液压与气动课件

液壓與氣動

第1章緒論液壓與氣壓裝置在工農業生產與生活各個領域中都有著廣泛的應用，它們是用壓力油或壓縮空氣作為傳遞能量的介質來實現傳動與控制的目的。液壓與氣壓裝置在實現傳動與控制時，必須要由各類泵源、閥、缸及管道等元件組成一個完整的系統。本書的任務就是研究組成系統的各類液壓與氣動元件的結構、工作原理和應用，分析液壓與氣壓裝置中常用的各種控制回路的作用和特點，在此基礎上分析液壓與氣壓傳動設備的工作原理，掌握液壓與氣壓傳動設備的安裝、調試、操作和維修的技能。第1章緒論1.1液壓與氣壓傳動的工作原理與系統組成1.1.1液壓傳動的工作原理在我們對液壓傳動系統還缺乏認識的情況下，先從液壓千斤頂的工作原理的瞭解著手。液壓千斤頂是一個常用的維修工具，它是一個較為完整的液壓傳動裝置。液壓千斤頂的工作原理如圖1-l所示。圖1-1液壓千斤頂的工作原理1－油箱2－放油閥3－大缸體4－大活塞5－單向閥6－杠杆手柄7－小活塞8－小缸體9－單向閥第1章緒論1.1.2液壓與氣壓傳動系統的組成液壓與氣壓傳動系統主要由以下五個部分組成。（1）動力裝置。（2）執行裝置。（3）控制調節裝置。（4）輔助裝置。（5）工作介質。第1章緒論1.2液壓與氣壓傳動的特點液壓及氣壓傳動也統稱為流體傳動。與機械裝置相比，流體傳動裝置的主要優點是操作方便、省力，系統結構空間的自由度大，易於實現自動化。流體傳動與電氣控制相配合，可較方便地實現複雜的程式動作和遠程控制。流體傳動具有傳遞運動均勻平衡，回應快，衝擊小，能高速啟動、制動和換向，易於實現超載保護，易於調速，控制元件標準化、系列化和通用化程度高，有利於縮短機器的設計、製造週期和降低製造成本。第1章緒論1.2.1液壓傳動的優點（1）在同等功率的情況下，液壓裝置的體積小，重量輕，結構緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。（2）液壓裝置的換向頻率高，在實現往復回轉運動時可達500次/min，實現往復直線運動時可達1000次/min。（3）液壓裝置能在大範圍內實現無級調速(調速範圍可達l：2000)，還可以在液壓裝置運行的過程中進行調速。（4）液壓傳動容易實現自動化，因為它是對液體的壓力、流量和流動方向進行控制或調節，操縱很方便。（5）液壓元件能自行潤滑，使用壽命較長。第1章緒論1.2.2氣壓傳動的優點（1）空氣介質來自於大氣，可將用過的氣體直接排入大氣，處理方便。空氣洩漏不會嚴重影響工作，不會污染環境。（2）空氣的粘性很小，在管路中的阻力損失遠遠小於液壓傳動系統，宜於遠程傳輸及控制。（3）工作壓力低，元件的材料和製造精度要求低，成本低。（4）維護簡單，使用安全衛生，無油的氣動控制系統特別適用於無線電元器件的生產過程，也適用於食品及醫藥的生產過程。（5）氣動元件可以根據不同場合，採用相應材料，使元件能夠在易燃、高溫、低溫、強振動、強衝擊、強腐蝕和強輻射等惡劣的環境下正常工作。第1章緒論1.2.3液壓與氣壓傳動的弱點傳動介質易洩漏和可壓縮性會使傳動比不能嚴格保證；由於能量傳遞過程中壓力損失和洩漏的存在使傳動效率低，特別是氣壓傳動系統輸出力較小，且傳動效率低。液壓傳動系統的工作壓力較高，控制元件製造精度高，系統成本較高，系統工作過程中發生故障不易診斷，特別是洩漏故障較多。空氣的壓縮性遠大於液壓油的壓縮性，因此在動作的回應能力、工作速度的平穩性方面氣壓傳動不如液壓傳動。第1章緒論1.3液壓與氣壓傳動技術的發展概況液壓與氣壓傳動在各類機械產品中廣泛地應用，以增強產品的自動化程度和動力性能，操作靈活、方便、省力，可實現多維度、大幅度的運動，提高生產設備的效率與自動化水準，提高重複精度與生產品質。如機床設備、工程機械、礦山機械；各類自動、半自動生產線；焊接、裝配、數控設備和加工中心等。隨著工業的發展，液壓與氣壓傳動技術必將更加廣泛地應用於各個工業領域。第２章液壓流體力學基礎2.1液壓油的物理性質2.1.1液體的密度單位體積液體的品質稱為密度，用符號ρ表示，單位為kg/m3。設有一均質液體的體積為V（單位：m3），所含的品質為m（單位：kg），則其密度為(2-1)液體的密度隨壓力的升高而增大，隨溫度的升高而減小。但是由於壓力和溫度對密度變化的影響都極小，一般情況下可視液體的密度為一常數。水的密度ρ＝1000（kg/m3）,礦物油的密度ρ＝850～960（kg/m3）。第２章液壓流體力學基礎2.1.2液體的可壓縮性液體受壓力作用其體積會減小的性質稱為可壓縮性，液體可壓縮性的大小，用單位壓力變化時液體體積的相對變化量來表示，即體積壓縮係數，單位為m2/N。一定體積V的液體，當壓力增大dp時，體積減少了dV，則體積壓縮係數為

(2-2)壓力增加時體積是減少的，式中負號表示dV與dp的變化相反，使體積壓縮係數為正值。工程上常用體積彈性模量K來表示液體的可壓縮性。體積壓縮係數的倒數稱為體積彈性模量K，即，單位為N/m2，也稱為Pa。第２章液壓流體力學基礎2.1.3液體的粘性1．粘性的定義液體在流動時，分子間的內聚力要阻止分子相對運動而產生一種內摩擦力。這種阻礙液體分子之間相對運動而產生內摩擦力的性質，稱為液體的粘性。液壓油粘性對機械效率、壓力損失、容積效率、漏油及泵的吸入性影響很大，是液壓油最重要的一個物理性質。2．粘性的表示方法液體粘性的大小用粘度來衡量。常用有三種粘度表示形式，即動力粘度、運動粘度和相對粘度。在工程中，運動粘度最為常用。3．溫度和壓力對粘性的影響在液壓系統中，壓力增大時，液壓油的粘度會增大。但在一般液壓系統使用的壓力範圍內，粘度增大的數值很小，壓力對粘度的影響可以忽略不計。第２章液壓流體力學基礎2.1.4液壓油的品種和選用合理地選擇液壓油，對提高液壓傳動性能，延長液壓元件和液壓油的使用壽命，都有重要的意義。（1）液壓系統的工作壓力（2）運動速度（3）液壓泵的類型第２章液壓流體力學基礎2.2液體靜力學基礎液體靜力學是研究液體處於相對平衡狀態下的力學規律及其應用。液體在相對平衡狀態下不呈現粘性，因此靜止液體內不存在切向剪應力，只有法向的壓應力，即靜壓力。2.2.1液體靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向壓應力稱為靜壓力。靜壓力在物理學中則稱為壓強，在液壓傳動中簡稱壓力。第２章液壓流體力學基礎2.2.2液體靜壓力基本方程分析靜止液體內部任意一點的靜壓力，如圖2-4所示。從液面向下取一微小圓柱，其高度為h，即A點距液面高度為任意值h，設微小圓柱底面積為△A，則該圓柱在側面受力並平衡外，在垂直方向上，上表面受力為p0△A，下表面所受力p△A，液體所受重力為ρgh△A，小圓柱在垂直方向的受力平衡，即p△A=p0△A＋ρgh△A簡化得

p=p0＋ρgh(2-7)該式稱為液體靜力學基本方程。第２章液壓流體力學基礎液體靜力學方程表明了靜止液體中的壓力分佈規律，即：(1)靜止液體中任何一點的靜壓力為作用在液面的壓力p0和液體重力所產生的壓力之和。(2)液體中的靜壓力隨著深度h的增加而線性增加。(3)在連通器裏，同一種靜止液體中只要深度h相同，其壓力就相等，稱之為等壓面。第２章液壓流體力學基礎2.2.3絕對壓力與相對壓力液體壓力有絕對壓力和相對壓力兩種表示方法。以絕對真空為基準測量的壓力叫做絕對壓力；以大氣壓力為基準測量的壓力叫做相對壓力。即絕對壓力=相對壓力+大氣壓力因為大氣壓無處不在，在液壓傳動系統的分析與計算時，除非特別說明使用絕對壓力，一般都使用的是相對壓力。壓力錶指示的壓力，是高於大氣壓的壓力值，因此，高於大氣壓的相對壓力被稱為表壓力。當某點處的絕對壓力小於大氣壓時，用壓力錶無法測量，需要用真空計來測定，因此，低於大氣壓的相對壓力稱為真空度。即表壓力（相對壓力之一）＝絕對壓力－大氣壓力真空度（相對壓力之二）＝大氣壓力－絕對壓力第２章液壓流體力學基礎2.2.4帕斯卡原理在密閉容器內，施加於靜止液體上的壓力將以等值同時傳遞到液體內各點，容器內壓力方向垂直於內表面，這就是帕斯卡原理，如圖2-9所示。圖2-9帕斯卡原理圖第２章液壓流體力學基礎容器內的液體各點壓力為（P0>>，忽略的影響）：

(2-8)這也是千斤頂工作的理論基礎。在此得出一個很重要的概念，即在液壓傳動系統中，工作壓力由負載來決定，而與流入的流體多少等其他因素無關。第２章液壓流體力學基礎2.3連續性方程和伯努利方程液體動力學主要研究液體流動時的運動規律問題，其內容相當廣泛和複雜。這裏我們主要學習運用連續性方程和伯努利方程，對液壓傳動系統中的壓力和流量等參數進行定性分析和定量計算。2.3.1液體動力學的基本概念1．理想液體和穩定流動既無粘性又不可壓縮的液體，稱為理想液體。理想液體的概念是為了簡化液體動力學問題。實際液體既有粘性又可壓縮，按理想液體的概念得出結論後，再根據實驗驗證的方法加以修正。第２章液壓流體力學基礎2．流線、流束流線是某一時刻液流中各質點運動狀態所呈現出的光滑分佈曲線。在理想液體的穩定流動中，流線的形狀是不隨時間而變化的。由於一個質點在每一瞬時只能有一個速度，流線是一條條光滑的曲線，既不能相交，也不能轉折。3．流量和平均流速單位時間內流過某通流截面的液體的體積稱為流量。流量的法定計量單位為m3/s，常用單位有L/min，換算關係為1m3/s=6×104L/min4.流態和雷諾數科學家通過大量實驗觀察和分析發現，液體的流動具有層流和紊流兩種基本流態。第２章液壓流體力學基礎2.3.2連續性方程根據品質守恆定律，在相同時間內，液體以穩流流動通過管內任一截面的液體品質必然相等。如圖2-15所示管內兩個流通截面面積為A1和A2，流速分別為和，則通過任一截面的流量Q為(2-14)第２章液壓流體力學基礎2.3.3伯努利定理1．理想液體的伯努利方程對於理想液體的穩定流動，根據能量守恆定律，同一管道任意截面上的總能量都應相等。流動液體在理想狀態下只有三種能量形式：單位重量的壓力能（也稱為壓力水頭，量綱單位為m）：

單位重量的勢能（也稱為位置水頭，量綱單位為m）：

mgz/mg=z單位重量液體的動能（也稱為速度水頭，量綱單位為m）：

根據能量守恆定律，各截面的三者之和等於常數，量綱單位為m，也稱為總水頭。即

(2-15)第２章液壓流體力學基礎2．實際液體的伯努利方程實際液體在流動時是具有粘性的，由此產生的內摩擦力將造成總水頭（三種水頭之和）的損失，使液體的總水頭沿流向逐漸減小，而不再是一個常數；而且，在用平均流速代替實際流速進行動能計算時，必然會產生誤差，為了修正這個誤差，引入動能修正係數α。一般層流時取α≈2，紊流時取α≈1，理想時α=1。則修正後的實際液體的伯努利方程為(2-17)式中

hw——能量損失,量綱單位為m，也稱為損失水頭。第２章液壓流體力學基礎2.4液壓管路的壓力損失液壓管道中流動液體的壓力損失包括沿程壓力損失和局部壓力損失。2.4.1沿程壓力損失沿程壓力損失是當液體在直徑不變的長直管中流過一段距離時，因內摩擦力而產生的壓力損失。經實驗研究和理論分析，沿程壓力損失與流過管路的液體粘度

、管道直徑d、管路長度l、流量q或平均流速

等參數有關，計算公式如下(2-18)第２章液壓流體力學基礎2.4.2局部壓力損失局部壓力損失是指液流流經截面突然變化的管道、彎管、管接頭以及控制閥閥口等局部障礙時，形成渦流等引起的壓力損失。局部壓力損失可用下式計算(2-19)式中

——局部阻力係數。第２章液壓流體力學基礎2.4.3總壓力損失

整個管路系統的總壓力損失，等於管路系統中所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即

(2-20)由於零件結構不同(尺寸的偏差與表面粗糙度的不同)，因此，要準確地計算出總的壓力損失的數值是比較困難的，一般採用估算或經驗值計算。壓力損失是液壓傳動中必須考慮的因素，它關係到確定系統所需的供油壓力和系統工作時的溫升，工程應用中要讓壓力損失盡可能小些。第２章液壓流體力學基礎2.5孔口的流量與壓力特性當小孔的通道長度l與孔徑d之比

時稱為薄壁孔，如圖2-19a所示。當小孔的通道長度l與孔徑d之比

時稱為細長孔，如圖2-19b所示。當小孔的通道長度l與孔徑d之比0.5<≤4時稱為短孔，細長孔和薄壁孔之間。a）薄壁孔b)細長孔

圖2-19孔口示意圖第２章液壓流體力學基礎2.6液壓衝擊和空穴現象2.6.1液壓衝擊在液壓系統中，當油路突然關閉或換向時，會產生急劇的壓力升高，這種現象稱為液壓衝擊。產生液壓衝擊的原因主要有：流動液體的突然停止；靜止液體的突然運動；流動液體的突然換向；運動部件的突然制動；靜止部件的突然運動；運動部件速度的突然改變；某些液壓元件動作的不靈敏等。2.6.2空穴現象在液流中當某點壓力低於液體所在溫度下的空氣分離壓力時，原來溶於液體中的氣體會分離出來而產生氣泡，這就叫空穴現象。當壓力進一步減小直至低於液體的飽和蒸氣壓時，液體就會迅速汽化，形成大量蒸氣氣泡，使空穴現象更為嚴重，從而使液流呈不連續狀態。第３章液壓泵液壓泵是一種將機械能轉換為液體壓力能的能量轉換裝置。液壓系統是以液壓泵作為動力裝置，向液壓傳動系統提供一定的流量和壓力，使執行裝置推動負載做功。液壓泵的性能直接影響到液壓系統的工作性能和可靠性，是液壓系統中不可缺少的裝置。第３章液壓泵3.1液壓泵概述工程上使用的液壓泵類型較多，主要有定量液壓泵和變數液壓泵兩大類。定量液壓泵最常用的結構有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵；變數液壓泵最常用的結構有柱塞泵和葉片泵等。這些液壓泵在具體結構上各不相同，應用場合各有側重，但工作原理是相同的。第３章液壓泵3.1.1液壓泵的基本工作原理1．工作原理如圖3-1所示是一個單柱塞式的液壓泵工作原理模型圖。圖3-1液壓泵工作原理模型圖第３章液壓泵2．液壓泵的兩個必備工作條件液壓泵的具體結構各不相同，但它們要正常工作，都必須具備以下兩個工作條件：(1)必須有密封且可週期性變化的容積空間。沒有密封就不能形成壓力或真空，沒有週期性變化就不能吸油或排油。(2)必須有配流機構。配流機構的作用是將液壓泵的吸油和壓油腔隔開，液壓泵的具體結構原理不同，其配流機構的設計形式也是不同的。例如圖3-1的工作模型圖中是採用兩個單向閥實現配流的。在分析具體結構的液壓泵的工作原理時，按上述兩個工作條件，在具體液壓泵的結構中瞭解它的密封容積空間是如何形成、如何變化的，瞭解它的配流是如何實現的，即可掌握該泵的基本工作過程。第３章液壓泵3.1.2液壓泵的主要性能參數1．額定壓力和工作壓力2．排量V和流量q3．液壓泵的功率和效率第３章液壓泵3.2齒輪泵齒輪泵是以一對齒輪嚙合運動方式進行工作的定量液壓泵，按其結構形式，可分為外嚙合式和內嚙合式兩種。外嚙合式齒輪泵，由於結構簡單、製造方便、價格低廉、工作可靠、維修方便，因此已廣泛應用於低壓系統。內嚙合齒輪泵齒形複雜，加工困難，成本較高，工程中較少使用。因此這裏主要介紹工程上常用的外嚙合齒輪泵的工作原理和結構。

第３章液壓泵3.2.1外嚙合齒輪泵工作原理與結構圖3-3為外嚙合齒輪泵工作原理圖。在泵的殼體內有一對齒數、寬度相等的圓柱齒輪外嚙合，兩端有端蓋罩住。圖3-3外嚙合齒輪泵工作原理圖第３章液壓泵3.2.2外嚙合齒輪泵的幾個技術問題1．洩漏問題1)端面洩漏，齒輪端面與端蓋間必須有的端面間隙所產生的洩漏。該部分洩漏量最大，占總洩漏量的75％～80％。2)齒頂洩露，齒頂與泵體間必須有的裝配間隙所產生的洩漏，但由於封油區長，洩漏方向與齒輪轉向相反，因此該部分洩漏量較小。3)嚙合線洩漏，嚙合線的密封效果與齒輪品質有關，高低壓油腔僅“一線之隔”，會產生洩漏，其洩漏量僅占總洩漏量的4％～5％。2.困油問題3．徑向力不平衡問題第３章液壓泵3.3葉片泵葉片泵在液壓傳動系統中應用較廣。它的特點是結構緊湊、體積小、暫態流量脈動微小、運轉平穩、雜訊小、使用壽命較長等，但也存在著結構複雜、吸油性能較差、對油液污染比較敏感等缺點。一般將葉片泵按每轉吸、排油各1次，稱為單作用葉片泵，每轉吸、排油各2次，稱為雙作用葉片泵。雙作用葉片泵的排量不可調，故習慣稱之為定量葉片泵；單作用葉片泵的排量可以被調節，因此，變數葉片泵只能是單作用葉片泵。第３章液壓泵3.3.1定量葉片泵圖3-6為定量葉片泵的工作原理圖。圖3-6第３章液壓泵3.3.2定量葉片泵的幾個技術問題1.困油現象2.葉片安裝傾角3.葉片泵的洩漏3.3.3普通變數葉片泵3.3.4一種特殊的變數葉片泵——限壓式變數葉片泵第３章液壓泵3.4柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在缸體柱塞孔內往復運動，使密封容積產生變化來實現吸、壓油的。由於柱塞與缸體柱塞孔均為圓柱表面，加工方便，配合精度高，因此密封性能好，洩漏小，在高壓狀況下工作仍有較高的容積效率。只要改變柱塞的工作行程就能改變泵的排量，容易實現單向或雙向變數。它常用於高壓大流量和流量需要調節的液壓系統，如工程機械、液壓機、龍門刨床、拉床等液壓系統。按柱塞排列方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

第３章液壓泵3.4.1徑向柱塞泵圖3-11為徑向柱塞泵的工作原理圖。第３章液壓泵3.4.2軸向柱塞泵軸向柱塞泵是指柱塞在缸體內軸向排列並沿圓周均勻分佈，柱塞的軸線平行於缸體旋轉軸線。軸向柱塞泵結構緊湊，加工性好，效率高，流量調節方便，單位功率的重量小，壽命長，工作壓力高(常用壓力為20～40MPa、最高可達80MPa)。但缺點是結構複雜，製造工藝要求較高，價格貴，油液抗污染敏感性強，使用與維護要求高。1軸向柱塞泵的工作原理2軸向柱塞泵的結構第３章液壓泵2.5雙級泵與雙聯泵為了實現提高壓力等級或提高效率的目的，將兩個泵設計在一個泵體內，構成雙級泵或雙聯泵。2.5.1雙級泵雙級泵是為了獲得較高的工作壓力，由兩個普通壓力泵設計安裝在一個泵體內串聯而成，以提高系統的壓力等級。2.5.2雙聯泵如果說雙級泵是兩個泵的“串聯”，那麼雙聯泵就是兩個泵的“並聯”。雙聯泵是將兩套液壓泵裝在一起，並聯在油路中的組合泵。齒輪泵、葉片泵及柱塞泵都可以設計或連接成雙聯泵。第３章液壓泵2.6液壓泵的選用在使用液壓設備的工程應用中，對液壓泵的要求主要是選用與維護維修。液壓泵選用的不匹配、不適當，會造成液壓傳動系統工作效率的降低和使用維護成本的增加。對於工程上應用最廣泛齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，在我們瞭解了它們的基本結構和工作原理後，通過表3-1對它們的主要性能指標有一個對比和瞭解，以便在具體液壓設備中選用適合的液壓泵。從使用性能上排列，優劣次序是柱塞泵、葉片泵和齒輪泵。從結構複雜程度、自吸能力、抗污染能力和價格方面比較，齒輪泵最好，柱塞泵最差。第３章液壓泵第４章液壓缸與液壓馬達液壓缸和液壓馬達都是液壓傳動系統中的執行元件，是將液壓能轉換成機械能的能量轉換裝置。液壓缸是用於驅動工作機構作直線往復運動的執行元件，液壓馬達是用於驅動工作機構作回轉運動的執行元件。第４章液壓缸與液壓馬達4.1活塞式液壓缸按結構形式的不同，液壓缸可分為活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等結構形式，其中活塞式液壓缸應用最廣泛。活塞式液壓缸主要有雙出杆式、單出杆式兩種。第４章液壓缸與液壓馬達4.1.1雙活塞杆式液壓缸活塞兩端都帶有活塞杆的液壓缸，稱之為雙活塞杆式液壓缸，如圖4-1所示。在具體使用的過程中，它有兩種不同的安裝方式，即缸固定式和杆固定式。圖4-1雙活塞杆式液壓缸a)缸筒固定b)活塞杆固定1－缸筒2－活塞3－活塞杆4－工作臺第４章液壓缸與液壓馬達4.1.2單活塞杆式液壓缸只有一端帶活塞杆的液壓缸，稱之為單活塞杆式液壓缸。如圖4-2所示為單活塞杆式液壓缸的工作原理圖，右側為它對應的職能符號。圖4-2單活塞杆式液壓缸a)缸筒固定b)活塞杆固定1－缸筒2－活塞3－活塞杆4－工作臺第４章液壓缸與液壓馬達4.1.3活塞式液壓缸的推力和速度計算1、雙活塞杆式液壓缸的推力和速度無論從哪個腔進油或出油，當工作壓力和輸入流量相同時，兩個方向的液壓推力F和運動速度

相等：(4-1)(4-2)式中

——液壓缸的機械效率，主要是機械摩擦等因素引起的，一般取=0．9；

——液壓缸的容積效率，主要是進油腔通過活塞與缸體的密封間隙向出油腔洩漏引起的，一般取

≈0.98。第４章液壓缸與液壓馬達2單活塞杆式液壓缸的推力和速度單活塞杆式液壓缸的推力和速度計算要複雜一些，因為它的兩腔工作面積不相等。我們將有活塞杆的一側稱為“有杆腔”，無活塞杆的一側稱為“無杆腔”，可以分為三種情況來計算，如圖4-3所示。圖4-3單活塞杆式液壓缸三種進、出油示意圖第４章液壓缸與液壓馬達無杆腔進油、有杆腔回油。如圖4-3a所示。(4-3)(4-4)注意，如果回油管直接接到油箱，則P2＝0。第４章液壓缸與液壓馬達(2)有杆腔進油、無杆腔回油。如圖4-3b所示。(4-5)(4-6)同樣要注意，如果回油管直接接到油箱，則P2＝0。第４章液壓缸與液壓馬達差動連接。如圖4-3c所示。此時液壓缸的推力F3為

(4-7)設差動連接時活塞向右移動的速度為

，則從有杆腔中流出的流量為有杆腔中流出的流量q2和泵的流量q一起流入無杆腔，故實際流入無杆腔的總流量為第４章液壓缸與液壓馬達此時差動液壓缸的運動速度

為(4-8)第４章液壓缸與液壓馬達4.2其他種類液壓缸液壓缸按壓力油作用情況，還常被分為單作用式和雙作用式液壓缸。雙作用式液壓缸是指它的兩個方向運動都是在壓力油的作用下實現的，如圖4-4a所示。單作用式液壓缸是指它的一個方向運動是用壓力油的作用實現的，另一個方向運動是其他方式（如彈簧力或其他外力）實現的，如圖4-4b所示。圖4-4雙作用與單作用液壓缸的區別第４章液壓缸與液壓馬達4.2.1柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸是單作用液壓缸。一般設備中較多地採用活塞式液壓缸，但活塞式液壓缸內孔的加工精度要求高，行程較長時缸筒加工較困難，製造成本較高。因此，對於長行程的場合，宜採用柱塞式液壓缸。4.2.2擺動式液壓缸擺動式液壓缸也稱擺動馬達。擺動式液壓缸是一種輸出轉矩和角速度、並實現往復擺動的液壓執行元件。常有單葉片式和雙葉片式兩種結構形式。4.2.3伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸由兩個或多個活塞式液壓缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞是後一級活塞缸的缸筒，可獲得較長的工作行程。第４章液壓缸與液壓馬達4.3活塞式液壓缸主要尺寸的確定活塞式液壓缸最為常用，在選用時，首先需要確定它的主要尺寸，即缸筒內徑D、活塞杆直徑d和缸筒長度L等。根據液壓缸的負載、運動速度、行程長度和選取的工作壓力，即可將上述尺寸確定。應該注意的是，活塞式液壓缸作為一個標準件選用時，必須在計算的基礎上，根據GB標準或產品手冊來選取標準系列中規定的尺寸，以便選購和使用。第４章液壓缸與液壓馬達4.4液壓缸的結構以雙活塞杆式液壓缸的結構分析為例，瞭解液壓缸的結構特點。圖4-8所示為雙活塞杆式雙作用液壓缸。它由缸筒7、前後缸蓋3、前後壓蓋11、前後導向套4、活塞5、活塞杆1、10、兩套V形密封圈9及密封圈8等組成。圖4-8雙活塞杆雙作用液壓缸典型結構第４章液壓缸與液壓馬達4.4.1液壓缸的密封裝置密封裝置在液壓缸中的作用是防洩漏和防汙染，對提高液壓系統的使用壽命有很重要的影響。由於密封件的標準化和系列化對活塞的結構及尺寸也起著決定性的作用，所以密封件的選用是很關鍵的。1.間隙密封2.O形密封圈3.V形密封圈4.Y形密封圈4.4.2緩衝裝置緩衝裝置的作用是在活塞與缸蓋接近時，利用節流阻尼作用使回油腔產生—定的緩衝壓力(回油阻力)，而使活塞運動受阻減速，避免活塞與缸蓋碰撞而產生衝擊和雜訊，影響設備的工作精度甚至損壞零件。4.4.3排氣裝置液壓缸內的最高部位處常常會積聚空氣，這是由於油液中混有空氣造成的。空氣的積聚會使液壓缸運動不平穩，產生振動、雜訊、爬行和前沖現象，嚴重時會使液壓系統不能正常工作。第４章液壓缸與液壓馬達4.5液壓馬達液壓馬達是利用液體的壓力能作回轉運動的液壓執行元件。液壓馬達與液壓泵從工作原理上是可逆的，其內部構造與液壓泵類似，但也存在一定的差別。液壓泵的旋轉是由電機帶動的，且輸出的是液壓油；液壓馬達輸入的是液壓油，輸出的是轉矩和轉速。液壓馬達按其結構形式也分為齒輪式、葉片式和柱塞式等，按其排量是否可調也有變數式液壓馬達和定量式液壓馬達。如圖4-15所示為液壓馬達的四種職能符號。第４章液壓缸與液壓馬達圖4-15液壓馬達的職能符號1－單向定量式2－單向變數式3－雙向定量式4－雙向變數式第４章液壓缸與液壓馬達4.5.1葉片式液壓馬達圖4-16為雙作用葉片式液壓馬達工作原理，也是由定子、轉子、葉片和配流盤等主要部件所構成。當壓力油以配油窗口通入進油腔後，葉片2、6在進油腔，4、8在回油腔，葉片兩邊所受作用力相等，不產生轉矩，而葉片3、7和1、5處在封油區，一面高壓油作用，另一面為低壓油作用，但葉片3、7的伸出量比葉片1、5長，雖然壓力一樣，但因作用面積不同，作用於葉片3、7的總液壓力比作用於葉片1、5的總液壓力大，轉子因而產生順時針轉動。輸出轉矩大小與排量和進出口壓差有關。第４章液壓缸與液壓馬達圖4-16葉片式液壓馬達工作原理及圖形符號1、2、3、4、5、6、7、8－葉片與葉片式液壓泵相比，我們注意到，雙作用葉片泵的葉片在轉子上是“前傾”安裝，單作用葉片泵的葉片在轉子上是“後傾”安裝，葉片式液壓馬達為了滿足正、反轉的要求，葉片在轉子上沿“徑向”安裝。葉片根部必須與進油腔相通，使葉片與定子內表面接觸良好。葉片式液壓馬達的主要優點是體積小，轉動慣量小，轉速高，動作靈敏，易起動和制動，便於調速和換向，但缺點是起動轉矩較低，洩漏量大，低速穩定性差。適用於換向頻繁、高轉速、低轉矩和動作要求靈敏的場合。第４章液壓缸與液壓馬達4.5.2軸向柱塞式液壓馬達圖4-17為斜盤式軸向柱塞馬達工作原理圖。軸向柱塞液壓馬達在液壓系統中應用較多，其結構和軸向柱塞泵基本相同。斜盤1和配流盤4固定不動，轉子(缸體)2和液壓馬達傳動軸用鍵相連，並一起轉動。斜盤與缸體二者軸線傾斜夾角為

，柱塞3軸向安裝在缸體2內。當壓力油通過配流盤窗口輸入到缸體柱塞孔中時，壓力油對柱塞產生作用力，將柱塞頂出，緊緊頂在斜盤端面上，斜盤給每個柱塞的反作用力F是垂直於斜盤端面的，壓力分解為兩個分力，即軸向分力Fx與柱塞上液壓推力相平衡，另一個徑向分力Fy與柱塞軸線垂直，且對缸體軸線產生轉矩，從而驅動馬達軸作逆時針轉動，輸出轉矩和轉速。第４章液壓缸與液壓馬達圖4-17軸向柱塞馬達工作原理圖1－斜盤2－缸體3－柱塞4－配流盤5－軸只需改變輸油方向，該液壓馬達即作順時針轉動，實現雙向轉動；只需改變斜盤傾角就可改變排量，成為變數式液壓馬達。第４章液壓缸與液壓馬達4.5.3液壓馬達的主要性能參數壓力、排量、流量均是指液壓馬達進油口處的輸入值，它們的定義與液壓泵相同。與液壓泵不同，液壓馬達中輸入的實際流量因洩漏等損失要比理論流量大，所以容積效率和轉速為（4-11）(4-12)第４章液壓缸與液壓馬達4.5.4液壓馬達與液壓泵的相似性和差異性比較液壓馬達與液壓泵一個是執行裝置，一個是動力裝置，作用完全不同，但工作原理是可逆的，結構上也有相似性。在瞭解液壓泵的結構和工作原理後，比較一下液壓馬達和液壓泵的相似性和差異性，有助於更好地理解液壓馬達。1．液壓馬達與液壓泵的相似性2．液壓馬達與液壓泵的差異性第５章常用液壓元件在液壓傳動系統中，除了作為動力裝置的液壓泵和作為執行裝置的液壓缸與液壓馬達以外，還需要相關的液壓元件。液壓元件主要是液壓控制閥和輔助裝置，本章主要介紹液壓傳動系統中常用的液壓控制閥和輔助裝置的工作原理、結構和作用。液壓控制閥按其控制作用不同，主要分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類，我們將分類介紹這三大類控制閥；從液壓元件在液壓系統中使用時的連接形式來看，管螺紋式介面在低壓系統中較為常用，中高壓系統中主要採用板式連接，高壓大流量液壓元件也有的採用法蘭連接。液壓輔助裝置品種規格比較多，我們主要介紹最常見到的濾油器、蓄能器、油箱及油管接頭等。第５章常用液壓元件5.1方向控制閥方向控制閥是通過控制油液的流動方向，從而實現對執行裝置的方向控制，方向控制閥包括單向閥和換向閥兩類。單向閥主要有普通單向閥和液控單向閥兩種，結構、原理和應用都比較簡介；換向閥的類型較為複雜，應用最為廣泛，是理解液壓傳動系統原理的難點所在。第５章常用液壓元件5.1.1單向閥單向閥的作用是使油液只能從一個方向通過，不允許反向流動。普通單向閥由閥體1、閥芯2、彈簧3等零件組成，如圖5-1所示。它的作用就是讓油液從P1流向P2，但絕不允許油液從P2流向P1。圖5-1單向閥a)單向閥結構b)職能符號1－閥體2－閥芯3－彈簧第５章常用液壓元件如圖5-2所示，液壓泵出口安裝的普通單向閥，它的作用一是不影響液壓泵的出油，二是在液壓泵停止工作後防止油液倒流。圖5-2單向閥應用第５章常用液壓元件如圖5-3為液控單向閥的結構和職能符號。圖5-3液控單向閥a)液控單向閥結構

b)職能符號1－活塞

2－錐閥芯

3－卸荷閥芯第５章常用液壓元件5.1.2換向閥換向閥是利用閥芯對閥體的相對位置改變，來控制油路接通、截斷或改變油液流動方向的。理解液壓傳動系統原理的前提是必須瞭解油液的流通情況，因此，必須熟悉換向閥的結構和職能符號，它是閱讀液壓傳動系統原理圖的基礎。1．換向閥的工作原理在液壓傳動系統中廣泛採用的是滑閥式換向閥，即閥芯在閥體內滑動，依靠閥芯臺階與閥體上介面位置的相對變化，來控制油路的通斷。圖5-5所示為滑動式換向閥工作原理圖。第５章常用液壓元件圖5-5滑閥式換向閥的工作原理圖a)閥芯原位不動時b)閥芯向左移動後c)閥芯向右移動後第５章常用液壓元件2．換向閥的位與通對於換向閥，我們經常稱之為“×位×通”。3．換向閥的控制方式4．換向閥的職能符號(1)位數用方格表示。(2)通數用與方格的交點數為外接管道的數量。(3)換向的控制方式和複位彈簧的符號畫在方格的兩端。(4)常態位就是閥芯在不動的原始狀態下的連通狀況。5．三位換向閥的中位機能6．換向閥的結構(1)機動換向閥(2)電磁換向閥(3)液動換向閥(4)電液換向閥(5)手動換向閥(6)轉閥第５章常用液壓元件5．2壓力控制閥及其應用在液壓傳動系統中，壓力控制閥包括兩類，一類是用來控制液壓油工作壓力的閥，例如溢流閥和減壓閥；另一類是利用液壓油壓力信號來控制動作的閥，例如順序閥和壓力繼電器。壓力控制閥共同的工作原理是，都有一個可移動的閥芯，閥芯一端有彈簧，另一端引入壓力油，利用閥芯上的液壓作用力與彈簧力相平衡來控制閥芯的移動，從而控制閥口的開度，調節和穩定壓力或產生動作。第５章常用液壓元件5.2.1溢流閥及其應用1．直動式溢流閥的工作原理與結構2．先導式溢流閥的工作原理與結構3．溢流閥的應用5.2.2減壓閥及其應用1．減壓閥的工作原理與結構2．減壓閥的應用5.2.3順序閥及其應用1．順序閥工作原理與結構2．順序閥的應用5.2.4壓力繼電器及其應用1．壓力繼電器工作原理與結構2．壓力繼電器的應用第５章常用液壓元件5．3流量控制閥及其應用流量控制閥是通過調節閥口通流面積來改變通過閥口的流量，從而控制液壓缸及液壓馬達運動速度的元件，所以有時也稱之為速度控制元件，主要有節流閥和調速閥等。5.3.1節流閥5.3.2調速閥5.3.2流量控制閥的應用第５章常用液壓元件5．4電液比例控制閥及其應用電液比例控制閥就是用比例電磁鐵取代普通液壓閥的手動調節裝置，與普通液壓閥的功能是相同的，完全可以互換。由於電液比例控制閥的製造成本並不增加很多，而且將壓力、流量等參數控制轉變為電信號的控制，更易於實現模擬控制、檢測和比較，使設備自動化控制水準大為提高，因此，在液壓系統中獲得了越來越廣泛的應用。第５章常用液壓元件5.4.1電液比例控制閥的工作原理5.4.2電液比例壓力閥及應用5.4.3電液比例流量閥及其應用第５章常用液壓元件5．5液壓輔助元件在液壓系統的組成中，除液壓泵、液壓缸或液壓馬達、方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥等主要組成元件之外，還有各種輔助元件，如篩檢程式、油箱、管件、蓄能器、壓力錶等等。輔助元件是液壓系統中不可缺少的組成部分，若選擇使用不當會對液壓系統的性能產生嚴重影響，甚至使液壓系統不能正常工作。第５章常用液壓元件5．5．1篩檢程式1．過濾精度2．篩檢程式的結構類型3．篩檢程式的選用與安裝5．5．2蓄能器1．蓄能器的作用2．蓄能器的種類5．5．3油箱及其附件5．5．4油管與管接頭1．油管2．管接頭第６章液壓系統常用基本回路6．1壓力控制回路6．1．1．用三位換向閥的中位機能卸荷6．1．2．並聯二位二通閥的卸荷回路6．1．3．用先導式溢流閥實現卸荷第６章液壓系統常用基本回路6．2調速回路6．2．1節流調速回路6．2．2容積調速回路1．變數泵——液壓缸或定量馬達的容積調速回路2．定量泵——變數馬達的容積調速回路3．變數泵——變數馬達的容積調速回路6．2．3容積節流調速回路第６章液壓系統常用基本回路6．3快速運動回路6．4速度換接回路1．液壓缸差動連接的快速運動回路2．雙泵供油的快速運動回路6．4．1快慢速換接回路6．4．2兩種工作進給速度的轉換回路1．串聯調速閥的二次進給回路2．並聯調速閥的二次進給回路第６章液壓系統常用基本回路6．5多缸動作回路6．5．1順序動作回路1．用壓力控制的順序動作回路2．用行程控制的順序動作回路6．5．2同步運動回路1．機械連接式同步回路2．串聯液壓缸的同步回路3．並聯液壓缸和調速閥的同步回路4．用分流閥的同步回路6．5．3防干擾回路第７章典型液壓系統的應用7．1動力滑臺液壓系統7．1．1動力滑臺液壓系統的工作原理1．快進2．第一次工作進給（一工進）3．第二次工作進給（二工進）4．死擋鐵停留5．快退6．原位停止7．1．2動力滑臺液壓系統的特點(1)調速方案採用容積節流調速。(2)主換向閥採用電液動換向閥換向。(3)採用液壓缸差動連接的快速回路。(4)採用行程控制的速度轉換回路，系統選擇行程閥、液控順序閥的配合，實現快進與工作進給速度的轉換，使速度轉換平穩、可靠、且位置準確。(5)採用壓力繼電器控制動作順序。第７章典型液壓系統的應用7．2注塑機液壓系統7．2．1注塑機功能概述7．2．2SZ－250型注塑機液壓系統的工作原理1．關安全門2．合模1)慢速合模2)快速合模3)低壓合模4)高壓合模3．注射座前移4．注射1)慢速注射2)快速注射5．冷卻保壓6．預塑7．防流涎8．注射座後退9．開模1)慢速開模2)快速開模10．頂出1)頂出缸前進2)頂出缸後退11．螺杆前進和後退7．2．3液壓系統特點第７章典型液壓系統的應用7．3YB32-200四柱萬能液壓機液壓系統7．3．1概述7．3．2 YB32-200型四柱萬能液壓機液壓系統的工作原理1.主缸的運動1)快速下行2)接觸工件，慢速加壓3)保壓延時4)泄壓、快速返回5)原位停止2.頂出缸的運動1)頂出缸頂出2)頂出缸退回3)頂出缸停止7．