第2章液压与气动系统

1、第第2章章 液压与气动系统液压与气动系统2022-6-11要点概述要点概述 2.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 2.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 2.3 压力的传递特性压力的传递特性2022-6-122.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 液压与气动是以流体（液压油或压缩空气）为工作介质进液压与气动是以流体（液压油或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。行能量传递和控制的一种传动方式。 液体传动是以液体（水、油、乳化液）为工作介质来传递液体传动是以液体（水、油、乳化液）为工作介质来传递动力（能量）的过程。包括液压传动（静压力）

2、和液力传动力（能量）的过程。包括液压传动（静压力）和液力传动（动能）。动（动能）。 （1）液压传动主要以液体压力能来传递动力；）液压传动主要以液体压力能来传递动力； （2）液力传动主要以液体流动形成的动能来传递动力。）液力传动主要以液体流动形成的动能来传递动力。 气压传动是以压缩空气的压力能来传递动力。气压传动是以压缩空气的压力能来传递动力。2022-6-132.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 2.1.1 液压与气压传动的工作原理液压与气压传动的工作原理 液压千斤顶也是利用静压力相等原理，液压传递原理图。液压千斤顶也是利用静压力相等原理，液压传递原理图。 在密封容器内，施

3、加于静止流体上的各点压力将以等值并在密封容器内，施加于静止流体上的各点压力将以等值并同时传递到流体内各点，流体的内部压力将作用于流体的同时传递到流体内各点，流体的内部压力将作用于流体的包裹面，因此其容器内压力方向垂直于内表面。包裹面，因此其容器内压力方向垂直于内表面。 容器内的液体各点压力为：容器内的液体各点压力为： 21WFpAA 2022-6-142.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 2.1.2 液压与气压传动系统的组成液压与气压传动系统的组成 1.执行机构部分执行机构部分 2.传感器检测机构部分传感器检测机构部分 3.控制机构部分控制机构部分 4.动力源机构部分动力源

4、机构部分 5.机械本体结构机械本体结构2022-6-152.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 2.1.3 液压与气压传动的异同点液压与气压传动的异同点 1.相同点相同点 液压与气动系统在其传动控制的结构和原理上是相同的。液压与气动系统在其传动控制的结构和原理上是相同的。 2.不同点不同点 （1）传动介质不同）传动介质不同 （2）工作压力不同）工作压力不同 （3）有无对大气环境的泄漏）有无对大气环境的泄漏 （4）系统回路结构不同）系统回路结构不同 （5）基础元件的加工精度和配合精度不同）基础元件的加工精度和配合精度不同2022-6-162.1 液压与气动技术的研究对象液压与气

5、动技术的研究对象 2.1.4 液压与气压传动的优缺点液压与气压传动的优缺点 1.液压与气压传动的优点液压与气压传动的优点 （1）液压传动的优点）液压传动的优点 对于负载而言在相同功率输出的作用条件下，其液压执对于负载而言在相同功率输出的作用条件下，其液压执行元件具有体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特行元件具有体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。即单位功率的执行机构重量轻。性好。即单位功率的执行机构重量轻。 液压系统可在较大范围内实现无级调速。液压系统可在较大范围内实现无级调速。 液压系统能快速起动、制动和频繁换向，具有工作平稳、液压系统能快速起动、制动和频繁换向，具有工作平稳、

6、反应快、冲击小的特点。反应快、冲击小的特点。 液压系统操作控制简便，通过机、电、气、液综合控制，液压系统操作控制简便，通过机、电、气、液综合控制，可以使整体系统的传动结构简单，易于调节并便于实现较可以使整体系统的传动结构简单，易于调节并便于实现较复杂的自动化控制过程。复杂的自动化控制过程。 液压系统的各元件相对运动表面能自行润滑，可以延长液压系统的各元件相对运动表面能自行润滑，可以延长元件的使用寿命。元件的使用寿命。 易于实现过载保护，安全性好。易于实现过载保护，安全性好。2022-6-172.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象（2）气压传动的优点）气压传动的优点空气作为工作

7、介质没有成本且取用方便，作功后的压缩空气可以直空气作为工作介质没有成本且取用方便，作功后的压缩空气可以直接排入大气，不会对周围环境造成污染。接排入大气，不会对周围环境造成污染。空气的黏度很低，流动阻力很小，压力损失少，适合集中供气和远空气的黏度很低，流动阻力很小，压力损失少，适合集中供气和远距离传输。距离传输。气动系统可以在易燃、易爆、多尘埃、强辐射、震动等恶劣工作环气动系统可以在易燃、易爆、多尘埃、强辐射、震动等恶劣工作环境下可靠地工作。境下可靠地工作。由于空气具有的压缩性，其压缩空气的储气罐本身就是气压储能器。由于空气具有的压缩性，其压缩空气的储气罐本身就是气压储能器。易于实现过载保护，安

8、全性好。易于实现过载保护，安全性好。2022-6-182.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 2.液压与气压传动的缺点液压与气压传动的缺点 （1）液压传动的缺点）液压传动的缺点 以液压油为工作介质的液压传动系统，当出现泄漏时会以液压油为工作介质的液压传动系统，当出现泄漏时会造成环境污染。造成环境污染。 由于油液的粘度大，因而液压传动过程中的摩擦损失和由于油液的粘度大，因而液压传动过程中的摩擦损失和泄漏损失等能量损失相对较大，不宜远距离传动。泄漏损失等能量损失相对较大，不宜远距离传动。 液压油容易氧化，要定期更换，以防止沉淀物堵塞油路。液压油容易氧化，要定期更换，以防止沉淀物堵

9、塞油路。 当液压油中有大量的空气时，其液体具有可压缩性。当液压油中有大量的空气时，其液体具有可压缩性。 液压传动系统中存在惯性冲击问题，因此在执行元件的液压传动系统中存在惯性冲击问题，因此在执行元件的换向过程中，要防止抖动发生。换向过程中，要防止抖动发生。2022-6-192.1 液压与气动技术的研究对象液压与气动技术的研究对象 （2）气压传动的缺点）气压传动的缺点 工作压力低（一般低于工作压力低（一般低于1Mpa），一般用于小功率的场），一般用于小功率的场合。合。 由于空气的可压缩性大，负载变化对气压传动的影响大，由于空气的可压缩性大，负载变化对气压传动的影响大，速度稳定性差。速度稳定性差。

10、 排气噪声大，必须加消声器。排气噪声大，必须加消声器。 2.1.5 液压与气压传动的应用和发展液压与气压传动的应用和发展2022-6-1102.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 2.2.1 液压传动介质液压传动介质-水和液压油水和液压油 1.液压油的特性液压油的特性 （1）液压油的密度）液压油的密度 单位体积的液体质量称为密度。单位体积的液体质量称为密度。 （2）液体的可压缩性）液体的可压缩性 液体受压力作用后其体积减小的特性称为液体的可压缩性，液体受压力作用后其体积减小的特性称为液体的可压缩性，但在液压系统中，由于液压油的可压缩性极小，所以可认但在液压系统中，由于液压油的可压缩性极小

11、，所以可认为油液是不可压缩的。为油液是不可压缩的。 MV3Kgm2022-6-1112.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 （3）液压油的粘性）液压油的粘性 液体在外力作用下流动时，其内部分子间因有相对运动而液体在外力作用下流动时，其内部分子间因有相对运动而产生摩擦力，从而对分子流动形成一定的阻力，这种产生产生摩擦力，从而对分子流动形成一定的阻力，这种产生流动阻力特性的内摩擦力称为液体的粘性。粘性只有在流流动阻力特性的内摩擦力称为液体的粘性。粘性只有在流动过程中才能体现，粘性的大小可用粘度来衡量。动过程中才能体现，粘性的大小可用粘度来衡量。 1）动力粘度）动力粘度 2）运动粘度）运动粘度

12、duFdyA2022-6-1122.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 压力和温度对粘度的影响压力和温度对粘度的影响 （1）一般在工程中当压力低于）一般在工程中当压力低于5MPa的情况时，压力对粘的情况时，压力对粘度的影响比较小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，度的影响比较小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，流体层分子之间的距离缩小，内摩擦力增大，其粘度也随流体层分子之间的距离缩小，内摩擦力增大，其粘度也随之增大。因此，在压力很高或压力变化很大的情况下，应之增大。因此，在压力很高或压力变化很大的情况下，应考虑粘度值的变化影响。考虑粘度值的变化影响。 （2）液压油粘度对温度的变化是

13、十分敏感的，当温度升）液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力（内摩擦力）减小，粘度就随高时，其分子之间的内聚力（内摩擦力）减小，粘度就随之降低。不同种类的液压油，它的粘度随温度变化的规律之降低。不同种类的液压油，它的粘度随温度变化的规律也不同。也不同。 油温上升，粘度降低，容易泄露，磨损增加，当油温高于油温上升，粘度降低，容易泄露，磨损增加，当油温高于60时，应加冷却器。否则此时油温每升高时，应加冷却器。否则此时油温每升高10，油的，油的老化速度加倍。老化速度加倍。2022-6-1132.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 （4）液压油的闪火点）液压油的闪火

14、点 1）闪火点）闪火点 当液压油的油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油当液压油的油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此时油气能点火的最低温度称为闪火点。气，此时油气能点火的最低温度称为闪火点。 2）燃烧点）燃烧点 如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。2022-6-1142.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 2.2.液压油的分类液压油的分类 液压油包括石油基液压油和难燃液压油。为了保证液压油液压油包括石油基液压油和难燃液压油。为了保证液压油的闪点、凝点、化学稳定性和热稳定性、酸值、腐蚀性等，的闪点、凝点、化学稳定性和热稳定性

15、、酸值、腐蚀性等，还要在液压油中加入添加剂。还要在液压油中加入添加剂。 （1 1）石油基矿物液压油）石油基矿物液压油 （2 2）难燃液压油）难燃液压油 （3 3）液压油的添加剂）液压油的添加剂 添加剂主要有增粘剂、抗泡剂、抗氧化剂、防锈剂、抗磨添加剂主要有增粘剂、抗泡剂、抗氧化剂、防锈剂、抗磨剂等。剂等。2022-6-1152.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 3.3.液压油的选择液压油的选择 （1 1）根据工作条件）根据工作条件 选用液压油时，主要根据液压系统内部的实际压力工作极限选用液压油时，主要根据液压系统内部的实际压力工作极限（低压、中压、高压），和防火、防锈、消泡、抗氧化、抗

16、磨（低压、中压、高压），和防火、防锈、消泡、抗氧化、抗磨等实际现场的使用条件，以及合适的油液粘度来适应液压系统等实际现场的使用条件，以及合适的油液粘度来适应液压系统内部的工作温度等要求，从而确定液压油的类型。内部的工作温度等要求，从而确定液压油的类型。 一般液压系统工作温度高、工作环境温度高、运动速度低时应一般液压系统工作温度高、工作环境温度高、运动速度低时应选用粘度高的液压油，否则，选用粘度低的液压油。选用粘度高的液压油，否则，选用粘度低的液压油。 （2 2）理想化要求）理想化要求 一般要求液压油要具有适宜的粘度、良好的润滑性、对热和氧一般要求液压油要具有适宜的粘度、良好的润滑性、对热和氧化

17、及水解以及相容性等方面都具有良好的稳定性、对金属材料化及水解以及相容性等方面都具有良好的稳定性、对金属材料具有防锈性和防腐性、比热和热传导率大、热膨胀系数小、抗具有防锈性和防腐性、比热和热传导率大、热膨胀系数小、抗泡沫性和抗乳化性好、流动点和凝固点低、闪点和燃点高、油泡沫性和抗乳化性好、流动点和凝固点低、闪点和燃点高、油液纯净并无毒性、价格便宜等理想化条件。液纯净并无毒性、价格便宜等理想化条件。2022-6-1162.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 （3）常规选择）常规选择 液压油的型号很多，主要根据液压油的使用温度、针对设液压油的型号很多，主要根据液压油的使用温度、针对设备、相关性

18、能而定。备、相关性能而定。 普通液压油一般用于环境温度（普通液压油一般用于环境温度（045）工作的各类液工作的各类液压泵的中、低压液压系统。压泵的中、低压液压系统。 抗磨液压油一般用于环境温度（抗磨液压油一般用于环境温度（-1040）工作的高压工作的高压柱塞泵或其他泵的中、高压系统。柱塞泵或其他泵的中、高压系统。 低温液压油一般用于环境温度（低温液压油一般用于环境温度（-2040）工作的各类工作的各类高压油泵系统。高压油泵系统。 高粘度指数液压油一般用于温度变化不大且对粘度和温度高粘度指数液压油一般用于温度变化不大且对粘度和温度性能要求更高的液压系统。性能要求更高的液压系统。2022-6-11

19、72.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 4.4.液压油的保养液压油的保养 （1 1）防污染）防污染 （2 2）防恶化）防恶化 （3 3）防泄漏）防泄漏 （4 4）防超期）防超期2022-6-1182.2 液压与气压传动介质液压与气压传动介质 2.2.2 气压传动介质气压传动介质-气体气体(Pneumatic transmission medium gas) 1.空气空气空气是由氧、氮、氩、二氧化碳等气体元素及微量氖、氦、空气是由氧、氮、氩、二氧化碳等气体元素及微量氖、氦、氪、氙等稀有气体元素以及甲烷和其它碳氢化合物、氢、氪、氙等稀有气体元素以及甲烷和其它碳氢化合物、氢、臭氧等气体元素组

20、成的混合物，同时空气中还有少而不定臭氧等气体元素组成的混合物，同时空气中还有少而不定量的水蒸气及灰尘等物质。量的水蒸气及灰尘等物质。2.氮气氮气氮是一种无色无味无毒不能磁化的气体，比空气稍轻，难溶氮是一种无色无味无毒不能磁化的气体，比空气稍轻，难溶于水，属于不活泼气体，通常情况下很难与其它元素直接于水，属于不活泼气体，通常情况下很难与其它元素直接化合，在一些易燃易爆的场合，可作为保护气体使用。化合，在一些易燃易爆的场合，可作为保护气体使用。2022-6-1192.3 压力的传递特性压力的传递特性 液压与气动系统中的压力就是指压强，即单位面积所受到液压与气动系统中的压力就是指压强，即单位面积所受

21、到的压力，压力通常采用绝对压力、相对压力的压力，压力通常采用绝对压力、相对压力(表压力表压力)、真、真空度等三种表示方法。空度等三种表示方法。 2.3.1 相对压力相对压力 相对于大气压相对于大气压(即以大气压为基准零值参考点即以大气压为基准零值参考点)所测量到的所测量到的压力值，也是高于大气压的压力值，称之为相对压力或表压力值，也是高于大气压的压力值，称之为相对压力或表压力。压力。 2.3.2 绝对压力绝对压力 是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝对压力。一个大气压力就是指以绝对真空为基准零值时所对压力。一个大气压力就是指以绝对

22、真空为基准零值时所测得的绝对压力。测得的绝对压力。2022-6-1202.3 压力的传递特性压力的传递特性 2.3.3 真空度真空度 当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，某点的绝对压力某点的绝对压力P比大气压比大气压Pa小的那部分数值叫作该点的小的那部分数值叫作该点的真空度。真空度。 2022-6-1212.3 压力的传递特性压力的传递特性 2.3.4 压力损失压力损失 压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。 1.沿程压力损失沿程压力损失 流体沿等直径直管流动时所产生的压力损失。是由流体流

23、流体沿等直径直管流动时所产生的压力损失。是由流体流动时的粘性形成的内、外摩擦力所引起的压力损失。动时的粘性形成的内、外摩擦力所引起的压力损失。 沿程压力损失就是指流体通道形状不变而长度增加引起的沿程压力损失就是指流体通道形状不变而长度增加引起的压力损失。也可以叫长度增加损失。压力损失。也可以叫长度增加损失。 2.局部压力损失局部压力损失 流体流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或流体流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流或气流的方向和速度的突然变化，在收缩）时，由于液流或气流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起流体质点间，以及质点与固体壁面间相局部形成旋

24、涡引起流体质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。 局部压力损失是指流体通道形状改变引起的压力损失。也局部压力损失是指流体通道形状改变引起的压力损失。也可以叫截面变化损失。可以叫截面变化损失。2022-6-1222.3 压力的传递特性压力的传递特性 2.3.5 流量损失流量损失 在液压与气动系统中，各个承压元件都有相对运动的表面，在液压与气动系统中，各个承压元件都有相对运动的表面，如液压缸或气缸内表面和活塞外表面，就形成了相对运动如液压缸或气缸内表面和活塞外表面，就形成了相对运动面，运动面就存在运动间隙，当间隙的一边为高压腔，另面，运动

25、面就存在运动间隙，当间隙的一边为高压腔，另一边为低压腔，那么高压腔中的流体就会经一边为低压腔，那么高压腔中的流体就会经“间隙间隙”流向流向低压腔，从而造成泄漏。同时，由于液压与气动元件密封低压腔，从而造成泄漏。同时，由于液压与气动元件密封的不完善，也会使一部分高压力流体向外部泄漏，这种泄的不完善，也会使一部分高压力流体向外部泄漏，这种泄漏会造成实际流量的减少，也是我们要说的流量损失。漏会造成实际流量的减少，也是我们要说的流量损失。2022-6-1232.3 压力的传递特性压力的传递特性 2.3.6 流体冲击及空穴现象流体冲击及空穴现象 1.流体冲击现象流体冲击现象 （1）流体冲击）流体冲击 在

26、流体系统中，由于流体的运动停止或方向改变等原因，在流体系统中，由于流体的运动停止或方向改变等原因，造成流体压力在某一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰造成流体压力在某一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，同时还常伴有震动和噪声，这种现象为流体冲击。值，同时还常伴有震动和噪声，这种现象为流体冲击。 （2）流体冲击产生的原因）流体冲击产生的原因 在液压系统中，运动着的工作部件突然制动或换向时，工在液压系统中，运动着的工作部件突然制动或换向时，工作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，并伴有噪声，导致液压冲击。液产生液压激振，并伴有噪声，导致液压冲击。2022-6-1242.3 压力的传递特性压力的传递特性 流体在管道中产生的流体冲击现象实质是：管道中的流体流体在管道中产生的流体冲击现象实质是：管道中的流体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变，就像一因