液压与气压传动技术（微课版）课件 项目1 认识液压传动基础知识

任务1.1

认识液压传动原理任务描述假如你是某品牌汽车制造厂质量部一名新检修工，需要对生产线下线的汽车进行抽检，师傅让你准备好千斤顶。你打开工具柜，发现工具柜里有液压千斤顶，还有齿条千斤顶和螺旋千斤顶，你应该选哪一种呢？想一想：我们常见的各种类型机械传动有什么共同点？（1）机械传动利用机械方式实现动力和运动传递。常用的机械传动1）常用传动方式子任务1.1.1比较常用的传动方式（2）电气传动电机将电能转变为机械能驱动机器工作部分的传动。通过对电动机的电压、电流、频率等输入电量的控制，改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种机械按照人们期望的要求运行。控制目标是调速。精确度高、节省能源、精密控制、改善环保水平、降低噪音、节约成本。子任务1.1.1比较常用的传动方式思考：能量传递到木马方式一：电气传动子任务1.1.1比较常用的传动方式思考：能量传递到木马方式二：机械传动子任务1.1.1比较常用的传动方式思考：能量传递到木马方式三：液压驱动液压驱动有什么不同之处？子任务1.1.1比较常用的传动方式子任务1.1.2揭示液压传动工作原理一、流体传动类型因为液压千斤顶大、小活塞之间的媒介是液体，所以液体就是其传动的媒介。用流体作为传动介质（工作介质）的传动方式就是流体传动。常见的流体有液体和气体，所以流体传动包括液体传动和气体传动。液体传动又分为液压传动和液力传动两种。其中，依靠静止的工作介质的压力能进行能量传递的液体传动称为液压传动，又叫静液压；依靠工作介质的动能进行能量传递的液体传动称为液力传动，又叫动液压。本书主要研究和分析液压传动（静液压）。子任务1.1.2揭示液压传动工作原理二、液压千斤顶工作原理子任务1.1.2揭示液压传动工作原理三、液压传动工作原理和特性原动机及输入能量杠杆手柄，机械能传动系统输入大活塞，机械能传动系统输出小活塞，压力能传递能量形式压力能能量传递的实现密闭容积变化1.传动过程分析不断进行能量转换；

两次能量转换：机械能---压力能---机械能小活塞下腔密闭容积增大，吸油；减小，压油。大活塞下腔密闭容积增大，重物上升；减小，重物下降。子任务1.1.2揭示液压传动工作原理能量如何转换？靠大小活塞密封容积变化来实现能量转换。2.传动原理等压力原则力的传递等体积变化原则运动的传递3.两个工作特性机械能中的动力传递方式和原则机械能中的运动传递方式和原则子任务1.1.2揭示液压传动工作原理A1，pA2，ph1h2F1W1）力的传递-等压力原则

由式可知，在液压传动中，力不但可以传递，而且通过作用面积（A2＞A1）的不同，力可以放大或缩小。子任务1.1.2揭示液压传动工作原理A1，pA2，ph1h2F1W工作特性1

由式可知，在液压传动中，工作压力只取决于负载,而与流入的流体多少无关。1）力的传递-等压力原则子任务1.1.2揭示液压传动工作原理A1，pA2，ph1h2F1W2）运动传递-等体积变化原则

由式可知，在液压传动中，速度不但可以传递，而且通过作用面积（A2＞A1）的不同，速度可以放大或缩小.

被小柱塞压出的油液的体积必然等于大柱塞向上升起后大油缸中油液增加的体积。子任务1.1.2揭示液压传动工作原理A1，pA2，ph1h2F1W工作特性2：由式可知，在液压传动中，活塞的运动速度只取决于进入油缸的流量,而与流体的压力无关。2）运动传递-等体积变化原则子任务1.1.2揭示液压传动工作原理A1，pA2，ph1h2F1W3）功率关系

由式可知，在液压传动中的功率可以用压力p和流量q的乘积来表示，压力p和流量q是液压传动中最基本、最重要的两个参数。子任务1.1.2揭示液压传动工作原理2024/4/19等压力原则动力传递原则力的传递等体积变化原则运动的传递4）运动和动力的传递机械能：v流量q输出的机械运动的速度取决于流量。特性2注意：我们关注输出的机械运动速度。机械能：力F压力p负载决定动力，即工作压力取决于负载。特性1子任务1.1.2揭示液压传动工作原理子任务1.1.3搭建液压千斤顶液压传动系统一、液压传动系统组成系统组成辅助元件辅助功能管道、管接头、油箱动力元件或能源装置机械能压力能泵，压缩机小活塞工作介质传递媒介液压油压缩空气控制元件压力、流量、流向、顺序控制阀执行元件压力能机械能缸，马达大活塞1、系统组成电动机液压泵液压阀缸或马达工作负载辅件液压系统液压油液压油液压系统组成子任务1.1.3搭建液压千斤顶液压传动系统一、液压传动系统组成功率大来重量轻，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。1、优点总结子任务1.1.3搭建液压千斤顶液压传动系统二、液/气压传动系统的优缺点子任务1.1.3搭建液压千斤顶液压传动系统二、液/气压传动系统的优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。2、缺点总结子任务1.1.3搭建液压千斤顶液压传动系统三、液压传动系统图的绘制方法液压传动系统图有两种不同的绘制方法。结构原理图图形符号图谢谢观看！Mechanicalprofessionalgraduationthesistemplate任务1.2液压油的选用任务描述师傅发现液压千斤顶的液压油需要更换了，要求你到库房找到某牌号的液压油，并进行更换。1．液压油为什么需要更换？2．为什么同种液压油在冬天和夏天看上去黏度不一样？3．为什么师傅说液压油的黏度要选择要合适？4．师傅为什么强调液压油牌号，能随便选一个牌号吗？5．怎么做才能保证液压油不频繁更换呢？子任务1.2.1认识液压油的物理性质一、对液压油的性能要求（1）液压油应具有适宜的黏度和良好的黏温特性，黏度随温度的变化要小。（2）液压油应具有良好的热稳定性和氧化稳定性。（3）液压油应具有良好的抗泡沫性和空气释放性，即要求油液在工作中产生的气泡少且混溶于油液中的微小气泡容易释放出来。（4）液压油应在高温环境下具有较高的闪点，起防火作用；在低温的环境下具有较低的凝点。（5）液压油应具有良好的防腐性、抗磨性和防锈性。（6）液压油应具有良好的抗乳化性。液压油乳化会降低其润滑性，使酸性增加，使用寿命缩短。（7）液压油要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。01当液体在外力作用下流动时，由于液体本身分子之间内聚力以及与固体壁面吸附力的存在，使液体内各处的速度产生差异。如图2-1所示，液体在管路中流动时速度并不相等，紧贴管壁的液体速度为零，管路中心处的速度最大。二、液压油的黏性

1.液体黏性的意义图2-1液体在管路内的速度分布图子任务1.2.1认识液压油的物理性质02常用的黏度有动力黏度、运动黏度、条件黏度三种。

1）动力黏度动力黏度也称绝对黏度，用μ表示。如图2-2所示，两平行平板之间充满液体，上平板以速度v0向右动，下平板固定不动。紧贴上平板的液体在吸附力作用下跟随上平板以速度v0向右运动，紧贴下平板的液体在黏性作用下保持静止，中间液体的速度由上至下逐渐减小。当两平行板距离减小时，速度近似按线性规律分布。2.液体的黏度图2-2液体黏性示意图二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质实验表明（牛顿内摩擦定律），液体流动时相邻层间的内摩擦力F与液层间接触面积A、液层间相对速度dv成正比，而与液层间的距离dy成反比。可用下式表示:若用单位面积上的摩擦力，即切应力τ来表示液体黏性，则上式可改成（2-2)（2-3）

式中，μ为比例系数，称为动力黏度，动力黏度μ的单位是Pa·s（帕·秒）。dv/dy为速度梯度，即液层相对运动速度对液层间距离的变化率。二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质

2）运动黏度动力黏度μ和液体密度ρ的比值，就称为运动黏度，用υ表示，即（2-4)运动黏度的单位是m2/s，工程单位制使用的单位还有cm2/s,通常称为St（斯），工程中常用cSt（厘斯）来表示，1m2/s=104St=106cSt。运动黏度υ没有明确的物理意义，但在分析和计算中经常用到μ与ρ的比值，由于其量刚只与长度和时间有关，因此称之为运动黏度。且习惯上常用它来表示液体的黏度，例如国产液压油的牌号就是该种油液在40℃时的运动黏度υ的平均值。如改善防锈及抗氧化性的精制矿物油（通用机床液压油）L-HL-46中，数字46表示该液压油在40℃时的运动黏度为46cSt（平均值）。二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质

3）条件黏度条件黏度又叫相对黏度，它是采用特定的黏度计在规定的条件下测量出来的液体黏度。由于测量条件不同，各国所用的相对黏度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏黏度（°E)，美国采用塞氏黏度(SSU)，英国采用雷氏黏度(R)。恩氏黏度用恩氏黏度计测定，即将200mL被测液体装入恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度t℃下，测出液体经其下部直径为2.8mm小孔流尽所需的时间t1，与同体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需的时间t2的比值，便是被测液体在这一温度时的恩氏黏度(2-5)二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质工业上常用20℃、50℃、100℃作为测定恩氏黏度的标准温度，其恩氏黏度分别以相应符号°Ｅ20、°E50、°E100表示。恩氏黏度与运动黏度之间，可用如下经验公式换算:

当1.35<°E<3.2时当°E>3.2时(2-6)恩氏黏度与运动黏度的对应数值还可从有关图表直接查出。

二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质

3．黏度与压力、温度的关系液体的黏度会随压力和温度的变化而变化。液体所受压力增大时，其分子间距减小，内聚力增大，黏度也随之增大。但在机床液压系统所使用的压力范围内，液压油的黏度受压力变化的影响甚微，可以忽略不计。若压力高于10MPa,如新型建材机械的液压系统，或压力变化较大时，则应考虑压力对黏度的影响。液压油的黏度对温度变化十分敏感，温度升高，黏度将显著降低。液压油的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。不同种类的液压油具有不同的黏温特性。液压油的黏温特性常用其黏温变化程度与标准油相比较的相对数值（即黏度指数VI)来表示，VI值越大，表示其黏度随温度的变化越小，黏温特性越好。黏温特性曲线图10页。二、液压油的黏性

子任务1.2.1认识液压油的物理性质液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体的可压缩性。压力为p0时体积为V0的液体，当压力增大Δp时，由于液体的可压缩性，体积要减小ΔV。液体的可压缩性用体积压缩率k表示液体体积压缩率k的物理意义是单位压力变化下的体积相对变化率。(2-7)三、液压油的可压缩性子任务1.2.1认识液压油的物理性质在工程实际应用中，常用体积弹性模量K值(K=1/k)来表示液体抵抗压缩能力的大小。液压油在正常工作温度范围内，K值会有5%～25%的变化。压力增大，K值也增大，但这种变化不呈线性关系。当压力高于3.0MPa时，K值基本上不再增大。液压油中如混有空气时，K值将大大减小。在常温(20℃)和常压（大气压）下，纯净石油基液压油的体积弹性模量为1.4～2.０GPa，其可压缩性是钢的100～150倍，是橡胶和尼龙的1/20～1/4。在一般情况下，由于压力变化引起液体体积的变化很小，可认为液体是不可压缩的。三、液压油的可压缩性子任务1.2.1认识液压油的物理性质一、液压油的类型

我国现在执行的液压油国家标准是GB11118.1—2011，标准中将液压油分为L-HL抗氧防锈液压油、L-HM抗磨液压油（高压、普通）、L-HV低温液压油、L-HS超低温液压油和L-HG液压导轨油五个品种。子任务1.2.2选择合适的液压油液压油的牌号标记一、液压油的类型

标记牌号中数字越大，黏度越大。国外液压油标准由设备生产商或标准化组织制定，产品标准即ISO11158-2009应用最多，包括HH、HL、HM、HR、HV、HG六个质量等级，32、46、68等多个黏度等级的技术规格。我国的液压油分类、品种代号及产品代号、名称和质量水平与世界主要国家的表示方法基本相同。在液压传动中，使用的液压油多数是石油基液压油。子任务1.2.2选择合适的液压油一、液压油的类型子任务1.2.2选择合适的液压油序号名称特点运动黏度1L-HL石油基液压油具有一定抗氧防锈性，适用于压力小于7MPa的液压系统和轻载齿轮箱40℃时，黏度等级15、22、32、46、68、100、150，黏度指数不小于80。闪点（闪然的最低温度）最高215℃，最低140℃2L-HM石油基液压油具有L-HL的性能，抗磨性强，适用于压力7～21MPa的液压系统40℃时，普通型黏度指数不小于85，黏度等级32、46、68、100；高压型黏度等级22、32、46、68、100、150，黏度指数不小于95。闪点最高215℃，最低165℃3L-HV石油基液压油在L-HM基础上加强黏性和低温流动性。寒区代替L-HM使用40℃时，黏度等级10、15、22、32、46、68、100，黏度指数不小于130～140。闪点最高190℃，最低100℃4L-HS石油基液压油在L-HM基础上加强黏性和低温流动性。寒区代替L-HM使用40℃时，黏度等级10、15、22、32、46，黏度指数不小于130。闪点最高180℃，最低100℃5L-HG石油基液压油特殊的防爬性能，适用于润滑机床导轨及其液压系统40℃，黏度等级32、46、68、100，黏度指数不小于90。闪点最高205℃，最低175℃二、选用合适的液压油子任务1.2.2选择合适的液压油一般根据液压系统的特点、工作环境和液压泵的类型等来选用合适的液压油品种，当品种确定后，主要考虑液压油的黏度。根据液压油的黏度等级，再选择油液的牌号。在确定油液黏度时，应考虑下列因素：

(1）工作压力。

(2）工作速度。

(3）环境温度。(4)液压泵的类型。

(4）在高温环境下具有较高的闪点，起防火作用；在低温环境下具有较低的凝点。

(5）具有良好的防腐性、抗磨性和防锈性。

(6）具有良好的抗乳化性(液压油乳化会降低其润滑性，使酸性增加、使用寿命缩短)。

(7）质量要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。二、选用合适的液压油子任务1.2.2选择合适的液压油二、选用合适的液压油子任务1.2.2选择合适的液压油谢谢观看！任务1.3理解液压传动力学基础知识任务描述你今天随师傅到仓库查看储油罐内油液的高度，你看到罐子上方和罐子下方各安装了一个压力表。师傅要求你查看两个压力表的读数，然后进行计算，就得出了罐内油液的高度，可是你不知道为什么。在接到任务后，请根据任务描述，分析以下问题：1．压力表测出的压力为什么不考虑大气压？2．液面高度的值和压力有什么关系？3．这个高度值是怎么计算出来的？4．如果油液是高速流动的，这种方法还是否可行？一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质研究内容平衡状态静止状态流体在相对平衡状态下的力学规律和这些规律的应用问题。流体内部质点间没有相对运动。两种情形：绝对平衡：相对地球无相对运动，如固定不动容器中流体。相对平衡：流体相对某物体或参考系无相对运动。如装在等加速直线运动和做等角速度旋转运动容器内液体。不呈现黏性液体整体可视同刚体作各种运动。平衡流体特点作用在液体的所有质点上，如重力、惯性力、磁力。（力场作用）特点：非接触力，与液体质量成正比，作用于液体质点的质量中心。1）质量力2）表面力作用在所研究的流体的表面上的力。如压力，摩擦力特征：接触产生，与接触面积成正比。一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质1．分析流体的受力2．认识静压力及其特征液体内某点处单位面积上所受到的法向力就叫液体的静压力，在工程实际中，习惯上称为压力，即在面积ΔA上作用有法向力F，则液体内某点处的压力定义为:

若法向力F均匀地作用于面积A上，则压力可表示为：一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质液体压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空为基准所表示的绝对压力；另一种是以大气压力为基准所表示的相对压力。绝大多数仪表所测得的压力是相对压力，故相对压力也称为表压力。绝对压力=大气压力十相对压力3．静压力的表示一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质绝对压力、相对压力、真空度的相对关系4．分析流体静压力基本方程及其物理意义一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质设底面所受压力为p,液柱侧面受力相互抵消。由于液柱处于静止状态，相应液柱也处于平衡状态，因此有:

静止液体压力分布规律

010203静止液体内任一点处的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力p0；另一部分是该液体自重形成的压力ρgh。静止液体内的压力随液体深度h的增加而增大。离液面深度相同处各点的压力相等。压力相等的点所组成的面称为等压面（等压面为一水平面）。上式即为液体静力学基本方程。由此基本方程可知，重力作用下的静止液体其压力分布有如下特征：4．分析流体静压力基本方程及其物理意义一、流体静力学基本方程及其物理意义子任务1.2.1认识液压油的物理性质1．在液柱压差计中的应用二、流体静压力基本方程的应用子任务1.2.1认识液压油的物理性质U形玻璃管内装指示液（图中黑色液体）。要求测设备中两点之间的压差ρ1−ρ2，设指示液的密度为ρ0，被测流体的密度为ρ，R为压差计的读数。解：A与A'为等压面，即，合理利用等压面是立体静力学解题的关键点。由流体静力学基本方程可得

pA=p1+ρg(m+R)

pA'=p2+ρgm+ρ0gR又由

pA=pA'

，可得：p1-p2=(ρ0-ρ)gR如果被测流体是气体，ρ＜＜ρ0，则p1−p2=ρ0gR。根据压差计的读数和被测流体及指示液的密度就能计算出被测流体的压力差。U形管压差计2．在液位测量中的应用二、流体静压力基本方程的应用子任务1.2.1认识液压油的物理性质某化工生产设备，设备外面设置一个称为平衡器的小室，用一个装有指示液的U形管压差计将容器与平衡器连接起来，指示液密度为ρ0，小室内装的液体与容器内相同，密度为ρ，其液面的高度维持在容器液面允许到达的最大高度处。求液面高度h。解：A与A'为等压面，即pA

=pAʹ，由流体静力学基本方程可得pA=p+ρg（m−R）+ρ0GrpAʹ=p+ρg（m+h）又由pA=pAʹ，可得

h=U形管压差计测量液位3．在液体对容器壁面的压力计算中的应用二、流体静压力基本方程的应用子任务1.2.1认识液压油的物理性质静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压力的总和就是液体在这一方向上作用于固体壁面上的总压力。这个作用力总是指向壁面，通常称作液压作用力。液压作用力的大小、方向、作用点都与受压面形状和液体压力分布有关。（1）固体承压面为平面。活塞受力平衡方程：p1A1=p2A2+F，液体作用在固体壁面上的总压力F等于液体静压力p与该平面承压面积A的乘积，其作用方向与该平面垂直。（2）固体承压面为曲面。固体承压面为曲面时。接触力计算较为复杂，简化算法为：作用在曲面上的液压作用力在某方向上的分力=静压力×曲面在该方向垂直面内的投影面积，即流体对平面固体表面的接触力流体对曲面固体表面的接触力子任务1.2.1认识液压油的物理性质储油罐示意图已知：密闭容器（储油罐）液体密度为900kg/m3，容器上方的压力表读数为42kPa，记为p1，液面下方压力表读数为58kPa，记为p2，下方压力表的水平中心线在测压口以上0.55m。解：测压口压力p=p1+ρgΔz=p2+ρgh，可得

代入数据可得Δz≈2.36m。子任务1.3.2认识流体动力学在液压传动中的应用储油罐示意图已知：密闭容器（储油罐）液体密度为900kg/m3，容器上方的压力表读数为42kPa，记为p1，液面下方压力表读数为58kPa，记为p2，下方压力表的水平中心线在测压口以上0.55m。解：测压口压力p=p1+ρgΔz=p2+ρgh，可得

代入数据可得Δz≈2.36m。一、连续性方程及应用1.理想液体和恒定流动1）理想液体在研究流动液体时，将假设的，既无黏性又无压缩性的液体称为理想液体，事实上存在的有黏性和可压缩性的液体称为实际液体。2）恒定流动液体流动时，若液体中任意一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种液体流动称为恒定流动;若在压力、速度和密度中有一个量随时间变化，则这种液体流动就称为非恒定流动。恒定流动和非恒定流动(a)恒定流动；(b)非恒定流动子任务1.3.2认识流体动力学在液压传动中的应用一、连续性方程及应用流量和平均流速

2．流量和平均流速流速v称为过流断面上的平均流速，以后所指的流速，除特别说明外，均按平均流速来处理。于是有qv=vA，故平均流速v为：子任务1.3.2认识流体动力学在液压传动中的应用一、连续性方程及应用连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。

管路的通流面积分别为A1、A2，液体流速分别为v1、v2，液体的密度为ρ，则有液体流动的连续子任务1.3.2认识流体动力学在液压传动中的应用一、连续性方程及应用子任务1.3.2认识流体动力学在液压传动中的应用两缸串联，不考虑泄漏和任何损失，缸1的速度传递到缸2，缸1有杆腔排出的油液质量等于缸2无杆腔获得的油液的质量，即ρv1A2=ρv2A1，可得v2=v1A2/A1，即得串联缸的速度传递特性。串联缸的速度传递特性泵输入缸的流量为q1，有ρq1=ρv1A1，即q1=v1A1，可得液压