《机械基础（非机械类）（第二版）》课件 模块五　液压传动

液压传动模块五282283课题一液压传动基础知识课题二液压动力元件课题三液压执行元件

课题四液压控制元件———方向控制阀课题五液压控制元件———压力控制阀课题六液压控制元件———流量控制阀课题七液压传动基本回路课题一液压传动基础知识284学习目标1.掌握液压传动的基本原理。2.掌握液压传动系统的组成及特点。3.能正确区分液压传动系统各组成部分。285课题引入如图所示为平面磨床工作台的液压传动系统，由液压传动实现了工作台的往复运动，图示位置为工作台向右运动的状态。286平面磨床工作台的液压传动系统a）平面磨床工作台的液压传动工作原理图b）用图形符号表示的液压回路图1—油箱2—过滤器3—液压泵4—节流阀5—换向阀6、9—进、回油管路7—液压缸8—工作台10—管路11—溢流阀12—溢流管路如图a所示为液压千斤顶实物图，重物的上升运动采用了液压驱动。那么液压传动系统是由哪些部分组成的?如何实现运动和动力的传递?287液压千斤顶a）实物图b）工作原理图1—杠杆手柄2—小缸体3—小活塞4、10—油腔5、7—单向阀6—管道8—大活塞9—大缸体11—截止阀12—油箱知识讲解288一、液压传动的工作原理1.液压千斤顶的工作原理如上图b所示，液压千斤顶工作时，关闭截止阀11，向上提起杠杆手柄1，小活塞3被带动上升，小缸体2和小活塞3形成的密封油腔4容积增大并形成局部真空，此时由于油腔10中油液压力的作用，单向阀7被关闭，同时在大气压力的作用下，油箱中的油液顶开单向阀5进入并充满油腔4，实现液压千斤顶的吸油。2.平面磨床工作台液压传动系统的工作原理如图a所示，液压泵3由电动机驱动，油箱1中的油液经过滤器2、液压泵3的吸油口，并经液压泵升压后向系统输出。油液经过节流阀4和管路流至换向阀5。当换向阀5的阀芯处于右端工作位置时，油液经过管路9流入液压缸7的左腔，推动活塞连同工作台8向右运动；液压缸7右腔的油液经管路6、换向阀5及管路10流回油箱。当换向阀5的阀芯处于左位时，活塞带动工作台向左移动。当阀芯处于中间位置时，液压缸不通压力油，工作台停止不动。因此，改变换向阀5的工作位置，就能改变压力油的通路，使液压缸7不断换向，以实现工作台8的往复运动。289290平面磨床工作台的液压传动系统a）平面磨床工作台的液压传动工作原理图b）用图形符号表示的液压回路图1—油箱2—过滤器3—液压泵4—节流阀5—换向阀6、9—进、回油管路7—液压缸8—工作台10—管路11—溢流阀12—溢流管路二、液压传动系统的组成1.动力部分它供给液压传动系统压力油，将原动机输出的机械能转换为油液的压力能

。能量转换元件为液压泵，上图中的液压泵3就是动力元件。2.执行部分执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能，以驱动工作部件运动。执行元件有做直线运动的液压缸，也有做旋转运动的液压马达。上图中液压缸7就是执行元件。2913.控制部分控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。控制元件有压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等，如上图中的溢流阀11、节流阀4和换向阀5。4.辅助部分辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起储油、过滤、测量和密封等作用，以保证液压传动系统正常工作。辅助元件有管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等，如上图中的油箱1、过滤器2和管路6、9、10等。5.工作介质液压传动系统中还包括工作介质，主要是指传递能量的液体介质，即各种液压油。292三、液压传动的应用特点1.主要优点液压传动与机械传动、电力传动、气压传动相比，具有下列优点:（1）单位面积输出功率大。在同等的功率下，液压装备的体积小、质量小、运动惯性小、动作灵敏。（2）传动平稳。由于液压传动惯性小、反应快，所以易于实现快速启动、制动和频繁的换向，而且传动过程平稳。293（3）承载能力大。液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。（4）可以在运动过程中实现大范围的无级变速。（5）易实现过载保护。液压传动系统设有很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。（6）能自润滑。由于采用液压油作为工作介质，液压传动装置能够自动润滑，因此，液压元件的使用寿命较长。294（7）易实现复杂动作。液体的压力、流量和方向较容易实现控制，再配合电气控制装置，易实现复杂的自动工作循环。（8）液压元件已实现系列化、标准化、通用化，液压传动系统的设计和制造都比较方便。2952.主要缺点（1）制造精度要求高。液压元件的技术要求高，对加工和装配的要求较高，对使用和维护的要求比较严格。（2）定比传动困难。液压传动以液压油作为工作介质，在相对运动表面间不可避免地有泄漏，因此不宜应用在传动比要求严格的场合。（3）油液的性能受温度的影响大。由于油液的黏度随温度的改变而改变，故不宜应用在高温或低温的工作环境中。296（4）不宜远距离输送动力。由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。（5）油液中的空气影响工作性能。液压传动系统在工作时，油液中易混入空气，从而影响工作性能，如容易引起爬行、振动和噪声。（6）油液容易污染。油液污染后会影响系统工作的可靠性。（7）发生故障不容易排查与排除。液压传动系统是一个整体，发生故障后很难找到故障点，只能逐一排除。297课题二液压动力元件298学习目标1.理解液压泵的工作原理。2.掌握常用液压泵的类型、结构、工作原理和特点。3.能够识别常用液压泵的图形符号。299课题引入下图所示液压泵就是向液压缸提供压力油的动力元件，它把原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为工作液体的压力能，是一种能量转换设备。液压泵的结构种类较多，但它们的基本工作原理和工作条件是相同的。本课题就来研究液压泵的工作原理，了解液压泵的常见类型、结构和特点。300301液压泵a）齿轮泵b）叶片泵c）柱塞泵知识讲解302一、液压泵的工作原理

如图所示为单柱塞泵工作原理图，下面以此为例说明液压泵的工作原理。泵体3和柱塞2构成一个密封容积a，柱塞2在弹簧4的作用下压在偏心轮1上，偏心轮由原动机带动旋转，使柱塞2做左右往复运动。当偏心轮向下转时（见图a），柱塞2在弹簧4的作用下向右移动，容积a逐渐增大，形成局部真空，油箱内的油液在大气压力作用下，顶开单向阀5进入油腔a中，完成泵的吸油。当偏心轮向上转时（见图b），推动柱塞2向左移动，油腔a的容积由大变小，油液受柱塞挤压而产生压力，使单向阀5关闭，油液顶开单向阀6而输入到系统中，实现泵的压油。偏心轮不断旋转，泵就会连续输出油液。303单柱塞泵工作原理图a）吸油b）压油1—偏心轮2—柱塞3—泵体4—弹簧5、6—单向阀分析上图所示单柱塞泵的工作原理可知，该液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，这种靠密封容腔体积周期性变化实现吸油和压油的液压泵称为容积式液压泵，在液压传动系统中应用广泛。304二、液压泵的常用类型和图形符号1.液压泵的分类液压泵的种类很多，按其结构不同可分为齿轮泵（见下图a）、叶片泵（见下图b）、柱塞泵（见下图c）等，按其输出的流量能否调节可分为定量泵和变量泵，按其额定压力的高低可分为低压泵、中压泵、高压泵等。305液压泵a）齿轮泵b）叶片泵c）柱塞泵2.常见液压泵的图形符号（见下表）306常见液压泵的图形符号3.常用液压泵常用液压泵的组成、工作原理及特点见下表。307

常用液压泵的组成、工作原理及特点308

常用液压泵的组成、工作原理及特点309

常用液压泵的组成、工作原理及特点课题三液压执行元件310学习目标1.掌握常用液压缸的类型及特点。2.理解常用液压缸的主要性能参数。3.能根据不同工作要求，分析并选择液压缸的类型。311课题引入如图所示液压机滑块的上下运动及如图所示卧式液压拉床刀具的进给运动都是靠执行元件液压缸带动的。那么液压缸是怎样工作的?这些不同的工作循环和工作行程应采用哪些类型的液压缸才能实现?312313液压机卧式液压拉床知识讲解314一、活塞式液压缸

常用的活塞式液压缸有双作用单杆液压缸和双作用双杆液压缸。1.双作用单杆液压缸（1）结构和工作原理双作用单杆液压缸是一种最常用的液压缸，它只有一端带活塞杆，其结构如图所示。315双作用单杆液压缸结构1—耳环2—缸盖（兼导向套）3—活塞杆4—缸筒5—活塞6—缸底这种液压缸主要由缸盖2、活塞杆3、缸筒4、活塞5和缸底6等组成。无缝钢管制成的缸筒与缸底焊接在一起。为了防止油液内外泄漏，在缸筒与活塞之间、缸筒与缸盖之间、活塞杆与活塞之间、活塞杆与缸盖之间分别安装了密封圈。油口

A

和油口B

都可以通液压油，以实现双向运动，故称为双作用液压缸。316双作用单杆液压缸有缸体固定和活塞杆固定两种安装方式，如图所示。317

双作用单杆液压缸的安装方式a）缸体固定b）活塞杆固定（2）工作特点1）如上图所示，两种固定形式的双作用单杆液压缸工作台的工作移动范围都是活塞有效行程的两倍。2）如右图所示，由于单杆液压缸活塞两端的有效面积

A1

和

A2

不相等，所以活塞的两个方向的推力及运动速度都不相等。318双作用单杆液压缸3）可作差动连接。如图所示，当缸的两腔同时通压力油时，由于作用在活塞两端面上的推力不等而产生推力差，在此推力差的作用下，使活塞向右运动，这时，从液压缸有杆腔排出的油液也进入液压缸的左端，使活塞实现快速运动，这种连接方式称为差动连接。这种两端同时通压力油，利用活塞两端面积差进行工作的单杆液压缸也叫差动液压缸。319差动连接的工作原理2.双作用双杆液压缸（1）结构和工作原理双作用双杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，其产品外形如图所示。320双作用双杆液压缸外形双作用双杆液压缸的结构如图所示，主要由缸盖2、缸体5、活塞杆3和活塞4等零件组成，两端的缸盖上设有进、出油口。一般为双向液压驱动，可实现等速往复运动。321双作用双杆液压缸结构1—导向套2—缸盖3—活塞杆4—活塞5—缸体双作用双杆液压缸的安装方式也有缸体固定和活塞杆固定两种形式。图a所示为缸体固定安装方式，缸体固定在机床的床身上，活塞杆与工作台相连。图b所示为活塞杆固定安装方式，其进、出油口设在活塞杆的两端，液压油从空心的活塞杆中进出。活塞杆固定的双作用双杆液压缸的进、出油口也可设在缸体两端，但需要用软管连接。322双作用双杆液压缸的安装方式a）缸体固定式双作用双杆液压缸b）活塞杆固定式双作用双杆液压缸1—缸体2—活塞3—活塞杆4—工作台（2）工作特点1）当两活塞杆直径相同时，液压缸两腔活塞的有效作用面积也相等。2）可适应不同的工作环境。采用缸体固定的双作用双杆液压缸，其工作台的往复运动范围为活塞有效行程的3倍，占地面积较大，常用于小型设备。采用活塞杆固定的双作用双杆液压缸，其工作台的往复运动范围为活塞有效行程的2倍，占地面积较小，常用于大中型设备。323二、柱塞式液压缸1.单作用柱塞式液压缸如图所示为单作用柱塞式液压缸的一种典型结构，主要由缸筒1、柱塞2、导向套3和缸盖5等组成。324单作用柱塞式液压缸的结构1—缸筒2—柱塞3—导向套4—密封圈5—缸盖单作用柱塞式液压缸的工作原理如图所示。当液压油由液压缸进油口进入柱塞底腔后，柱塞在油液压力作用下向外伸出，其反向退回时必须靠外力或自重。为了实现双向运动，柱塞式液压缸常成对使用，如图所示。325单作用柱塞式液压缸的工作原理成对使用的单作用柱塞式液压缸2.伸缩缸伸缩缸又称多级缸，由两级或多级活塞式液压缸套装而成。图所示伸缩缸是一个双级缸，它主要由一级缸筒2、一级活塞杆3、二级活塞杆4、缸盖1等组成。当液压油从缸盖油口进入一级缸筒后，推动一级活塞杆先伸出，二级活塞杆后伸出，一级缸筒油口回油；液压缸缩回时，一级缸筒油口进油，缸盖油口回油，推动二级活塞杆先缩回，一级活塞杆后缩回。326伸缩缸1—缸盖2—一级缸筒3—一级活塞杆4—二级活塞杆三、液压缸的图形符号常用液压缸的类型及图形符号见下表。327常用液压缸的类型及图形符号328常用液压缸的类型及图形符号课题四液压控制元件——方向控制阀329学习目标1.掌握方向控制阀的分类。2.掌握单向阀、换向阀的工作原理及图形符号。3.能合理应用方向控制阀。330课题引入若油液流入液压缸的不同工作腔，则液压缸的运动方向就会改变。如图所示为汽车起重机，其底盘前后各有两条支腿，每条支腿由一个双作用单杆液压缸驱动。起重作业时，由支腿机构使汽车轮胎离开地面；架起整车和调节水平以后，又要求每条支腿停止运动并保证双向锁紧。那么是由哪些元件来控制液压传动系统中油液流动方向及油路通断的?这些元件在液压传动系统中又是怎样工作的?331332汽车起重机知识讲解333控制油液流动方向的阀称为方向控制阀，简称方向阀。方向控制阀按照用途分为单向阀和换向阀两类，见下表。在液压传动系统中，执行元件的启动、停止和运动方向改变都是利用方向控制阀控制进入执行元件液压油的通断及流动方向来实现的。334方向控制阀的分类335方向控制阀的分类一、单向阀液压传动系统中常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。1.普通单向阀普通单向阀是只允许液压油沿一个方向流动，而反向被截止的方向阀，简称单向阀。要求其正向通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。（1）结构原理普通单向阀根据连接方式可分为管式和板式两种。如图a和图b所示分别是钢球式和锥阀式管式单向阀，其结构基本相同，主要由阀体、阀芯和弹簧等组成。336337

管式单向阀a）钢球式单向阀b）锥阀式单向阀1—阀体2—阀芯3—弹簧（2）应用1）如图a所示，单向阀应用在液压泵出油口处，可防止系统中的液压冲击影响液压泵的工作，或当液压泵检修及多泵合流系统停泵时油液倒灌。2）如图b所示，单向阀应用在不同支路中，可以防止不同支路之间的干扰。3）如图c所示，单向阀与其他液压阀组合组成复合阀。338普通单向阀的应用场合2.液控单向阀液控单向阀是一种通入控制压力油后即允许油液双向流动的单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成。如图a所示为普通型外泄式液控单向阀的结构原理图，339普通型外泄式液控单向阀a）结构原理图1—活塞2—阀体3—顶杆4—阀芯5—弹簧6—螺塞二、换向阀1.滑阀式换向阀的结构滑阀式换向阀主要由阀体、阀芯和换向操纵机构组成。换向阀常用几位几通来命名。2.滑阀式换向阀的工作原理滑阀式换向阀的工作原理如图所示。340341滑阀式换向阀的工作原理和图形符号a）活塞在中间位置b）阀芯左移c）阀芯右移3.换向阀的图形符号换向阀的工作状态和连通方式可用其图形符号较形象地表示。下表列出了几种常见滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号。342常见滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号343常见滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号344常见滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号4.三位四通换向阀中位机能的图形符号三位四通换向阀处于中位时，各油口的连通方式称为阀的中位机能，通常用一个字母表示。三位四通换向阀的中位机能不同可满足不同的功能要求。三位四通换向阀常见中位机能的图形符号及说明见下表。345三位四通换向阀常见中位机能的图形符号及说明346三位四通换向阀常见中位机能的图形符号及说明5.换向阀的控制方式换向阀的控制方式有人力控制、机械控制、电气控制、液压控制、液压先导控制和电液控制等。常见液压

阀控制方式的图形符号见下表。347常见液压（气动）阀控制方式的图形符号348常见液压（气动）阀控制方式的图形符号课题五液压控制元件——压力控制阀349学习目标1.掌握压力控制阀的分类、工作原理及图形符号。2.能合理应用压力控制阀。3.能分析压力控制阀在回路中的作用。350课题引入如图所示液压钻床的夹紧缸工作时，液压传动系统的油液压力需达到夹紧工件的要求；钻头钻孔时，液压传动系统的油液压力需满足克服切削阻力的要求；而且该钻床可利用控制系统压力来实现“夹紧缸夹紧—进给缸进刀—进给缸退刀—夹紧缸松开”的严格顺序动作。液压传动系统中应采用什么液压元件来控制油液的压力?这些元件又是如何工作的呢?351352液压钻床要达到上述要求，系统中应采用控制液压传动系统的压力大小或利用压力变化来控制油路通断的压力控制阀。常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀等，如图所示。353压力控制阀a）溢流阀（先导式）b）减压阀（直动式）c）顺序阀（先导式）知识讲解354常用压力控制阀的结构简图、图形符号、工作原理和功用见下表。常用压力控制阀的结构简图、图形符号、工作原理和功用355常用压力控制阀的结构简图、图形符号、工作原理和功用356常用压力控制阀的结构简图、图形符号、工作原理和功用357常用压力控制阀的结构简图、图形符号、工作原理和功用课题六液压控制元件——流量控制阀358学习目标1.掌握流量控制阀的流量控制原理及节流口的节流特性。2.理解节流阀和调速阀的结构、工作原理及应用特点。3.能正确选用节流阀和调速阀。359课题引入如图所示流量控制阀的作用就是调节液压传动系统中油液流量的大小，它是通过改变节流口的通流截面积来调节通过阀口的流量，从而控制执行元件运动速度的控制阀。常用的流量控制阀有节流阀和调速阀。本课题就来学习这两种阀的工作原理、结构及应用。360流量控制阀a）节流阀b）调速阀知识讲解361一、节流阀1.节流阀的结构及工作原理如图a所示为节流阀的结构简图，它借助控制机构使阀芯相对于阀体孔移动，以改变阀口的通流截面积，从而调节输出流量。

节流阀a）结构简图1—锁紧螺母2—调节螺杆3—阀体4—阀芯5—弹簧油液在经过节流口时会产生较大的液阻，从而使流量减小。通流截面积越小，油液受到的液阻就越大，通过阀口的流量就越小。所以，改变节流口的通流截面积，使液阻发生变化，就可以调节流量的大小，这就是节流阀的工作原理。拧动节流阀上方的调节螺杆2，可以使阀芯4轴向移动，从而改变阀口的通流截面积，使通过节流口的流量得到调节。下图b所示为节流阀的图形符号。362节流阀b）图形符号节流口的形式将直接影响流量阀的性能。常见节流口的形式见下表。363常见节流口的形式364常见节流口的形式2.节流阀的应用节流阀只适用于负载和温度变化不大或速度稳定性要求较低的液压传动系统，起节流调速作用。在图所示回路中，由定量泵供油，溢流阀控制泵出油口压力。将节流阀串联在进油路上，改变节流阀通流截面积的大小，就可改变通过节流阀的流量，从而控制活塞的运动速度。365节流阀的应用1—定量泵2—溢流阀3—二位四通电磁换向阀4—节流阀5—液压缸二、调速阀在液压传动系统中，执行元件的负载变化时会引起系统压力变化，进而使节流阀两端的压力差也发生变化，从而使通过节流阀的流量发生变化，使执行元件的运动速度也相应变化。为了使流经节流阀的流量不受负载变化的影响，必须对节流阀前后的压力差进行压力补偿，使其保持在一个稳定的值上。这种带压力补偿的流量阀称为调速阀。3661.调速阀的结构及工作原理调速阀是由减压阀和节流阀串联而成的组合阀，如图所示。在调速阀中，所用的减压阀是一种直动式减压阀，因为它可以保证进、出油口压力差为定值，所以称为定差减压阀。节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压力差为定值，消除了负载变化对流量的影响。367368调速阀a）结构简图b）图形符号1—调节螺杆2—节流阀阀芯3—节流阀调压弹簧4—减压阀调压弹簧5—减压阀阀芯2.调速阀的应用调速阀的应用和节流阀相似。在如图所示应用调速阀的回路中，改变调速阀的节流阀通流