液压与气压传动教案

液压与气压传动教案第一章绪论什么叫液压传动？他和液力传动有什么区别？••液压传动：以液体作为工作介质，以液体的压力能进行运动或动力传递的一种传动方式。•液力传动：以液体的动能进行运动或动力传递。如水轮机，风车，离心泵等。•液体传动：液压传动与液力传动的总称。第一节液压传动的发展历史液压传动相对机械传动来说，是一门新的技术，如果从世界上第一台水压机问世算起，至今已有200余年的历史。然而，液压传动直到20世纪30年代才真正推广应用。国外液压传动的发展：在第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、精度高、功率大的液压传动装置而推动了液压技术的发展；战后，液压技术迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步得到推广。国内液压传动的发展：我国的液压技术开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时自行设计液压产品，经过20多年的艰苦探索和发展，特别是20世纪80年代初期引进美国、日本、德国的先进技术和设备，使我国的液压技术水平有了很大的提高。20世纪60年代后，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大发展，并渗透到各个工业领域中去。当前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、复合化、小型化以及轻量化等方向发展；同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术以及污染控制方面，也是当前液压技术发展和研究的方向。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型的元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅猛发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。第二节液压传动的工作原理及组成一、液压传动的工作原理1液压千斤顶的工作原理2、磨床液压工作台的工作原理二、液压传动系统的组成通过对上面系统的分析，归纳如下：•1）液压传动是依靠运动着的液体的压力能来传递动力的。通过对上面系统的分析，归纳如下：1•1）液压传动是依靠运动着的液体的压力能来传递动力的。•2）从本质上说，液压传动装置是一种能量转换装置。液压系统工作时，泵将原动机输入的机械能转变为压力能；执行元件（液压缸）将压力能转变为机械能输出。•3）液压传动系统中的油液是在受调节、控制的状态下进行工作的，传动与控制难以截然分开。•4）液压传动系统必须满足它所驱动的运动部件（工作台）在力和速度方面的要求。•5）液压传动系统必须有工作介质：液压传动是以液体作为工作介质来传递信号和动力的。二、液压传动系统的组成•1、动力元件：指液压泵。作用：把原动机的机械能转变成油液的压力能，为系统提供动力源。•2、执行元件：指液压缸或液压马达。作用：把油液的压力能转变成机械能，对外做功。•3、控制调节元件：指各种类型的液压阀。作用：调节控制流体的压力、流量及方向。•（1）压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀。•（2）方向控制阀：单向阀（又分普通式和液控式）、换向阀。•（3）流量控制阀：节流阀、调速阀。•4、辅助装置：油箱、油管、管接头、压力表、过滤器、蓄能器等。•5、工作介质：指各种类型的液压油。第三节液压传动系统的职能符号为了简化液压系统原理图的绘制，系统中各元件采用符号表示，这些符号只表示元件的职能，不表示元件的结构和参数。GB/T786.1-1993为液压元件职能符号的国标。现将机床的液压元件的图形符号简单介绍：1液压泵图形符号2换向阀图形符号：根据阀芯可变动的位置数和阀体上的通路数，可组成X位X通阀。其图形意义为：（1）换向阀的工作位置用方格表示，有几个方格表示几位阀（2）方格内的箭头符号表示油流的连通情况，“┬”在一个方格内和方格的交点数表示阀的通路数。（3）方格外的符号为操纵阀的控制符号。3压力阀图形符号4节流阀图形符号第四节液压传动的优缺点及应用一液压传动的优缺点•1.主要优点•1）便于实现无级调速。•2）体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑。•3）工作比较平稳，反应快，冲击小，能高速启动，制动和换向。•4）易于实现自动化。•5）易于实现过载保护，元件能自行润滑，寿命长。•6）易于实现系列化、标准化、通用化。•7）液压传动易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活。•8）产生的热量可由流动着的油带走，所以可避免在系统某些局部位置产生过度温升。•2.主要缺点：•1）无法保证严格的传动比。•2）液压传动中有机械损失、压力损失、泄漏损失，效率低，不宜作远距离传动。•3）液压传动对油温和负载变化敏感，不宜于在低、高温度下使用，对污染很敏感。•4）液压传动需要有单独的能源（例液压泵站），液压能不能像电能那样从远处传来，液压元件制造精度高，造价高，所以须组织专业生产。•5）液压传动装置出现故障时不易查找原因，不易迅速排除。•总的来说，液压传动优点较多，缺点正随着生产技术的发展逐步加以克服，因此，液压传动在现代化生产中有着广阔的发展前景。二液压传动的应用以机床为例简要说明液压传动的应用1.进给运动传动装置2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台，牛头刨床或插床。3.回转主体运动传动装置4.仿形装置车、铣、刨床的仿形加工可采用液压伺服系统来实现，精度可达0.01~0.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置和标准丝杆校正装置亦可采用这种系统。5.辅助装置机床上的夹紧装置，变速操纵装置，丝杠螺母间隙消除装置，垂直移动部件的平衡装置，分度装置，工件和刀具的装卸，输送，贮存装置等。6.步进传动装置数控机床上工作台的直线或回转步进运动，可根据电气信号迅速而准确地由电液伺服系统来实现。7.静压支承重型机床，高速机床，高精度机床上的轴承，导轨和丝杠螺母机构，如果采用液压系统来作静压支撑，可得到很高的工作平稳性和运动精度，这是近年来的一项新技术。第二章液压油与液压流体力学基础液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此，了解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系统都是非常必要的。§2-1液体的物理性质一、液体的密度单位体积液体的质量称为液体的密度，通常用“ρ”表示式中：V——液体的体积，单位为m3；m——液体的质量，单位为kg。二、液体的可压缩性液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可压缩性。通常用体积压缩系数来表示：式中k——液体的体积压缩系数；V——液体的体积；ΔV——为体积变化量；Δp——为压力增量。k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示：单位：Pa，Mpa,GPa纯净液压油的体积弹性模量K=（1.4～2.0）×109Pa，常用等效体积弹性模量K′表示，K′=（0.7～1.4）×109Pa液压弹簧刚度三、液体的粘性1、粘性的意义液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。上式称为牛顿液体内摩擦定律2、粘度粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。⑴动力粘度μ动力粘度又称绝对粘度动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。单位为：N·s/㎡或Pa·s⑵运动粘度ν动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度，用ν表示单位：㎡/s1㎡/s=104㎝2/s=104斯（St）=106mm2/s=106厘斯（液压油牌号，常用它在某一温度下的运动粘度平均值来表示，如N32号液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度的平均值为32mm2/s（cSt）。旧牌号20号液压油是指这种液压油在50℃时的运动粘度平均值为20mm2/s（cSt）。

⑶相对粘度

相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。

恩氏粘度用恩氏粘度计测定，即将200ml被测液体装入恩氏粘度计中，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为φ2.8㎜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（通常t2恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系式为：上式中ν的单位是mm2/s（cst）。⑷调合油的粘度选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。当能得到的液压油的粘度不合要求时，可把两种不同粘度的液压油按适当的比例混合起来使用，这就是调合油。调合油的粘度可用下列经验公式计算：式中ºE1、ºE2——混合前两种油液的粘度，取ºE1＞ºE2；ºE——混合后的调合油粘度；a、b——参与调合的两种油液所占的百分数（a+b=100）；c——实验系数，见表2-1。表2-1系数c的数值aa102030405060708090b908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.225173、粘度与压力的关系液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度亦随之增大。---油压在压力p时和相对压力为0时的运动粘度4、粘度与温度的关系油液的粘度对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即显著降低。油的粘度随温度变化的性质称粘温特性。液压油粘度与温度的关系可以用下式表示：，----温度为时的动力粘度，系数四．液压油的类型与选用1．对液压油的性能要求粘温性好，即在工作温度变化的范围内，油的粘度随温度的变化小。润滑性要好，化学稳定性好，不易氧化。质地纯净，康泡沫性好。闪点要高,凝固点要低。2．液压油的种类石油型，和成型，乳化型3．液压油的选用在选用黏度时应注意以下几方面的情况：液压系统的工作压力环境温度运动速度五．液压油的污染及控制（一）污染的危害是指液压油被污染指的是液压油中含有水分，空气，微小固体颗粒及胶状生成物等杂质。液压油污染对液压系统造成的危害主要有：颗粒和胶状生成物堵塞过滤器，是液压泵吸油困难，产生噪声；堵塞阀类元件小孔或缝隙，使其动作失灵。为小颗粒会加速零件的磨损，影响液压元件的正常工作；同时，也会擦伤密闭件，是泄漏增加水分和空气的混入会降低液压油的润滑能力，使其氧化变质；产生气蚀，加速液压元件的损坏；是液压系统出现震动，爬行等现象。（二）污染的原因（1）残留物污染（2）侵入物污染（3）生成物污染（三）污染物的控制消除残留物污染力求减少外来物污染滤除系统产生的杂质定期检查更换液压油第二节液体静力学基础液体静力学所研究的是静止液体的力学性质。一液体的压力液体单位面积上所受的法向力成为压力。（物理学称为压强），但液压传动上习惯称为压力。液体内某点出的压力为：液体压力有如下特征：1）液体的压力沿着内法线方向作由于承压面2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等二．重力左右下静止液体中的压力分布液体处于平衡状态：因此得：如图2-3重力作用下的静止液体静止液体内任一点处的压