3m2，试求：（1）作用在小活塞上的力F1为多少？（2）系统中的压力为多少？（3）顶起的重物的重量为多少？（4）若小活塞的下降速度为10m/min，则大活塞的上升速度为多少？（5）若要求提升的重物重量为10kN，那么施加在手柄的力为多少？5．如图12-10所示液压系统，两液压缸无杆腔的有效工作面积分别是A1=6×10-3m2,A2=12×10-3m2。两液压缸工作时负载分别是F1=12kN,F2=36kN。定量泵额定流量为1.8×10-3m3/s，溢流阀的开启压力p=5MPa，不计损失，试计算并回答下列问题：（1）当缸1的活塞运动时，运动速度v1为多少？（2）当缸2的活塞运动时，缸2的工作压力p2为多少？（3）启动液压泵后，哪个缸的活塞先动作？当系统压力升到多少时，另一缸的活塞才动作？（4）系统压力升到多少时，溢流阀开启溢流？第十二章液压传动的基本概念第三节压力、流量损失及功率计算【学习目标】

1．了解压力损失的产生、类型。2．掌握压力损失的估算方法。3．了解流量损失的产生、类型。4．掌握流量损失的估算方法。5．掌握液压传动的功率、效率计算方法。一、液压传动的压力损失1．液阻和压力损失油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的阻力称为液阻。图12-11油液的压力损失液阻表现为压力损失。2．沿程损失与局部损失（1）沿程损失油液在截面积相同的直管路中流动产生的压力损失称为沿程损失。管路越长，沿程损失越大。（2）局部损失油液流过管路弯曲部位、管路截面积突变部位及各种控制阀等地方所产生的压力损失称为局部损失。管路越复杂，局部损失越大。局部损失是主要的压力损失。3．液压元件的液阻、压差与流量的关系

当液压元件的两端压差一定时，液阻越小，则通过元件的流量越大。液压元件的液阻一定时，元件的两端压差越大，则通过元件的流量越大。4．压力损失的估算液压泵最高工作压力的估算式为：

p泵=p缸K压

式中p泵—液压泵的最高工作压力，Pa；p缸—液压缸的最高工作压力，Pa；K压—系统的压力损失系数，一般K压=1.3～1.5。系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。二、液压传动的流量损失1．泄漏和流量损失液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。液压系统的泄漏包括内泄漏和外泄漏两种。液压元件内部高、低压腔间的泄漏称为内泄漏。液压系统内部的油液泄漏到系统外部的泄漏称为外泄漏。液压系统的泄漏引起流量损失。图12-12液压千斤顶原理图1—低压腔2—高压腔3—外泄漏4—内泄漏2．流量损失的估算液压泵输出流量的估算式为：

qv泵=qv缸K漏

式中qv泵—液压泵的最大流量，m3/s；qv缸—液压缸的最大流量，m3/s；K漏—系统的泄漏系数，一般K漏=1.1～1.3。 系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。三、液压传动的功率计算1．液压缸的输出功率

P缸=Fv

∵p缸=F/A，qv缸=vA∴P缸=p缸qv缸

式中P缸—液压缸的输出功率，W；p缸—液压缸的工作压力，Pa；qv缸—液压缸的输入流量，m3/s。2．液压泵的功率1）液压泵的实际输出功率P实P实=p实qv实

式中P实—液压泵的实际输出功率，W；p实—液压泵的实际输出压力，Pa；qv实—液压泵的实际输出流量，m3/s。2）液压泵的实际输出功率P实P额=p额qv额

式中P额—液压泵的额定功率，W；p额—液压泵的额定压力，Pa；qv额—液压泵的额定流量，m3/s。3.液压泵的效率和驱动液压泵的电机功率

驱动液压泵的电机所需功率P电比液压泵的输出功率P泵要大。其值取决于液压泵的总效率，即因此，电机的功率为例12-3如图12-8a）所示的液压系统，已知：活塞向右运动的速度v为0.04m/s，负载F为9720N，活塞的有效作用面积A为0.008m2，K漏=1.1，K压=1.3，选用定量液压泵的额定压力为2.5MPa，额定流量为4.17×10-4m3/s。试问：此液压泵是否适用？如果液压泵的总效率为0.8，则驱动液压泵的电机的匹配功率为多少？

解：输入液压缸的流量为qv缸=Av=0.008×0.04=3.2×10-4（m3/s）液压泵应供给的油液流量为qv泵=K漏qv缸=1.1×3.2×10-4=3.52×10-4（m3/s）液压缸的工作压力为p缸=F/A=9720/0.008=1.215×106（Pa）液压泵的工作压力为p泵=K压p缸=1.3×1.215×106=1.58×106（m3/s）因为qv泵<qv额，p泵<p额，所以，所选液压泵适用。驱动液压泵的电机的匹配功率P电