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模块一液压传动基础知识课题1液压传动概述模块一液压传动基础知识

图1-1a所示为液压千斤顶,图1-1b为液压千斤顶工作原理图。液压千斤顶常用于重物顶升、机械拆卸等,在实际应用中,当作用较小的力时,就可以把较重的重物顶起来。液压千斤顶是如何将较小的力转化成较大的力?是如何来传递运动和动力的?图1-1液压千斤顶工作原理图【任务提出】

所谓传动,就是动力的传递,将原动机的能量按传递给工作机构,实现减速、增速、改变运动形式、改变转矩及分配动力等。目前常用的传动类型有:机械传动、电力传动、气体传动、液体传动及复合传动。在液体传动中,以液体为传动介质,利用受压液体的压力能来实现运动和能量传递的叫液压传动。液压千斤顶是一种液压传动的重物举升工具和设备。本模块中,我们将学习液压基础知识,掌握液压传动的工作原理、液压系统组成及流体力学基础知识。机械传动电力传动液体传动模块一液压传动基础知识【任务分析】一、液压传动的工作原理1、驱动机床工作台的液压传动结构组成油箱1、过滤器2、液压泵3、溢流阀4、开停阀5、节流阀6、换向阀7、液压缸8、连接这些元件的油管、接头。2、工作过程(1)油路—图示、左位(2)右位换向—换向阀(3)调速—节流阀(4)调压—溢流阀3、工作原理液压泵将电动机(或其他原动机)的机械能转换为液体的压力能,然后通过液压缸(或液压马达)将液体的压力能再转换为机械能以推动负载运动。液压传动的过程就是机械能—液压能—机械能的能量转换过程。

课题1液压传动概述模块一

液压传动工作原理图课题1液压传动概述模块一二、液压系统的组成及作用1、动力装置—液压泵。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。

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。课题1液压传动概述模块一三、液压系统的图形符号

图形符号—只表示元件功能,不表示元件结构和参数,简单明了,易于绘制。

液压系统的图形符号图课题1液压传动概述模块一

液压传动系统原理图

1—油箱2—过滤器3—液压泵4—溢流阀

5—开停阀6—节流阀7—换向阀8—液压缸四、液压传动的主要优缺点1.液压传动的主要优点(1)能方便地进行无级调速,调速范围大。(2)体积小、质量轻、功率大,即功率质量比大。(3)控制和调节简单、方便、省力,易实现自动化控制和过载保护。(4)液压系统执行机构的运动比较平稳,能在低速下稳定运动。(5)因传动介质为油液,故液压元件有自我润滑作用,使用寿命长。(6)液压元件实现了标准化、系列化、通用化,便于设计、制造和推广使用。课题1液压传动概述模块一2.液压传动的主要缺点(1)漏。液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合。(2)振。液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生很大的振动和噪声。(3)热。在能量转换和传递过程中,由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失,因而易使油液发热,总效率降低,故液压传动不宜用于远距离传动。(4)液压传动性能对温度比较敏感,故不易在高温及低温下工作。液压传动装置对油液的污染较敏感,故要求有良好的过滤设施。(5)液压元件加工精度要求高,一般情况下又要求有独立的能源(如液压泵站),这些可能使产品成本提高。(6)液压系统出现故障时不易追查原因,不易迅速排除。

课题1液压传动概述模块一课后小结1、液压传动的工作原理。2、液压系统的组成及各部分作用。3、液压传动的特点。课题1液压传动概述模块一模块一液压传动基础知识课题2液压流体力学基础

(一)液压油的物理性质1、液体的密度

密度是单位体积液体的质量:ρ=m/v(kg/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。2、液体的粘性

(1)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。

液体静止时,液体不呈现粘性。

一、液压油课题2

液压流体力学基础模块一课题2

液压流体力学基础模块一液压油(2)粘度

粘度是衡量粘性大小的物理量。1)动力粘度μ

公式:F=μAdu/dyτ=F/A=μ·du/dy(N/m2)μ=τ·dy/du(N·s/m2)

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。

单位:国际单位(SI制)中:帕·秒(Pa·s)或牛顿·秒/米2(N·s/m2)课题2

液压流体力学基础模块一

2)运动粘度ν

公式:

ν=μ/ρ(m2/S)物理意义:运动粘度没有明确的物理意义。机械油的牌号就是用机械油在40℃时的运动粘度的平均值来表示的。

单位:SI制:m2/s;CGS制:St(斯)(cm2/s)、cSt(厘斯)(mm2/s)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。

32号液压油,指这种油在400C时的平均运动粘度为32cst。课题2

液压流体力学基础模块一3)相对粘度0E(条件粘度)

相对粘度又称条件粘度。采用特定的粘度计,在规定的条件下测出的液体粘度。我国采用恩氏粘度。工程中常采用先测出液体的相对粘度,再根据关系式换算出动力粘度或运动粘度的方法。课题2

液压流体力学基础模块一(1)定义:液体受压力作用而发生体积缩小性质。即:体积为V的液体,当压力△p增大时,体积△V减小,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。(2)体积压缩系数:k=-△V/△pV0

常用液压油的k=(5-7)x10-10m2/N物理意义:单位压力所引起液体体积的变化。(3)体积弹性模数:Κ=1/k=-△pV0/△V物理意义:表示单位体积相对变化量所需要的压力增量,也即液体抵抗压缩能力的大小。(4)计算时取Κ=(1.4-1.9)x109N/m2

。3、液体的可压缩性课题2

液压流体力学基础模块一4、液体的其他性质(1)粘度和压力的关系∵液体分子间的距离随压力增加而减小,内聚力增大,其粘度也随之增大。∴μ随p增大而增大,压力较小时忽略,32Mpa以上才考虑。

(2)粘度和温度的关系∵温度上升,内聚力下降,μ下降。∴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。课题2

液压流体力学基础模块一课题2

液压流体力学基础模块一典型液压油的粘温特性(二)对液压油的要求及选用1、液压油的作用(1)作为工作介质—传递运动和动力。(2)作为润滑剂—润滑运动部件。2、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。(5)对热、氧化水解都有良好稳定性,使用寿命长;(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。课题2

液压流体力学基础模块一3、液压油的选用

(1)选择液压油品种

1)机械油2)精密机床液压油(抗磨)3)气轮机油4)变压器油等

(2)液压油选择

首先根据工作条件(工作部件运动速度v、工作压力p、环境温度T)和元件类型选择油液品种,然后根据粘度选择牌号。

1)工作部件运动速度慢速、工作压力高、环境温度高:选大μ(以降低泄漏△q);

2)工作部件运动速度快速、工作压力低、环境温度低:选小μ(以降低功率损失△P)。课题2

液压流体力学基础模块一气轮机油变压器油课题2

液压流体力学基础模块一机械油精密机床液压油二、

流体静力学研究内容: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。

(一)液体的静压力及特性1、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。2、液体静压力特性(1)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(2)各向压力相等∵有一向压力不等,液体就会流动∴各向压力必须相等课题2

液压流体力学基础模块一(二)液体静力学基本方程式

在重力作用下静止液体的受力情况可用下图表示。平衡方程为:

pdA=p0

dA+G

=p0

dA+ρghdA∴p=p0+ρgh

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组成:液面压力p0+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。课题2

液压流体力学基础模块一重力作用下静止的液体(三)压力的表示方法及单位

1、测压两基准绝对压力:以绝对零压为基准所测。相对压力:以大气压力为基准所测。2、关系

(1)绝对压力=大气压力+相对压力

(2)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)

(3)真空度=大气压力–绝对压力在SI中压力的单位为N/m2,称为帕斯卡,用Pa表示。在工程上采用工程大气压。1at(工程大气压)=1kg/cm2=9.8×104N/m2≈105Pa=0.1Mpa。课题2

液压流体力学基础模块一1、根据帕斯卡原理(静压传递原理):

在密闭容器内,液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。在液压传动系统中,通常是外力产生的压力要比液体自重(ρgh)所产生的压力大得多。因此可把式中的ρgh略去,而认为静止液体内部各点的压力处处相等。2、液压系统压力形成

如下图所示:p=F/A

当F=0时,p=0,当F增大时,p升高,当F减小时,

p下降。结论:液压系统的工作压力决取于负载,并且随着负载的变化而变化。

(四)静压传递原理课题2

液压流体力学基础模块一系统负载与压力的关系(五)液体对固体壁面的作用力

1、作用在平面上的总作用力

当承受压力的表面为平面时,液体对该平面的总作用力F为液体的压力与受压面积A的乘积,其方向与该平面相垂直。如:液压缸,若设活塞直径为D,则P=p·A=p·πD2/42、作用在曲面上的总作用力

Fx=p·Ax结论:曲面在某一方向上所受的作用力,等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。课题2

液压流体力学基础模块一液体对固体壁面的作用力课题2

液压流体力学基础模块一三、

流体动力学(一)基本概念1、理想液体与恒定流动

(1)理想液体通常把既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体,而把事实上既有粘性又可压缩的液体称为实际液体。

(2)恒定流动液体流动时,若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化,这种流动称为定常流动。反之,则称为非定常流动。2、流线、流束和通流截面

(1)流线表示某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线。

(2)流束通过某一截面上各点流线的集合。

(3)通流截面垂直于液体流动方向的截面称为通流截面。流线和流束(2)平均流速

A—通流截面面积;—流量,在液压传动中,流量单位为或—液体的体积;—通过体积所需要的时间,课题2

液压流体力学基础模块一3、流量和平均流速(1)流量单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量。液压缸的运动速度v=q/Aq=0v=0q↑v↑q↓v↓结论:液压缸的运动速度取决进入液压缸的流量,并且随着流量的变化而变化。课题2

液压流体力学基础模块一液压缸的运动速度(2)雷诺数一般用来作为判别液流状态的依据,称为临界雷诺数记作。当>为紊流,<为层流。4、层流、紊流、雷诺数(1)液体的流态层流时,液体质点沿管道作直线运动而没有横向运动,即液体作分层流动,各层间的液体互不混杂。紊流时,液体质点的运动杂乱无章,除沿管道轴线运动外,还有横向运动等复杂状态。

课题2

液压流体力学基础模块一雷诺实验装置及液体流动状态课题2

液压流体力学基础模块一1、连续性原理

在一般情况下,可认为液体是不可压缩的。当液体在管道内作稳定流动时,根据质量守恒定律,管内液体的质量不会增多也不会有减少,所以在单位时间内流过每一通流截面的液体质量必然相等。

2、连续性方程

液流的连续性原理

(二)连续性方程

课题2

液压流体力学基础模块一结论:1、在同一管路中,无论通流面积怎样变化,只要液体是连续的,即没有空隙,没有泄漏,液体通过任一截面的流量是相等的。2、同一管路中通流面积大的地方液体流速小,通流面积小的地方则液体流速大。当通流面积一定时,通过液体的流量越大,其流速也越大。课题2

液压流体力学基础模块一(三)伯努利方程(能量方程)

1、理想液体的伯努利方程

(1)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。(2)推导过程:

1)外力对液体所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)V课题2

液压流体力学基础模块一伯努利方程示意图

2)机械能的变化量位能的变化量:∆Ep=mg∆h=ρgV(z2-z1)

根据能量守恒定律,则有:W=∆Ep+∆Ek

(p1-p2)V=ρgV(z2-z1)+ρV(v22-v12)/2

整理后得:p1+ρgz1+ρv12/2=p2+ρgz2+ρv22/2

或p/ρg+z+v22/2g=C(c为常数)

(3)物理意义为:在管内作稳定流动的理想液体的压力能、位能和动能三种形式的能量,在任一截面上可以互相转换,但其总和却保持不变。

(4)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,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。

课题2

液压流体力学基础模块一课题2

液压流体力学基础模块一2、实际液体的伯努利方程

实际液体具有粘性,在管中流动时,为克服粘性阻力需要消耗能量,所以实际液体的伯努利方程为:

式中

—以水头高度表示的能量损失。

—为因流速不均匀引起的动能修正系数。(层流;紊流)

课题2

液压流体力学基础模块一(四)动量方程

动量定理:作用在物体上的外力等于物体单位时间内动量的变化量。即∑F=d(mv)/dt考虑动量修正问题,则有:即∑F=ρq(β2v2-β1v1)(层流:β=1.33;紊流β=1)X向动量方程:∑Fx=ρq(β2v2x-β1v1x)X向稳态液动力:F'x=-∑Fx=ρq(β1v1x-β2v2x)结论:作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭。课题2

液压流体力学基础模块一动量方程示意图四、管路中液体的压力损失

(一)沿程压力损失

1、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。2、产生原因:内摩擦—因粘性,液体分子间摩擦;外摩擦—液体与管壁间。课题2

液压流体力学基础模块一圆管层流速度分布示意图3、流速分布规律

4、圆管层流的流量

液体在圆管中作层流运动时,速度对称于圆管中心线分布。在某一压力降Δp=p1-p2的作用下,液流流速沿圆管半径呈抛物线规律分布,当r=0时,即圆管轴线上,流速最大,当r=R时,流速为零。速度分布表达式为课题2

液压流体力学基础模块一—管道内径;

—圆管长度;5、圆管沿程压力损失

—沿程阻力系数(理论值64/Re),油液在金属管路中流动时取在橡胶软管中流动时,取—油液的平均流速;—油液密度。结论:液流沿圆管作层流运动时,其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比,而与管径的平方成反比。课题2

液压流体力学基础模块一(二)局部压力损失1、定义:

局部压力损失是指液流流经截面突然变化的管道、弯管、管接头以及控制阀阀口等局部障碍时引起的压力损失。

2、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,即速度分布规律改变,造成液体的附加摩擦。课题2

液压流体力学基础模块一3、计算

式中

—液流平均流速;—局部阻力系数,具体数据可查阅有关液压传动设计手册。

液流通过各种阀的局部压力损失,可由阀的产品目录中查到。

液压系统的管路通常由若干段管道和一些弯头、控制阀和管接头等组成,因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失及局部压力损失之总和。(三)管路系统总压力损失

注意:应用上式计其总压力损失时,只有在两个相邻的局部障碍之间有足够距离时才能简单相加。因为液流经过局部障碍后受到很大的扰动,要经过一段距离后才能稳定。课题2

液压流体力学基础模块一1、总压力损失△p2、减小△p的措施(1)尽量减小L,减小管路的突变。(2)提高加工质量,力求管壁光滑。(3)提高通流面积A,减小速度v,v的影响最大。

又因为△p正比于v2,v过高△p增大;而当速度v过低,尺寸会增大,成本也将提高,所以v合适,一般有推荐流速可供参考,见有关手册。五、液体流经孔口及缝隙的特性—压力特性孔口分类

薄壁小孔l/d≤0.5

细长小孔

l/d>4

短孔

0.5<l/d≤4

液体流经小孔的情况可分为薄壁小孔、短孔和细长孔。课题2

液压流体力学基础模块一L-小孔的长度D-小孔的直径(一)液体流经小孔口的特性—压力特性式中:——流量系数,1、薄壁小孔的流量压力特性列伯努利方程:选轴线为参考基准,则zl=z2

可略而不计

代入,并令液体流经薄壁小孔的平均速度为课题2

液压流体力学基础模块一令为小孔流速系数,则流经小孔的流量为薄壁小孔的流量压力特性2、短孔和细长孔的流△压力特性(1)短孔的流量压力特性仍可用薄壁小孔的流量计算,但其流量系数应由图查出。短孔加工比薄壁小孔容易,故常作为固定的节流器使用。式中:A—细长孔截面积,A=C—系数,/4;

C=课题2

液压流体力学基础模块一(2)细长孔的流量压力特性液流在细长孔中的流动一般为层流,其流量压力特性:(2)系数C与粘度有关,流量q受液体粘度变化的影响较大,故温度变化而引起液体粘度变化时,流经细长孔的流量也发生变化。(3)细长孔较易堵塞,这些特点都与薄壁小孔不同。结论:(1)液体流经细长孔的流量q与其前后压力差的一次方成比。(二)液体流经缝隙的流量—压力特性如图所示为两固定平行平板间隙,缝隙高δ,长度为,宽度为b和一般比δ大得多。经理论推导可得出液体流经该平板缝隙的流量为

由上式可知:液体流经两固定平行平板缝隙的流量q与缝隙δ的三次方成正比。

课题2

液压流体力学基础模块一1、液体流经平行平板缝隙的流压力特性(1)固定平行平板缝隙

若一个平板以一定速度v相对另一固定平板运动,通过该缝隙的流量为

(2)相对运动平行平板缝隙流

在压差作用下,液体流经相对运动平行平板缝隙的流量应为压差流动和剪切流动两种流量的叠加,即上式中,平板运动速度与压差作用下液体流向相同时取“+”号,反之取“-”号。课题2

液压流体力学基础模块一2、液体流经环形缝隙的流量压力特性式中:D=2R为大圆直径;d=2r为小圆直径;为无偏心时环形缝隙值。如果内外环间无相对运动,则课题2

液压流体力学基础模块一通过该缝隙的流量为六、液压冲击和气穴现象1、液压冲击(1)液压冲击:在液压系统中,由于某种原因,液体压力在一瞬间突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。(2)液压冲击引起的结果∵液压冲击峰值压力>>工作压力∴引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等损坏;使某些元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作,影响系统正常工作。

课题2

液压流体力学基础模块一(3)液压冲击的类型:1)液流通道迅速关闭或液流方向突然改变使液流速度的大小或方向突然变化时,由液流的惯性力引起的液压冲击。可采取以下措施来减少这种液压冲击:a、使完全冲击改变为不完全冲击。可用减慢阀门关闭速度或减小冲击波传播距离来达到;b、限制管中油液的流速;c、用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器,以吸收液压冲击的能量;d、在出现液压冲击的地方,安装限制压力的安全阀。2)运动部件制动时产生的液压冲击。课题2

液压流体力学基础模块一2、气穴现象

(1)气穴概念:液压系统中,由于某种原(如速度突变),使压力降低而使气泡产生的现象。

(2)气穴现象产生原因:压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时,速度升高,压力降低;液压泵吸油管道较小,吸油高度过大,阻力增大,压力降低;液压泵转速过高,吸油不充分,压力降低(如高空观缆)。(3)气穴现象引起的结果

1)液流不连续,流量、压力脉动

2)系统发生强烈的振动和噪声

3)发生气蚀(4)措施1)减小小孔和缝隙前后压力降,希望p1/p2<3.5。2)增大直径、降低高度、限制流速。3)管路要有良好密封性防止空气进入。4)提高零件抗腐蚀能力,采用抗腐蚀能力强的金属材料,减小表面粗糙度。5)整个管路尽可能平直,避免急转弯缝隙,合理配置。

显然,液压千斤顶将较小的力转化成了较大的力。液压传动是利用液体的压力能来传递动力的。在、一定时,负载越大时,系统中的压力就越高,所需的作用力也就越大,由此印证了液压传动工作原理的第一个重要特征:液压传动中工作压力取决于外负载。1、力的传递

在的作用下,小活塞受到的作用(),此时,小活塞底面单位面积上的压力,根据流体力学中的帕斯卡原理,平衡液体内某一点的压力等值地传递到液体各点,因此大活塞底面的压力,顶起重物的力为,即课题2

液压流体力学基础模块一【任务实施】

课题2

液压流体力学基础模块一课题2

液压流体力学基础模块一2、运动的传递设小活塞位移为,大活塞位移为,则有,两边同除以运动时间得:式中,、分别为两活塞的运动速度,、分别为进入两液压缸的平均流量。由上述可见,液压传动是依靠密闭工作容积变化相等的原则实现运动(速度和位移)传递的。调节进入液压缸的流量即可调节活塞的运动速度,由此印证了液压传动工作原理的第二个重要特征:活塞的运动速度取决于输入流量的大小,而与外负载无关。与外负载相对应的参数是压力,与运动速度相对应的参数是流量。因此,压力和流量是液压传动中两个最基本的参数。课后小结1、液压油2、流体静力学3、流体动力学课题2

液压流体力学基础模块一课题3液压泵的工作原理及性能参数模块二液压泵下图所示为一台专用铣床,铣床的工作台采用单杆液压缸驱动。工作时,推动液压缸所需的最高压力为2.64MPa,液压缸快进时所需的最大流量为4.58L/min,为了满足以上条件,我们应如何选择液压泵类型、规格和型号?如何确定驱动它的电动机功率?铣床工作台动力分析简图【任务提出】模块二液压泵模块二液压泵液压泵是液压系统的动力装置最常见的形式,是将电动机输出的机械能转换成油液压力能的装置,其作用是向液压系统提供压力油。在选择液压泵时,我们根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求,首先确定液压泵的类型,然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格和型号。再通过计算应选配电动机的功率,来确定驱动它的电动机型号规格。本模块的任务是通过各类泵工作原理、结构特点等相关知识的学习,掌握液压泵类型、规格和型号的确定及电动机选配的方法。【任务分析】模块二液压泵3.1.1液压泵和液压马达的工作原理及分类功用:液压泵:将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压

力能,向系统供油。液压马达:将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。液压泵与液压马达关系:

功用上—相反;结构上—相似;

原理上—互逆。当偏心轮1由电机带动旋转时,柱塞2做往复运动。柱塞右移时,密封工作腔4的容积逐渐增大,形成局部真空,油箱中的油液在大气压力作用下,通过单向阀5进入工作腔4,这是吸油过程。当柱塞左移时,工作腔4的容积逐渐减小,使腔内油液打开单向阀6进入系统,这是压油过程。偏心轮不断旋转,泵就不断地吸油和压油。

课题3液压泵的工作原理及性能参数模块二容积泵的工作原理一、液压泵的工作原理(一)压力1、工作压力p

:是指泵(马达)实际工作时的压力。对泵来说,工作压力是指它的输出油液压力;对马达来说,则是指它的输入压力。2、额定压力pn

:是指泵(马达)在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力,超过此值就是过载。

3、最大压力:在短时间内运行所允许的最高压力值,一般为额定压力的1.1倍。液压泵基本工作条件1、形成密封容积2、密封容积周期性变化3、吸、压油腔隔开(配流装置)4、油箱与大气相通

液压泵输出的流量取决于密封工作腔容积变化的大小;泵的输出压力取决于外负载。二、液压泵和液压马达的主要工作参数3、实际流量q:是液压泵在工作时实际输出的流量。实际流量随工作压力增大而减小,这是由于压力增高、泄漏增大所致。4、额定流量qn

:是指在正常工作条件下,按试验标准规定必须保证的流量。亦即在额定转速和额定压力下由泵输出(或输入到马达中去)的流量。因泵和马达存在内泄漏,所以额定流量的值和理论流量是不同的。2、理论流量qt

:是指泵(马达)在单位时间内由其密封油腔几何尺寸变化计算而得出的输出(输入)的液体体积,亦即在无泄漏的情况下单位时间内所能输出(所需输入)的液体体积。泵(马达)的转速为n时,泵(马达)的理论流量为(二)排量和流量1、排量V

是指泵(马达)每转一转,由其密封油腔几何尺寸变化所算得的输出(输入)液体的体积,亦即在无泄漏的情况下,其每转一转所能输出(所需输入)的液体体积。

2、机械效率:由于液压泵存在机械摩擦(相对运动零件之间及液体粘性摩擦),因此它的输入转矩必然大于理论转矩,则理论转矩液压泵的机械效率是理论转矩和实际输入转矩的比值,即:(三)功率和效率1、容积效率:由于液压泵工作时存在泄漏,因此实际流量总是小于理论流量,也就是

液压泵的容积效率为实际流量与理论流量的比值,即例从产品样本上查看到某液压泵流量,额定压力,转速,泵的容积效率,驱动功率。试求:(1)泵的总效率和机械效率;(2)泵的理论流量及在额定压力下泵的实际流量。3.功率:液压泵输入的是机械能,表现为输入转矩和转速,输出的为液压能,表现为输出流量(实际流量)和压力。所以液压泵输入功率为液压泵输出功率为4.总效率:液压泵的输出功率与输入功率的比值称为液压泵的总效率即液压泵的总效率等于各自的容积效率和机械效率的乘积。课后小结1、液压泵的工作原理2、液压泵的主要工作参数(1)压力(2)排量和流量(3)功率和效率模块二液压泵课题4叶片泵

叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输油均匀、寿命长等优点,目前广泛用于中高压液压系统中。一般叶片泵工作压力为7.0MPa,高压叶片泵可达14.0MPa。

叶片泵分单作用和双作用两种。单作用叶片泵往往做成变量的,而双作用叶片泵是定量的。

课题5叶片泵一、单作用叶片泵1、单作用叶片泵的工作原理

(1)组成:定子、转子、叶片、偏心安装、配油盘、传动轴、壳体等

(2)密封容积V形成:定子、转子、叶片、配流盘围成。(3)密封容积V变化:右半周,叶片伸出,V密↑,吸油左半周,叶片缩回,V密↓,压油(4)吸压油腔隔开:配油盘上封油区和叶片。

单作用叶片泵的工作原理2、单作用叶片泵特点(1)∵转子转一转,吸压油各一次。

∴称单作用式(2)∵吸压油口各半,径向力不平衡。

∴称非卸荷式,轴承负载较大。

(3)改变定子和转子间的偏心量,便可改变泵的排量,故这种泵都是变量泵。3、流量计算

单作用叶片泵的实际输出流量为单作用叶片泵的瞬时流量是脉动的,泵内叶片数越多,流量脉动率越小。此外,奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小,所以单作用叶片泵的叶片数一般为13片或15片。4、外反馈限压式变量叶片泵的工作原理

(1)限压式变量叶片泵的作用

当压力升高到预调的限定压力后,流量自动减小。(2)限压式变量叶片泵的分类

外反馈内反馈

(3)外反馈限压式变量叶片泵组成

变量泵主体、限压弹簧、调节机构(螺钉)、反馈液压缸。(4)工作原理

当pA<ksx0时,定子不动,e=e0,q=qmax当pA=ksx0时,定子即将移动,p=pB,即为限定压力。当pA>ksx0时,定子右移,e↓,q↓(5)限压式变量叶片泵的流量压力特性

1)限压式变量叶片泵的特性曲线当p<pB时,pA<ksx0

定量泵当p>pB时,pA=ks(x0+x)变量泵2)限压式变量叶片泵的调节过程(6)限压式变量叶片泵的应用执行机构需要有快、慢速运动的场合,如:组合机床进给系统实现快进、工进、快退等。快进或快退:用AB段;工进:用BC段;定位夹紧:用AB段;夹紧结束保压:用C点。(7)限压式变量叶片泵的特点减小了△P,减少了油液发热,简化了系统,但结构复杂。限压式变量叶片泵的特性曲线

二、双作用叶片泵1、双作用叶片泵工作原理

(1)组成:定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等双作用叶片泵工作原理图

(2)双作用叶片泵工作原理V密形成:定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成

V密变化:左上、右下,叶片伸出,V密↑吸油右上、左下,叶片缩回,V密↓压油吸压油口隔开:配油盘上封油区及叶片2、双作用叶片泵特点

(1)∵转子转一转,吸、压油各两次。

∴称双作用式

(2)∵吸、压油口对称,径向力平衡。∴称卸荷式(3)为定量泵。3、双作用叶片泵流量计算(1)排量∵叶片每伸缩一次,每两叶片间油液的排出量为:V密max-V密min

∴(V密max-V密min

)Z即一转压出油液的体积,即等于一环形体积。又∵双作用式

∴应为两倍的环形体积即Vt=2π(R2-r2)B

还∵叶片有一定厚度

∴叶片所占体积为

V’=2BSZ(R-r)/cosθ

故双作用叶片泵的实际排量为

V=Vt–V’=2B[π(R2-r2)-(R-r)SZ/cosθ](2)流量双作用叶片泵的理论流量为:

qt=2B[π(R2-r2)-(R-r)SZ/cosθ]n

泵输出的实际流量为:

q=2B[π(R2-r2)-(R-r)SZ/cosθ]nηv

(3)结论

1)qT=f(几何参数、n)

2)∵n=cqT=C

∴双作用叶片泵为定量泵,双作用叶片泵仍存在流量脉动,当叶片数为4的整数倍、且大于8时的流量脉动较小,故通常取叶片数为12或16。4、YB1E叶片泵的结构

YB1型叶片泵

1、叶片泵的分类、结构2、单作用式叶片泵3、双作用式叶片泵4、限压式叶片泵课后小结:课题6柱塞泵模块二液压泵1、柱塞泵工作原理:靠柱塞在缸体内的往复运动,使密封容积变化实现吸压油。

2、柱塞泵特点:

因为圆形构件配合,加工方便,精度高,密封性好,所以有如下特点:

(1)工作压力高,容积效率高,p=20~40MPa,Pmax可到100MPa。(2)流量大,易于实现变量;流量范围大。(3)主要零件均受压,使材料的强度得以充分利用,寿命长,单位功率重量小。

3、柱塞泵分类

(1)斜盘式(径向柱塞泵,轴向柱塞泵)(2)斜轴式。课题6柱塞泵一、概述3、轴向柱塞泵变量原理

(1)γ=0,q=0,大小变化,流量大小变化(2)γ方向变化,输油方向变化∴斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵

轴向柱塞泵工作原理图

1、轴向柱塞泵结构二、轴向柱塞泵(1)V密形成:柱塞和缸体配合而成(2)V密变化:缸体旋转,左半周,V密增大,吸油;右半周,V密减小,压油。(3)吸压油口隔开:配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔2、轴向柱塞泵工作原理

(1)轴向柱塞泵的排量若柱塞数为z,柱塞直径为d,柱塞孔的分布圆直径为D,斜盘倾角为γ,则柱塞的行程为:h=Dtanγ,故缸体转一转,泵的排量为:V=Zhπd2/4=πd2ZD(tanγ)/4

(2)轴向柱塞泵流量

理论流量:qt=Vn=D(tanγ)·zπd2/4

实际流量:q=qtηv=D(tanγ)·zηvπd2/4

(3)结论轴向柱塞泵可作双向变量泵

4、轴向柱塞泵的流量计算5、斜盘式轴向柱塞泵结构斜盘式轴向柱塞泵结构图1、径向柱塞泵工作原理

柱塞l可在其中自由滑动。衬套3固定在转子孔内,并随转子一起旋转,配油轴5固定不动。当转子顺时针方向旋转时,柱塞随转子一起旋转,在惯性作用下压紧在定子4的内壁上。由于转子与定子之间存在偏心距,所以柱塞在旋转的同时作往复运动,通过配油轴上的孔腔和孔腔完成吸、排油过程。径向柱塞泵的工作原理

三、径向柱塞泵2、径向柱塞泵特点(1)转子每转一周,每个柱塞吸、排油各一次。移动定子改变偏心距,便可改变泵的排量。

(2)径向柱塞泵的加工精度要求不太高,但径向尺寸大,结构较复杂,自吸能力差,配油轴受径向力的作用,容易磨损,因而转速和压力不能太高。课后小结:1、柱塞泵工作原理及特点2、轴向柱塞泵3、径向柱塞泵课题7液压泵的选用模块二液压泵一、液压泵类型的选择

是否要求变量:径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。工作压力:柱塞泵压力31.5MPa;叶片泵压力6.3MPa,高压化以后可达16MPa;齿轮泵压力2.5MPa,高压化以后可达21MPa。工作环境:齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标:低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵,双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。效率:轴向柱塞泵的总效率最高;同一结构的泵,排量大的泵总效率高;同一排量的泵在额定工况下总效率最高。液压系统中常用液压泵的主要性能

1、液压泵的工作压力

考虑管道压力损失所取的系数,一般取2、液压泵的流量

液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量,即

Q泵≥K流×Q缸式中:Q泵—液压泵所需输出的流量,m3/min。K流—系统的泄漏系数,取1.1~1.3Q缸一液压缸所需提供的最大流量,m3/min。若为多液压缸同时动作,Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。在p泵、Q泵求出以后,就可具体选择液压泵的规格,选择时应使实际选用泵的额定压力大于所求出的p泵值,通常可放大25%。泵的额定流量略大于或等于所求出的Q缸值即可。二、液压泵大小的选用

液压泵的选择,通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式,再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。式中:—液压泵同一时间压力与流量乘积的最大值

—液压泵的总效率

三、电动机参数的选择

驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定:各种泵的总效率大致为:齿轮泵0.6~0.7,叶片泵0.6~0.75;柱塞泵0.8~0.85。例题已知某液压系统如下所示,工作时,活塞上所受的外载荷为=9720N,活塞有效工作面积A=0.008m2,活塞运动速度v=0.04m/s。问应选择额定压力和额定流量为多少的液压泵?驱动它的电机功率应为多少?液压系统泵的排量参考值选用规格相近的型叶片泵,泵的额定压力,泵的排量;泵的额定转速为,容积效率,总效率为。倒推算得泵的额定流量为比系统所需流量大。

2)液压泵流量的计算。

=

1)液压泵最高压力的计算。

也可根据公式()来确定液压泵的最高工作压力。

【任务实施】1.选择液压泵

3)确定液压泵的类型、规格和型号。

2.确定液压泵驱动功率及电动机的型号规格确定液压泵驱动功率及电动机的型号规格,主要有两种方式:

1)根据选用液压泵的额定压力和额定流量计算查机械设计手册选用系列中规格相近的型卧式三相异步电动机,其功率为,转速为。用此转速驱动液压泵时,泵的实际输出流量为,仍能满足系统各工况对流量的要求。

2)以上方法得到的往往是在液压泵产品样本中附有的配套电动机功率数值,这个数值是指在额定压力和流量下所需的功率,实际应用中可能达不到,故实际选用电动机时,是首先根据工况,确定液压泵最大输出功率出现的阶段,然后根据此阶段的实际压力、流量的乘积与液压泵效率之比来确定液压泵的驱动功率,从而选择合适的电动机(详见模块六课题21)。1、液压泵类型的选择2、液压泵大小的选用3、电动机参数的选择

课后小结:课题4齿轮泵模块二液压泵一、齿轮泵的工作原理1、组成:

前、后泵盖,泵体,一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合。2、工作原理:

(1)密封容积形成—齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成。

(2)齿轮退出啮合,容积↑,吸油;齿轮进入啮合,容积↓压油;

(3)吸压油口隔开—两齿轮啮合线及泵盖。

课题4齿轮泵外啮合齿轮泵具有结构简单、紧凑,容易制造,成本低,对油液污染不敏感,工作可靠,维护方便,寿命长等优点,故广泛应用于各种低压系统中。

实际输出流量为

齿轮泵理论流量为二、齿轮泵的排量及流量计算假设:齿槽容积=轮齿体积

则排量=齿槽容积+轮齿体积即相当于有效齿高和齿宽所构成的平面所扫过的环形体积,则实际上齿轮泵的瞬时流量是脉动的,齿数越小,齿槽越深,流量脉动越大。流量脉动会引起压力波动,造成液压系统的振动和噪声。三、齿轮泵的结构(一)CB一B型齿轮泵的结构

CB-B型齿轮泵为无侧板型,它是三片式结构中低压齿轮泵,结构简单,不能承受较高的压力。其额定压力为2.5MPa,额定转速为1450r/min。

外啮合齿轮泵结构

1、困油现象(1)困油产生原因

(2)困油引起的结果,使泵产生强烈的振动和噪声(3)困油消除方法原则:

密封容积减小,使之通压油口

密封容积增大,使之通吸油口

密封容积最小,隔开吸压油方法:

在泵盖(或轴承座)上开卸荷槽以消除困油,CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离,效果更好。(二)外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题:2、径向不平衡力

液压力液体分布规律:沿圆周从高压腔到低压腔,压力沿齿轮外圆逐齿降低。p↑,径向不平衡力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷,产生振动和噪声。改善措施:

1)缩小压油口,以减小压力油作用面积;

2)大泵体内表面和齿顶间隙;

3)开压力平衡槽,会使容积效率减小。3、泄漏

外啮合齿轮泵高压腔(压油腔)的压力油向低压腔吸油腔)泄漏有三条路径。

齿侧泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的5%

径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%-25%端面泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的75%-80%

总之:泵压力愈高,泄漏愈大

四、提高外啮合齿轮泵压力的措施1、提高外啮合齿轮泵的工作压力措施齿轮端面间隙自动补偿的办法

2、轮端面间隙自动补偿原理是利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到浮动轴套外侧,作用在一定形状和大小的面积(用密封圈分隔构成)上,产生液压作用力,使轴套压向齿轮端面,这个液压力的大小必须保证浮动轴套始终紧贴齿轮端面,减小端面轴向间隙泄漏,达到提高工作压力的目的。课后小结1、齿轮泵的工作原理2、齿轮泵的排量及流量计算3、齿轮泵的结构模块三

液压缸和液压马达课题8液压缸类型及特点模块三

液压缸和液压马达下图所示的专用铣床的工作台采用单杆液压缸驱动,根据工况分析,计算得液压缸在工进阶段的总工作负载为4388N(即最大负载),如图所示,现要求活塞快进和快退速度相等,我们该如何进行液压缸的设计计算和结构设计?

专用铣床液压缸受力简图

【任务提出】模块三

液压缸和液压马达液压缸是液压系统中的执行元件,是把液体的压力能转换成机械能的能量转换装置,用来驱动工作机构实现直线往复运动或往复摆动。液压缸结构简单,工作可靠,作直线往复运动时,省去减速机构,且没有传动间隙,传动平稳、反映快,因此在液压系统中被广泛应用。本任务中,铣床的工作台采用单杆液压缸驱动,我们根据液压缸所受的最大工作负载(或根据设备的类型),选定液压缸的工作压力,并计算确定液压缸的内径、活塞杆直径等主要结构尺寸。本模块的任务是通过液压缸类型及特点、液压缸的结构设计、液压缸的设计计算等相关知识的学习,掌握液压缸的设计计算方法。【任务分析】1、按结构形式:

活塞式2、按作用方式:单作用式液压缸功用:将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功,实现直线往复运动或旋转运动。液压缸的类型及特点分类:柱塞式

组合式双作用式液压缸课题8液压缸类型及特点模块三一、活塞式液压缸定义:缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。分类按伸出活塞杆不同:双杆,单杆,无杆

按固定方式不同:缸体固定,活塞杆固定

1、双杆活塞液压缸(1)特点1)两腔面积相等;

2)压力相同时,推力相等,流量相同时,速度相等。即具有等推力、等速度特性。(2)推力、速度计算

课题8液压缸类型及特点模块三v=q/A=4qV/π(D2-d2)F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4双杆活塞液压缸(3)固定方式1)实心双杆活塞式:缸体固定式

进油腔回油腔运动方向

左右活塞右移

右左活塞左移2)空心双杆活塞式:杆固定式进油腔

回油腔

运动方向

左右

缸体左移

右左

缸体右移

进油腔位置与活塞运动方向相同。

进油腔位置与活塞运动方向相反。

占地范围应用场合三倍于L,占地面积大。中小型设备占地范围应用场合两倍于L,占地面积小,大中型设备课题8液压缸类型及特点模块三2、单杆活塞液压缸(1)特点:

1)两腔面积不等,A1>A2

2)压力相同时,推力不等流量相同时,速度不等,即不具有等推力等速度特性。

单活塞式液压缸计算简图

课题8液压缸类型及特点模块三(2)速度、推力计算1)无杆腔进油时

v1=q/A1=4q/πD2,

F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2/42)有杆腔进油时

v2=q/A2=4q/π(D2-d2),

F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

∵A1>A2∴v1<v2F1>F2

因而:活塞杆伸出时,适用于重载慢速,活塞杆缩回时,适用于轻载快速。

课题8液压缸类型及特点模块三特点:在不增加流量的前提下,实现快速运动应用单杆活塞液压缸不同连接,可实现如下工作循环:

差动连接无杆腔进油有杆腔进油快进→工进→快退

v3、F3v1、F1v2、F2

3)差动连接式液压缸课题8液压缸类型及特点模块三差动连接式液压缸

v3A1=q+v3A2,

∴v3=q/(A1-A2)=4q/πd2故要使

v2=v3

,D=√2d,

F3=p1(A1-A2)=πd2p1/41、定义在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。

2、柱塞式液压缸结构

缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等

3、柱塞式液压缸工作原理:

只能单向运动,回程需靠外力、弹簧力,需双向运动时,常成对使用。

二、柱塞式液压缸柱塞式液压缸结构示意图课题8液压缸类型及特点模块三4、柱塞式液压缸速度、推力计算

v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4

柱塞式液压缸特点:

∵柱塞工作时总是受压,一般较粗

∴水平放置易下垂,产生单边磨损故常垂直放置,有时可做成空心又∵缸体内壁与柱塞不接触

∴可不加工或只粗加工,工艺性好,故常用于长行程机床,如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床。

课题8液压缸类型及特点模块三分类:

单叶片式、双叶片组成:缸体、定子块、叶片、传动轴等

工作原理:

当缸的一个油口进压力油,另一油口回油时,叶片在压力油作用下往一个方向摆动,带动轴偏转一定角度小于3600;当进回油口互换时,马达反转。三、摆动液压马达(摆动液压缸)课题8液压缸类型及特点模块三摆动液压缸参数计算:

T=zb/8·(D2-d2)(p1-p2)ηm

ω=8qηcv/zb(D2-d2)

双叶片摆动式液压马达:

T双

=2T单

ω双=1/2·ω单

摆动液压缸特点:

结构紧凑,输出转矩大,但密封困难,一般只用于中低压系统。课题8液压缸

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