液压与气压传动概述.doc

目 录第一章 液压传动概述3第一节 液压传动的工作原理3一、液压传动系统的工作原理3二、液压传动的工作介质3第二章 液压泵和液压马达3第一节 液压泵与马达概述3一、液压泵与马达的工作原理3二、液压泵与液压马达的性能参数3第二节 齿轮泵4第三节 叶片泵4一、单作用泵与双作用泵特点4第三章 液压缸4第一节 液压缸的分类4一、活塞式液压缸4二、柱塞式液压缸4三、摆动式液压缸4四、组合式液压缸4第二节 液压缸的结构4一、缸体组件5二、活塞组件5三、活塞密封形式5四、缓冲装置5五、排气装置5第三节 液压缸的设计与计算6第四章 液压辅助元件6第一节 滤油器6一、滤油器分类6二、滤油器的选择6三、滤油器的安装位置6第二节 蓄能器7一、蓄能器的功能7二、蓄能器的结构形式7三、蓄能器的容量计算7第三节 油箱7第五章 控制阀7第一节 阀的概述7一、阀的分类7二、节流边与液压桥路8三、阀芯驱动与运动阻力8第二节 单向阀9一、单向阀主要用途：9二、液控单向阀9第三节 换向阀9第四节 压力控制阀10一、调压原理10二、溢流阀10三、顺序阀11四、减压阀11五、压力继电器12第五节 流量控制阀12一、流量控制原理12二、节流阀13三、调速阀13四、分流集流阀14第六节 其它控制阀15一、插装阀(逻辑阀)15二、伺服阀16三、比例阀16第六章 液压基本回路17第一节 方向阀与方向控制回路17一、时间控制式换向回路17二、行程控制式换向回路17三、锁紧回路17第二节 压力控制回路18一、调压原理18第一章 液压传动概述第一节 液压传动的工作原理一、液压传动系统的工作原理图1.1为磨床工作台液压系统工作原理图，液压泵4在电动机的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵，1、 液压传动系统由以下组成：（1）、液压泵（动力元件）：将原动力输出的转换成液体压力能的元件，是向液压系统提供压力油。如液压泵（2）、执行元件：把液体压力转换成机械能来驱动工作机构的元件。液压缸（3）、控制元件：对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。换向阀（4）、辅助元件：如管道、油箱、管接头、滤油器等。2、液压系统的图形符号3、液压传动主要优点：4、液压传动主要缺点：二、液压传动的工作介质液压工作介质一般称为液压油。第二章 液压泵和液压马达第一节 液压泵与马达概述一、液压泵与马达的工作原理液压泵与液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。液压泵是将电动机发出的机械能转换成油液的压力能，以压力与流量的形式进行传输，是液压系统的动力源；液压马达是将压力能转换成机械能，以扭矩与转速的形式输送到执行元件。在液压传动系统中，液压泵与液压马达都以容积式的，依靠容积变化进行工作。构成液压泵必须具备以下基本条件：1） 结构上能实现具有密封性能的可变工作容积。2） 工作腔能周而复始地增大和和减少，增大时与吸油口相连，减少时与排油口相连。3） 吸油口与排油口不能连通。二、液压泵与液压马达的性能参数1）工作压力与额定压力2）排量与流量每转排量V：指每转一圈液体的体积。每弧度排量Vd：批每转一弧度液体的体积。理论流量qt=V*n=Vd*，n是转速，是角速度。实际流量存在一定的压缩损失。3）功率与效率理论上输出功率等于输入功率，理论功率Nt=p*qt=Tt*转矩：Tt=p*Vd 压力：p=Tt/Vd第二节 齿轮泵齿轮泵是一种常用的液压泵，主要特点是结构简单，制造方便，价格低，体积小，重量轻，对油液污染不敏感。主要缺点：流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调，按照啮合方式的不同，分外啮合泵应用广泛，和内啮合泵为辅助泵。第三节 叶片泵叶片泵有单作用和双作用泵，输出的流量均匀，脉动小，噪声小，但结构较复杂，对油液污染较敏感。一、单作用泵与双作用泵特点1）单作用泵的特点：1、存在困油现象2、叶片沿旋转方向向后斜3、叶片根部的容积不影响泵的流量4、转子承受径向液压力2）双作用泵的特点：1、定子过渡曲线2、叶片安放角3、端面间隙的自动补偿第三章 液压缸第一节 液压缸的分类一、活塞式液压缸二、柱塞式液压缸三、摆动式液压缸四、组合式液压缸第二节 液压缸的结构液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等组成。为了防止油液向液压缸外泄或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞杆与前端盖之间均设有密封装置。为防止活塞快速退回到行程终端时撞击，在液压缸端部设置缓冲装置。一、缸体组件缸体组件与活塞组件形成的密封腔承受油压作用，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度和可靠的密封性。常见的缸体组件连接形式：法兰式连接：结构简单、加工方便、连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚。半环式连接：分为外半环与内半环连接，工艺性好、连接可靠、结构紧凑、但削弱缸筒强度。螺纹式连接：有外螺纹与内螺纹连接，体积小、重量轻、结构紧凑、但缸筒端部结构较复杂，一般用于外形尺寸不、重量轻的场合。拉杆式连接：结构简单、工艺性好、通用性强、但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果。二、活塞组件主要有活塞、活塞杆和连杆组成。常见活塞与活塞杆的连接形式：螺纹式连接：结构简单、装卸方便，但要螺母防松装置。半环式连接：连接强度高，但结构复杂、装卸不便，多用于高压和振动较大的场合。整体式连接与焊接：结构简单、轴向尺寸紧凑、损坏后需整体更换。锥销式连接：加工容易、装配简单、但承载能力小。三、活塞密封形式活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，在选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加自动提高密封性，摩擦阻力要小、耐油、抗腐蚀、寿命长、制造简单、拆装方便。间隙密封形式：常用的一种密封方法，它依靠相对运动零件配合间的微小间隙来防止泄漏，结构简单、对零件的加工精度要求较高。只适用于低压、小直径的快速液压缸。活塞环密封形式：依靠在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封，能自动补偿磨损和温度变化的影响、寿命长。活塞环加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高温、高压、高速的场合。密封圈密封形式：O形密封圈、V形密封圈、Y形密封圈四、缓冲装置当液压缸拖动负载的质量较大，速度较高时，一般应在液压缸中设置缓冲装置，必要时还要设置缓冲回路。原理是：当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，降低液压缸的运动速度。常用缓冲形式如下：圆柱形环隙五、排气装置液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动。严重时会使系统不能正常工作。设计专门的排气装置，将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排往油箱内，再从油箱溢出。对于速度稳定性要求较高的系统，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气阀。第三节 液压缸的设计与计算第四章 液压辅助元件第一节 滤油器液压系统故障大多数是由于油液中杂质造成的，油液中的污染杂质会使液压元件运动的结合面磨损，堵塞阀口、卡死阀芯，在系统中安装滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。一、滤油器分类1、网式虑芯：是在周围开有很多孔的金属筒骨架上，包着一层层的铜丝网，过滤精度由网孔大小和层数决定，结构简单、清洗方便、通油能力大、过滤精度低。常作吸油过滤。2、线隙式滤芯：用铜线或铝线密绕在筒形骨架的外部来组成滤芯，油液经线间间隙和筒形骨架槽孔汇入滤芯内，再从上部孔道流出，结构简单、通油能力大、过滤效果好、多用回油过滤。3、纸质滤芯：结构与线隙式差不多，滤芯为纸质，过滤精度达到5-30um，可在32MPa的高压下工作，结构简单，通油能力大，但无法清洗，需经常更换。4、烧结式滤芯：滤芯可按需要制成不同的形状，选择不同粒度的粉末烧结成不同厚度的滤芯，可以获得不同的过滤精度，其范围在10-100um之间，过滤精度高、滤芯强度高、抗冲性能好、能在较高温下工作、有良好的抗腐蚀性、制造简单、可安装在不同位置。二、滤油器的选择滤油器按其过滤精度的不同、应当注意如下几点：1、有足够的过滤精度，2、有足够的通油能力，3、滤芯便于清洗和更换。三、滤油器的安装位置1、泵入口的吸油滤油器：这种方法是用来保护液压泵，使其不至于吸入较大的杂质，可选用粗过滤器，为了不影响吸油能力，防止发生气穴现象，滤油能力应为泵的流量两倍以上，压力损失不得超过0.01-0.035MPa。2、泵出口油路上的高压滤油器：主要用来滤除进入液压系统的污染杂质，使用过滤精度高，滤油器应能承受油路上的工作压力和冲击压力，压力降小于0.35MPa，并应有安全阀或堵塞报警装置，以防泵过载和滤芯损坏。3、系统回油路上的低压滤油器：可滤去油液流入油箱的污染物，因回油路压力很低，可采用耐压较低的精密滤油器，并允许有较大的压力降。4、安装在系统以外的旁路过滤系统：在安装滤油器时，只能单向使用，进口了出口不能互换，方便滤芯清洗。第二节 蓄能器蓄能器主要存储油液的压力能。一、蓄能器的功能1、辅助动力源：工作周期较短的工作系统或一个循环内速度差别很大的系统，在系统不要大流量时，可以把液压泵输出的多余压力油储存在蓄能器内。到使用时，由蓄能器快速向系统输送能量，可以减少液压泵和电机的消耗。2、系统保压：在液压泵停止向系统提供油液的情况下，蓄能器所存储的压力油向系统补充，可以维持系统的压力和运行的机件损坏。3、吸收系统脉动、缓和液压冲击：吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动和停止，液压阀的突然关闭和开启，液压缸突然运动和停止，也能吸收液压泵工作时流量的脉动，相当于油路中的平滑滤波。二、蓄能器的结构形式1、重力式蓄能器：主要用地大型液压系统的恒压供油，缺点是反应慢，结构大。2、弹簧式蓄能器：利用弹簧的压缩和伸长来储存压力能，结构简单、反应灵敏、但容量小，适用于低压回路起缓冲作用。3、薄膜式蓄能器：利用薄膜的弹性来储存压力，主要用于体积和流量较小的情况，如减震器、缓冲器。4、活塞式蓄能器：气体和油液由活塞隔开，活塞上部为压缩空气，为防止活塞上下两腔使气液混合，活塞上装O形密封圈。结构简单、寿命长、主要用于大体积大流量的系统中，适用于中高压系统中的吸收压力脉动。5、皮囊式蓄能器：三、蓄能器的容量计算第三节 油箱第五章 控制阀第一节 阀的概述一、阀的分类按结构形式分：1、滑阀2、提升阀（球阀、锥阀、座阀）3、转阀按用途分类：压力控制阀：用来调节系统流液压力，如溢流阀、顺序阀、减压阀。流量控制阀：如节流阀、比例控制阀、调速阀。方向控制阀：单向阀、换向阀。按控制方式分类：定值开关控制阀、比例控制阀、伺服控制阀、数字控制阀。按联接方式分类：管式连接、板式连接、插装式、叠加式。二、节流边与液压桥路节流边是指X增大时，阀口增大，表示正作用节流边。不动的节流边在阀体上，移动的节流边在阀芯上，这一对节流边之间的距离就是阀的开度。三、阀芯驱动与运动阻力阀芯驱动方式：手动、机动、电磁驱动、液压驱动等。手机：简单电磁驱动：易于实现自动控制、实现压力不大、注量不大。液压驱动：控制大流量、高压时。第二节 单向阀一、单向阀主要用途：1、安装在液压泵出口，防止系统压力突然升高而损坏液压泵，防止系统中的油液在泵停机时倒流到油箱。2、安装在回油路中作为背压阀。3、与其它阀组合成单向控制阀。二、液控单向阀当没有控制X时，只能从A到B，如有X控制时，A、B自由通过。第三节 换向阀利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路的通断关系，实现油路的接通、切断、改变液体流的方向。通称“二位阀”“三位阀”“四位阀”指换向阀的阀芯有两个、三个、四个不同的工作位置，“二通阀”“三通阀”“四通阀”指换向阀的阀体上有两个、三个、四个与不同油管相通的油道接口。换向阀主体结构形式符号表示：1、方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示“几位”。方框内的箭头表示接通，但不表示液体的实际方向。2、方框外部连接的接口有几个就表示“几通”。系统供油路连接进油口“P”，系统回油路连接回油口“T”，阀与执行元件的油口用“A、B”表示，泄漏油口用“L”表示。图上为：电液换向阀第四节 压力控制阀按功能和用途分类：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器一、调压原理通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。二、溢流阀溢去系统多余的油液使系统供油压力调整保持稳定。直动型溢流阀 先导型溢流阀先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远控，接电磁阀通回油箱可实现卸载。远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀，旁接在先导型溢流阀遥控口起远程调压作用，其调定压力必须低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用，泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱。功能： 溢流阀旁接在泵的出口，用来保证系统压力恒定，称为定压阀。溢流阀旁接在泵的出口，用来限制系统压力的最大值，对系统起保护作用，称为安全阀。电磁溢流阀还可以在执行机构不工作时使泵卸载。三、顺序阀顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀。按控制油来源不同分内控和外控，按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和外泄。溢流阀与顺序阀区别：溢流阀出口一般接油箱，而顺序阀出口还是有压力。四、减压阀减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路上，如夹紧回路、润滑回路和控制回路。必须说明，减压阀出口压力还与出口负载有关，若负载压力低于调定压力时，出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。减压阀与先导型溢流阀比较： 减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。 减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。 减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。 减压阀与溢流阀一样有遥控口。五、压力继电器压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是实现执行元件的顺序控制或安全保护。按结构特点分为柱塞式、弹簧管式和膜片式。图示为柱塞式压力继电器。主要零件包括柱塞1、调节螺帽2和电气微动开关3。压力油作用在柱塞下端，液压力直接与弹簧力比较。当液压力大于或等于弹簧力时，柱塞向上移压微动开关触头，接通或断开电气线路。反之，微动开关触头复位。第五节 流量控制阀它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，改变执行机构的运动速度。包括：节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流集流阀。一、流量控制原理流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2p/)1/2 流经细长孔的流量 q =(d 4/128l )p综合两式得通用节流方程 q = KLA0p mA0：节流口的通流面积p：节流口前后的压差K：节流系数，由节流口形状、流体流态、流体性质因素决定。节流元件的节流口结构：有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积A 的倒数称为液阻，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改 变流量。1、压差变化对流量稳定性的影响定义为节流口前后压差p的变化与流量Q的波动的比值。二、节流阀节流阀是通过改变节流截面或节流长度控制流体流量的，它没有流量负反馈功能，不能补偿负载变化变化造成的速度不稳定。三、调速阀根据流量负反馈原理设计的流量阀，串联减压式调速阀温度补偿调速阀并联减压式调速阀（溢流节流阀）：由节流阀与差压式溢流阀并连而成，阀体上有一个进油口，一个出油口，一个回油口。这里节流阀既是调节元件，又是检测元件；差压式溢流阀是压力补偿元件，它保证了节流阀前后压力差p 基本不变。用于调节执行元件运动速度只能安装在执行元件的进油路上，其速度刚性较调速阀小，但因此时的系统压力为（负载压力节流阀前后压差p ），是变压系统，与调速阀调速回路相比，回路效率较高。四、分流集流阀分流集流阀是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制阀，又称为同步阀。它包括分流阀、集流阀和分流集流阀三种控制类型。分流阀结构原理：它由两个固定节流孔1、2、阀体、阀芯和两个对中弹簧等组成。阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3、4。固定节流孔起检测流量的作用，可变节流口起压力补偿作用，其过流面积通过压力p1和p2 的反馈作用进行控制。无论负载压力p3、p4如何变化，都能保证q1q2 。第六节 其它控制阀一、插装阀(逻辑阀)特点：1、阀芯为锥阀，密封性能好，且动作灵敏；2、通流能力大，抗污染；3、一阀多用，易组成各式系统，结构紧凑。4、特别对大流量及非矿物油介质的场合，优点更为突出。插装阀基本图形如上图，插装阀与各种组件结合（方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件），可以构成方向阀、压力阀和流量阀。X通回油箱，阀口开启；x与进油口相通，阀口关闭。改变油口通油方式的阀称为先导阀。组件由阀芯、阀套、弹簧和密封圈组成。根据用途不同分为方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件。同一通径的三种组件安装尺寸相同，但阀芯的结构形式和阀套座直径不同。三种组件均有两个主油口A 和B、一个控制口x 。二、伺服阀伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续成比例地控制流量和压力的液压控制阀。根据输入信号的方式不同，又分电液伺服阀和机液伺服阀。电液伺服阀将小功率的电信