高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础ppt课件

液压传动,材料系,1,常用网址：中国液压气动密封工业网中华液压网液压气动网参考书：机床液压传动章宏甲黄谊机工出版社专业期刊：机床与液压、液压与气动考核方法：期末考试7060%平时（考勤、作业、提问、实验）3040%,2,液压传动的定义液压传动的工作原理液压传动的组成液压传动的优缺点液压传动的应用和发展,第一节概况,3,1.液压传动的定义,机器组成：原动机：电动机、内燃机等传动机构工作机（直接工作部分）：车床的刀架、车刀、卡盘等传动机构分为：机械传动：如齿轮传动电气传动：（电气控制技术）流体传动,4,流体传动：以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。液体传动气体传动液体传动：液体为工作介质液力传动：利用液体动能液压传动：利用液体压力能工作特性（两个）压力取决于负载（与流入的流体多少无关）速度取决于流量（与流体压力大小无关）,5,原理图及简化模型,2.液压传动的工作原理,6,力比例关系：p=F1/A1=W/A2或W/F1=A2/A1压力取决于负载运动关系：v2/v1=A1/A2Ah/t流量A1v1=A2v2v=q/A活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量功率关系：P=pA1v1=pA2v2=pq,7,液压传动装置的组成：动力元件：将机械能转变成压力能液压泵执行元件：将压力能转变成机械能液压缸、液压马达控制调节元件：各种液压阀辅助元件：除以上三种以外的其他装置油箱、滤油器、蓄能器等传动介质：液压油,3.液压传动的组成,8,4.液压传动的优缺点,主要优点:能方便地进行无级调速，且调速范围大。功率质量比大。调节、控制简单，方便，省力，易实现自动化控制和过载保护。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。液压元件实现了标准化、系列化，便于设计、制造和推广使用。,9,主要缺点：漏：有压力，泄漏。不宜用在传动比要求较严格的场合。振：液压冲击和空穴。热：机械摩擦、压力损失、泄漏损失，油液发热、总效率降低。不宜用于远距离传动。液压传动的性能对温度较敏感，不宜在高温、低温下工作。液压传动装置对油液的污染较敏感，要求有良好的过滤设施。液压系统出现故障时不易查找原因，不易迅速排除故障。,10,5.液压传动的应用和发展,应用：工程机械：挖掘机、推土机、装载机机床工业：组合机床、锻压机床农业机械：拖拉机、收割机汽车工业：汽车、摩托车冶金机械：轧钢机、高炉塑料机械：注塑机灌装机械：食品包装机、化肥包装机其他,11,12,13,14,机械手,15,发展概况：17世纪中叶静压原理18世纪末英国第一台水压机19世纪末德国液压龙门刨床20世纪30年代通用机床液压传动20世纪60年代以来液压技术得到很大的发展,16,发展趋势：减少能耗、泄漏控制、污染控制、主动维护液压CAD技术新材料新工艺的应用机电一体化,17,我国的发展现状：机械工业振兴发展的重点行业之一门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系（液压行业总产值是世界第六，气动行业世界第十）全国行业企业约1300多个，预计2006年需求总量突破150亿元（农业机械需求量将有很大增长；机床、塑料机械等的需求量有较大增长）液压行业人均产值：美国（8万人、10.6万美元）日本（12.4万人、19.7万美元）中国（7.5万人、0.45万美元）,18,第二节液压传动基础知识,一、液压传动工作介质二、液体静力学三、液体动力学四、定常管流的压力损失计算五、孔口和缝隙流动六、空穴现象七、液压冲击,19,一、液压传动工作介质,1.工作介质的性质密度()：单位体积液体的质量=m/V标准密度20：我国采用20C时的密度可压缩性：体积压缩系数k：单位压力变化下的体积相对变化量体积弹性模量K：K=1/k粘性a、粘性的定义：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相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。,20,b、液体的粘性示意图：Ft=Adu/dy牛顿内摩擦定律：=Ft/A=du/dy,21,c、液体粘性的表示方法：动力粘度（绝对粘度）（）：=(F/A)/(du/dy)单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力单位：(SI制)Pas，(CGS制)P、(dyne.s/cm2)cP1Pa.s=10P=103cP运动粘度（）：=/无明显的物理意义，为方便而引入单位：（SI制)m2/s(CGS制)St(cm2/s)cSt1m2/s=104St=106cSt=106mm2/s液压油的牌号:以这种液压油在40C时运动粘度的平均厘斯数值来命名的.如：N32相对粘度（t）t=t1/t2无量纲,22,d、粘性与压力的关系：一般而言，压力增大，粘度增大；压力减小，粘度减小，高压时影响显著。e、粘性与温度的关系:温度升高，粘度减小；温度降低，粘度增大。此变化率的大小直接影响工作介质的使用，其重要性不亚于粘度本身粘温特性:温度变化时粘度变化的幅度小，则说明有良好的粘温特性,23,粘性与温度的关系:,24,2.对液压传动工作介质的要求：合适的粘度，较好的粘温特性良好的润滑性能；质地纯净，杂质少无腐蚀性对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性抗乳化性好3.工作介质的分类和选用分类：石油基液压油、乳化液、合成型选用：根据液压泵来确定工作介质的粘度,25,粘度选择的总原则：高压、高温、低速情况下，应选用粘度较大的液压油，主要考虑泄漏的影响；低压、低温、高速情况下，应选用较低粘度的液压油，主要考虑内摩擦阻力的影响。,26,27,4.液压系统的污染控制污染的根源:被污染的新油；残留污染；侵入污染；生成污染污染引起的危害：影响系统性能和寿命；元件失效污染的测定：称重法；颗粒计数法污染度的等级：我国GB/T14039-93；美国NAS1638工作介质的污染控制：清洗；密封；过滤；控制温度；定期检查、更换,28,二、液体静力学,1.液体静力学及其特性作用于液体上的力分类：质量力、表面力应力分为：法向和切向静压力：静止液体内某点处单位面积上所受到的法向力。p=F/A静压力特性：液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。,单位面积上的表面力,29,2.液体静压力基本方程静压力基本方程p=po+gh,30,基本方程的物理意义：,能量守恒,31,3.压力的表示方法及单位绝对压力：以绝对真空作为基准相对压力：以大气压力作为基准。又称表压力绝对压力=相对压力+大气压力真空度=大气压力-绝对压力,32,压力单位：法定单位：帕斯卡（帕Pa）工程大气压，液柱高4.帕斯卡原理内容（等值传递）实质:在密闭的容器内的静止液体中，若某点的压力发生了变化，则该变化值将等值同时地传到液体内所有各点。应用：体现在液压元件的工作原理上。力的放大,33,5.液体静压力对固体壁面的作用力壁面为平面:F=pA=pD2/4壁面为曲面：一般将总力分解成水平和垂直方向的两个分力来研究,34,三、液体动力学,1.基本概念理想液体:无粘性且不可压缩的液体定常流动：液体中任一点的压力、速度和密度不随时间而变化迹线、流线、流束和通流截面,35,流量和平均流速流量(q)：单位时间内通过某通流截面的液体的体积。平均流速(v)：液流质点在单位时间内流过的距离。v=q/A质量流量(qm):流过其截面的液体质量流动液体的压力压力在各个方向上的数值可以看作是相等的,36,2.连续性方程（质量守恒定律）q1=q2v1A1=v2A2通过流管任一截面的流量相等。当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。,37,3.伯努利方程（能量守恒定律）理想液体的运动微分方程：,38,理想液体的伯努利方程：将上式积分得：理想液体微小流束伯努利方程p/+gz+u2/2=常数或p1/g+z1+u12/2g=p2/g+z2+u22/2g任意截面处液体的总能量由压力能、位能和动能组成实际液体流束的伯努利方程：p1/+z1g+u12/2=p2/+z2g+u22/2+hwghw为因粘性而消耗的能量,39,实际液体总流的伯努利方程：,40,伯努利方程应用举例：,41,4.动量方程：动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力的方向上的动量的变化率，即F=d(mV)/dt流动液体的动量方程：,42,F=(s2-s1)dq/dt+q2V2-q1V1定常流动时，dq/dt=0F=q2V2-q1V1当液流流速较大且紊流时，动量修正系数=1例题：,43,四、定常管流的压力损失计算,1.流态、雷诺数层流：液体质点互不干扰，分层流动（粘性力）紊流：液体质点的运动杂乱无章（惯性力）雷诺数ReRe=vd/2.液体在直管中流动时的压力损失计算沿程压力损失：液体流动时的内、外摩擦力引起。层流时的压力损失液流在通流截面上的速度分布规律液体作层流时，通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状。,44,45,圆管中的流量液体在圆管中作层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍。沿程压力损失3.局部压力损失是液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。（旋涡，撞击，能量损耗）4.管路系统中的总压力损失和压力效率总压力损失：压力效率：=p1/pp=(pp-p)/pp=1-p/pp,46,五、孔口和缝隙流动,1.孔口液流特性液体流经孔口时要产生局部压力损失，系统发热，油液粘度下降，系统的泄漏增加流经薄壁小孔的流量薄壁小孔：l/d0.5流经细长小孔的流量细长孔:l/d4q=KApm,47,2.缝隙液流特性泄漏的分类：内泄漏、外泄漏泄漏的原因：压力差、间隙（一）平行平板的间隙流动pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx,48,1、固定平行平板间隙流动2、两平行平板有相对运动时的间隙流动有相对运动但无压差u=vy/h既有相对运动又有压差,49,（二）圆柱环形间隙流动1、同心环形间隙在压差作用下的流动,50,2、偏心环形间隙在压差作用下的流动3、内外圆柱表面有相对运动且又存在压差的流动,51,（三）流经平行圆盘间隙径向流动的流量,52,（四）圆锥状环形间隙流动,53,六、空穴现象,空穴现象：压力低于空气分离压而产生气泡的现象危害：产生振动、噪音，腐蚀金属表面油液的空气分离压和饱和蒸气压：空气分离压：空气从油液中分离出来形成气泡饱和蒸气压：油液本身汽化节流口处的空穴现象气泡的破灭产生冲击、噪音、振动，局部高温、高压使金属剥落，表面粗糙或海绵状的小