,液压与气压传动,机械与汽车工程学院,主讲：徐振法,2011年9月,目 录,第 一 章 绪论 第 二 章 液压传动的流体力学基础 第 三 章 液压泵 第 四 章 液压缸和液压马达 第 五 章 液压阀 第 六 章 液压辅件(自学) 第 七 章 液压基本回路 第 八 章 典型液压系统,第一章,绪 论,本章重点和难点：,重点： 1、液压（气压）传动工作原理； 2、液压（气动）系统组成及各部分作用； 难点： 1、液压（气压）传动工作原理,一、研究对象及学习方法,研究对象：,研究的是以有压流体（液压液或压缩空气）作为传动介质来实现机械传动和自动控制的一门学科。其实质研究的是能量转换。,即：机械能-压力能-机械能。,学习方法：,家用电器,（系统 电路 电子元件）,机械设备,（系统 回路 液压和气动元件）,二、车辆及其制造设备的传动方式,一切设备都有其相应的传动机构,借助于传动方式达到对动力的传递和控制的目的。,1、机械传动 通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。,2、电气传动利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。,液体传动,气压传动,3、流体传动,气力传动,气体传动,液力传动利用液体流动动能传递动力。,液压传动利用液体静压力传递动力。,三、工作原理,以液压千斤顶为例进行说明:,设施力F，重物G，小活塞面积A1，大活塞面积A2 。,1、力比关系,或：,讨论:（不考虑活塞自重及摩擦阻力）,（1）当G=0时，,p=0，,F=0；,（2）当G 时，,p ，,F 。,结论：,A、系统的工作压力取决于负载，而与流量大小无关。,B、当A2 A1，只要施加很小的力F，就可举起很重的物体，这就是液压千斤顶的原理。,2、运动关系,若不考虑泄漏、油液的可压缩性及缸体、管道的变形等,由于体积相等：,A1 h1 = A2 h2；,又由于活塞移动的时间相同，均为t，,则：,即：,或：A1v1=A2v2 = q,(单位时间内流过某一截面的液体体积，称为流量，用q表示),结论：,A、活塞的运动速度与进入缸的流量成正比，与活塞的截面积成反比，而与流体压力大小无关；,B、调节q即可改变运动速度，所以，液压和气压传动能实现无级调速；,3、功率关系,和,在不计损失时，输入功率等于输出功率。,即：,Fv1=Gv2,即：,P=pA1v1=pA2v2= p q,结论：压力和流量是流体传动中最基本、最重要的两个参数，它们的乘积表示功率。,工作原理：以有压流体作为传动介质（或工作介质、能源介质），依靠密封容积的变化来传递运动，依靠流体内部的压力来传递动力。,利用了帕斯卡原理,利用了质量守恒定律,四、液压和气动系统组成,以生产中的机床工作台为例进行进一步说明,能源装置：为系统提供有压流体（压力油或压缩空气），将机械能转换成压力能，是系统的第一能量转换装置。如液压泵、气源装置（空压机、后冷却器、干燥器、空气净化装置、储气罐、输送管道等）。,执行元件：把流体的压力能转换成机械能，是系统的第二能量转换装置。如液压缸、液压马达、气缸、气动马达等。,控制元件：对系统中流体的压力、流量及流体的流动方向进行控制或调节的元件。如溢流阀、单向阀、换向阀等。,工作介质：传递能量的流体，即液压油、压缩空气等。,辅助元件：保证系统正常工作的其它元件。如油箱、管道、管接头、过滤器等。,机床工作台液压系统,1工作台 2液压缸 3活塞 4换向手柄 5换向阀 6.8.16回油管 7节流阀 9开停手柄 10开停阀 11压力管 12压力支管 13溢流阀 14钢球 15弹簧 17液压泵 18滤油器 19油箱,机床工作台液压系统,五、系统表示方法,1、用结构原理图表示： 具有直观性强、容易理解的优点，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。,2、用液压与气动系统图形符号表示（GB78676, GB786.1-93),基本规定 ：,(1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。,(2) 主油（气）路用标准实线表示，控制油（气）路用虚线表示。元件符号内的流体流动方向用“”表示，“”指向不一定是油流方向。,(3)符号均以元件的零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。,采用职能符号表示的原理图： 具有图形简单，易绘制等有点，但直观性差，难理解。,六、液压与气动系统的特点,1、液压传动特点,优点： （1）传动平稳、重量轻、体积小、承载能力大； （2）易实现无级调速； （3）易实现过载保护和自动润滑； （4）能实现各种机械运动、易于自动控制； （5）由于元件已实现标准化、系列化、通用化，便于设计制造。,缺点： （1）元件本身制造精度要求高； （2）实现定比传动难，且不宜在高、低温及易燃易爆等场合下使用； （3）不宜远距离输送动力，发生故障不易查除，油液易污染，对油液的质量要求高。,2、气压传动的特点,优点： 来源广泛，成本低廉，系统简单； 空气粘度小，输送时压力损失小，便于集中供应（空压站）和远距离输送； 维护简单，管道不易堵塞，无须更换介质； 易于实现过载自动保护，使用安全，适合在高、低温及易燃易爆等恶劣环境下使用； 由于工作压力低（小于0.8MPa），对元件材料及加工精度要求低。,缺点： 传递的功率小； 传递运动的速度稳定性差； 传动效率较低。,七、液压与气压传动的应用及发展概况,18世纪末 万吨水压机,20世纪30年代 起重机、机床及工程机械,二战期间 各种军事武器,二战结束后 各种自动化设备及自动生产线,20世纪80年代现在：高速、高压、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化方向发展,节能化、微型化、轻量化、位置控制高精度化,气动技术,初级阶段,计算机液压伺服时期,电气液压技术时期,20世纪50年代70年代 黄金时代迅猛发展期,表1-1 在各类机械行业中的应用实例,近年应用,太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射系统、宇航环境模拟、高层建筑减震、紧急刹车装置等,应用一：高压造型生产线,应用二：真空静压造型生产线,应用三：工程机械领域,压路机,挖掘机,铲运车,应用四：机械加工行业,应用五：航天工业,应用六：军事、雷达等,台湾“纪德舰”,第一篇 液压传动,第二章,液压传动的流体 力学基础,流体力学是研究流体平衡和运动规律的一门科学。,本章重点：,1、液压油的粘度及其物理意义、粘性的力学本质；,2、液体静压力基本方程、连续性方程、伯努利方程；,3、压力损失、小孔流量的计算。,本章难点：,1、实际液体伯努利方程及压力损失的计算；,2、绝对压力、相对压力、真空度的概念。,2-1 液压油,一、液压油的物理性质,（一）密度,单位体积液体的质量称为液体的密度。,矿物型液压油的密度随温度和压力而变化的，但其变动值很小，可认为其为常数。一般矿物油系液压油在20时密度约为850900 kg/m3 左右。,单位：kg/m3,(二) 可压缩性,液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 液体的压缩性可用体积压缩系数表示。,液体体积压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，以或K 表示。 即 1/。, 封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧（称为液压弹簧）：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响 。,(三) 粘性,1、粘性的力学本质,粘性是液压油的根本特性，粘度是度量粘性的物理量，是选择液压油的主要性能指标。,液体的粘性：液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力。,粘性的力学本质：,为比例系数称为动力粘度，单位为Pa S（帕秒）,（牛顿内摩擦阻力定律）,油液在流动时，相邻两层液体内部所产生的摩擦阻力F与接触面积A成正比与速度梯度成正比。,若：,结论：液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，处于静止状态的液体不呈现粘性。,则单位面积上的内摩擦力：,例1：如一瓶水和一瓶菜油，放在形状完全相同的两只棕色瓶中，怎样鉴别？（不准用嗅觉和味觉）,2、粘度,液体的粘性大小可用粘度来表示。,相对粘度：用各种粘度计测量。,粘度,动力粘度 ：单位：PaS（帕秒）,运动粘度 ：单位：m2/s 。与动力粘度换算公式： =/,（1）动力粘度,流动液体在一定剪切力作用下内摩擦阻力的度量。具有明确的物理意义。单位：PaS（帕秒），可用旋转粘度计测量，但计算较复杂。,物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，单位面积上产生的内摩擦力。,没有明确的物理意义。只是动力粘度与液体密度的比值。,（2）运动粘度,即：,单位： m2/s,国产油液牌号是以40时的平均运动粘度来表示。 1 cSt(厘斯)=10-2 St(斯) =1 mm2/s,单位换算：1 m2 /s=104 St（斯）=106 cSt（厘斯）,例1：普通液压油YA-N32，N32表示该油在40时平均运动粘度为,mm2/s ，,即 32 106,32,m2/s。,例2：20 时 水= 10-6 m2/s， 水= 103 kg/m3; 空气= 15 10-6 m2/s， 空气= 1.2 kg/m3。 试比较哪种介质粘性大？,解： 水= 水 水= 10-3 PaS , 空气= 空气 空气= 1.8 10-5PaS 水的粘性大,结论： 若要比较两种不同介质流体的粘性大小， 只能用动力粘度来比较。,（3） 相对粘度（条件粘度）：,将200ml 温度为t 的被测液体装入恩氏粘度计中，由其底部 2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需的时间 液，与同体积蒸馏水在20 时流过同一粘度计所需时间 水之比。用0Et表示。 0Et = 液/ 水，无量纲。,60ml， 单位：秒。故又称国际赛氏秒。用 ”S表示。,恩氏粘度0E（中、德、前苏联）：,赛氏粘度SUS （美国）：,换算关系：,单位：均为 m2/s,60ml， 单位：秒。故又称商用雷氏秒。用 ”R 表示。,雷氏粘度R1S （英国、美国）：,3、影响油液粘度的因素,温度：,温度 分子间内聚力 油液粘度压力损失。,并且变化十分敏感，说明温度对粘度的影响很大。,油液的粘温特性：,油液粘度随温度变化的特性称为油的粘温特性。 用粘度指数VI表示。,温度,分子间内聚力,油液粘度,系统泄漏,传动精度,；,粘度指数（ VI ）：粘度指数越高，则粘温曲线越平坦，油液的粘温性能好，表示温度变化对该油的粘度影响较小。压力变化对粘度影响较小，一般不考虑。一般要求工作介质的粘度指数VI 90。,压力 分子间距 分子间内聚力 油液粘度有所。,压力：,a.当压力较低时，压力变化对粘度影响较小，一般不考虑。,b.当压力很高时，压力变化对粘度影响较大。,式中0压力为105Pa时的运动粘度(m2/s) p压力为 p Pa时的运动粘度(m2/s),(四) 其它物理性质,比热容（单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量）、导热系数、流动点（比凝固点低2.5的温度叫做流动点）与凝固点、闪点（明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧的温度）与燃点（使油液能自行燃烧的温度）、润滑性（在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力）等。,二、液压油的化学性质,1、酸值：中和1克油液所需 KOH 的毫克数。,2、热稳定性：自身裂化、聚合 。,3、氧化稳定性：与空气及其它氧化物进行化学反应的能力,4、相容性