液压传动与气动（微课版）课件 项目1 认知传动基础知识

液压传动与气动机械、机电类专业基础课48学时考核方式平时+考试课程考核考勤20%期末考试30%过程考核70%课堂表现20%测试30%实训30%4项目一

液压传动与气动的初步认识【思考】请结合身边实例，列举传动机构的常见传递形式?液机电带式传动链式传动齿轮传动机械传动电气传动流体传动流体传动气体传动液压传动传动机构机械传动电气传动以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制液体传动液力传动气力传动气压传动主要利用液体的压力能传递力和运动主要利用液体的动能传递力和运动【定义】液压传动：是以有压液体作为工作介质，实现能量传递和控制。气压传动：是以压缩空气作为工作介质，实现能量传递和控制。基本回路：将多个液压（气动）元件相互连接就可以组成不同功能的液压（气动）基本回路。液压（气压）传动系统：若干个液压（气动）基本回路有机组合就能形成具有一定控制功能的液压（气压）传动系统。农业机械航空机械升降机械轻工机械填料机械项目目标：①理解液压传动与气压传动原理；②知道液压传动系统与气压传动系统的组成；③掌握液压传动的工作介质与气压传动的工作介质的性质与选用；④理解液压系统中压力的形成与传递原理；⑤理解液压系统中流量与流速的定义并掌握两者之间的关系；⑥理解流体连续性方程并能应用它解决实际问题；⑦理解伯努利方程；⑧知道能量损失的定义与分类；⑨理解液压冲击、空穴现象并知道如何预防；⑩增强民族自豪感；注重身心健康。学习导航引导问题学习知识掌握技能拓展作业自我测试1.液压千斤顶是如何实现能量传递与转换的？2.一个完整的液压传动系统由哪些元件组成？这些元件分别起什么作用？3.如何正确表达液压传动系统？学习导航掌握技能拓展作业自我测试1.液压传动系统的组成1.1.1液压传动原理及特点1.1.2液压传动系统组成与表达1.2液压油的选用与维护；1.2.1液压油性质1.2.2液压油选用1.2.3液压油污染与控制知识学习引导问题学习导航掌握技能拓展作业自我测试知识学习引导问题1.1.1液压传动原理及特点1.液压传动工作原理液压千斤顶借助手柄的上下移动，将人力的机械能转换为液体的压力能，油液推动重物做提升运动，又将液体的压力能转换为机械能。学习导航掌握技能拓展作业自我测试知识学习引导问题优点：（1）液压传动装置具有体积小、重量轻、惯性小、动态性能好等特点。（2）液压传动运动平稳，易实现快速起动、制动和频繁换向。（3）在运行过程中可实现无级调速，调速范围大。（4）液压传动装置的控制、调节简单，操纵方便、省力，易实现自动化。（5）液压传动易于实现过载保护。2.液压传动特点缺点：（1）以液体为工作介质，存在泄漏，导致系统效率降低、污染环境。（2）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的平稳性。（3）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜用于远距离传动。（4）液压系统故障的诊断比较困难。学习导航掌握技能拓展作业自我测试知识学习引导问题1.1.2液压传动系统的组成与表达1.液压传动系统组成液压系统工作过程执行动作控制方向控制流量控制压力提供动力控制辅助功能动力元件执行元件控制元件辅助元件工作介质机械能机械能压力能压力能动力元件控制元件执行元件辅助元件与工作介质原动机动力元件执行元件控制元件辅助元件工作介质液压传动系统机械能转换为液体压力能。液压泵液体压力能转换为机械能。液压缸、液压马达对液体流动方向、压力、流量进行控制或调节。方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀起辅助、保障作用的部分。油箱、油管、过滤器等系统中用来传递压力能的载体。液压油工作机构结构原理示意图直观性强，容易理解绘制起来比较麻烦2.液压系统表达典型液压元件图形符——液压缸1代表缸体2代表活塞3代表活塞杆123液压元件图形符号图液压泵液压缸单向阀换向阀溢流阀节流阀过滤器油箱液压缸图形符号换向阀图形符号节流阀图形符号过滤器图形符号溢流阀图形符号液压泵图形符号M电动机图形符号M油箱图形符号油管图形符号1.2.液压油的选用与维护学习导航引导问题学习知识掌握技能拓展作业自我测试在液压传动中，工作液体是液压油，液压油既是液压传动中能量传递和转换的工作介质，又是传动机构和零部件的润滑剂。1.液压油有哪些性质？2.如何选用合适的液压油？3.液压油被污染的原因有哪些？4.如何控制液压油的污染？1.2.1液压油的性质1．密度密度是指单位体积的物质质量，通常用ρ表示。一般液压油的密度为900kg/m3。通常，液压油的密度随压力增大而增大，随温度升高而减小。学习导航掌握技能拓展作业自我测试知识学习引导问题2．黏性定义：液体可以看成由若干个彼此相连的分子组成，当液体在外力作用下流动或有流动趋势时，液体分子间的内聚力会阻碍其相对运动而产生一种内摩擦力。液体黏性的大小可用黏度来衡量。常用的黏度表示方法有3种：动力黏度、运动黏度、相对黏度。（1）动力黏度μ。动力黏度是表征液体黏性的内摩擦力系数动力黏度的物理意义是当速度梯度du/dy=1时，单位面积上内摩擦力的大小。（2）运动黏度ν。运动黏度是动力黏度μ与密度ρ的比值（3）相对黏度˚ET。相对黏度又称条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定的条件下测量出来的黏度。根据测量条件不同，各国采用的相对黏度也不同，我国采用恩氏黏度。恩氏黏度用恩氏黏度计测定。其方法是：将200mL温度为T（以℃为单位）的被测液体装入黏度计的容器中，经其底部直径为2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需时间t1，再测出200mL温度为20℃的蒸馏水在同一黏度计中流尽所需时间t2，这两个时间的比值t1/t2即被测液体在温度T下的恩氏黏度的数值。3．可压缩性液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的。只有在研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。当油液中混入空气时，其抗压缩能力会明显下降，这会严重影响液压系统的工作性能。1.2.2液压油的选用1.液压油牌号我国液压油的牌号表示该液压油在40℃时的运动黏度的平均值。2.液压油选择原则选用液压油时，黏度是一个重要考虑因素。黏度的高低将影响运动件的润滑程度、缝隙是否会泄漏，以及液压油流动时的摩擦、系统发热温升等。选用液压油时，可参考液压设备生产厂家样本和说明书中所推荐的品种、牌号，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压油流动速度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑。1.2.2液压油污染与控制1．液压油污染的原因（1）残留物污染。液压系统中各种元件的型砂、切屑、焊渣、磨料、灰尘等因使用前未将元件冲洗干净而流入液压油中。（2）侵入性污染。外界灰尘、砂粒等进入油箱或落在外露的活塞杆等处，被带入液压系统中，对液压油造成污染。（3）生成物污染。液压系统自身产生的污垢进入液压油中，如液压油因油温升高氧化变质而生成的胶状物等对液压油造成的污染。2．液压油污染的控制（1）控制油温。油温升高往往导致油液黏度下降、泄漏增加、系统工作效率降低。（2）控制过滤精度。在吸油口、压力管路、伺服调速阀的进油口等处，按照要求的过滤精度设置过滤器。

过滤器的过滤精度一般根据系统中对过滤精度敏感性最大的元件来选择。（3）定期清洗。定期清除滤网、滤芯、油箱、油管及元件内部的污垢。1.3力学知识学习导航引导问题学习知识掌握技能拓展作业自我测试1.压力是什么？压力是怎样产生的？压力的大小与哪些因素相关？2.什么是流速？流速的大小与哪些因素相关？3.液压系统中能量的传递遵循什么规律？1.3.1静力学知识表面力质量力液体作用在液体上的力有两种类型:一种是质量力，另一种是表面力。

质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，比如重力、惯性力等。

表面力作用于液体的表面上，是其他物体(如活塞、大气层)作用在液体上的力。

1．压力定义及单位表面力液体由于液体不能抵抗拉力或切向力，即使是微小的拉力或切向力都会使液体产生流动。

因为静止液体不存在质点间的相对运动，也就不存在切向力，所以，静止液体只能承受法向力。法向力切向力液体在单位面积上所受的法向力就是压力，若法向力均匀地作用在面积A上，则压力表示为:压力的两种表示方法：绝对压力－以绝对真空为基准度量；相对压力－以标准大气压为基准度量。真空度：绝对压力比大气压小的那部分数值。标准大气压为100000Pa，绝对压力为80000Pa的真空度为20000Pa。此时，真空表上的读数应为-20000Pa。2．压力的表示方法3．压力的传递第二讲液压传动的工作原理

BlaisePascal，1623—1662，法国著名的数学家、物理学家、哲学家和散文家。主要贡献是在物理学上。布莱士·帕斯卡在密闭容器中，施加于静止液体任意一点的压力能等值地传递到液体内部各点——帕斯卡原理压力（Pa）=作用力（N）面积（m2）密闭容器内各点的压力相等。100kN10kN∵密闭连通∴压力相等A1A21、液压装置具有力的放大作用2、压力是在“前阻后挤”情况下产生的FW如果垂直液压缸的大活塞上没有负载，即W=0，不论怎样推动小活塞也不能在液体中形成压力。0kN10kNA1A2一个重要性质:液压系统中的压力大小由负载决定【例题1】将三个不同负载以并联的方式与同一个液压系统连接，如图所示。若W1＜W2＜W3，试说明活塞A、活塞B、活塞C被顶起的顺序。1.3.1动力学基础1．流量与流速（1）理想液体和稳定流动理想液体：无粘性且不可压缩的液体。稳定流动：液体中任一点的压力、速度

和密度不随时间而变化。通流截面：垂直于液体流动方向的截面。流量单位：升/分钟(L/min)流量：单位时间内流过通流截面液体的体积。流量速度=

面积（2）通流截面和流量2.流体连续性方程不可压缩液体作定常流动时的连续性方程。根据质量守恒定律，单位时间内流入截面A1的质量应该等于流出A2的质量。Q1Q2【物理意义】在稳定流动的情况下，连续液体通过管道各通流截面的流量相等。1、面积大处速度低2、面积小处速度高流量速度=

面积当液压缸有效面积一定时，活塞的运动速度决定于输入液压缸的流量活塞运行速度是多少?3.伯努利方程（1）理想伯努利方程稳定流动时的伯努利方程【物理意义】理想液体作稳定流动时，任意截面上的动能、压力能和位能这三种能量的总和等于常数，三种能量之间可以相互转换。面积小：速度高，压力小面积大：速度低，压力大；实际液体的伯努利方程动能修正系数能量损耗

实际液体具有粘性，在流动时就有阻力，为了克服阻力就必然要消耗能量，这样就有能量损失。（2）实际伯努利方程4.能量损失液压系统中的能量损失主要表现为压力损失。（1）压力损失可分为两大类：沿程压力损失和局部压力损失。局部压力损失:液体流经管径突然变化处或流动方向突变产生的压力损失。（空穴气蚀+液压冲击）(2)减少压力损失的措施a.降低流速；b.选择黏度适当的液体；c.保证管壁光滑；d.缩短管路的长度；e.增大管径；f.减少管路截面变化峰值压力管路中流动的液体因为换向或阀门关闭而突然停止，由于液流和运动部件的惯性，在系统内产生一个很大的瞬时压力峰值，这种现象称为液压冲击。5.液压冲击原因1：载荷冲击原因1：载荷冲击原因1：载荷冲击原因1：载荷冲击原因1：载荷冲击原因2：换向阀动作原因2：换向阀动作原因2：换向阀动作(2)减少液压冲击的措施a.延长阀门关闭和运动件换向制动的时间；b.限制管道内液体的流速及运动件的速度；c.适当增大管径或采用橡胶软管，尽量缩短管道长度；d.在系统中设置蓄能器和安全阀，在液压元件中设置缓冲装置。空穴某处的压力低于空气分离压时，溶解在液体中的空气就会分离出来，液体中出现大量气泡的现象，称为空穴。6.空穴现象压力低→出现大量气泡气泡进入高压区→破裂

→气蚀1.4、气动基础知识学习导航引导问题学习知识掌握技能拓展作业自我测试第一阶段，2000年前，希腊人KSTESIBIOS制造了一门空气弩炮，成为使用气动技术第一人。风箱、自然风力推动风车、带动水车提水灌溉，是我国古人最早利用气动技术。气动技术在生活中经典应用剪刀气缸气动剪床学习导航引导问题学习知识掌握技能拓展作业自我测试1.气动剪切机是如何工作的？2.气动系统由哪几部分组成？3.气动系统中的工作介质是什么？1.4.1气动原理与特点1.气动原理与系统组成学习导航掌握技能拓展作业自我测试知识学习引导问题复位进料剪切气动剪切机工作过程分析气源装置执行元件控制元件辅助元件二、气压传动系统组成

工作介质气源装置执行元件控制元件辅助元件空气压缩机气源净化设备气缸气马达压力阀方向阀流量阀二、气压传动系统组成工作介质1）用过之后可直接排入大气，不污染环境；2）便于集中供应和远距离输送；3）具有动作迅速、反应快、管路不易堵塞的特点；4）对环境适应性好，安全等级低，可用于易燃易爆场所。；5）气压传动装置结构简单、重量轻，安装、维护方便。；6