《液压与气动项目教程》课件 项目1 液压传动的基本认知与应用实践

《液压与气动项目教程》项目1液压传动的基本认知与应用实践工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践项目1

液压传动的基本认知与应用实践

【教学目标】1.能分析液压千斤顶的工作原理，了解其功能及特点。2.能理解液压传动的工作原理、组成、作用及特点。3.能明确压力与负载、流量与速度的对应关系。4.能通过任务实施过程，提升自我学习能力、专业自信能力及团队协作和沟通能力。5.通过实操训练，提升实践技能，培养遵从企业现场管理制度的意识，养成按岗位行为规范操作的习惯。工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践任务引入：液压千斤顶的工作原理液压千斤顶液压千斤顶

举升轿车工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践能量转换过程：机械能（手柄、小活塞缸）

液压能（液压油）1.液压千斤顶的工作原理机械能液压能液压能机械能机械能（大活塞缸）机械能液压能液压能机械能工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践1）液压传动定义液压传动是以密闭容器内的液体为工作介质进行能量转换，传递运动和动力的一种传动方式。2）液压千斤顶的本质液压传动装置本质上是能量转换装置，它先将输入的机械能转换成液体的液压能，再把液压能转换成机械能输出。3）帕斯卡原理：在密闭容器中的静止液体，当一处受到外力作用而产生压力时，这个压力将通过液体等值传递到液体内部的所有各点。帕斯卡原理又称静压传递原理。工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践

手柄通过液压油的压力来传递力，大活塞上负载越大，油液产生的压力就越高，反之压力就越低，有负载才能建立起来压力，空载时，若不考虑其他阻力，则压力为零；速度的传递是依据密封容积变化相等的原则进行的，由图1-1可知，同一时间内，小活塞下腔容积减小多少，大活塞下腔容积就增大多少，重物上升的速度取决于单位时间大小活塞下腔密封容积变化的快慢；压力的大小与流量的大小无关，例如液压缸终端停留时压力大而流量为零，空载时压力小而速度可能较高。根据帕斯卡原理可知，油液的工作压力有：液压千斤顶具有省力的功能。2.液压千斤顶的特点工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践3.液压系统的压力与流量

1）液体静压力:液体静压力是指液体静止时单位面积上（或某点处）所受到的法向作用力。静压力通常简称为压力，用p表示,压力的单位为Pa(帕：N/m2),使用时常用MPa（1兆帕=1×106帕）p

=F/A（1）压力液压系统靠液压油传递动力和运动，输出力及速度的大小分别与压力和流量有关。液压系统输出的力是靠压力来传递的。这里所说的压力通常是指液体静压力。工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践3.液压系统的压力与流量

2)压力的表示方法绝对压力:以绝对真空作为基准测得的压力；相对压力:以大气压力作为基准测得的压力;真空度：相对压力为负值时，其绝对值称为真空度工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践（2）流量1）流量：单位时间流过通流截面的液体体积称为流量。流量的常用单位为L/min（升/分）。2）流速：假设通流截面A上各点的流速均相等，其平均流速为υ，流过通流截面的流量为q，则有结论：压力与流量是液压系统的两个重要参数。液压系统的工作压力决定于负载，压力随负载的变化而变化；液压系统通常靠改变流量的方式来实现调速的目，其他条件不变的情况下，执行机构的运动速度与流量成正比。

工作任务1.1液压千斤顶的功能认知与应用实践

要点分析举例：图1-4所示为几组同学设计的液压千斤顶油路，每个油路都不是完全正确的，在图中将错误之处圈出来并标明错误原因：a图

b图

，c图

。简要说明每处错误会导致的后果：a图

，b图

，c图

。写出图中如下序号的元件名称：4

，6

，8

，9

，12

，13

。《液压与气动项目教程》项目1液压传动的基本认知与应用实践工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练项目1

液压传动的基本认知与应用实践

【教学目标】1.能分析磨床工作台液压系统的工作原理，了解其功能及特点。2.能理解液压传动的工作原理、组成、作用及特点。3.能理解液压油及液压流体力学相关物理意义，在分析工程实际问题中加以运用。4.能通过任务实施过程，提升自我学习能力、专业自信能力及团队协作和沟通能力。5.通过实操训练，提升实践技能，培养遵从企业现场管理制度的意识，养成按岗位行为规范操作的习惯。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练任务引入：磨床液压系统的工作原理半结构图符号图磨床工作台液压系统实验装置平面磨床外观液压系统图磨床液压系统动画工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练1.磨床工作台液压系统的工作原理在图1-6a中，液压泵3在电动机驱动下旋转，泵吸油口经过滤器2从油箱1中吸油，再经泵排油口、节流阀7、换向阀8进入液压缸9的左腔，推动活塞使工作台10右移，液压缸右腔的油液经换向阀和回油管11排回油箱。将换向阀手柄转换成图1-6b阀芯在左端所示状态时，油液经换向阀后进入液压缸的右腔，液压缸则反向运动实现工作台的换向。将换向阀手柄置于中间位置时，油路不通，工作台停止。图中节流阀的作用是调节阀口大小改变进入液压缸的油液流量，从而调节工作台的移动速度；溢流阀6的作用是溢流稳压，工作时，调节溢流阀6的旋钮，改变其调压弹簧至合适的预紧力，回油管5在控制压力下溢出液压泵输出的多余油液，使工作台低速运动时系统压力稳定。

工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练2.液压系统的组成1)动力元件——把机械能转换成液体压力能的装置，是液压系统的动力源，为液压系统提供液压油。它指的是液压泵。2)执行元件——把液体的压力能转换成机械能的装置，用以驱动负载做功。它指的是做直线运动的液压缸和做回转运动的液压马达。3）控制调节元件——控制和调节液压系统中液体的压力、流量和流动方向的装置，用于控制执行元件的推力（或转矩）、速度（或转速）和运动方向（或转向）。它指各种控制阀，4）辅助元件——保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。油箱、滤油器、蓄能器、压力表和管件等都是辅助元件。5）工作介质——传递能量的液体，用以传递动力、运动和信号，这里指液压油。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练

3.液压系统的图形符号半结构图：这种图形直观，容易理解，便于根据原理图对照实物，但图形绘制工作量大。图形符号：可表示元件的功能和连接关系，不表示元件的实际结构、安装位置和参数，，使用规定的图形符号，方便了液压系统的设计、绘制和阅读分析，绘制时通常以未受激励的状态（非工作状态）来表示。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练液压系统工作原理图的表示方法案例：液压系统半结构图液压系统符号图磨床工作台液压系统实验装置工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练液压系统工作原理图的表示方法案例：1）在实训现场正确辨识元件，认知元件功能。将实训中使用到的各控制阀及执行元件符号对应的名称及作用简要填写到表1-6中。表1-6

2）完成油路操作调试工作。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点

（1）主要优点1）承载能力大。液压传动单位质量输出功率大，容易获得较大的力及转矩。2）传动平稳。采用液压油来传递动力，便于缓冲吸振，所以传动平稳性好。3）换向容易，反应快。液压传动结构体积小、重量轻，结构紧凑，因此惯性小，动作灵敏，当突然启动或停车时，冲击较小，便于实现频繁换向。在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动方向的转换。4）调速范围大。在运行中可方便地实现无级调速，在极低的速度下仍能正常工作。5）易于实现自动控制。与微电子技术结合，可以方便地实现自动控制。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点

（1）主要优点6）能够自动润滑。由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小。7）易于实现复杂动作和“三化”。采用液压传动可简化机械结构、灵活方便地布置传动机构以实现复杂动作。液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，生产效率高、更换容易。8）液压传动容易实现过载保护。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点

惯性力较小，快速响应性好能容量大、适合大功率的工况应用案例：工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点

传动平稳缓冲减振应用案例：工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点易于实现复杂动作易于实现自动控制压力阀应用案例：工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点压力阀——可实现过载保护压力阀无压力阀时——设备损坏应用案例：工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练4.液压系统的特点

（2）主要缺点1）液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。2）液压油容易污染，对使用和维护的要求高。

3）传动机理复杂，故障原因不易查找，故障维修难度大。4）液压油因泄漏和可压缩性原因，无法实现严格的传动比。5）传动效率低，不适合远距离传动。6）液压油受温度变化的影响大，不宜在油温过冷或过热的情况下工作。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练【拓展阅读】液压油及流体力学基础知识

1.液压油（1）液压油的作用

液压油在液压系统中的作用是传递能量和信息。液压油的常用类型：普通机床液压油（L-HL）和抗磨液压油（L-HM）工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（2）液压油的主要物理性质液体的密度单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的粘性液体在外力作用下流动或有流动趋势时，分子间的内聚力要阻止分子间相对运动而产生一种内摩擦力，液体的这种性质就是粘性。液体的粘温特性油液粘度随温度变化的性质称为粘温特性。液体的可压缩液体受压力作用而使其体积发生变化的性质，称为液体的可压缩性。液压油的可压缩性很小，通常把液压油认为是不可压缩的，但油中混入空气时，其可压缩性将显著增加。3）液压油的牌号：采用它在40℃时运动粘度的平均值来标号。2）液体粘性的大小用粘度来表示，常用的粘度有三种：动力粘度、运动粘度和相对粘度。1）静止液体是不呈现粘性的工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（3）液压油的性能要求（1）合适的粘度及较好的粘温特性（2）良好的润滑性能（3）良好的热稳定性（4）抗泡沫性好、抗乳化性好（5）腐蚀性小、防锈性好（6）良好的相容性（8）闪点和燃点高（7）凝固点低、流动性好在液压系统中，液压油除传递运动和动力外，还要起到润滑和散热等作用。因此，要求液压油具有合适的黏度、较好的黏温特性、良好的润滑性能、良

好的热稳定性、良好的抗泡沫性和抗乳化性、良好的耐腐蚀性及防锈性、良好的相容性、较低的凝固点和较高的闪点及燃点等特点。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练1）液压油的牌号：液压油的牌号是以液压油在40OC时的运动黏度（mm2/s，也称cst。）平均值来标号的。例如32号普通液压油（其型号为L-HL32）是指在40OC时其运动黏度的平均值为32mm2/s。液压油黏度过高会使运动阻力增加、传动效率降低，甚至产生液压泵吸空和噪声等现象；黏度过低会使泄漏增加、执行机构速度降低及动力不足等问题。（4）选择液压油的主要依据2）选择液压油的主要依据：黏度是选择液压油的主要依据。工作压力较高、工作部件运动速度较低、环境温度较高的的系统宜选用黏度较大的液压油,以减少泄漏；工作压力较低、工作部件运动速度较高、环境温度较低的系统，宜选用黏度较小的液压油，以减轻液流及移动部件的摩擦阻力。3）对液压油的日常维护及时检查油温、及时检查泄漏及密封可靠性、及时检查污染情况并及时更换液压油，及时检查油箱的油位、维修后及时排气等。须注意的是，更换液压油时必须过滤并清洗液压系统。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练污染的原因残留物污染液压系统在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、油垢、棉纱、灰尘等，未清洗干净，残留下来残留物侵入物污染环境中的污染物浸入，如空气、尘埃、水滴等侵入液压系统；维修过程中带入系统的污染物；过滤器选用不合理或清洗不及时；换油或补油时未按规定操作生成物污染工作过程中产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡、油液变质后的胶状物等污染的危害加剧元件磨损，擦伤密封件，使泄漏增加；堵塞元件的缝隙及节流小孔等，造成动作失灵；堵塞过滤器，使液压泵吸油困难，造成吸油不充分和噪声严重等现象；腐蚀元件表面，产生气蚀，使液压系统出现振动和低速爬行现象控制措施消除残留物污染液压系统组装前后,必须对元件及系统进行严格的清洗减少浸入物污染控制工作环境的污染源，设滤油装置，定期检査、清洗或更换滤芯，尤其注意向油箱灌油时应通过过滤器,维修拆卸元件应在无尘区进行减少生成物污染提高工作效率，控制油温，延缓液压油变质周期液压油污染是指液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶质状生成物等杂质。液压系统故障的主要原因是液压油的污染，液压油污染会严重影响液压系统的正常工作，预防液压系统的故障发生率，其中很重要的一点就是系统污染的防控。（5）液压油的污染与控制工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练污染的液压油：清洁的液压油：液压油案例工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练2.流体力学基础液体静力学基本方程的物理意义：1）静止液体内任一点处的压力由液面上的压力和液柱的重力所产生的压力两部分组成。2）静止液体内部的压力随液体深度的增加而线性地增加。3）距液面深度相同的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。

（1）液体静力学基本方程及其物理意义工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（2）液体动力学方程及其物理意义1）流量连续性方程流量连续性方程是用于分析研究流动液体内流速、通流面积以及流量三者之间关系的方程。

流量连续性方程的物理意义：流量连续性方程的物理意义是液体在单位时间内流过各通流截面的液体体积相等。它表明液体在管路内做稳定流动时，单位时间内流过任何通流截面的液体体积都是相等的。它是液体流动的质量守恒方程。流量一定时，液体的流速与通流面积成反比，孔径小则流速快；通流面积一定时，流量大则流速就快。故，调节输入液压缸的流量可调节液压缸运动速度。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练2）液体的伯努利方程伯努利方程是根据能量守恒定律推导出的流体力学的一种表达形式，它是用于分析研究液体流动过程中压力与流速之间转换规律的方程。理想液体的伯努利方程是将液体作为既无粘性又无可压缩性的理想液体推导出的流动液体能量守恒方程。

理想液体伯努利方程的物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量（压力能、位能、动能），在沿管道流动过程中三种能量之间可以互相转化，但在任一截面处，三种能量的总和为一常量。上式是单位体积液体的能量守恒方程。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练

实际液体的伯努利方程

通过伯努利方程可以计算液压泵吸油口处的真空度、分析液压泵的工作性能。一般情况下，由于液体的密度较小，液体位能在总能量中占据很小的比重，在利用伯努利方程定性分析时，为简化分析计算过程，即使管道不是水平放置的，也往往忽略液体的位置高度变化所产生的能量变化，而只考虑压力能和动能的变化。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练思考图示液压泵吸油高度是如何影响液压泵工作性能的？

液压泵吸油过程中实际液体的伯努利方程：案例分析：思考图示液压泵吸油高度是如何影响液压泵工作性能的？工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（3）液体流动时的压力损失液体在管路系统中流动时，因粘性等原因会产生能量损耗，表现为压力降低，把这种损失称为压力损失。1.沿程压力损失液体流经直径不变的直管时，因粘性摩擦而产生的压力损失称为沿程压力损失。2.局部压力损失液体流经局部阻力（阀口、管路分支、弯头、突变截面等）时，因流速和流向突变而产生的压力损失称为局部压力损失,

3.管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练

为便于安装与维修，液压泵大多安装在油箱液面以上，依靠泵进口处形成的真空度来吸油。为使真空度不致过大，应尽可能减小吸油管压力损失，减小液压泵安装高度、增大吸油管直径、减少吸油管路长度和弯头都可以减小吸油管路的压力损失，使液压泵容易吸油。压力损失的产生与多方面因素有关，管道直径越小、管道越长、管道内壁越粗糙、液体流速越快以及液体粘性越大时，压力损失就越大；另外，为了减少压力损失，还应尽量减少弯管、分支或管路通流截面的突然变化。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（4）液体流经小孔及间隙的流量1）液体流经小孔的流量小孔的类型：分为薄壁小孔、短孔和细长孔三种，图1-11

节流口的流量特性曲线液体流经薄壁小孔的流量

液体流经细长孔的流量

图1-12流经薄壁小孔的流量计算小孔流量的通式液体流经短孔的流量

短孔是介于细长小孔和薄壁孔之间的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式计算，但流量系数Cq不同，一般取Cq=0.82。工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练总结：流经薄壁小孔的流量只与小孔前后的压差∆pT的平方根以及小孔的面积𝐴𝑇成正比，与粘度无关，因此流经薄壁小孔的流量受温度和粘度的影响小，不易堵塞，流量稳定，节流阀的节流口常采用薄壁小孔类型；细长小孔的流量与动力粘度μ成反比，流量受油温变化的影响较大，细长小孔常用作控制阀的阻尼孔；短孔制造要比薄壁小孔容易得多，常用作固定节流器。2）液体流经间隙的流量液压系统中，液压元件端面存在平行平板间隙，液压缸缸体与活塞、阀体与阀芯之间存在环形间隙。间隙产生泄漏的原因有两种，一种是间隙两端的压力差引起的压差流动，另一种是间隙的两个配合面有相对运动引起的剪切流动。这两种流动同时存在时称为联合流动。液体流经平行平板间隙的流量压差流动产生的流量：剪切流动产生的流量：工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练总结：流经环形间隙的流量与偏心距有关，最大偏心时的泄漏量是同心时泄漏量的2.5倍之多。存在环形间隙时，安装时应尽量使间隙处的零件配合处于同轴线状态。另外，为了减少间隙处的泄漏量，应使间隙适当，间隙过小易使零件卡死，间隙过大会造成泄漏过多。液压系统的泄漏是不能绝对避免的，

泄漏不但会污染环境，还会造成功率损失，使执行机构的运动速度受到影响。所以，为了避免因泄漏导致流量不足，液压系统中泵的额定流量的选取要略大于系统工作时所需的最大流量。通常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一个1.1～1.3的系数来估算。液体流经环状间隙的流量同心环状间隙的流量偏心环状间隙的流量工作任务1.2磨床工作台液压系统的分析与演练（5）液压冲击和气穴现象1）液压冲击的危害及措施液压冲击定义

在液压系统中，由于某种原因而引起油液的压力在瞬间急剧增高到某一峰值，这种现象称为液压冲击。造成液压冲击的主要原因

油路突然关闭或换向时液流速度的急剧变化、高速运动的工作