液压与气压传动技术 课件 项目1 液压传动及液压流体力学基础知识的认知

液压与气压传动技术液压传动的工作原理、组成及特点——液压千斤顶液压传动定义液压传动是以液体为工作介质，利用密闭的系统传递液体压力能的一种形式。液压传动工作原理液压传动的应用案例介绍：1）液压千斤顶2）磨床工作台液压系统液压与气压传动技术液压千斤顶液压千斤顶举升轿车液压千斤顶的工作过程液压与气压传动技术液压千斤顶的工作过程动画液压与气压传动技术液压传动——在密闭的容器内，以液体为工作介质，以油液的压力能的形式进行能量传递的一种传动方式能量转换过程：机械能（手柄、小活塞缸）液压能（液压油）机械能（大活塞缸）液压千斤顶的工作原理机械能液压能液压能机械能液压与气压传动技术杠杆力放大倍数N1为杠杆力臂之比：N1=L1：L2F2A2A1DdF1阻力臂L2动力臂L1f1f2因为f1L1=f2L2所以f2

：f1=L1：L2液压部分力放大倍数N2为大小活塞面积之比：N2=A2：A1因为F1：A1=F2：A2所以F2：F1=A2：A1液压千斤顶的省力原理因此，液压千斤顶的力放大倍数N为：N=N1N2液压与气压传动技术杠杆力放大倍数N1为杠杆力臂之比：N1=L1：L2F2A2A1DdF1阻力臂L2动力臂L1f1f2f1L1=f2L2杠杆放大比为F2

：F1=L1：L2液压部分力放大倍数N2为大小活塞面积之比：N2=A2：A1F1：A1=F2：A2因此，液压千斤顶的力放大倍数N为：N=N1N2液压千斤顶的省力功能1515手推力20Kg4.5吨液压与气压传动技术8液压与气压传动技术液压传动的工作原理、组成及特点——磨床液压系统的认知

导入视频来源于网络知识目标掌握液压系统组成部分掌握液压系统的优缺点技能目标初步认知液压元件作用初步认知液压设备特点授课导航磨床工作台液压系统工作过程

液压系统的组成及作用

液压系统的优缺点

磨床工作台液压系统的工作过程动画液压系统的组成及作用控制调节元件辅助元件动力元件执行元件控制阀通过对液体的流动方向、压力以及流

量的控制，对执行元件运动方向、作

用力、运

动速度实现控制。液压油传递能量和信息。传动介质液压泵把机械能转换成液体压力能。液压缸把液体压力能转换成机械能。其它元件如管道、接头、压力表、油箱、滤油

器、蓄能器等。组成作用液压与气压传动技术液压系统各组成部分作用不同；每部分都要正常发挥作用，才能保证系统正常工作。同学们要发挥各自的作用，培养服务社会的职业道德；培养沟通能力和团队合作意识。惯性力较小，快速响应性好能容量大、适合大功率的工况液压系统的特点传动平稳液压系统的特点具有缓冲减振的优点液压系统的特点易于实现复杂动作易于实现自动控制液压系统的特点压力阀——可实现过载保护液压系统的特点压力阀无压力阀时——设备损坏主要优点：（1）能容量大，适合大功率；（2）惯性力较小，快速响应性好；（3）传动平稳，且可无级调速，调速范围大；（4）可灵活方便地布置传动机构；（5）易于实现自动控制；（6）能自行润滑，磨损小；（7）容易实现过载保护。（1）效率低，不适合远距离传动；液压系统的特点（2）有泄漏，不能实现严格的定比传动；（3）工作时受温度变化的影响大；（4）噪声较大；（5）对污染敏感，维护要求高；（6）故障原因不易查找。主要缺点:液压系统的表示方法——图形符号半结构图符号图磨床工作台液压系统实验装置实训指引磨床工作台液压系统实操任务一：认知工作原理任务二：认知组成及作用任务三：功能调节磨床工作台液压系统工作视频磨床工作台液压系统实操调压调速换向要求标出各元件名称要求拍摄操作视频上传小结液压与气压传动技术01磨床工作台液压系统工作过程02液压系统的组成及作用03液压系统的特点液压与气压传动技术培养服务社会的职业道德培养沟通能力和团队合作意识27液压与气压传动技术液压传动的历史与应用机械工业出版社液压传动的历史帕斯卡(1623-1662)法国著名的数学家、物理学家、哲学家和散文家。1654年他首次提出了一个关于液体压力的原理，这就是著名的帕斯卡原理，也叫帕斯卡定律。后人应用这个原理制造的各类液压机械,为人类创造了无数的奇迹。液压传动的历史水压机（水介质）帕斯卡原理帕斯卡原理：施加于密闭容器内的液体压力，将以等值同时传到液体内部各点。因为F1：A1=p1所以F1：A1=F2：A2

p1=p2F2：A2=p2液压传动的历史美国的万吨水压机图片来自于网络图片来源于网络锻造水压机：中国的3万吨级模锻水压机图片来自于网络液压传动的历史水压机（水介质）帕斯卡原理油压机（油介质）油压机：1905年工作介质由水改成了油1934年德国研制成功7000吨模锻液压机1955年此图来自于网络美国的4.5万吨模锻油压机1973-2010年停滞近40年，我国爆发式地研制了多台大型压机

2012年我国自主研制出了8万吨世界最大的模锻液压机，大型锻件受制于国外的时代彻底结束此图来自于网络高端顶级大型锻件受制于国外的时代彻底结束液压传动的应用航空军事液压传动的应用拉齿加工机床自动生产线：凸轮轴加工剃齿加工液压传动的应用农业钻井机起重机矿山钻井机煤矿液压支架装载机液压传动的应用推土机挖掘机翻斗车液压传动的应用伺服控制与液压技术结合液压传动的发展方向减少能耗减少压力损失开发高功率密度、轻小型及微型液压元件利用纯水等适应环保要求的介质无泄漏技术采用新工艺、新材料（密封材料）提高过滤技术采用无泄漏连接等主动维护简单维修变为故障预测利用现代化手段进行液压系统故障诊断机电一体化提高可靠性实现液压系统柔性化、智能化改变效率低、维修性及诊断性差的缺点液压传动的发展方向高压高速高集成化大功率高效率低噪声低能耗高寿命小结01历史02应用03发展方向液压与气压传动技术41液压与气压传动技术液压系统力与速度是如何传递的导入力与速度是如何传递的？知识目标掌握液体的压力及其形成过程掌握液体的流量及速度的传递原理掌握压力与负载的关系、掌握速度与流量的关系技能目标能认知压力与流量的重要性能分析液压系统的工作负载与压力的关系能分析液压系统的工作速度与流量的关系授课导航压力的物理意义

压力与负载的关系

流量与速度的关系

流量的物理意义

液体的压力帕斯卡原理的物理意义：在密闭容器中的静止液体，当一处受到外力作用而产生压力时，这个压力将通过液体等值传递到液体内部的所有各点。帕斯卡原理又称静压传递原理。压力的单位：pa(帕：N/m2),常用Mpa（兆帕：1×106帕）2.压力的形成与传递——压力靠负载来建立、靠液体来传递重要结论压力的大小取决于负载的大小。负载为零，即空载时，压力也为零。1.液体的压力p——液体单位面积上所受到的法向作用力压力的表示方法相对压力=绝对压力—大气压力相对压力为正值时——表压力相对压力为负值时——真空度绝对压力以绝对真空作为基准所测得的压力相对压力以大气压力作为基准所测得的压力液体的流量1.液体的流量q——单位时间流过通流截面的液体体积流速：2.运动速度的传递——是靠密封容积变化相等的原则进行的，速度与流量成正比。q流量的单位：L/min（升/分）重要结论一、压力的大小取决于负载的大小。二、速度的大小决定于流量的大小。（注：压力与流量没有直接关系）小结01两个重要参数02压力决定于负载03速度与流量成正比液压与气压传动技术50液压与气压传动技术液压流体力学的应用授课导航液体的力学知识及其应用

液压冲击和空穴现象的危害与措施

液体的力学知识液体静力学基本方程的物理意义：1）静止液体内任一点处的压力由液面上的压力和液柱的重力所产生的压力两部分组成。2）静止液体内部的压力随液体深度的增加而线性地增加。3）距液面深度相同的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。

一、液体静力学基本方程及其物理意义液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义1.流量连续性方程流量连续性方程是用于分析研究流动液体内流速、通流面积以及流量三者之间关系的方程。

流量连续性方程的物理意义：流量连续性方程的物理意义是液体在单位时间内流过各通流截面的液体体积相等。它表明液体在管路内做稳定流动时，单位时间内流过任何通流截面的液体体积都是相等的。它是液体流动的质量守恒方程。流量一定时，液体的流速与通流面积成反比，孔径小则流速快；通流面积一定时，流量大则流速就快。故，调节输入液压缸的流量可调节液压缸运动速度。液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义2.液体的伯努利方程伯努利方程是根据能量守恒定律推导出的流体力学的一种表达形式，它是用于分析研究液体流动过程中压力与流速之间转换规律的方程。（1）理想液体的伯努利方程是将液体作为既无粘性又无可压缩性的理想液体推导出的流动液体能量守恒方程。

液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义2.液体的伯努利方程理想液体伯努利方程的物理意义是：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（压力能、位能、动能），在沿管道流动过程中三种能量之间可以互相转化，但在任一截面处，三种能量的总和为一常量。上式是单位体积液体的能量守恒方程。

（2）实际液体的伯努利方程液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义

（2）实际液体的伯努利方程

通过伯努利方程可以计算液压泵吸油口处的真空度、分析液压泵的工作性能。一般情况下，由于液体的密度较小，液体位能在总能量中占据很小的比重，在利用伯努利方程定性分析时，为简化分析计算过程，即使管道不是水平放置的，也往往忽略液体的位置高度变化所产生的能量变化，而只考虑压力能和动能的变化。液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义思考图示液压泵吸油高度是如何影响液压泵工作性能的？

液压泵吸油过程中实际液体的伯努利方程：液体的力学知识三、液体流动时的压力损失液体在管路系统中流动时，因粘性等原因会产生能量损耗，表现为压力降低，把这种损失称为压力损失。1.沿程压力损失液体流经直径不变的直管时，因粘性摩擦而产生的压力损失称为沿程压力损失。2.局部压力损失液体流经局部阻力（阀口、管路分支、弯头、突变截面等）时，因流速和流向突变而产生的压力损失称为局部压力损失,

3.管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和液体的力学知识三、液体流动时的压力损失

为便于安装与维修，液压泵大多安装在油箱液面以上，依靠泵进口处形成的真空度来吸油。为使真空度不致过大，应尽可能减小吸油管压力损失，减小液压泵安装高度、增大吸油管直径、减少吸油管路长度和弯头都可以减小吸油管路的压力损失，使液压泵容易吸油。压力损失的产生与多方面因素有关，管道直径越小、管道越长、管道内壁越粗糙、液体流速越快以及液体粘性越大时，压力损失就越大；另外，为了减少压力损失，还应尽量减少弯管、分支或管路通流截面的突然变化。液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2.节流口的堵塞和最小稳定流量（1）孔口形状对流量稳定性的影响节流口的形状不同，抗堵塞的性能就不同（2）节流口的堵塞节流口堵塞是指节流口处流量出现时断时续，甚至断流这种现象。节流口堵塞的原因主要有油液中的杂质及氧化析出的污染物堆积，节流缝隙的金属表面形成的边界吸附作用，压力差过大加剧节流缝隙处的吸附。1.小孔的流量特性和影响节流口流量稳定性的因素（1）负载变化对流量稳定性的影响（2）油温变化对流量稳定性的影响液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2.节流口的堵塞和最小稳定流量（3）减轻节流口堵塞现象的措施选择薄刃节流口，精密过滤并定期更换液压油，合理选择节流口前后的压力差，选用抗氧化稳定性好的油液，减小节流口的表面粗糙度值等。（4）节流口的最小稳定流量1）定义节流口的最小稳定流量是指不发生节流小孔堵塞现象的最小流量。这个值越小，说明节流口的通流性越好，系统可获得的最低速度越低，阀的调速范围越大。2）选择依据节流口最小稳定流量必须满足系统最低速度的要求。只有节流口最小稳定流量小于系统以最低速度运行所需要的流量值，才能保证系统在低速工作时速度的稳定性。液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

小知识：有些液压系统的执行元件在低速下运行时可能产生爬行现象，严重影响工作质量，爬行的本质是一种振动，它与负载变化、环境温度变化、液压弹簧效应、流量不稳定等因素有关，其中最小供油量的稳定性对执行元件是否产生爬行、运动是否保持平稳起着很大的作用。

液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2）液体流经细长孔的流量

3）液体流经短孔的流量

短孔是介于细长小孔和薄壁孔之间的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式计算，但流量系数Cq不同，一般取Cq=0.82。总结：流经薄壁小孔的流量只与小孔前后的压差∆pT的平方根以及小孔的面积𝐴𝑇成正比，与粘度无关，因此流经薄壁小孔的流量受温度和粘度的影响小，不易堵塞，流量稳定，节流阀的节流口常采用薄壁小孔类型；细长小孔的流量与动力粘度μ成反比，流量受油温变化的影响较大，细长小孔常用作控制阀的阻尼孔；短孔制造要比薄壁小孔容易得多，常用作固定节流器。液压冲击和气穴现象的危害与措施一、液压冲击的危害及措施

在液压系统中，由于某种原因而引起油液的压力在瞬间急剧增高到某一峰值，这种现象称为液压冲击。1.造成液压冲击的主要原因油路突然关闭或换向时液流速度的急剧变化、高速运动的工作部件突然停止时的惯性力和某些液压元件的反应动作不灵敏等，都是造成液压冲击的原因。高压、大流量的系统更易出现液压冲击。2.液压冲击的危害产生液压冲击时，系统中的压力瞬间达到正常压力的好几倍，会导致系统的振动与噪声、管路或液压元件的损坏，甚至还会引起某些接收压力信号而动作的液压元件（如压力继电器）产生误动作，影响系统的正常工作、缩短系统的使用寿命。液压冲击和气穴现象的危害与措施一、液压冲击的危害及措施

3.减小液压冲击的措施根据液压冲击产生的机理，运用伯努利方程可知，避免液流速度急剧变化，延缓速度变化的时间，通过防止动能在瞬间转化成压力能，可以有效地防止液压冲击。常采用的办法有这样几种，适当加大管道直径以限制管道内液体的流速，限制执行元件运动速度不宜过快、延缓阀门动作时间，采用橡胶软管或在阀门前设置蓄能器吸收压力冲击。液压冲击和气穴现象的危害与措施二、气穴现象的危害及措施

在液压系统中，如果某处压力低于空气分离压时（如液压泵的吸油区域），原来溶解于油液中的