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液压传动简明教程第一讲 液压传动基础-1第1节概论1.1机器的组成1.1.1机器由三部分组成：原动机、传动部分、工作机。1.1.2传动的种类：机械传动、电气传动、液压传动。1.2. 液压传动的工作原理下图是液压干斤顶的工作原理。（点击此处，观看动画演示）1.2.1从液压干斤顶的工作过程可以看出，液压传动有如下特点（工作原理）： 液压传动是以液体作为工作介质，来传递运动和动力的。而且传动中经过两次能量转换。 油液须在密闭系统中传送。 1.2.2液压传动：是利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式。1.2.3液压传动与液力传动的区别：液压传动是在密闭系统中，利用液体的压力能工作；液力传动是在非密闭状态下，利用液体的动能或位能工作。1.2.4两个基本概念：a、液压系统中的压力取决于负载的大小；b、系统中的速度取决于流量的大小。1.3 液压传动的组成图12为简单机床液压系统。从图11和图12两个例子可以看出，液压系统正常工作须由五个部分组成。 （点击此处，观看动画演示）(1) 动力装置。是把机械能转换为液体压力能的装置。(2)执行元件。是将液体的压力能转换为机械能的装置。(3)控制调节元件。是指控制或调节系统压力、流量、方向的元件。(4)辅助元件。是在系统中起散热、贮油、蓄能、连接、过滤、测压等等作用的元件。(5).工作介质。在系统中起传递运动、动力及信号的作用。1.4 图形符号 图形符号脱离了元件的具体结构，表示的是元件的职能。 图形符号表示的是元件的零位或静止位置。图：溢流阀的图形符号 1.5 液压传动的优缺点1.5.1优点：1）输出力大，可实现低速大吨位传动。（突出优点）2）能在大范围内实现无级调速。 3）体积小、结构紧凑。4）运动均匀稳定，换向时无冲击。5）调整控制方便，易于实现自动化。6）便于实现过载保护，使用安全可靠。7）设计、制造、维修方便。1.5.2缺点：1）无法保证严格的传动比。（难以克服的缺点）2）温度的变化对系统工作影响较大。3）工作过程中能量损失较大。4）制造精度要求高。5）故障原因不易查找。1.6 液压传动的应用和发展1）由于液压传动具有很多优点，因此，在各类机械设备中的应用非常广泛。有的设备是利用其能传递大的动力，且结构简单、体积小、重量轻的优点，如工程机械、矿山机械、冶金机械等；有的设备是利用它操纵控制方便，能较容易地实现较复杂工作循环的优点，如各类金属切削机床、轻工机械、运输机械、军工机械、各类装载机等。2）液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。从17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动只有二三百年的历史。19世纪末德国制成了液压龙门刨床，美国制成了液压转塔车床和磨床。由于缺乏成熟的液压元件，一些通用机床到20世纪30年代才用上液压传动。20世纪60年代以来，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、高度集成化方向发展。第一讲 液压传动基础-2第二节工作介质2.1.工作介质的种类1) 如下：常见的普通液压油有：常见的抗磨液压油有：名称N32号抗磨液压油N46号抗磨液压油N68号抗磨液压油N80号抗磨液压油N100号抗磨液压油N150号抗磨液压油N46K号抗磨液压油代号（原代号）YB-N32(20号)YB-N46(30号)YB-N68(40号)YB-N80(50号)YB-N100(60号)YB-N150(80号)YB-N46K(30Y号)运动粘度mm2/s4028.835.241.450.661.274.89011013516541.450.6501723273337434753576377832733常见的低凝液压油有：名称N32号低凝液压油N46号低凝液压油N68号低凝液压油N46D号低凝液压油代号（原代号）YC-N32(20号)YC-N46(30号)YC-N68(40号)YC-N46D(30D号)运动粘度mm2/s4028354150617441505017232733374325352) 石油型液压油的粘度较高，润滑性能较好，但其抗燃性较差。合成型和乳化型工作介质，其抗燃性较好。常用于高温、易燃、易爆的工作场所。2.2 工作介质的主要性质1）在液体的性质中，对正常工作影响最大的是：粘性和可压缩性。2）粘性的含义：液体流动时，其内部产生摩擦力的性质，即称为液体的粘性。（液体在静止状态时，不呈现粘性）3）粘度粘度是表示液体粘性的大小。常用的粘度有3种：动力粘度、运动粘度、相对粘度。4).动力粘度动力粘度是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。其单位是：Pa.s（帕.秒）5).运动粘度液体动力粘度与其密度的比值。单位是：m2/s, cm2/s,mm2/s （国际标准ISO和我国标准规定：）工作介质按其在一定温度（40）下，运动粘度的平均值来标定粘度等级。6).相对粘度（又称条件粘度）它是采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度。我国、德国、俄罗斯采用恩氏粘度（），美国采用国际赛氏粘度（SSU），英国采用商用雷氏粘度（”R）等。7).温度对粘度的影响粘温特性：温度升高时，其粘度下降。粘度指数VI：表示该液体的粘度变化的程度与标准液的粘度变化程度之比。粘度指数高，说明粘度随温度变化小，其粘温特性好。一般要求工作介质的粘度指数应在90以上。当液压系统的工作温度范围较大时，应选用粘度指数较高的工作介质。 8). 压力对粘度的影响液体所受压力增大，粘度随之增大。9）气泡对粘度的影响混入液体中的气泡越多，粘度将增大。10）液体的可压缩性液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质，称为可压缩性。2.3 工作介质的选择选择工作介质的类型和牌号时，主要考虑的因素： 根据液压设备的类型及工作条件选择。 对石油型液压油的选择可参考表1。表1选择工作介质时应考虑的因素考虑因素分类内容系统工作环境要否阻燃（闪点、燃点）；抑制噪声的能力（空气溶解度、消泡性）；废液再生处理及环保要求。系统工作条件压力范围（润滑性、承载能力）；温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性等）工作介质的品质物理化学指标；对金属和密封件的相容性；过滤性能、吸气情况、去垢能力；锈蚀性、抗氧化稳定性；剪切稳定性。经济性价格及使用寿命；货源情况；维修、更换难易程度。 工作介质粘度的选择。一般根据液压泵的要求来确定液压油的粘度。 液压系统的工作压力较高或环境温度较高时，宜选用粘度较高的液压油，以减少泄漏；工作部件的运动速度较高时，应选用粘度较低的液压油，以减少摩擦损失。2.4 工作介质的使用及其污染的控制1）工作介质维护的关键是控制污染。统计表明，工作介质的污染是液压系统发生故障的主要原因。2）污染的原因a. 从外界环境中混入污染物。b. 在液压系统安装或修理时残留下来的污染物。c. 在工作过程中系统内产生的污染物。3）污染的危害a. 加速元件磨损，降低元件的性能或动作失灵，产生噪音，增加泄漏量。b. 降低油液的润滑性能，使油液氧化变质，加速元件的氧化腐蚀，使系统工作不稳定。4）污染的控制 严格清洗元件和系统。 防止污染物侵入。 控制工作介质的温度。液压系统的温度一般应控制在65以下。 采用高性能的过滤器，定期检查和清洗过滤器或更换滤芯。 定期检查和更换工作介质。第3节液体相关基础3.1 液体的静压力及其特性1）当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力，称为液体的静压力p。（压力、压强）P=F/A单位：Pa（帕）或N/m2（牛/米）。MPa（兆帕）kPa（干帕）1MPa=103kPa=106Pabar（巴） kgf/cm2 1bar=105Pa=0.1MPa=1.02 kgf/cm23）液体静压力的性质a. 液体的压力沿着内法线作用于承压面，即静止液体只承受法向压力，不承受剪切力和拉力。b. 静止液体内，任意点处所受到的静压力各个方向都相等。3.2工作压力的分级压力等级低压中压中高压高压超高压压力 MPa2.52.588161632323.3. 液体静力学基本方程1) 静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力,另一部分是与该点离液面的深度h的乘积。2）同一容器（同一系统中）中，同一种液体内的静压力随液体深度h的增加而线性增加。3）连通器内同一种液体中，深度相同处的压力都相等。3.4. 帕斯卡原理在密闭容积中，由外力作用所产生的压力可以等值地传递到液体内部所有各点，这就是斯卡原理，或称为静压力传递原理。3.5. 绝对压力、相对压力和真空度以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力。以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于大多数测压仪表所测的压力都是相对压力，所以相对压力也称为表压力。当绝对压力小于大气压力时，比大气压小的那部分压力数值称为真空度。 3.6. 连续性方程、伯努利方程1）理想液体：无粘性和不可压缩的理想状态的液体。液体流动时，若液体中任一点处的压力、流量和密度不随时间变化而变化，则称为恒定流动；反之，若液体中任一点处的压力、流量和密度中有一个参数随时间变化而变化，则称为非恒定流动。2) 层流、紊流和雷诺数液体流动时，有两种基本流态：层流和紊流。根据雷诺数判定。式中：-液体在管中的流速（m/s）d管道的内径（m）-液体的运动粘度（）（点击此处，观看“雷诺实验”的动画演示） 2）连续性方程：理想液体在管道中作恒定流动时，流经管道每一个截面的流量相等，这就是液流的连续性原理。3）理想液体的伯努利方程，也称为理想液体的能量方程。其物理意义是：在密闭的管道中作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量（动能、位能、压力能），在沿管道流动的过程中，三种能量之间可以相互转化，但是在管道任一断面处三种能量总和是一常量。3.3 液压冲击和空穴现象3.3.1液压冲击1）在液压系统中，出现液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值的现象，称为液压冲击。2）产生的原因和危害液体在系统中的流动受阻或方向改变，由于液流的惯性作用，其能量发生转换，因而产生压力冲击波；这种冲击波的往复传播，便在系统内形成压力振荡。系统中出现液压冲击时，瞬时压力峰值比正常压力大几倍。会损坏密封装置、管道和液压元件，引起振动，产生噪音。有时会造成元件误动作，甚至造成设备事故。3) 减小液压冲击的措施a.延长阀门关闭时间和运动部件制动的时间。b. 限制液体的流速和运动部件的运动速度。c. 适当加大管道直径，缩短管路长度。d. 设置缓冲装置，或采用软管。e. 在液压系统中设置蓄能器或安全阀。3.3.2空穴现象1）空气的分离压：在一定温度下，当油的压力低于某个值时，溶于油中的空气就会迅速地从油中分离出来，产生大量气泡。这个压力称为液压油在该温度下的空气分离压。饱和蒸气压：当液压油在某温度下的压力低于一定数值时，油液本身迅速汽化，即油从液态变为气态，产生大量油的蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸汽压。气蚀：当附着在金属表面上的气泡破灭时，所产生的局部高温和高压使金属剥落，从而使表面粗糙或出现海绵状小洞穴，这种现象称为气蚀。空穴现象：在液体流动中，某点处的压力低于空气分离压而产生大量气泡的现象，称为空穴现象。2) 减少空穴现象的措施a. 减小阀孔前后的压差。b. 正确合理设计液压系统的结构参数。c. 提高零件的机械强度。第二讲动力元件、执行元件及辅助元件第1节液压泵1.1 液压泵概述液压泵，是液压系统的动力元件，是将输入的机械能转换为液体的压力能的能量转换装置。1.1.1工作原理1）如图21所示。液压泵是通过密封容积的变化完成吸油和压油的工作过程，又称为容积式液压泵。 图21液压泵工作原理1、2单向阀3弹簧4缸体5柱塞6偏心轮液压泵必须具有密闭容积及密闭容积的交替变化，才能吸油和压油，而且在任何时候其吸油腔和压油腔都不能互相连通。吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的阻力。吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响泵的自吸能力。压油腔的压力取决于外负载和排油管路、元件等的压力损失；从理论上讲排油压力与流量无关。容积式泵的理论流量取决于泵的几何尺寸和转速，而与排油压力无关。除去泄漏和压缩量后的流量，称为泵的实际流量。由于排油压力要影响泵的内泄漏量和压缩量，因此液压泵的实际流量要受到排油压力的一定影响。（点击此处，观看动画演示） 2）分类：3）液压泵的图形符号1.1.2主要性能参数1）液压泵的压力a. 工作压力液压泵工作时，输出油液的实际压力，称为工作压力。其数值取决于负载的大小。b. 额定压力泵在正常条件下，连续运转允许达到的最高压力。又称为铭牌压力。2）排量和流量a. 排量V：在没有泄漏的情况下，泵轴转过一转时所能排出液体的体积。b. 理论流量在没有泄漏的情况下，泵单位时间内所输出油液的体积。c. 实际流量泵在单位时间内实际所输出油液的体积。d. 额定流量泵在额定转速和额定压力下，输出的实际流量，称为额定流量。3）液压泵的功率a. 液压功率，等于液体的压力与液体流量的乘积。b. 泵的输入功率，也就是电动机的功率。c. 泵的输出功率4）液压泵的效率a. 容积效率：泵的实际流量与理论流量之比。b. 机械效率液压泵内相对运动件间产生的摩擦损失和液体流过泵内通道引起的压力损失，所造成的转矩损失称为机械损失。泵的理论输出功率与输入功率之比，称为机械效率。c. 总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即：5）电动机功率计算电动机的功率，就是液压泵的输入功率。1.2叶片泵1.2.1概述1）特点：叶片泵具有结构紧凑、输出流量均匀、运转平稳、噪声小等优点。但自吸性和抗污染能力较差，结构复杂、造价高。叶片泵多用于中高压液压系统中。2)叶片泵常按照每转吸、压油次数分为：双作用和单作用两大类。双作用叶片泵常作定量泵用，单作用叶片泵常作变量泵用。1.2.2工作原理1）双作用式定量叶片泵a. 其工作原理如图22所示。 （点击此处，观看动画演示）图22双作用叶片泵工作原理1传动轴2定子3叶片4转子b吸油窗口c压油窗口 b. 转子每转一转，吸油、压油各两次，所以称为双作用式叶片泵。由于该泵的吸、压油腔的布局是径向对称的，其径向液压力互相平衡，故又称为卸荷式叶片泵。2）单作用式变量叶片泵a. 其工作原理如图23所示。b. 转子每转一周，只完成一次吸、压油，故称单作用式叶片泵。单作用式叶片泵的转子受到不平衡的液压力，故又称为非平衡式叶片泵。其工作压力一般不高。可方便地调节定子和转子之间的偏心距的大小和方向，从而实现排量大小和排油方向的改变，故单作用式叶片泵一般作成变量泵。图23单作用叶片泵的工作原理1定子2转子3叶片a吸油窗口b压油窗口1.2.3叶片泵的结构1）YB1型叶片泵该泵定子内表面的过渡曲面为等加速等减速曲面。这种曲面所允许的定子半径比，比其他类型的曲面大，可使泵的结构紧凑、输油量大；而且叶片由槽中伸出和缩回的速度变化均匀，不会造成硬性冲击。该泵转子上的叶片槽一般向转子移动的方向倾斜13，称为前倾。这样可使压油腔处叶片顶部所受定子作用力在平行叶片方向的分力Fn增大，垂直于叶片方向的分力Ft减小(如图24所示)。Fn增大，有利于叶片的缩进；Ft减小，则有利于减小叶片所受的弯矩及叶片与转子槽的磨损。 2）双联叶片泵优点：可以节省功率损耗，减小油液发热，提高系统的总效率，所以得到了广泛的应用。常用于：运动部件既需要轻载高速，又需要重载慢速的场所。3）中高压叶片泵其结构特点：常采用的结构，a）子母叶片式结构，也称复合式叶片，b）双叶片结构，c）采用辅助阀减少叶片根部的油压。来减少叶片顶部和定子过渡曲面的磨损。从而使压力能达到1421MP.4）限压式变量叶片泵变量叶片泵的变量方式： 限压式变量泵的流量，是利用泵工作压力的反馈作用来实现自动调节的。有外反馈和内反馈两种形式。该泵转子上的叶片槽一般向转子旋转方向的反方向倾斜，倾角为24。这是因为这种泵在吸油腔侧的叶片根部不通压力油，其叶片的伸出要靠离心力的作用，叶片后倾有利于叶片的甩出。由于定子与转子的偏心量很小，仅有23mm，定子的内表面又是易加工的圆弧，所以磨损亦不大。 特点1）优点：（齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵,它一般做成定量泵。）结构简单，制造方便，造价低；重量轻，自吸性能好；对油的污染不敏感；工作可靠；允许的转速高。2）缺点：流量脉动较大；有困油现象；噪声较大；排量不可变。泄漏、困油、不平衡的径向液压力，是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。3）按齿轮的啮合形式，齿轮泵可分为：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵。1.3.2齿轮泵的工作原理和结构1前泵盖2泵体3后泵盖4密封压盖5密封圈6主动轴7主动齿轮8从动轴9从动齿轮10轴承11-堵头图25CB-B型齿轮泵的结构齿轮泵的结构，如图25所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖1,3和泵体2，泵体2内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮7,9,这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴10和从动轴1上，主动轴由电动机带动旋转。CBB齿轮泵的原理，如图2-6所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵左侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小， （点击此处，观看动画演示）（图26CB-B齿轮泵的原理） 齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。1.3.3齿轮泵存在的问题 齿轮泵的困油问题 齿轮泵要能连续地供油,就要求齿轮啮合的重叠系数大于1,也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时,另一对齿轮已进入啮合,这样,就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间,在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积,一部分油液也就被困在这一封闭容积中见图3-24(a),齿轮连续旋转时,这一封闭容积便逐渐减小,到两啮合点处于节点两侧的对称位置时见图3-24(b),封闭容积为最小,齿轮再继续转动时,封闭容积又逐渐增大,直到图3-24(c)所示位置时,容积又变为最大。在封闭容积减小时,被困油液受到挤压,压力急剧上升,使轴承上突然受到很大的冲击载荷,使泵剧烈振动,这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热等。当封闭容积增大时,由于没有油液补充,因此形成局部真空,使原来溶解于油液中的空气分离出来,形成了气泡,油液中产生气泡后,会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。为了消除困油现象,在CBB型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时,能通过卸荷槽与压油腔相通,而当困油腔由小变大时,能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离,必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。 径向不平衡问题 齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图3-25.2所示, 泵的下侧为吸油腔,上侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄漏油,具有大小不等的压力,就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高,这个不平衡力就越大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题,在有些齿轮泵上,采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力,但这将使泄漏增大,容积效率降低等。CBB型齿轮泵则采用缩小压油腔,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力,所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。1.3.4、高压齿轮泵的特点齿轮泵由于泄漏大(主要是端面泄漏,约占总泄漏量的70%80%),且存在径向不平衡力,故压力不易提高。高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施,如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度;对泄漏量最大处的端面间隙,采用了自动补偿装置等。1.3.5、内啮合齿轮泵1、内啮合齿轮泵主要有，带月牙形隔板式渐开线泵、摆线转子泵。2、摆线转子泵可正、反转,可作液压马达用。14柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压 泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。首先，构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；第二，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；第三，柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。1.4.1径向柱塞泵1、径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的工作原理如图332所示，柱塞1径向排列装在缸体2中，缸体由原动机带动连同柱塞1一起旋转，所以缸体2一般称为转子，柱塞1在离心力的（或在低压油）作用下抵紧定子4的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套3（衬套3是压紧在转子内，并和转子一起回转）上的油孔从配油轴5和吸油口吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次吸压油，转子连续运转，即完成压吸油工作。径向柱塞泵结构较复杂，径向尺寸较大，运动件的转动惯量较大，制造和维修难度也大，故近年来逐渐被轴向柱塞泵所替代。1.4.2轴向柱塞泵1、轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上,并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。按配流方式，可分为端面配流式、阀配流式。端面配流式又分为：直轴式（斜盘式）、斜轴式（摆缸式）。2、斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图3-33所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理,这种泵主体由缸体5、配油盘6、柱塞4和斜盘3组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度,柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上(图中为弹簧),配油盘和斜盘固定不转,当原动机通过传动轴使缸体转动时,由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图3-33中所示回转方向,当缸体转角在2范围内,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容积增大,通过配油盘的吸油窗口吸油;在0范围内,柱塞被斜盘推入缸体,使缸孔容积减小,通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周,每个柱塞各完成吸、压油一次,如改变斜盘倾角,就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量,改变斜盘倾角方向,就能改变吸油和压油的方向,即成为双向变量泵。3.斜轴式轴向柱塞泵，如图3-33.2所示。其缸体轴线相对传动轴轴线成一倾 角,传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结,当传动轴转动时,通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动,并迫使柱塞在缸体中作往复运动,借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大,泵的强度较高,但和上述斜盘式相比,其结构较复杂,外形尺寸和重量均较大。4.轴向柱塞泵的优点是:结构紧凑、径向尺寸小,惯性小,容积效率高,目前最高压力可达40.0MPa,甚至更高,一般用于工程机械、压力机等高压系统中,但其轴向尺寸较大,轴向作用力也较大,结构比较复杂。1.4.3轴向柱塞泵的结构特点1. 典型结构。图3-34所示为一种斜盘式轴向柱塞泵的结构。柱塞的球状头部装在滑履3内，以缸体作为支撑的弹簧11通过钢球推压回程盘15，回程盘和柱塞滑履一同转动。在排油过程中借助斜盘20推动柱塞作轴向运动；在吸油时依靠回程盘、钢球和弹簧组成的回程装置将滑履紧紧压在斜盘表面上滑动,弹簧11一般称之为回程弹簧,这样的泵具有自吸能力。在滑履与斜盘相接触的部分有一油室,它通过柱塞中间的小孔与缸体中的工作腔相连,压力油进入油室后在滑履与斜盘的接触面间形成了一层油膜,起着静压支承的作用,使滑履作用在斜盘上的力大大减小,因而磨损也减小。传动轴9通过左边的花键带动缸体5旋转,由于滑履3贴紧在斜盘表面上,柱塞在随缸体旋转的同时在缸体中作往复运动。缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配油盘10与泵的进出口相通的。随着传动轴的转动,液压泵就连续地吸油和排油。2. 变量机构。若要改变轴向柱塞泵的输出流量,只要改变斜盘的倾角,即可改变轴向柱塞泵的排量和输出流量,下面介绍常用的轴向柱塞泵的手动变量和伺服变量机构的工作原理。手动变量机构。如图3-34所示,转动手轮16,使丝杠17转动,带动变量活塞18作轴向移动(因导向键的作用,变量活塞只能作轴向移动,不能转动)。通过轴销21使斜盘20绕变量机构壳体上的圆弧导轨面的中心(即钢球中心)旋转。从而使斜盘倾角改变,达到变量的目的。当流量达到要求时,可用锁紧螺母锁紧。这种变量机构结构简单,但操纵不轻便,且不能在工作过程中变量。伺服变量机构。图3-34.2所示为轴向柱塞泵的伺服变量机构,以此机构代替图3-34所示轴向柱塞泵中的手动变量机构，就成为手动伺服变量泵。其工作原理为：图3-34.2所示的伺服变量机构，是由一个变量活塞和一个伺服滑阀组成的伺服系统。变量活塞4的小端A腔(直径D2)常通泵的出油口，滑阀2连接三个油口：a通进口高压油；b通变量活塞大端的B腔；c通低压（回油）。当拉杆1静止时，滑阀2亦不动，油口a、b、c被滑阀2封闭，变量活塞4的两端A、B腔亦处于封闭状态，因此变量活塞亦静止，此时的斜盘倾角保持某一值不变，泵的排量亦不变。当用手拉动拉杆1带动滑阀2向上移动时，油孔b、c连通，变量活塞B腔油液经孔b、c流入泵体内回油。变量活塞在A腔高压油作用下向上移动，斜盘倾角随之摆动。当滑阀2又将油孔a、b、c封闭时，变量活塞不动。泵的排量保持减小后的量不变。当推动拉杆向下移动时，b、c被封闭，变量活塞两端的A、B腔通过a孔连通，都作用着高压油，但由于上腔的作用面积大，因此变量活塞向下移动，斜盘倾角随之增加，泵的排量亦随之增加。当滑阀2将油孔a、b、c通道封闭时，变量活塞不动，泵的排量保持增加后的量不变。拉杆带动滑阀不断地上下移动，a、b、c油上的通断随之改变，使得变量活塞不断地随滑阀上下移动，从而不断改变泵的排量。这就是手动伺服变量的工作原理。由上述可知,伺服变量机构是通过操作液压伺服阀动作,利用泵输出的压力油推动变量活塞来实现变量的。故加在拉杆上的力很小,控制灵敏。拉杆可用手动方式或机械方式操作,斜盘可以倾斜18,故在工作过程中泵的吸压油方向可以变换,因而这种泵就成为双向变量液压泵。除了以上介绍的两种变量机构以外,轴向柱塞泵还有很多种变量机构。如:恒功率变量机构、恒压变量机构、恒流量变量机构等,这些变量机构与轴向柱塞泵的泵体部分组合就成为各种不同变量方式的轴向柱塞泵。1.5 螺杆泵1.5.1螺杆泵有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵。1.5.2螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。图1.5-1表示三螺杆泵的剖视图图中，中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。 螺杆泵的工作原理是：螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间，当主动螺杆旋转时，螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。【观看“双螺杆泵工作原理” 的动画演示】 1.5.3螺杆泵是可逆的液压元件，可以做为液压马达用。1.6液压泵的选用液压泵是液压系统提供一定流量和压力的油液动力元件,它是每个液压系统不可缺少的核心元件,合理的选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。选择液压泵的原则是: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型号。表3-1列出了液压系统中常用液压泵的主要性能。表3-1液压系统中常用液压泵的性能比较性能外啮合轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵螺杆泵输出压力低压中压中压高压高压低压流量调节不能不能能能能不能效率低较高较高高高较高输出流量脉动很大很小一般一般一般最小自吸特性好较差较差差差好对油的污染敏感性不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感不敏感噪声大小较大大大最小一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构、功用和动转方式各不相同,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中,往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵;而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。第2节执行元件2.1 液压马达2.1.1概述1、液压马达：是将液体的压力能转换为旋转运动机械能的液压执行元件。从理论上讲，液压马达和液压泵是可逆的。但由于结构上的原因除了螺杆泵和部分柱塞泵可作为液压马达使用外，其它泵是不能作为液压马达使用的。2、图形符号单向定量双向定量单向变量双向变量液压马达3、类型及应用范围4、性能参数1）容积效率和转速n2）机械效率，输出转矩T3）总效率2.1.2齿轮液压马达1、工作原理齿轮液压马达的工作原理如图371所示。动力输出轴为O1。由齿1、2、3和1、2、3、4的表面及壳体和端盖的内表面形成进油腔。压力油进入，对齿轮O1轴产生转矩T1，它等于作用在齿轮O1上的液压作用力在圆周方向的投影乘这个力到O1点的距离。同理，液压油对齿轮O2也产生一个转矩T2，这个转矩经啮合点加到齿轮O1上，与T1共同来拖动外载荷按图示方向旋转，输出机械能。压力油连续不断地输入，O1和O2齿轮就连续不断地旋转，在输出机械能的同时，将压力油不断带到低压腔变为低压油送回油箱。当马达的排量q一定时，马达的转数只与输入流量有关，而输入油压和输出转矩则随外负载的变化而变化。2.1.3叶片式液压马达【观看动画演示】图37-2所示,为双作用叶片液压马达的原理图。设图中I、是进油腔，、是排油腔。工作时，高压油引入I、的同时也引到叶片的底部，使所有叶片都顶到定子内表面上。在定子表面过渡段的叶片(图中的2、6、4、8)两侧受同样大小的压力，不产生转矩。处在工作段的叶片3、7和1、5，一侧受高压而另一侧受低压作用，叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，叶片7伸出的面积大于叶片5伸出的面积。产生顺时针方向的转矩，使转子轴克服外载荷转矩而旋转，输出机械能。因此同样的，当、进油，I、II回油时，叶片液压马达产生逆时针方向的转矩。这就是叶片液压马达的工作原理。2.1.4轴向柱塞式液压马达工作原理,(见图3-39)图339轴向柱塞式液压马达工作原理1斜盘2柱塞3回转缸体4配油盘2.1.5径向柱塞式液压马达其工作原理，见下图。2.2液压缸2.2.1液压缸的分类和特点液压缸：将液压能转换为机械能（执行元件），用来驱动工作机构作直线运动（移动液压缸）或摆动运动（摆动液压缸）。液压缸的主要形式： 按结构特点可分为：活塞缸、柱塞缸、摆动缸。按作用方式不同可分为：单作用式和双作用式。双作用式：两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向移动的液压缸。单作用式：只有一腔能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力作单向运动，回程需借助自重或外力的液压缸。2.2.2、活塞式液压缸（双杆式和单杆式）（一）单杆活塞式液压缸 特点和应用： 供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力皆不相等。由于A1A2,故F1F2,V1V2,即活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而它适用于伸出时承受工作载荷，缩回时为空载或轻载的场合。（二）双杆活塞式液压缸：当两活塞杆直径相同、缸两腔的供油压力和流量都相等时，活塞(或缸体)两个方向的推力和运动速度也都相等，适用于要求往复运动速度和输出力相同的工况。 差动连接 单杆活塞缸的两腔同时通入压力油的油路连接方式称为差动连接，作差动连接的单杆活塞缸称为差动液压缸.【观看“差动连接液压缸的速度比较”的动画演示】 差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积 在输入油液压力和流量相同的条件下，活塞运动速度较大而推力较小，广泛用于组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速运动中。 要使活塞往返运动速度相等，即V2=V3，则，即A1=2A2 2.2.3、柱塞式液压缸【观看动画演示】主要特点： 单作用液压缸。要双向运动需成对使用； 适用于行程较长的场合； 垂直安装。 2.2.4、摆动缸摆动液压缸用于将油液的压力能转变为叶片及输出轴往复摆动的机械能。有单叶片和双叶片两种形式。2.2.5、伸缩式套筒液压缸【观看动画演示】2.2.6、增压缸增压缸只能将高压油输入其它液压缸以获得大的推力，其本身不能直接作为执行元件。2.2.7、齿条活塞缸第三节液压辅助装置3.1. 概述辅助装置包括：管件、滤油器、测量仪表、密封装置、蓄能器、油箱等。3.2、油管及管接头1、油管种类很多，主要有以下几种。（1）钢管常用冷拔无缝钢管；要求防腐蚀、防锈的场所，可选用不锈钢管；超高压系统，可选用合金钢管。（2）纯铜管纯铜管可承受10Mpa的压力。（3）橡胶软管分高压和低压两种。高压软管由耐油橡胶夹钢丝编织网制成。其承受压力可达42MPa。低压软管由耐油橡胶夹帆布制成，其承受压力一般在1.5MPa以下。（4）尼龙管为乳白色半透明新型油管，其承压能力可达8MPa。（5）耐油塑料管其使用压力不超过0.5MPa，只作回油管和泄油管用。2、管接头（1）管接头是油管与油管、油管与液压元件间的可拆卸连接件。（2）管接头种类很多，按接头通路、方向分，有直通、直角、三通、四通、铰接等形式；按其与油管的连接方式分，有管端扩口式、卡套式、焊接式、扣压式等。3、扣压式软管接头、快速装拆管接头1接头体2外接头体图32(a) 扣压式软管接头 1、7锥阀2接头体3、8弹簧4钢球5卡箍6接头芯子9弹簧座图 32(b) 快速装拆管接头3.3. 过滤器3.3.1.过滤器的功用：清除油液中的各种杂质，延长液压元件的使用寿命，减少液压系统的故障。3.3.2.选用过滤器的基本要求1、应有适当的过滤精度。过滤精度是指过滤器滤除杂质颗粒直径d的公称尺寸（单位m）。过滤器按过滤精度不同可分为四个等级：1）粗过滤器（d100m）；2）普通过滤器（d10100m）；3）精密过滤器（d510m）；4）特精过滤器（d15m）。不同的液压系统有不同的过滤精度要求，可参照下表选择。各种液压系统的过滤精度系统类型润滑系统传动系统伺服系统工作压力p(Mpa)02.51414323221精度d(m)1002530251052、有足够的过滤能力。3、有足够的强度。3.3.3.过滤器的类型1、网式过滤器。2、线隙式过滤器。3.纸芯式过滤器。 多数纸芯式过滤器的上方装有堵塞状态发生装置。【观