企业培训_液压与气压传动培训教材

液压与气压传动培训 液压传动基础知识 数控加工中心气动换刀系统原理图 液压与气压传动 一 课程定位 专业基础课液压与气压传动技术是实现机电一体化的桥梁 液压与气压系统是机电设备的重要组成部分 液压与气压系统的故障难发现 又较难排除 因此 这门课程的理论性要求系统 实践性又要求较高 二 主要内容 分为四大模块 第一 液气压传动基础知识 第二 液气压元件 第三 液气压常用回路 第四 液气压系统图的识读 1 液气压传动基础知识 1 什么是液压与气压传动 液压与气压传动是以流体为工作介质 利用流体压力能来传递运动和动力的传动方式 2 研究内容 以有压流体 压力油和压缩空气 为传动介质来实现各种机械传动和自动控制的学科 液压与气压传动都是借助于密封容积的变化 利用流体的压力能与机械能之间的转换来传递能量的 液压传动的工作介质是液压油 而气压传动的工作介质是压缩空气 两种工作介质的不同在于 液体几乎不可压缩 工作压力高 粘性大 气体可压缩性较大 工作压力低 粘性小 3 液压与气压传动系统的重要参数压力和流量是液压与气压传动中两个最重要的参数 压力取决于负载 流量决定执行元件的运动速度 4 液压与气压传动的工作原理由于两种介质的不同特点 决定了这两种传动方式的用途和特点 但是液压与气压传动在基本工作原理 元件的工作机理以及回路的构成等诸多方面都很相似 以液压千斤顶为例说明 1 力关系 遵循帕斯卡原理 在密闭容器内 施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点 P F1 A1 W A2 或者W F1 A2 A1重要基本概念一 工作压力取决于负载 而与流入的液体多少无关 2 运动关系 忽略液体的可压缩性 泄漏和管路的不变形 小活塞挤出的油液的体积等于大活塞向上升起后大缸扩大的体积 即 A1h1 A2h2又可得 A1V1 A2V2 即活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比 流量q Ah t 单位时间内流过某一截面积为A的流体体积 q Av q A1v1 A2v2 重要基本概念二 活塞的运动速度取决于进入液压 气压 缸 马达 的流量 而与液体压力大小无关 3 功率关系F1v1 Wv2 P pA1v1 pA2v2 pq压力p和流量q是流体传动中最基本 最重要的两个参数 它们相当于机械传动中的力和速度 它们的乘积即为功率 4 液压与气压传动的基本特征 传动介质是流体 必须在密闭容器中进行 依靠密闭容器的容积变化传递运动 依靠流体的静压力传递动力 5 需要重视的两个问题 压力问题 压力用p表示 p F1 A1 W A2 压力的单位是帕或兆帕 这个压力的定义和我们学过的哪个物理量相同 流量问题 单位时间内流过某一截面的流体体积 5 液压与气压传动系统的组成 能源装置 又叫动力元件 将原动机输入的机械能转换成流体的压力能 为系统提供动力 液压泵或气源装置 执行元件 将流体的压力能转换成机械能 液压缸或气缸 液压马达或气马达 工作介质 传递能量的载体 液压油或压缩空气 控制元件 作用是控制和调节系统中流体的压力 流量和流动方向及系统执行机构的动作程序 以保证执行机构按要求工作 包括各种压力 流量和方向控制阀 辅助元件 保证系统正常工作所需要的辅助装置 如管道 管接头 油箱或储气罐 过滤器 消声器 压力计等 左图为工作原理图 右图为图形符号图 图形符号图仅仅表明系统的职能 控制方式 工作原理 不能表明该系统内各个元件的具体结构和具体安装位置与安装方式 图形符号图的绘制要按照国家标准要求 6 液压与气压传动的工作介质 1 液压传动的介质的主要物理性质液压传动的工作介质 液压油工作介质的作用 传递能量 润滑 防腐 防锈和冷却 液压油的重要性 液压油的质量直接影响液压系统的工作性能和工作过程的可靠性 密度 单位体积液体的质量 符号 单位kg m3 公式 m V说明 大小随压力升高而略有增大 随温度升高而略有减小 但由于压力和温度对密度变化的影响都极小 一般可认为液体的密度为一常数 液体的可压缩性 液体受压力作用而发生体积减小的性质 一般认为在常温下油液是不可压缩的 注意 当油中混有空气时 其抗压缩能力将显著降低 会严重影响液压系统的工作性能 因此 应力求减少油液中混入的气体及其它易挥发物质的含量 一般中低压液压系统 可以认为液压油不可压缩 压力变化很大的高压系统中 就要考虑可压缩性 液体的粘性 重点和难点内容之一a 定义 液体在流动时产生内摩擦力的特性 液体流动时 由于液体的粘性以及液体和固体壁面间的附着力 会使液体内部各层间的速度大小不等 液体在静止状态下是不呈粘性 如图所示 设两平行平板间充满液体 下平板固定不动 上平板以速度u0向右平移 由于液体的粘性作用 紧贴下平板的液体层速度为零 紧贴上平板的液体层速度为u0 而中间层液体的速度则根据它与下平板间的距离大小近似呈线性规律分布 粘性使液体内部各点处速度产生差异 液压油在圆形的管道内流动时紧贴管壁的液体速度为零 管路中心处的速度最大 b 粘性的度量液体的粘性是液体一个非常重要的特征 是选择液压油的主要依据 粘性大小可用粘度来衡量 常用的粘度有三种不同单位 动力粘度运动粘度相对粘度 a 动力粘度 又叫绝对粘度实验表明 F Adv dy 表示切应力 则 dv dy dv dy表示液层间相对速度对液层距离的变化率称为速度梯度 称为动力粘度 物理意义是当速度梯度等于1时 接触流层间单位面积上的内摩擦力 动力粘度的单位为Pa s或N s m2 b 运动粘度 动力粘度 与密度 之比 没有明确的物理意义 仅在分析和计算时经常用到 法定计量单位为m2 s c 相对粘度 又叫条件粘度 它是按一定测量条件制定的 可换算成动力或运动粘度 我国采用的是恩氏粘度 用恩氏粘度计测定 用0Et表示 由相对粘度可以计算出动力粘度和运动粘度 c 温度和压力对粘性的影响液体的粘度随液体的压力和温度而变 压力增大时 粘度增大 但在一般液压系统使用的压力范围内 粘度增大的数值很小 可以忽略不计 粘度对温度的变化十分敏感 温度升高 粘度快速下降 油的粘度随温度变化的性质称为液压油的粘温特性 不同种类的液压油有不同的粘温特性 几种典型液压油的粘温特性曲线图 1 矿油型普通液压油2 矿油型高粘度指数液压油3 水包油乳化液 4 水 乙二醇液5 磷酸酯液 由上图可以看出粘温特性较好的液压油 粘度随温度的变化较小 因而油温变化对液压系统性能的影响较小 液体的粘温特性采用粘度指数VI值来衡量 粘度指数VI值较大 表示油液粘度随温度的变化率较小 即粘温特性较好 一般液压油的粘度指数VI值要求在90以上 优异的在100以上 粘性的作用是阻滞液体内部的相互滑动 在任何情况下 粘性只延缓滑动的过程而不能消除这种滑动 液压油的选用液压油的类型 矿油型 乳化型和合成型液压油的选用 必须正确而合理 一般根据液压系统对工作介质性能的变化要求和工作 环境条件来选用 选择的顺序是 品种 粘度 牌号确定粘度应考虑因素 工作压力 工作速度和环境温度 压力较高时 选粘度较大的油液 反之 取粘度较小的液压油 工作部件运动速度较高时 选粘度较小的液压油 环境温度较高时 选粘度较大的液压油 液压泵的类型 在液压系统中 不同的液压泵对液压油的要求不同 因此 常根据液压泵的类型及其要求来选择液压油的粘度及牌号 2 气压传动工作介质的主要物理性质 密度 参考液压油的密度 可压缩性 定义可以参考液压油 注意 空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性 研究气体传动不能忽略压缩性和膨胀性 粘性 定义和表示可以参考液压油的相关问题 注意 气体压力对粘度的影响很小 可以忽略 气体温度对粘度的影响 温度升高 粘度增大 温度降低 粘度减小 3 液气压传动系统对工作介质的要求 液压系统对液压油的主要要求粘度适当 粘温特性好 质地纯净 杂质少 体积膨胀系数小 对人体无害 成本低 气压传动系统对压缩空气的要求具有一定的压力和足够的流量 具有一定的清洁度和干燥度 指压缩空气中含水量的多少 压缩空气都是湿空气 因此压缩空气需要干燥和净化处理 除去水分 油分等杂质 压缩空气不具备润滑性能 因此 气压传动系统需要专门的润滑装置 而液压系统不需要专门的润滑装置 4 压力的表示 绝对压力 以绝对真空为基准测量的压力 相对压力 以大气压力为基准测量的压力 真空度 绝对压力小于大气压的那部分压力值 某点的绝对压力小