液压与气动电子教案湖北文理学院

1、1液压与气动机械与汽车工程学院41 液压传动发展概况液压传动发展概况 本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行

2、设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 5 2 液压传动的工作原理及其组成液压传动的工作原理及其组成6液压传动的组成液压传动的组成1.能源装置:它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。2.执行装置:它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。3.控制调节装置:它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。4.辅助装置:上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。5.工作介质:传递能量

3、的流体，即液压油等。73 液压传动的优缺点液压传动的优缺点优点优点(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长

4、。(6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。8缺点(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那

5、样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。9第二章 液压流体力学基础1 液压油液压油2 液体静力学液体静力学3 液体动力学液体动力学4 管道内压力损失的计算管道内压力损失的计算 5 小孔及间隙流动小孔及间隙流动。101 液压油液压油1.11.1液压油的物理特性液压油的物理特性 1、密度 = m/V kg/ m = m/V kg/ m3 3 一般矿物油的密度为850950kg/m32、重度 = G/V N/ m= G/V N/ m3 3 一般矿物油的重度为8400-9500N/m3 因G = mg 所以 = G/V=g= G/V=g3、液体的可压缩性 当液体受压力作用二体积减小的特性称为

6、液体的可压缩性。 体积压缩系数 = - V/pV0体积弹性模量K = 1 /4、流体的粘性 液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。 111.21.2液压油的选用液压油的选用正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统

7、则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。在选用液压油时，粘度是一个重要的参数。粘度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。所以，在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用粘度较高的液压油，否则相反。122 液体静力学液体静力学2.12.1液体静压力及其特性液体静压力及其特性 所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。液体内某质点处的法向力F对其微小面积A的极限称为压力p，即：p plimF/A limF/A ( (A0A0若法向力均匀地作用在面积A上，则压力

8、表示为：p pF/A F/A (式中：A为液体有效作用面积；F为液体有效作用面积A上所受的法向力。静压力具有下述两个重要特征：(1)液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。(2)静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。132.22.2液体静力学方程液体静力学方程 pdA=ppdA=p0 0dA+hdAdA+hdA 故故p= pp= p0 0+h +h h=Zh=Z0 0-Z-Z 代入上式整理后得：代入上式整理后得： p+Z= pp+Z= p0 0+Z+Z0 0= =常量常量 静止液体能量守恒定律：静止液体能量守恒定律： 静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能，即

9、具有两部分能静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能，即具有两部分能量，而且各点的总能量之和为一常量。量，而且各点的总能量之和为一常量。 143 液体动力学液体动力学基本概念基本概念 1)理想液体与定常流动 理想液体：指没有粘性、不可压缩的液体。 定常流动：流动液体中空间任一点上质点的运动参数不随时间t变化 。2)流束和通流截面流束：充满在流管内的流线的总体，称为流束。通流截面：垂直于流束的截面称为通流截面。3)流量和平均流速 流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。 平均流速： v = q/A 4）雷诺数 液体流动时究竟是层流还是

10、紊流，须用雷诺数来判别。实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度有关。但是，真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数15第三章 液压泵和液压马达1液压泵的概述液压泵的概述2齿轮泵齿轮泵3叶片泵叶片泵4柱塞泵柱塞泵5液液 压压 泵泵 的的 选选 用用6液压马达液压马达161液压泵的概述液压泵的概述1.1液压泵的工作原理液压泵的工作原理 171.21.2液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数1.压力(1)工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的

11、流量无关。(2)额定压力。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。2.排量和流量(1)排量V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量(2)理论流量qi。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值。 (3)实际流量q。液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量. (4)额定流量qn。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。3.功率和效率182 齿轮泵齿轮泵2.1外啮合齿轮泵的工作原理和结构 192.2 2.2 外啮合齿

12、轮泵存在的问题外啮合齿轮泵存在的问题1.齿轮泵的困油问题1 2.径向不平衡力 3.端面泄漏 202.32.3内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵的外转子齿形是圆弧,内转子齿形为短幅外摆线的等距线,故又称为内啮合摆线齿轮泵,也叫转子泵。内啮合齿轮泵有许多优点,如结构紧凑,体积小,零件少,转速可高达10000r/mim,运动平稳,噪声低,容积效率较高等。缺点是流量脉动大,转子的制造工艺复杂等,目前已采用粉末冶金压制成型。随着工业技术的发展,摆线齿轮泵的应用将会 愈来愈广泛内啮合齿轮泵可正、反转,可作液压马达用。213 叶片泵叶片泵3 31 1双作用叶片泵双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理 1定

13、子 2转子 3叶片222.双作用叶片泵的结构特点(1)配油盘。 (2)定子曲线 23双作用叶片泵结构图243.高压双作用叶片泵提高压力的措施 25 3.2 3.2 单作用叶片泵单作用叶片泵1、单作用叶片泵的工作原理 2.特点(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。(2) 叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上;(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压。(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24。 263.限压式变量叶片泵(1)限压式变量叶片泵的工作原理 (2)限压式变量叶片泵的特性曲线 274.14.1

14、斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 1.斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 2.斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量计算 柱塞的直径为d,柱塞分布圆直径为D,斜盘倾角为时,柱塞的行程为 s=Dtan,柱塞数为z时, 排量为： V=dV=d2 2Dtanz/4 Dtanz/4 设泵的转数为n,容积效率为v,则泵的实际输出流量为： V=dV=d2 2Dtanz nDtanz nv v/4/4 4 柱塞泵柱塞泵283.轴向柱塞泵的结构结构特点：（1）滑履结构（2）端面间隙自动补偿（3）变量机构1转动手轮2斜盘3回程盘4滑履5柱塞6缸体7配油盘8传动轴294.24.2径向柱塞泵径向柱塞泵30 5 液压泵的选用液压泵的选

15、用 一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构、功用和动转方式各不相同,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中,往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵;而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。316 6 液压马达液压马达叶片马达的工作原理图斜盘式轴向柱塞马达的工作原理图32分类：1、活塞式（单杆、双杆、无杆）2、柱塞式3、摆动式第四章 液压缸33343536371 1概述概述2 2方向控制阀方向控制阀3 3压力控制阀压力控制阀4 4流量控制阀流量控制阀 1 1概述概述 液压阀是用来控制液压系统中油

16、液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。第五章 液压控制阀382 2 方向控制阀方向控制阀2.12.1单向阀单向阀1、普通单向阀2、液控单向阀392.22.2换向阀换向阀 按操纵方式不同分为：手动、机动、电动、电液动滑阀式换向阀主体结构形式滑阀式换向阀主体结构形式手动换向阀手动换向阀手动换向阀40机动换向阀二位三通电磁换向阀三位四通液动换向阀41图5-10电液换向阀(a)结构图(b)职能符号

17、(c)简化职能符号1，6-节流阀2，7-单向阀3，5-电磁铁4-电磁阀阀芯8-主阀阀芯423 压力控制阀3.13.1溢流阀溢流阀 1、直动式 2、先导式433.2 3.2 减压阀减压阀 443.3 3.3 顺序阀顺序阀 直动式外控顺序阀 453.4 3.4 压力继电器压力继电器1柱塞2杠杆3弹簧4开关464 流量控制阀典型节流口的结构形式47调速阀(a)工作原理图(b)职能符号(c)简化职能符号(d)特性曲线1减压阀2节流阀不同开口时节流阀的流量特性曲线温度补偿调速阀48第六章第六章 液压基本回路液压基本回路1 1方向控制回路方向控制回路2 2压力控制回路压力控制回路 3 3速度控制回路速度控

18、制回路4 4多缸动作控制回路多缸动作控制回路491 1 方向控制回路方向控制回路1.11.1换向回路换向回路1.21.2锁紧回路锁紧回路先导阀控制液动换向阀的换向回路采用液控单向阀的锁紧回路50 2 2 压力控制回路压力控制回路2.12.1调压回路调压回路 1.单级调压回路（a) 2.二级调压回路(b)3.多级调压回路 (c)512.22.2减压回路减压回路 522.32.3增压回路增压回路532.42.4卸荷回路卸荷回路2.52.5保压回路保压回路溢流阀远控口卸荷利用蓄能器的保压回路542.62.6平衡回路平衡回路采用顺序阀的平衡回路换向回路553 3 速度控制回路速度控制回路3.13.1调

19、速回路调速回路1 .1 .节流调速回路节流调速回路(1)节流阀进油路（2）节流阀回油路（3）节流阀旁路（4）调速阀调速562 . 2 . 容积调速回路容积调速回路 （1 1）变量泵和定量执行元件 （2）定量泵和变量马达 （3）变量泵和变量马达定量泵变量马达容积调速回路(a)开式回路(b)闭式回路(c)工作特性变量泵变量马达的容积调速回路(a)工作原理(b)调速特性573 . 3 . 容积节流联合调速回路容积节流联合调速回路限压式变量泵调速阀容积节流调速回路(a)调速原理图(b)调速特性图583.2 3.2 快速运动回路快速运动回路1 .1 .差动连接回路差动连接回路 2 .2 .双泵供油的快速

20、运动回路双泵供油的快速运动回路差动连接工作进给回路双泵供油回路593.3 3.3 速度换接回路速度换接回路1.快速运动和工作进给运动的换接回路 2.两种工作进给速度的换接回路 用行程节流阀的快慢速换接回路两个调速阀并联式速度换接回路两个调速阀串联的速度换接回路.604 4 多缸动作回路多缸动作回路 4.14.1顺序动作回路顺序动作回路压力继电器控制的顺序回路顺序阀控制的顺序回路行程开关控制的顺序回路614.2 4.2 同步回路同步回路采用补偿措施的串联液压缸同步回路调速阀控制的同步回路62第七章第七章 典型液压系统典型液压系统组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统63M1432AM1

21、432A型万能外圆磨床液压系统型万能外圆磨床液压系统64第八章第八章 气压传动概述气压传动概述1 1 气压传动的优缺点气压传动的优缺点 气压传动的优点： 1.适用性； 2.易于贮存、环境干净； 3.设计和控制简单； 4.易于实现无级调速的直线和回转运动 5.安全性、经济性、可靠性好； 6.恶劣环境适应性强；气压传动的不足之处：1.由于空气的可压缩性，载荷变化时运动平稳性稍差；2.因工作压力低，不易获得较大的输出力或转矩；3.有较大的排气噪声；4.因空气无润滑性能，气路中有时应设置给油润滑装置。652 2 气压传动系统的组成气压传动系统的组成1.气压发生装置：主要设备是空压机。2.执行元件：气缸（马达）。3.控制元件：各类阀类元件、逻辑元件、射流元件、转换器和各种传感器等。4.辅助元件：分水滤气器、油雾器、消声器以及各种管路附件等。 5.工作介质：