西昌学院机械基础课件08液压传动

第八章液压传动

目的要求：

1、了解液压传动的基础知识；

2、掌握液压传动的组成及工作原理；3、掌握常见常见液压元件的结构、原理；4、掌握常见液压基本回路的构成、原理；5、能读懂液压原理图第10讲：液压传动

一、液压传动概述

液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能来传递动力和进行控制的一种传动方式。

从1975年英国制成第一台水压机开始，至今已有近两百年的历史，第二次大战后，液压技术得到了迅速的发展和广泛的应用，目前液压元件质量的着重点是高压、大流量、微型化、集成化、低噪音和长寿命。

与机械传动，电气传动等传动相比，液压传动具有结构紧凑、传动力大、定位精确、运动平稳、易于实现自动控制，机件润滑良好，寿命长等优点（一）液压传动的概念及特点

2、液压传动的特点1、液压传动的概念：

液压传动广泛应用于机械工业、冶金工业、石油工业、工程建筑，船舶、航空、军事、宇航等工业部门。1、液压系统的组成

其不足之处在于传动效率较低，不宜作远距离传递，不宜于高温或低温条件下工作，以及液压元件精度要求高，成本高等缺点。

任何一个简单而完整的液压系统，均由以下四个部分组成：（二）液压传动的工作原理及液压系统的组成

（1）动力元件（油泵）：其作用是向液压系统提供压力油，是系统的动力源。

（2）执行元件（油缸或马达）：其作用是在压力油的作用下，完成对外作功。

（3）控制元件：如溢流阀、节流阀、换向阀等，其作用是分别控制系统的压力、流量和流向，以满足执行元件对力，速度和运动方向的要求。

（4）辅助元件：如油箱、油管、管接头、滤油器、蓄能器等。

2、液压传动的工作原理

液压千斤顶工作原理图铸型输送机液压传动原理图1－油箱2－滤网3－油泵4－节流阀5、7、11、13－油管6－换向阀8－油缸9－活塞10－工作台12－溢流阀3、液压传动系统的图示方法

半结构原理图职能符号式原理图二液压油、流量和压力（一）液压油

液压油既是工作介质，又是润滑剂和冷却液。油液的特性将会影响液压传动性能（如工作可靠性、灵敏性、系统效率及零件寿命等）

1、粘度流体流动时，在流体内部产生内摩擦力的性质称为粘性，粘性的大小，可以用粘度来表示。粘度大，液层的内摩擦力就大，油液就“稠”；反之，油液就“稀”。

流体的粘度有三种表示方法：动力粘度η，运动粘度ν和相对粘度

运动粘度属于绝对粘度，其常用单位是cSt（厘沲）。在我国法定计量单位及国际制中，运动粘度的单位是㎡/s，换算关系为：

1㎡/s＝104st＝106

cSt

相对粘度属于条件粘度，温度为t°C时的恩氏粘度用°Et表示。在液压传动系统中，一般以50°C作为测试恩氏粘度的标准温度，用°E50表示。2、影响油液粘度的主要因素

石油基矿物油的粘度对温度的变化很敏感。当温度升高时，粘度显著下降。（2）压力对粘度的影响

从理论上讲，随着压力升高，油液的分子间距离缩小，粘度提高。（1）温度对粘度的影响

油的粘温性能在国外常用粘度指数（V·I）表示。它表示被试油液的粘度随温度变化的程度同标准油液粘度随温度变化程度比较的相对值。粘度指数高，表示这种油的使用温度范围大。3、对液压油的要求和选择液压油的原则对液压油的要求：（1）粘温特性好。粘度指数不小于90（2）具有良好的润滑性（3）具有良好的化学稳定性；（4）质量纯净，不含各种杂质（5）闪点（油蒸气自燃的温度）要高，凝固点要低。选择油时应考虑的因素：（1）工作压力的高低：压力高，应用粘度高的油，以减小泄漏，提高容积效率。（2）环境温度：温度高，应用粘度较高的油；反之，环境温度较低时，宜用粘度较低的油。（3）工作部件运动速度的高低：在运动速度较高时，为了减少压力损失，宜用粘度较低的油，反之，应用粘度较高的油。（二）流量和压力1、流量和平均速度1）流量

流量是指单位时间内流过管道或液压缸某一截面的油液体积，通常用Q表示。若在时间t内，流过某一截面的液体体积为V，则流量为

Q＝V/t流量的单位为m3/s，它和目前工程中常用的单位L/min的换算关系为1m3/s＝6×104L/min。2）额定流量

试验标准规定，连续运转所必须保证的流量称为额定流量。它是液压元件基本参数之一。3）平均流速v

v＝Q/A式中：v——液体的平均流速，m/sQ——流入液压缸或管道的流量，m3/sA——活塞的有效作用面积或管道的流通面积，m3如图所示：假定在时间t内。活塞2移动的距离为H2，则：Q2＝A2H2/tH2/t＝Q2/A2式中：H2/t——活塞运动速度（用v表示）Q2/A2——液压缸内油液的平均流速v

4）活塞运动速度与流量的关系

由上分析可得：

（1）活塞的运动速度等于液压缸内油液的平均流速。（2）活塞的运动速度仅仅和活塞的有效作用面积及流入液压缸的流量两个因素有关，而和压力的大小均匀无关

（3）当活塞的有效作用面积一定时。活塞的运动速度取决于流入液压缸中的流量。

2、液流连续性理论

油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的，这就是液流连续性原理3、压力的建立与压力的传递1）压力的概念：

油液中的压力主要是由油液自重或油液表面受外力作用而产生的，忽略油液自重，油液压力是指液体表面受外力作用所产生的压力。如图所示：外力F与液体作用于活塞上的力FP相等。油液作用于活塞单位面积上的力应为FP/A＝F/A。我们把这种垂直压向单位面积上的力称为压力P

P＝F/A式中P——油液压力，Pa（帕）；F——作用在油液表面上的外力，N（牛顿）；A——油液表面的承压面积，㎡。2）额定压力在正常条件，按试验标准规定连续运转的最高压力称为额定压力。3）静止油液中压力的特征

帕斯卡原理：在密闭容器中的静止油液体，当一处受到压力作用时，这个压力将通过液体传到连通器的任一点上，而且其压力处处相等。因此，静止的油液中，任何一点所受到的各个方向的压力都相等

4）液压传动系统中压力的建立

综上所述，液压系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的；压力的大小决定于负载，并随负载变化而变化；当某处有几个负载并联时，则压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值；压力建立的过程是从无到有，从小到大迅速进行的。

1－油泵2－液压阀3－液压缸4－死挡铁空载、无油压加载、有油压超载、油压剧增油压取决于最小负载三、液压元件（一）液压泵1、作用：

将原动机（如电机）输出的机械能转换为液体的压力能。

2、类型

按其流量是否可改变，分为定量油泵和变量油泵；

按其输油方向能否改变分为单向泵和双向泵；

按额定压力的高低分为低压泵、中压泵和高压泵；

按结构不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵等。3、液压泵的工作原理组成：1－杠杆2－泵体3－活塞4－油腔5、7单向阀6－油箱工作原理：油泵正常工作的条件是：

第一，应具备密封容积

第二，密封容积能交替变化

第三，应有配流装置

第四，吸油过程中，油箱应和大气相通柱塞泵原理齿轮泵GEARPUMPS4、齿轮泵

组成：其一般由泵体1，一对相同大小的齿轮2、齿轮轴及端盖等组成

工作原理：

特点：

结构简单紧凑，容易制造，便于维修，价格低廉，对油的污染不敏感，但其泄漏较多，容积效率低，且有“困油”现象柱塞泵

PISTONPUMPSMCY14-1B轴向柱塞泵MCY14-1B轴向柱塞泵5、柱塞泵

组成：1－斜盘2－柱塞3－缸体（转子）4－配油盘5－压油槽6－吸油槽

工作原理：

柱塞泵可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵，其中轴向柱塞泵以可分为斜盘式和斜缸式

斜盘轴向泵：

特点：

结构紧凑，体积小、重量轻，工作压力高（因泄漏少且刚性好），易于实现变量，但其加工精度较高、价格较贵，对油液的污染敏感。

组成：1－配油盘2缸体（转子）3－柱塞4－斜盘叶片泵

VANEPUMPS日本油研6、叶片泵

双作用叶片泵叶片泵又分为单作用和双作用两类

单作用叶片泵

双作用泵为定量泵

单作用泵为变量泵

叶片泵具有输出流量均匀，压力脉动小，容积效率高等优点，但其结构复杂，对油液污染敏感。液压缸及马达（二）液压缸及液压马达1、作用：

将液体的压力能转换为机械能

2、类型

按运动形式不同，可分为推力油缸和摆动油缸。

按液压力作用方式，推力油缸可分为单作用式和双作用式按结构不同，可分为活塞式、柱塞式、伸缩套筒式和组合式。

3、活塞式液压缸的结构及工作原理（1）实心单出杆液压缸油缸CYLINDERS（2）实心双出杆液压缸（3）空心双出杆液压缸4、液压马达

液压马达也是能量转换装置，与液压泵相反，它是将液体的压力能转换为旋转运动形式输出的机械能

其通常也有三种形式：齿轮式、柱塞泵式、叶片式

齿轮式、叶片式和轴向柱塞泵式液压马达为高速小转矩马达；径向轴塞式液压马达为低速大转矩马达

叶片式液压马达的结构及原理液压控制阀

液压元件和液压装置液压配件（三）液压控制阀

液压控制阀是液压系统的控制元件，用来控制和调节液流方向、压力和流量，从而控制执行元件的运动方向、输出的力或力矩、运动速度、动作顺序，以及限制和调节液压系统的工作压力，防止过载等，根据用途和工作特点不同，控制阀主要分为三大类：

方向控制阀：单向阀、换向阀等；

1、方向控制阀（1）单向阀：

压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀等；

流量控制阀：节流阀、调速阀等。只允许油液向一个方向运动钢球式锥阀式方向控制阀（单向阀）（2）换向阀：作用：利用阀芯和阀体相对位置的改变，来控制液流的方向

类型：按阀芯运动方式：滑阀和转阀；按阀的位置和通道数：二位二通，三位四通，三位五通等按阀的操纵方式：手动式、机动电磁、液动、电液动

按安装方式：管式、板式，法兰式

接线盒型DIN插头型换向阀的结构特点及换向原理：换向阀的结构特点滑阀式换向阀的换向原理换向阀的图形符号和滑阀机能：换向阀的图形符号换向阀的滑阀机能三位四通电磁换向阀几种典型的换向阀常态（中间位置）右边电磁阀吸合左边电磁阀吸合压力控制阀2、压力控制阀（1）溢流阀

作用：保持系统的压力的恒定和防止液压系统过载，起安全保护作用。类型：按工作原理的不同，分直动型溢流阀和先导式溢流阀。结构及工作原理：直动式溢流阀

特点：结构简单、制造容易，精度要求较低，但压力稳定性差，动作时有振动和噪声先导式溢流阀

21结构：1－导阀2－调压弹簧3－调压螺钉4－主弹簧5－主阀阀芯（滑阀）工作原理：特点：1、阀不工作时阀口常闭2、控制阀口开闭的油液来自进油口3、泄漏的油液从内部通道排回油箱溢流阀的应用举例

用于稳压溢流

用于防止过载

用于卸荷

（2）减压阀

作用：用于降低液压系统中某一油路的压力，以满足执行机构的需要。

类型：根据其具体作用不同，分为：结构及工作原理：定值减压阀：保持阀的出口压力为恒定。定差减压阀：保持阀进出口压力之差为恒定值。定比减压阀：保持进出阀的进出中压力之比为恒定值。先导式减压阀（定压）：结构：1－主阀阀芯（滑阀）2－弹簧3－调压螺钉4－调压弹簧5－锥阀b－阻尼孔工作原理：减压阀与溢流阀的异同：1、减压阀保持出油口压力基本不变，而溢流阀是保持进油口压力基本不变：2、减压阀的进出口均有压力3、在常态下主阀芯的阀口位置不同，减压阀是开口的，而溢流阀是关闭的先导式定压减压阀：减压阀的应用举例

（3）顺序阀

作用：利用压力变化来控制油路的通断，从而实现多个执行元件的顺序动作。类型：顺序阀可分为：直动式和先导式内控顺序阀和外控顺序阀结构及工作原理：内控顺序阀外控顺序阀作卸荷阀用A：内控顺序阀

内控顺序阀简称顺序阀，其结构原理与直动式溢流阀相似。结构1－下盖2－控制活塞3－阀体4－阀芯5－弹簧6－上盖7－调压螺钉工作原理：B：外控顺序阀

外控顺序阀也称遥控或液动顺序阀。

将上图内控顺序阀的下盖旋转180度后再装上，就是外控顺序阀

外控顺序阀可作卸荷阀使用。将上图外控顺序阀的上盖旋转180度后再装上，使孔a和孔b相通，并堵住泄油孔L（4）压力继电器

作用：利用系统中压力的变化来控制电路的通断，从而使压力信号转变为电信号，以实现系统的程序控制或安全控制结构及工作原理：3、流量阀

在液压系统中用来控制液体流量的阀类通称为流量控制阀。作用：利用改变阀的流通截面积或改变阀的流道长度来调节流量，使执行元件获得要求的速度。类型：常用的流量控制阀有节流阀和调速阀，它们又可与单向阀，行程阀等组合成复合式流量控制阀。流量阀常见节流阀节流口的形式（D）周边缝隙式（1）节流阀普通节流阀（2）调速阀由定差减压阀与节流阀串联而成的一个组合阀，其中减压阀起压力补偿作用；其具有较好的稳定性。1－减压阀芯2－调节螺钉3－节流阀芯B－节流口4、辅助元件（1）蓄能器

其作用是将系统中的压力油储存起来，需要时放出，以补偿泄漏和保持系统压力，并能消除压力脉动和缓和液压冲击活塞式储能器气囊式储能器（2）滤油口器

其作用是滤清油液中的杂质，保证系统管路畅通，使系统正常工作物（3）油箱

其作用是储油、散热和分离油中的杂质及空气

1－吸油管2－油滤网3－通气孔4－回油管5－上盖6－油标7、9－隔板8－放油螺塞

所谓液压基本回路是指由液压元件组成，用来完成特定功能的典型回路

方向控制阀回路；压力控制回路；流量控制阀回路（一）方向控制回路在液压系统中，执行元件的起动、停止或改变方向是利用控制进入执行元件的液流通、断及改变流向来实现的，实现这些控制的回路称为方向控制回路

常用基本回路按其功能不同，有以下三种：四、液压基本回路及分析1、换向回路（1）用二位三通阀换向的回路（2）用二位四通阀换向的回路换向回路的功用是使执行元件能改变方向2、锁紧回路（1）单