液压及气压传动绪论-液压及气压传动

1、液压与气压传动液压与气压传动教师：郭冰菁教师：郭冰菁答疑地点：机电楼答疑地点：机电楼409409答疑时间：答疑时间：每周每周5 5晚上晚上2020：00002121：3030河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论知识点知识点v一、传动的多种形式一、传动的多种形式v二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理v三、流体传动系统的组成三、流体传动系统的组成v四、流体传动系统的特点四、流体传动系统的特点v五、流体传动的应用与发展概况五、流体传动的应用与发展概况v六、课程学习目标和基本要求六、课程学习目标和基本要求河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论一、传动的多种形式一、传动的多种形

2、式 1.1.机器的组成：机器的组成：v机器由动力、传动、工作和控制四个部分组成。机器由动力、传动、工作和控制四个部分组成。 v动力部分：将其他形式的能量转变为机械能，为机器提供动力部分：将其他形式的能量转变为机械能，为机器提供动力。如水轮机、内燃机、电动机、液压马达等。动力。如水轮机、内燃机、电动机、液压马达等。 v传动部分：传递动力和运动、分配能量、改变速度和运动传动部分：传递动力和运动、分配能量、改变速度和运动形式。分为机械传动、流体传动、电力传动。形式。分为机械传动、流体传动、电力传动。 v工作部分：使加工对象性能、状态、形状、位置发生变化，工作部分：使加工对象性能、状态、形状、位置发生

3、变化，直接完成机器的预定功能。如：刀具、卡具、冲头等。直接完成机器的预定功能。如：刀具、卡具、冲头等。 v控制部分：完成被控参数的调节。控制部分：完成被控参数的调节。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论一、传动的多种形式一、传动的多种形式2.2.三种传动形式比较：三种传动形式比较：v 机械传动：通过各种机械传动：通过各种机件机件直接传送动力的传动方式。表现在传直接传送动力的传动方式。表现在传递动力、改变运动速度和方向、改变运动形式等方面。递动力、改变运动速度和方向、改变运动形式等方面。 如：螺旋传动机构、带传动、齿轮传动、链传动、涡轮蜗杆如：螺旋传动机构、带传动、齿轮传动、链传动、涡

4、轮蜗杆 传动、曲柄滑块机构、凸轮传动等。传动、曲柄滑块机构、凸轮传动等。 v电力传动：利用电力传动：利用电力设备电力设备，通过调节电参数来传递动力或控制，通过调节电参数来传递动力或控制动力的传动方式。动力的传动方式。 v流体传动：以流体传动：以流体流体为工作介质，进行能量转换、传递和控制。为工作介质，进行能量转换、传递和控制。 包括：（包括：（1）气体传动：以气体为工作介质的流体传动。）气体传动：以气体为工作介质的流体传动。 （2）液体传动：以液体为工作介质的流体传动。）液体传动：以液体为工作介质的流体传动。 液力传动：主要利用液体动能的液体传动。液力传动：主要利用液体动能的液体传动。 液压传

5、动：只利用液体压力能。液压传动：只利用液体压力能。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理 1.1.定义：定义： 流体传动是以流体传动是以有压流体有压流体（压力油或压缩空气）作为（压力油或压缩空气）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式。工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式。2.2.工作原理：工作原理：v理论基础：理论基础： 帕斯卡原理（即静压传递原理）帕斯卡原理（即静压传递原理）“在密闭容器在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点点”。 即液体具有等值传递压力的

6、性质。即液体具有等值传递压力的性质。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理v 特征：特征： 力传递特征：力传递特征：装置工作压力装置工作压力（p p）取决于外负载）取决于外负载(W)(W)。 p1F1/A1 ； W=p2A2; p1=p2;W= F1/A1 A2 p1p2211AWAFp河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论根据帕斯卡原理，密闭连通器内各点的压力到处都根据帕斯卡原理，密闭连通器内各点的压力到处都相等相等, ,故：故：作用力作用力F

7、 F1 1和负载力和负载力WW之间是通过压力之间是通过压力p p传递的。传递的。 液压与气压传动的工作压力液压与气压传动的工作压力p p取决于负载取决于负载WW，负，负载愈大，压力载愈大，压力p p也就愈高，没有足够的压力是无法也就愈高，没有足够的压力是无法驱动负载的。驱动负载的。当当WW0 0时，压力时，压力p p=0=0211AWAFp二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理运动传递特征：运动传递特征：执行元件运动速执行元件运动速度（度（v v）取决于流量）取决于流量(q)(q)。 在没有漏油，也

8、没有被压缩的在没有漏油，也没有被压缩的条件下，排出和流入的液体体积条件下，排出和流入的液体体积相等相等 ，则：，则： h h1 1 A A1 1= = h h2 2 A A2 2 上式两边同除以运动时间上式两边同除以运动时间t t，得：，得： v v1 1 A A1 1= = v v2 2 A A2 2 定义：流量定义：流量q q是指单位时间内液体流过是指单位时间内液体流过某一截面的体积。某一截面的体积。 q=V/t=Ah/t=Avq=V/t=Ah/t=Av 河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理结论：结论： 由公式由公式v=q/Av=q/A

9、可知：可知： 活塞移动速度只取决于流入液压缸中油液流量活塞移动速度只取决于流入液压缸中油液流量q q，与负载无关。即：活塞的运动速度可以通过改变流与负载无关。即：活塞的运动速度可以通过改变流量的方式进行调节。基于这一点，液压传动可以实量的方式进行调节。基于这一点，液压传动可以实现现无级调速无级调速。 运动的传递依靠运动的传递依靠“容积变化相等容积变化相等”而实现，常用单而实现，常用单位为位为m/minm/min。 液压装置的自锁性取决于密封性，即当液压装置的自锁性取决于密封性，即当q=0q=0时，时，v v =0=0；执行元件可停留在任意位置。；执行元件可停留在任意位置。河南科技大学河南科技大

10、学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理功率特征：功率特征：液压功率可以用压力液压功率可以用压力p p和流量和流量q q的乘积的乘积来表示。来表示。 由 F1v1=Wv2 PpA1v1=pA2v2=pq 结论：结论： 在不计各种功率损失的条件下，液压传动系在不计各种功率损失的条件下，液压传动系统的机械功率全部转换为液压功率。统的机械功率全部转换为液压功率。 功率的传递取决于压力和流量的乘积。功率的传递取决于压力和流量的乘积。总结上述：总结上述： 在液压传动中压力在液压传动中压力p p和流量和流量q q是最基是最基本、最重要的两个参数。本、最重要的两个参数。河南科技大

11、学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论二、流体传动的基本原理二、流体传动的基本原理v实例：汽车吊实例：汽车吊河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论三、流体传动系统的组成三、流体传动系统的组成 v能源装置（或称动力元件）：把能源装置（或称动力元件）：把机械能机械能转化成转化成液体液体压力能压力能。如：液压泵、空压机。如：液压泵、空压机。 v执行装置（或称执行元件）：把执行装置（或称执行元件）：把液体压力能液体压力能转化成转化成机械能机械能。如：液（气）压缸和液压马达。如：液（气）压缸和液压马达。v控制调节装置（或称控制元件）：对液体的控制调节装置（或称控制元件）：对液体的压力、压力、流量和

12、流动方向流量和流动方向进行控制和调节。如：各类控制阀进行控制和调节。如：各类控制阀或者由各种阀构成的组合装置。或者由各种阀构成的组合装置。 v辅助装置（或称辅助元件）：以上三种组成部分以辅助装置（或称辅助元件）：以上三种组成部分以外的其它装置，如各种管接件、油管、油箱、过滤外的其它装置，如各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等，起连接、输油、贮油、过器、蓄能器、压力表等，起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力能和测量等作用。滤、贮存压力能和测量等作用。 v传动介质：传递能量的传动介质：传递能量的液体介质液体介质，如油液、气体。，如油液、气体。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论

13、三、流体传动系统的组成三、流体传动系统的组成v原理图表示法： 所有液压元件都可用相应液压职能符号来表示，所有液压元件都可用相应液压职能符号来表示，符合国家标准符合国家标准GBT786.1-1993GBT786.1-1993，特殊元件可用结构，特殊元件可用结构简图来表示，用标准符号组成的系统图称为液压系简图来表示，用标准符号组成的系统图称为液压系统原理图。统原理图。 职能符号都以元件的静止位置或零位来表示。职能符号都以元件的静止位置或零位来表示。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论四、液压与气压传动的优、缺点四、液压与气压传动的优、缺点液压

14、传动液压传动优点优点：1 1、功率质量比大：体积小、重量轻、结构紧凑；、功率质量比大：体积小、重量轻、结构紧凑；2 2、能实现无级调速，调速范围宽，可达、能实现无级调速，调速范围宽，可达20002000：1 1；3 3、易于实现自动化，与电气控制相配和，可较方便、易于实现自动化，与电气控制相配和，可较方便地实现复杂的程序动作和远程控制；地实现复杂的程序动作和远程控制；4 4、液压装置工作平稳，反应速度快，冲击小；、液压装置工作平稳，反应速度快，冲击小；5 5、液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，有、液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，有利于总体布置设计；利于总体布置设计；6 6、液压装

15、置操纵方便，易于防止超载，元件得到自、液压装置操纵方便，易于防止超载，元件得到自然润滑，寿命长。然润滑，寿命长。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论缺点：缺点：1 1、不能保证严格的传动比。、不能保证严格的传动比。2 2、效率低，不宜于作远距离大功率传动。、效率低，不宜于作远距离大功率传动。3 3、油温和负载的变化直接影响速度的稳定性。、油温和负载的变化直接影响速度的稳定性。4 4、制造工艺要求高，所以成本高。、制造工艺要求高，所以成本高。5 5、液压系统发生故障时，不易检查和排除。、液压系统发生故障时，不易检查和排除。6 6、液压系统要求有单独的油源。、液压系统要求有单独的油源。河

16、南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论气压传动优点：优点：1 1 、以空气为工作介质，取用方便，用后可直接排、以空气为工作介质，取用方便，用后可直接排入大气，不会污染环境；入大气，不会污染环境；2 2 、空气粘度小、空气粘度小( (约为液压油动力粘度的万分之一约为液压油动力粘度的万分之一) )，沿程损失小，可集中远距离供气；沿程损失小，可集中远距离供气；3 3 、工作压力低、工作压力低(0.21MPa)(0.21MPa)，因此气动元件的材料，因此气动元件的材料和制造容易、成本低；和制造容易、成本低；4 4、工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘、工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘

17、埃、强磁、辐射、震动等恶劣环境下工作；无油埃、强磁、辐射、震动等恶劣环境下工作；无油气动系统特别适合电子器件、食品及医药生产过气动系统特别适合电子器件、食品及医药生产过程。程。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论缺点：缺点：1 1、与光、电信号相比，气信号传递较慢；、与光、电信号相比，气信号传递较慢；2 2、空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性差；、空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性差；3 3、因工作压力低，所以输出力较小，且传动效率低。、因工作压力低，所以输出力较小，且传动效率低。河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论四、流体传动的特点四、流体传动的特点 v优点优点: :

18、 功率大来重量轻功率大来重量轻, 大力大矩显威风大力大矩显威风; 运动平稳响应快运动平稳响应快, 无级调速显神通无级调速显神通; 操纵简单自动化操纵简单自动化, 过载保护它更行过载保护它更行; 元件标准系列化元件标准系列化, 散热润滑也出名散热润滑也出名.v缺点缺点: : 难保严格传动比难保严格传动比, 液压不宜远距离液压不宜远距离; 元件精度要求高元件精度要求高, 温度影响需注意温度影响需注意; 信号传递不如电信号传递不如电, 液压介质很娇气液压介质很娇气; 总的效率比较低总的效率比较低, 找到故障较费力找到故障较费力.河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论五、流体传动的应用与发展概

19、况五、流体传动的应用与发展概况 v发展过程：发展过程：v发展动向：发展动向： 1.正向着高压、高速、大功率、高正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展；成化的方向发展； 2.与计算机科学相结合，新型液压与计算机科学相结合，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设元件和液压系统的计算机辅助设计（计（CAD）、计算机辅助测试）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术；术和优化技术； 3.与其他相关科学结

20、合，如污染与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方是当前液压技术发展和研究的方向；向； 4.开辟新的应用领域。开辟新的应用领域。 河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论1. 油压机的诞生开了现代液压技术的新油压机的诞生开了现代液压技术的新纪元纪元水磨和风车是流体动力最古老的应用实例 液压技术发展的历程 1650 年帕斯卡提出了液体静压传递原理 1750 年伯努利揭示了流体在管内流动的能量守恒定律 1795 年英国的约瑟夫布拉曼发明了世界上第一台水压机 1905 年美国工程师威廉斯和詹尼将工作介质水改为油 划时代的贡献

21、 改变了液压技术近百年停滞不前的局面 液压界普遍认同 1905 年是现代液压技术的起始年 河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论2 电液伺服、比例技术开创了近代液电液伺服、比例技术开创了近代液压技术的新篇章压技术的新篇章 在二十世纪四十年代， 亦即第二次世界大战期间， 由于军事工业的迫切需要，大大推进了液压技术的进步！ 在美国的机床制造业中，当时就有 30%应用了液压传动。 二十世纪中期，MIT 利用反馈技术制成了电液伺服阀，后来用于海军舰艇的操作设备， 用于飞机作液压助动器， 控制飞机舵面。 二十世纪六十年代电液比例控制技术应运而生。 电子技术使液压技术走出低谷！ 液压技术与电子技术

22、的结合，开创了液压技术发展的新篇章！ 当今日新月异的微电子技术和计算机技术又使液压技术驶入了的发展的高速公路！ 河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论3. 3. 电液控制的应用领域电液控制的应用领域行业、部门行业、部门 应用示例应用示例工程机械工程机械挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等交通运输交通运输汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等电力部门电力部门水轮机调速系统水轮机调速系统冶金机械冶金机械轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控制系统等制系统等兵器

23、工业兵器工业火炮控制系统，导弹运输车、导弹发射车等火炮控制系统，导弹运输车、导弹发射车等轻工机械轻工机械注塑机、打包机、校直机等注塑机、打包机、校直机等汽车工业汽车工业汽车动力系统、汽车动力系统、ABS(防抱死控制系统防抱死控制系统)、油气悬架、油气悬架系统等系统等智能机械智能机械模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等机床工业机床工业加工中心、加工生产线、自动化机床等加工中心、加工生产线、自动化机床等河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南

24、科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论运梁车，上海磁悬浮工程用Dzy300河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论DCY450DCY450运梁车（中铁四局，运梁车（中铁四局， 秦沈客运专线采用）秦沈客运专线采用）河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论臂架式高空作业车、消防梯河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论垃圾处理河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论五、流体传动的应用与发展概况五、流体传动的应用与发展概况v实例：v机械手油路河南科技大学河南科技大学 郭冰菁郭冰菁0 绪论六、课程学习目标和基本要求六、课程学习目标和基本要求 v1本课程为机械类相关专业的专业基础课程。本课程的前本课程为机械类相关专业的专业基础课程。本课程的前期课程是：期课程是：机械制图机械制图，机械原理与设计机械原理与设计，电工技电工技术术，流体力学流体力学，高等数学高等数学等。等。v2本课程的教学目的是：使学生了解液压与气压传动的基本课程的教学目的是：使学生了解液压与气压传动的基础知识，掌握各种液压、气动元件的基本原理、特点、应用础知识，掌握各种液压、气动元件的基本原理、特点、应用和选用方法，熟悉各种基本回路、气动程序