液压传动概述a.ppt

液压与气压传动,教学参考书：（1）液压与气压传动许福玲主编机械工业出版社（2）液压传动与气压传动,液压传动与气压传动,课程的性质：机械工程各专业必修的专业或专业基础课课程要求的基础：机械专业基础课知识之外，还要有工程流体力学知识课程的要求达到的目的：1.掌握常用的液压气动元件的结构原理；2.掌握常用的液压气动基本回路的工作原理；3.具有初步的分析和设计液压系统的能力。,第一章液压传动概述,1液压传动的定义、工作原理及组成2液压传动的优缺点3液压传动的历史、现状及发展4液压传动的工作介质,第一章液压传动概述,一、液压传动的定义、工作原理及组成,（1）液压传动的定义,流体传动：以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动方式液压传动液力传动气压传动液压传动的定义：以液体为工作介质，利用液体的压力能来传递力和速度。,（2）液压传动的工作原理,例1：液压千斤顶例2：机床工作台液压系统,例1：液压千斤顶,例1：液压千斤顶,（1）力的传递（帕斯卡原理）液压系统的工作压力取决于外负载。,理想条件:无泄漏,不考虑油液的压缩性和管路的弹性,不考虑摩擦力,例1：液压千斤顶,（2）运动的传递（容积变化相等、质量守恒）执行元件的运动速度取决于输入流量。压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数。,从例1得出的两个重要的概念,1液压系统中液体的压力取决于负载2执行元件运动速度取决于输入的流量,例1：液压千斤顶,（3）功率的传递（能量守恒）,例1：液压千斤顶,实际情况:1）有泄漏,导致容积损失2）考虑摩擦力，有机械损失3）考虑油液的压缩性和管路的弹性,不能保证严格的传动比,例2：机床工作台液压系统（停止工位）,液压元件,（1）动力元件（液压泵）：将机械能（转矩T，转速n）转化为液体的压力能（压力p、流量q）（2）执行元件（液压马达、液压缸）：将液体的压力能（压力p、流量q）转化为机械能（转矩T，转速n，或直线运动速度v，输出力F）（3）控制元件（液压阀）：控制液体的压力、流量和方向，从而实现控制执行元件的输出力、运动速度和方向，过载保护和程序控制（4）辅助元件（管道、管接头、油箱和滤油器）（5）工作介质,（3）液压系统的组成,液压系统的图形符号,结构图,用符号表示的液压系统原理图,二、液压传动的优缺点,（1）液压传动的优点,与机械传动相比，液压传动具有以下优点（1）在同等功率的条件下，体积小、重量轻、结构紧凑、运动惯性小、反应快，可以出大力或力矩。（2）可实现大范围的无级调速（调速比可达1002000），机械传动实现无级调速较困难，中小型直流电机的调速比一般为24（3）自动实现过载保护（4）容易实现自动控制和遥控（5）容易实现直线运动（6）可自行实现机件的润滑（7）便于机器零部件的设计布局,（1）液压传动的优点,液压传动与电气传动相比：（1）体积小、重量轻、运动惯性小、反应快，可以出大力或力矩，是液压传动的主要优点。（2）现代电力电子技术使交流调速可实现大范围的无级变速。（3）直线电机使实现直线运动更容易。液压传动受到电气传动的挑战,（2）液压传动的缺点,（1）液压油泄漏，污染环境和引起火灾（2）机件之间的机械阻力和粘性阻力、流体流动阻力和泄漏，导致液压系统的总效率降低（3）液压油工作性能受温度的影响，很高和很低温的条件下工作困难（4）液压油的泄漏和可压缩性，得不到严格的传动比（5）液压元件的制造精度要求高（6）液压介质易受污染，导致机件运动易卡阻,三、液压传动的理论基础,帕斯卡原理（1650年）牛顿的粘性流体内摩檫定律（1686年）流体力学:连续性方程伯努利能量方程动量定理,（1）粘性流体内摩檫定律,什么是“粘性流体内摩檫定律”？,粘性是液体分子内聚力的一种宏观表现，分子内聚力使液体有相对运动的流层之间存在内摩擦力,粘性流体内摩檫定律,（2）流体静力学,静压力物理学上称压强，工程中习惯称为压力压力的表示方法（a）压力单位国际单位：帕（Pa=N/m2）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）工程单位:公斤力/厘米2(kgf.cm-2)、巴（bar）或工程大气压(atm)1atm=1kgf.cm-2=9.81X104Pa1bar=105Pa=0.1MPa1bar=1.02kgf/cm2液柱高:米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）,（b）绝对压力、相对压力（表压力）和真空度,绝对压力=相对压力+大气压真空度（负的相对压力）=绝对压力-大气压,(3)流体动力学,基本概念理想流体不可压缩流体定常流动过流断面流量平均流速,基本原理（流量）连续性方程伯努利方程动量方程,流体运动的基本概念,理想流体：没有粘性的流体不可压缩流体：不考虑流体的压缩性（即密度为常量）定常流动：流体流动过程中任意点上的运动参数（速度、压力等）不随时间变化的流动状态,流体运动的基本概念,过流断面：与流动方向相垂直的液体横截面积（有平面也有曲面）流量：（不可压缩流体用体积流量）单位时间内流过过流截面的液体体积，用q表示平均流速：一种假想流速，等于流量除以过流截面面积,流量连续性方程（质量守恒）,液压领域的应用条件：不可压缩定常流动液压流体力学：不可压缩定常流动的流量连续性方程液压应用：分支流、合并流,伯努利方程（能量守恒）,重力场中粘性不可压缩定常流总流的伯努利方程,液压领域应用特点：(1)流体不可压缩（油的体积弹性模量约为(1.22）103MPa）(2)定常流动（3）选取缓变流动的截面作研究对象,伯努利方程,动量方程,从刚体动力学中引用流体所受外力由动量（定理）方程求得：作用于控制体积内的液体的外力等于该控制体积内液体的动量变化率。,动量方程,应用条件:不可压缩定常流动应用目的：应用动量（定理）方程求流体对固体的作用力液压领域的典型应用：求阀芯的稳态液动力,(1)进油腔控制体受力:(2)回油腔控制体受力:(3)阀芯受力是两控制体受力的反作用(合)力,四、液压技术的应用、现状和发展方向,应用：产业机械：锻压、冶金、矿山、起重机械和机床等行走机械：工程机械、建筑机械、农机、汽车等航天和航空：飞机、导弹和航天器舰船：潜艇、水面舰艇和各种船舶海洋开发：海洋开发平台、海底水下作业,液压技术现状（我国）,起步晚，产品的质量技术性能差自主品牌少，品种规格少，产品的开发和成套能力差,液压技术的发展方向（国际）,高压、高速、大功率、高效率、低噪声、高可靠性和高集成度（1）提高效率（2）机电液一体化（3）集成、复合、小型轻量化（4）加强安全性和与环境的相容性（5）元件及系统的工作可靠性（6）标准化、通用化和系列化（7）新的系统设计理论和性能分析研究,五、液压传动的工作介质,（1）工作介质的使用功能（1）传递能量的介质（2）润滑液压元件，减少摩擦和磨损（3）散热（4）防止锈蚀（5）分离和沉淀非可溶性污染物,（2）工作介质的基本物理性质,（a）粘性：粘性用粘度来表示动力粘度（绝对粘度）单位:Pa.s可由粘性流体的内摩擦定律导出,1-4-1工作液体的基本物理性质,运动粘度动力粘度与液体密度之比国际单位：m2/s常用单位：斯(St)和厘斯(1cSt=1mm2/s)1m2/s=10000St=1000000cSt我国国标规定：液压油的牌号代表该油在40c时的运动粘度近似（厘斯）值,1-4-1工作液体的基本物理性质,条件粘度