液压与气压传动复习要点ppt课件.ppt

其实质研究的是 即 机械能 压力能 机械能 掌握主要概念 1 研究对象研究的是以作为来实现机械传动和自动控制的一门学科 绪论 1 2 液压传动的两个工作特性 液压系统的工作压力 简称系统压力 下同 在有效承压面积一定的前提下 取决于外界负载 执行元件的速度 在有效承压面积一定的前提下 决定于系统的流量 这两个特性有时也简称为 压力取决于负载 速度取决于流量 2 动力元件 能源装置 执行元件 控制元件 辅助元件 工作介质 3 液压系统的组成 3 一 主要概念1 液体的粘性及粘度 粘度的表示方法及其单位 粘度的主要选用原则 我国液压油的牌号与运动粘度 厘斯cSt 间的关系 答 液体在外力作用下流动时 分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力 液体的这种性质叫做液体的粘性 其特点是 只有在流动时液体才表现出粘性 静止液体 液体质点间没有相对运动的液体 是不呈现粘性的 4 粘度 表示液体粘性大小的物理量 粘度大 液层间的内摩擦力就大 油液就稠 反之 油液就稀 粘度的表示方法有三种 动力粘度 其单位 量纲 为帕 秒 Pa S 运动粘度 这是液体的动力粘度与其密度的比值 运动粘度的单位为m s 因该单位太大 故实际中习惯用厘斯cSt 1cSt 10 2cm s 1m s 106cSt 104St 斯 1St 1cm s 相对粘度 条件粘度 我国 前苏联 德国采用的是恩氏粘度E 美国用赛氏粘度SSU 英国用雷氏粘度 R 或Re 1 5 我国液压油的牌号数就是以这种油液在50 323K 时运动粘度 的平均厘斯数值来命名的 如20号液压油 意即 50 20cSt 2 压力及其单位 压力表示方法的种类及其相互间的关系压力的单位是N m 牛 米 称为帕斯卡 简称为帕 Pa 即1Pa 1N m 由于此单位太小 在工程上使用不方便 常用它的倍数单位MPa 兆帕 1MPa 106Pa 106N m 6 压力的表示方法有三种 绝对压力 以绝对零压为基准所表示的压力值 相对压力 表压力 以当地大气压为基准所表示的压力值 真空度 相对压力为负值时 用真空度表示 他们相互间关系如何 P绝 P相 Pa 大气压 7 相对压力为 3 帕斯卡定律的内容 实质及其在液压系统中的应用帕斯卡定律 在密闭的容器内 施加于静止液体上的压力将等值 同时地传到液体内所有各点 实质 在密闭容器内的静止液体中 若某点的压力发生了变化 则该变化值将同时地传到液体内所有各点 例1 填空题 液体内某点的真空度为0 4atm 0 6atm 则该点的绝对压力为 例2 判断题 真空度为一个大气压 即是绝对零压 0 4atm 8 4 液体的流态及其判断 临界雷诺数Recr值 答 液体的流态有两种 层流和紊流 层流是指液体质点呈互不混杂的线性状或层状流动 其特点是液体中各质点是平行于管道轴线运动的 流速较低 受粘性的制约不能随意运动 粘性力起主导作用 紊流是指液体质点呈混杂紊乱状态的流动 9 液体流态的判断 采用临界雷诺数Recr Recr 2320 对于光滑的金属圆管 当所计算的雷诺数 Recr 2320时 液体为层流 其特点是液体质点除了做平行于管道轴线运动外 还或多或少具有横向运动 流速较高 粘性的制约作用减弱 惯性力其主导作用 当Re 2320时 液体为紊流 10 该方程的物理意义是 在稳定流动的情况下 当不考虑液体的压缩性时 通过管道过流断面的流量都相等 等于任意处的过流断面积与该面上液体平均流速的乘积 5 流动液体的三大定律及其计算公式 三大定律分别为 质量守恒定律 连续性方程 表达式为 q AV Const 11 上式亦可写成 A1v1 A2v2 Const式中A1 v1 A2 v2 分别为管道任意两处的过流断面面积相适应的液体平均流速 该式表明 液体的流速与其过流断面面积成反比 当流量一定时 管子细的地方流速大 管子粗的地方流速小 即为实际液体伯努利方程式 式中 hw为液体从断面1流向断面2所造成的总能量损失 能量守恒定律 伯努利方程式 表达式为 12 式中h 为断面1和2间的沿程能量损失 断面1和2间的局部能量损失 上式中 1 2为动能修正系数 在紊流或层流状态无法判断时取 1 2 1 在可以判断层流 紊流状态时层流取 1 2 2 紊流取 1 2 1 13 物理意义为 在密封的管道内做稳定流动的理想液体在任意断面上都具有三种形式的能量 即压力能 动能和势能h 它们之间可以互相转化 但三种能量总和是一定的 6 伯努利方程式的物理意义 理想液体的伯努利方程为 14 7 小孔流量公式及其在液压元件中的应用 重点掌握 15 说明 1 液压系统的能量及能量损失 效率等的计算 有关油泵 液压装置的吸油高度 安装位置等问题的设计计算等 都离不开伯努利方程 而连续性方程只是伯努利方程应用的一部分 计算流速 从这个局部意义上讲 一切是为伯努利方程服务的 因此 伯努利方程 含其物理意义 是本章中重点的重点 16 2 在实际应用中 几乎所有阀口流量的计算都采用小孔流量公式 其中 薄壁小孔流量公式显得尤为重要 二 解题要领 1 对于思考题 基本概念题 只要搞清基本概念 抓住基本概念不放 这方面的问题便不难解决 2 对于计算题 主要是帕斯卡定律 连续性方程 伯努利方程式 小孔 薄壁小孔 流量公式等方面的问题 17 3 对帕斯卡原理方面的习题 要注意定律应用的条件 密闭容器内的静止液体 同基准压力 4 小孔流量公式 一般常是阀口流量的计算 尽管公式中有开方项 给单位 量纲 计算带来一定的不便 但只要把已知条件统一按国际标准 SI 代入 所求出的未知量单位就是国际标准量 此时若单位太大 或太小 再做适当的单位变换 18 5 应用伯努利方程对压力 流量 流速 液压装置的安装位置 油泵的吸油高度 油液的流向等问题进行计算和判断 在具体计算时 应按照以下步骤进行解题 求液压油在管中的流速v 判断油液的流态 选择I I II II两断面 列写其伯努利方程一般表达式 19 根据已知条件简化方程 把已知条件最多的上游某断面选为I I基准面 该面也可以兼做零势能基准面 此面一般为油箱的液体自由表面 把所求的物理量所在的下游某断面选定为II II断面 另一个相对基准面 如果I I II II两断面选错了 所列伯努利方程式就不能平衡 或虽然平衡却不能求解 势能基准面不受此限制 分析方程未知数个数 若未知数个数多于方程数 则需用到静力学方程或连续性方程 联立求解 求出所求未知量 20 解题时应区分开静止液体和流动液体 前者应用静力学方程 后者应用动力学方程 对个别题目 虽然是流动液体 但用静力学方程解出的答案与用动力学解出的答案误差很小 但由于解题思路的错误 不能得分 21 例 图示液压泵流量q 25l min 吸油管为光滑得金属圆管 内径d 25mm 油液密度 900kg m3 液压泵吸油口距油箱液面高度h 1m 滤网的压力损失 pr 0 1 105Pa 油液的运动粘度 1 42 10 5m2 s 油液的空气分离压0 4 105Pa 求泵入口处的最大真空度 在入口处是否会出现空穴现象 d 22 解 选取油箱液面为 截面 泵入口处为 截面 并以油箱液面为基准水平面 列伯努利方程 式中 v1 0 h1 0 p1 pa 绝对压力 v2 v h2 h 23 判别流态 2320 属层流 取 伯努利方程可写成 24 根据真空度定义 得泵入口处真空度为 Pa Pa 判别是否出现空穴现象 空气分离压为0 4 105Pa 是绝对压力 先求出泵入口处得绝对压力 0 4 105Pa 不会产生空穴现象 25 例 如图示 一金属管道两端均与大气相通 已知管中流速为0 6m s 管道直径为10cm 油液的运动粘度40 10 6m2 s h 50cm 求管道的长度为多少 m 解 选取截面 如图示 基准水平面为2点所在水平面 列伯努利方程 v1 v2 v h1 h h2 0 p1 p2 pa 大气压 26 又 是直管 只有沿程损失 hw h h 而 2320 为层流 是金属管道 取 整理得 27 第二章能源装置 含执行元件 液压马达 重点 1 容积式泵 液压泵 的工作原理 3 齿轮泵 外啮合泵 泄漏的三个途径 径向泄漏 轴向泄漏 啮合面处泄漏 2 泵和液压马达的性能参数 如压力p 流量q 排量V 功率P 效率 和转速n 转矩T等的定义 量纲 相互间的关系及计算 4 限制齿轮泵压力提高的四个因素 泄漏 流量脉动 径向不平衡力 困油现象 28 6 限压式变量叶片泵的特性曲线 曲线形状 分析 影响曲线形状的因素 5 柱塞泵的工作原理 7 掌握泵和马达的图形符号 职能符号 29 例 单选题 如图所示容积泵的工作原理图 在下列情况下 泵的排量如何变化 当泵输出压力增加 油液从柱塞及缸体配合间隙中的泄漏量增加 泵的排量 如柱塞直径d增加 泵的排量 如凸轮转速n增加 泵的排量 当凸轮偏心量e增加 泵的排量 A 增大B 减小C 不变D 无法判断 答案 C A C A 30 例 液压泵在单位时间内排出油液的体积称为泵的流量 泵的流量又分为 A 实际流量B 理论流量C 额定流量 泵在额定转速和额定压力下输出的流量称为 C 在不考虑泄漏情况下 根据泵的几何尺寸计算所得的流量称为 它等于排量与转速的乘积 B 在实际或工业生产中 常把零压下的流量 负载R 0 视为 B 对同一定量泵 如输出压力小于额定压力且不为零 转速保持不变 试比较上述三种流量在数值上的大小关系 B A C 31 例 如图示 某液压泵如不直接从液面为大气压的油箱中吸油 而是采用压力为p2的辅助低压系统向该泵供油 假设泵的转速 效率以及负载R均不变 试分析采用辅助低压系统后 下述参数如何变化 A 增大B 减小C 不变D 无法确定 泵的输出压力p1 C 泵的输出流量q C 泵的输入功率PI B 32 例 多选题 限制齿轮泵压力提高的主要因素是 A 流量脉动B 困油现象C 泄漏D 径向不平衡力 C D 例 多选题 高压系统宜采用 A 齿轮泵B 叶片泵C 柱塞泵D 螺杆泵 C D 例 单选题 不能成为双向变量泵的是 A 双作用叶片泵B 单作用叶片泵C 轴向柱塞泵D 径向柱塞泵 A 例 填空题 泵的 与 之比称为容积效率 实际流量 理论流量 例 填空题 对泵和马达来说 反映泄漏的影响 反映摩擦损失的影响 它们的乘积表示 容积效率 机械效率 总效率 33 例 某液压泵的转速为950r min 排量为VP 168mL r 在额定压力为29 5MPa和同样转速下 测得的实际流量为150L min 额定工况下的总效率为0 87 求 1 泵的理论流量qt 2 泵的容积效率 v和机械效率 m 3 泵在额定工况下 所需电机功率Pt 4 驱动泵的转矩Ti 解 1 泵的理论流量qt 2 泵的 v和 m 34 3 额定工况下驱动电机功率Pt 4 驱动泵的转矩Ti 35 第三章执行元件重点 1 液压缸的类型 2 液压缸的组成 3 液压缸的泄漏途径 4 液压缸的压力p 推力F 速度v 流量q及负载R等量的计算必须掌握 5 液压缸的差动连接及其特点 应用与计算 6 掌握液压缸的图形符号 职能符号 36 例 填空题 双出杆活塞缸当 固定时为实心双出杆活塞缸 其工作台运动范围约为有效行程的 倍 当 固定时为空心双出杆活塞缸 其工作台运动范围约为有效行程的 倍 缸筒 三 活塞杆 二 例 单选题 差动液压缸 A 活塞总是向无杆腔方向快速运动 B 推力大小等于缸工作压力与活塞面积的乘积 C 推力大小等于缸工作压力与活塞杆面积的乘积 D 是利用活塞两侧面积差进行工作的双杆活塞缸 C 37 例 如图示 qP 5L min的液压泵驱动两个并联液压缸 已知活塞A重10000N B重5000N 两缸活塞工作面积均为100cm2 pY 20 105Pa 设初始时两缸活塞处于缸的下端 求两缸活塞运动速度及泵的工作压力 不计摩擦阻力 解 由题意可知 推动两缸动作的压力分别为 故两缸活塞不会同时动作 1 B缸活塞先动作 流量全部进入缸B 38 2 B缸活塞运动到顶端后停止 pP升高达到pA时 A缸活塞动作 流量全部进入缸A 3 A缸活塞运动到顶端后停止 pP升高达到pY时 打开溢流阀 流量全部通过溢流阀流回油箱 39 第四章控制元件 液压阀 重点 1 液压阀的类型 按功能 操纵方式分 2 方向控制阀的类型 3 单向阀类型 用途 对单向阀的性能要求 4 换向阀的作用 类型 对换向阀的性能要求 5 换向阀的位 通 中位机能 滑阀机能 6 常用三位换向阀中位机能的特点 O H M P K Y型等 40 7 溢流阀的作用 类型 8 直动式溢流阀的工作原理 特点 职能符号 9 先导式溢流阀的工作原理 特点 职能符号 10 溢流阀的应用场合 11 减压阀的作用 类型 12 先导式定值减压阀的结构 工作原理及职能符号 13 顺序阀的作用 类型及职能符号 41 14 压力继电器的作用 职能符号 15 流量特性方程 影响流量稳定性的因素 16 流量控制阀的作用 类型 职能符号 17 调速阀的组成 类型及调速性能 42 例 填空题 换向阀的 位 是指 换向阀的 通 是指 阀芯的工作位置数 与系统相连的主油口数目 例 填空题 根据改变阀芯位置的操纵方式不同 换向阀可分为 和 换向阀 手动 机动 电磁 液动 电液动 例 填空题 将液压系统的压力信号转换为电信号的转换装置称为 压力继电器 例 填空题 节流口的形式以 最为理想 薄壁小孔 例 填空题 调速阀是由 和 串联而成 减压阀 节流阀 43 例 P124 4 4题 如图示回路 溢流阀调整压力5MPa 减压阀调整压力2 5MPa 试分析下列各情况 并说明减压阀阀口处于什么状态 1 当泵压力等于溢流阀调定压力时 夹紧缸夹紧工件后 A C点压力各为多少 2 当泵压力由于工作缸快进 压力降到1 5MPa时 工件原先处于夹紧状态 A C点压力为多少 3 夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时 A B C三点压力各为多少 44 解 1 当泵压力等于溢流阀调定压力时 夹紧缸夹紧工件后 A C点压力各为 pA pC 2 5MPa 减压阀阀口处于似开非开状态 工作状态 2 当泵压力由于工作缸快进 压力降到1 5MPa时 工件原先处于夹紧状态 A C点压力为 pA 1 5MPa pC 2 5MPa 减压阀阀口处于全开状态 3 夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时 A B C三点压力各为 pA pB pC 0 减压阀阀口处于全开状态 45 第六章基本回路重点 1 基本回路的定义 类型 2 压力控制回路的类型 3 调压 减压 增压 卸荷 平衡等回路分析 4 速度控制回路的类型 5 调速 增速 速度换接回路分析 调速回路分析计算 6 方向控制回路类型 46 例 已知泵的流量为qP 10L min A1 50cm2 A2 25cm2 溢流阀的调定压力为Ps 2 4MPa 负载FL 10000N 节流口通流面积AT 0 01cm2 节流孔口为薄壁小孔 Cq 0 62 8