《液压与气动技术（AR版）》 课件 第1、2章 绪论、液压传动的基础知识

第一章绪论

目的任务:

了解液压与气压传动的优缺点及应用发展掌握液压与气压传动的特点、原理和组成重点难点:

液压传动的原理、特点、组成和作用

传动

传递运动和动力的方式速度大小力的大小速度方向力的方向

常见传动

机械齿轮、带、蜗杆、链电气电动机把电能转换成机械能流体气体液体：液力、液压常见传动机械传动与液压传动有何区别？（提问1）常见传动机械传动与液压传动有何区别？液压传动属于流体传动的一种，利用液体的静压传递动力；传统意义上的机械传动一般通过固体接触的拉压扭等作用实现。液压传动多用于中距传动，功率密度大机械传动结构紧凑，除带、链、索等，一般不适合较长距离的动力传输。常见传动液压传动与液力传动有何区别？（提问2）常见传动液压传动与液力传动有何区别？定义不同液压传动依托介质的压力能传递动力。如液压泵液力传动依托介质的动能传递动力，主要有液力耦合器和液力变矩器特点不同液压传动系统结构简单，工作效率和可靠性高液力传动自动适应性，防振、隔振性能，还具有过载保护、自动协调、分配负载的功能组成不同液压传动包括液压泵、液压缸、液压阀及辅助元件液力传动：原动机带动泵轮旋转，使工作液体的速度和压力增加，实现机械能向液体动能的转化；然后具有动能的工作液体再冲击涡轮，此时液体释放能量给涡轮，使涡轮转动将动力输出，实现能量传递。

液压和气压传动液压传动—利用液体压力能实现运动和动力传动方式气压传动—利用气体压力能实现运动和动力传动方式

液压前言

国内外液压工业现状/s/lthBbMWDRetWx6AMKc57ug

发展应用进程第一阶段：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第二阶段：上世纪30年代，首先应用于机床。第三阶段：上世纪50、60、70年代，液压与气动技术迅速发展，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。

发展应用进程液压系统的作用发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程发展应用进程液压系统特点液压系统组成液压元件液压传动应用-工程方面液压传动应用-工程方面液压传动应用-农业方面液压传动应用-工业方面液压传动应用-三峡船闸液压传动应用-军工方面液压传动应用-航空航天雾炮降尘水雾隐身液压强、工业强、国家强！发展应用进程国内外液压工业基本情况/s/lthBbMWDRetWx6AMKc57ug

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。

发展趋势

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。

总之

流体技术+电气控制，

好比老虎插上翅膀，它把一人一刀变为无人多刀，把复杂工艺变为简单工艺，

而今同计算机控制结合，又将进入一个崭新的历史阶段。因此，学好本门课，有助于大家在今后的工作中多出成果。1、1、1液压传动的工作原理举例液压千斤顶组成工作原理

动画演示

特点（1）用具有一定压力的液体来传动（2）传动过程中必须经过两次能量转换（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要发生变化。（提问3）机床工作台液压传动系统组成机床工作台液压传动系统组成

动画演示工作原理油路—换向阀：左位、右位换向节流阀：调速溢流阀：调压2液压系统的组成及作用

1.液压泵—动力装置将原动机输入的机械能转换为液体或气体的压力能，作为系统供油能源或气源装置。液压传动系统1、1、2液压系统的组成及作用

2.执行装置—

液压缸（或马达）。将流体压力能转换为机械能，而对负载作功。3.控制调节装置—各种液压控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。

4.辅助装置—油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、分水滤水器、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。

5.工作介质—

液压油，作为传递运动和动力的载体。液压传动系统的图形符号

表示方法：结构或半结构式图形—表示结构原理直观性强，易理解，但结构复杂。图形符号*—只表示元件功能，不表示元件结构和参数液压传动系统的图形符号表示方法：结构或半结构式图形图形符号表示元件功能不表示元件结构和参数表示结构原理直观性强，易理解，但结构复杂

液压传动的优点

独特之处—力大无穷（P=32MP以上）如:液压千斤顶，可顶起1.6

吨重物，若每位男同学体重为128斤，可举起25位男同学。液压传动的缺点

不宜远距离传递

泄漏严重

不宜保证严格的传动比

污染地面对温度变化敏感难于检查故障1.3液压传动的优点1、传动平稳、反应快、惯性小，能高速启动、制动和换向。与电气联合控制，易于自动化和远传控制。2、体积小，重量轻、结构紧凑，输出力大。3、易于实现过载保护。4、输出力调整容易。1.3液压传动的优点5、

无级调速，一般为1：100，最大为1：2000。6、实现标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

2.液压传动的缺点

(1)泄漏危险。如液压油外泄，污染工作场，有引起火灾的危险。（机修人员主要工作）

(2)油温影响液压系统稳定性。油温上升时，粘度降低（油变稀会引起密封泄漏）；油温下降时，粘度升高。油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。

2.液压传动的缺点

(3)能源使用效率比传统机械低。系统将电机的机械能转换成液体压力能，再把液体压力能转换成机械能，能量经两次转换损失较大(4)液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高，造价高。第二章液压传动的基础知识2.1液压油2.2液压油的主要参数2.3液体流动的能量2.4液体流经小孔和间隙的流量2.5液压冲击和空穴现象目的任务

了解液压系统中工作介质的主要性能及其作用掌握液压传动中压力、流量的基本概念、主要特性和实际应用初步认识液体流动中的能量转换、液压冲击和空穴现象。2、1、2对液压油的要求及选用

对液压油的要求

液压油的选择2、1、2对液压油的要求及选用

液压油性能视频

液压油的任务

工作介质—传递运动和动力润滑剂—润滑运动部件密封—

密封间隙冷却—损失能量转化的热量对液压油的要求

（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。对液压油的要求

（5）对热、氧化水解都有良好稳定性，寿命长；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；（7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。（凝点——油液完全失去其流动性的最高温度）（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜总之：粘度是第一位的液压油的种类1.矿物油系液压油主要由石腊基的原油精制而成，再加抗氧化剂和防锈剂，为用途最广的一种。其缺点为耐火性差。2.耐火性液压油专用于防止有引起火灾危险的乳化型液压油，有水中油滴型和油中水滴型两种。水中油滴型的润滑性差，会侵蚀油封和金属；油中水滴型化学稳定性很差。

液压油的物理性质

一液体的密度二液体的粘性三液体的可压缩四其他性质液体的密度

密度—单位体积液体的质量

ρ=m/vkg/m3

密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取ρ=900kg/m3的大小。粘性的物理本质

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.粘性的物理本质牛顿液体内摩擦定律F=μAdu/dy∵液体静止时,du/dy=0∴静止液体不呈现粘性液层间的内摩擦力与液层接触面积及液层之间的速度成正比。梯度函数粘度

衡量粘性大小的物理量粘度

(绝对粘度）动力粘度μ

(绝对粘度）运动粘度ν

相对粘度0E

动力粘度μ

公式:∵τ=F/A=μ·du/dy（N/m2）∴μ=τ·dy/du（N·s/m2）动力粘度物理意义

液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。动力粘度单位

国际单位（SI制）中：帕·秒（Pa·S）或牛顿·秒/米2（N·S/m2）；以前沿用单位（CGS制）中：泊（P）或厘泊（CP）达因·秒/厘米2dyn·S/cm2）换算关系：1Pa·S=10P=103CP运动粘度ν

动力粘度与液体密度之比值

ν=μ/ρ（m2/S）运动粘度物理意义

无（只是因为μ/ρ在流体力学中经常出现

∴用ν代替（μ/ρ）运动粘度单位

SI制：m2/S国际单位制符号

CGS制：St（斯）、CSt（厘斯）国际通用的单位制式（Cm2/S）（mm2/S）换算关系：1m2/S=104St=106CSt（厘斯）运动粘度单位说明

∵单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。∴称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注老牌号——20号液压油，指这种油在50°C

时的平均运动粘度为20cst。新牌号——L—HL32号液压油，指这种油在

40°C时的平均运动粘度为32cst问题：20#液压油比40#液压油的运动粘度那个大？相对粘度0E

∵μ、ν不易直接测量，只用于理论计算∴常用相对粘度相对粘度（条件粘度）恩氏度0E——中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU——美国用雷氏秒R——英国用巴氏度0B——法国用

换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系

ν=（7.310E-6.31/0E）×10-6m2/s相对粘度(恩氏粘度)式中：t1

–tOC油流出的时间

t2－20OC蒸馏水流出时间恩氏粘度与运动粘度的换算关系

通常以20、40、100OC作为标准测定温度，记为：200mlφ=2.8mm恩氏粘度计恩氏粘度恩氏粘度为相对粘度，为我国常用的相对粘度，符号为°E。在一定温度t下，从恩氏粘度计中流出200ml液体所需时间与20℃流出同体积蒸馏水所需时间之比，比值即为液体在温度t摄氏度下的恩氏粘度，这个比值无量纲。在测量时必须指明是在什么温度下进度的，因为不同温度下对应的恩氏粘度不同。问题：相对粘度大于1还是小于1呢？影响粘度的因素1、粘度和压力的关系∵P↑，F↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑影响粘度的因素2、粘度和温度的关系∵温度↑，内聚力↓，μ↓∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。影响粘度的因素

３、可压缩性液体受压力作用而发生体积缩小性质影响粘度的因素

一般中、低压液压系统中，其液体的可压缩性很小。因而可以认为液体是不可压缩的。而在压力变化很大的高压系统中，就需要考液体可压缩性的影响。当液体中混入空气时，可压缩性将著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，因而在液压系统中应使油液中的空气含量减少到最低限度。液压油的选择

选择液压油品种2选择液压油粘度液压油的选择

选用液压油时，要考滤设备的性能、使用环境等综合因素。一般机械可采用普通液压油；高温环境下，就采用抗燃性能好的介质；高压、高速的工程机械上，可采用抗磨液压油；低温流动性好，可采用加了降凝剂的低凝液压油。液压油选择首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号

慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）通常

快速、低压、低温：μ小（以↓△P）液压油的污染液压油的污染的一般可分为外部侵入的污物和外部生成的不纯物。（1）外部侵入的污物：液压设备在加工和组装时残留的切屑、焊渣、铁锈等杂物混入所造成的污物，只有在组装后立即清洗方可解决。（2）外部生成的不纯物：泵、阀、执行元件、“O”形环长期使用后，因磨损而生成的金属粉末和橡胶碎片在高温、高压下和液压油发生化学反应所生成的胶状污物。液压油的恶化

液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响为最大，故液压设备运转时，须特别注意油温的变化。液压油的泄漏液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的主要原因，泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻易地侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有异味时，须立即更换。液压油的控制液压油的保养方法有两种：定期更换（约为5000～20000小时）使用的过滤器定期过滤。2、2

液体静力学研究内容：研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。静止液体指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。2、2

液体静力学

2、2、1液体的静压力及特性

2、2、2液体静力学基本方程式

2、2、3压力的表示方法及单位

2、2、4静压传递原理作用于液体上的力

1、质量力—作用于液体的所有质点上。如（重力、惯性力）----内力2、表面力—作用于液体的表面上，---外力

分成法向应力、切向应力。作用于液体上的力

质量力作用于液体的所有质点上。如（重力、惯性力）表面力作用于液体的表面上液体的静压力定义

液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。国标单位：N/m2(牛/米2)，即Pa(帕)；工程上常用MPa(兆帕)、bar(巴)和kgf/cm2换算关系：1MPa=10bar=106Pa=10.2kgf/cm2液体静压力特性１．传动必须在密封容器内进行。２．垂直并指向于承压表面∵液体在静止状态下不呈现粘性∴内部不存在切向剪应力而只有法向应力３．各向压力相等

∵有一向压力不等，液体就会流动∴各向压力必须相等液体静压力特性１．传动必须在密封容器内进行。密封２．垂直并指向于承压表面垂直

∵液体在静止状态下不呈现粘性∴内部不存在切向剪应力而只有法向应力３．各向压力相等

等压∵有一向压力不等，液体就会流动∴各向压力必须相等液体静压力特性

液体静力学基本方程例：计算静止液体内任意点A处的压力p

∵

pdA=p0dA+G=p0dA+ρghdA∴

p=p0+ρghh

GPP0AdA重力作用下静止液体压力分布特征（1）静止液体中任一点处的压力由两部分液面压力p0

组成

液体自重所形成的压力ρgh（2)静止液体内压力沿液深呈线性规律分布（3)离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的面叫等压面。p=p0+ρgh2、2、3压力的表示方法及单位测压两基准关系测压两基准绝对压力—以绝对零压为基准所测相对压力—以当地大气压力为基准所测关系

绝对压力=大气压力+相对压力相对压力（表压）=绝对压力–大气压力

注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力若液体中某点处的绝对压力小于大气压力，则此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。真空度与什么因素有关？

真空度若液体中某点处的绝对压力小于大气压力，则此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。真空度=大气压力–绝对压力

液压系统压力形成

p=F/AF=0p=0F↑p↑F↓p↓

结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且随着负载的变化而变化。FA2、3液体动力学研究内容:研究液体运动和引起运动的原因，即研究液体流动时流速和压力之间的关系（或液压传动两个基本参数的变化规律）

主要讨论:动力学三个基本方程2、3液体动力学液压油的压力和流量2、3、1、基本概念理想液体、恒定流动1理想液体：既无粘性又不可压缩的液体2恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点的压力、流速和密度都不随时间而变化的流动.固体2、3、1、基本概念

流量和平均流速流量—单位时间内流过某通流截面液体体积qdq

=v/t=udA

流过整个过流断面的流量：

q

=∫AudA

平均流速—通流截面上各点均匀分布假想流速

q

=vA

=∫AudA

v=q/A液压缸的运动速度A

vv=q/Aq=0v=0q

q↑v↑q↓v↓

结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。2、3、2连续性方程

质量守恒定律在流体力学中的应用

1

1连续性原理—

理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等等于流出液体的质量。2、3、2连续性方程2连续性方程m1=m2ρ1u1dA1dt=ρ2u2dA2dt

若忽略液体可压缩性ρ1=ρ2=ρu1dA1=u2dA2∫Au1dA1=

∫Au2dA2

则v1A1=v2A2

或q

=vA=常数结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。运动速度取决于流量，与流体的压力无关。（2：46秒视频）2、3、3伯努利方程

能量守恒定律在流体力学中的应用

能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。

理想液体伯努利方程

1外力对液体所做的功（=力*距离）W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)∆V2机械能的变化量位能的变化量：∆Ep=mg∆h=ρg∆V(z2-z1)

动能的变化量：∆Ek=m∆v2/2=ρ∆V(v22-v21)/2

根据能量守恒定律，则有：W=∆Ep+∆Ek

(p1-p2)∆V=ρg∆V(z2-z1)+ρ∆V(v22-v21)/2

整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：

p1+ρgZ1+ρv12/2=p2+ρgZ2+ρv22/2

或p/ρg

+Z+v2/2g=C（常数）理想液体伯努利方程的物理意义

在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。动画演示实际液体伯努利方程

∵实际液体具有粘性∴液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量故应考虑能量损失hw，并考虑动能修正系数α则实际液体伯努利方程为：

p1/ρg

+Z1+α1v12/2g=p2/ρg

+Z2+α2v22/2g+hw

层流α=2

α

紊流α=1.1

实际液体伯努利方程

伯努利方程简化：

p1-

p2=△p=ρghw结论：在液压传动系统中，能量损失主要为压力损失△p。这也表明：液压传动是利用液体的压力能来工作的的，故又称静压传动。应用伯努利方程时必须注意的问题

（1）

断面1、2需顺流向选取（否则hw为负值），且应选在缓变的过流断面上。（2）

断面中心在基准面以上时，z取正值；反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准面。2、4管路中液体的压力损失

∵实际液体具有粘性

∴流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成能量损失(即压力损失）分类：沿程压力损失、局部压力损失2、4、2沿程压力损失（粘性损失）定义:液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用，而产生的压力损失。沿程压力损失产生原因

内摩擦—因粘性，液体分子间摩擦摩擦

外摩擦—液体与管壁间

2、4、2局部压力损失定义

:液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而产生的损失称为局部损失。局部压力损失产生原因

产生原因：碰撞、旋涡（突变管、弯管)产生附加摩擦附加摩擦—只有紊流时才有，是由于分子作横向运动时产生的摩擦，即速度分布规律改变，造成液体的附加摩擦。2、4、4管路系统的总压力损失

∑△p=∑△pλ+∑△pv

△p→热能→T↑→△q↑→η↓