《液压气动技术》课件-1.液压传动基础与流体力学

液压传动原理及系统组成液压与气动目录CONTENTS液压传动原理01液压元件表示方法03液压传动系统的组成02液压传动的优缺点与发展概况041.液压传动原理学习目标与概述液压传动原理及系统组成学习目标▪掌握液压传动原理；▪掌握液压传动系统的组成；▪掌握液压元件表示方法；▪掌握液压传动的优缺点；▪掌握液压传动的发展概况。液压传动概述液压传动是一种以液体（如液压油）为工作介质的动力传递方式。核心原理：液压泵将原动机的机械能转化为液体的压力能，经管路和控制阀传递至执行机构（液压缸或液压马达），最终重新转换为机械能，驱动负载运动。液压千斤顶组成与能量转化原动机液压泵机械能→压力能管路、控制阀执行机构压力能→机械能负载运动液压千斤顶组成液压千斤顶由两大部分组成：手动柱塞液压泵液压缸液压千斤顶结构图液压传动原理及系统组成液压千斤顶工作过程：吸油与压油①上提杠杆1·吸油关闭放油阀8、上提杠杆1→活塞3上移，油腔4容积增大形成真空→油箱6中油液在大气压作用下经单向阀5进入油腔4。②下压杠杆1·压油顶升活塞3下移，油腔4容积减小、油液压力增大→单向阀5关闭、推开单向阀7→油液经油管9进入油腔10→推动活塞11与重物G上升。千斤顶工作过程：吸油→压油→卸压液压传动原理及系统组成持续工作与复位反复提压杠杆：重物持续上升，速度与杠杆动作频率成正比，所需压力与重物重量相关；停止操作：单向阀7关闭，重物保持位置；打开放油阀8：油液流回油箱，活塞复位。液压传动核心原理

以液体为介质，通过密封容积变化传递运动；

利用液体压力能传递动力。复位与核心原理液压传动原理及系统组成2.传动系统组成系统的四大部分动力部分｜液压泵核心元件液压泵，将机械能转化为油液的压力能，如手动柱塞泵。执行部分｜液压缸、马达由液压缸和液压马达组成，将压力能转换为机械能，驱动负载运动。控制部分｜各类控制阀由压力阀、流量阀和方向阀组成，调节油液的压力、流量和流向，如放油阀、单向阀。辅助部分由油箱、管路、过滤器等组成，连接并支持系统各部分协调运行。液压传动原理及系统组成机床工作台液压系统实例液压泵换向阀液压缸工作台运动▪节流阀调节速度，溢流阀控制压力；▪换向阀改变油路方向，工作台运动方向随之调整；▪阀芯居中时系统卸荷，工作台停止；▪该结构完整展现了液压系统各部分的协同作用。机床工作台液压系统结构原理图液压传动原理及系统组成3.元件表示方法结构原理图与图形符号图结构原理图直观易懂，但绘制复杂。图形符号图按GB/T786.1-2009标准绘制，更加简洁清晰。特点符号仅表示元件的功能、控制方式和外部接口，不反映具体结构、参数或安装位置，适用于复杂系统的原理表达。液压传动系统工作原理图（图形符号）液压传动原理及系统组成4.

特点与发展液压传动的优缺点优势▪可实现大功率动力传递，系统结构紧凑，适用于大扭矩场合；▪执行元件布置灵活，不受空间位置限制；▪可实现无级调速，运动平稳，易于实现过载保护；▪通过压力控制阀可精确调节输出力；▪具有良好的自润滑特性，减少机械磨损。不足▪液压油易受温度影响，导致性能变化；▪存在泄漏风险，维护要求较高；▪元件制造精度要求严格，成本相对较高；▪系统工作时会产生一定噪声。液压传动原理及系统组成液压传动的发展概况世界液压技术发展帕斯卡提出静压传递原理17世纪20世纪中叶开始工业应用，最早用于舰艇炮塔转位器，后应用于机床现代集传动、控制、检测于一体；90%以上自动化生产线采用液压技术我国液压工业发展20世纪50年代我国液压工业起步，应用于机床和锻压设备1964年引进国外技术，快速发展20世纪80年代引进消化先进技术，产品质量与研发能力显著进步当前向高压、高速、大功率、低噪声方向发展液压传动原理及系统组成谢谢聆听液压油的物理性质及选用液压与气动目录CONTENTS液压油的物理性质01液压传动系统的污染控制03液压油的选择和使用021.液压油的物理性质学习目标与课程导入液压油的物理性质及选用学习目标1掌握液压油的物理性质；2掌握液压油的选择和使用。课程导入液压油是液压传动系统的工作介质，其性能直接影响系统的工作效率和使用寿命。随着液压技术向高压、高速、精密化方向发展，对液压油的要求也越来越高。实际应用中，必须根据工作压力、环境温度、运动速度等工况条件综合考虑。

正确选用液压油是保证液压设备高效运转的重要前提。可压缩性液压油的物理性质及选用▪液压油具有可压缩性，通常可忽略不计；▪但在高压或动态工况下必须予以考虑；▪油液中混入空气时，可压缩性会显著增加。混入空气可压缩性增加刚性下降·产生噪声油液混入空气会导致系统刚性下降并产生噪声，影响稳定运行。液压油是系统的工作介质粘度液压油的物理性质及选用

粘度是液压油最重要的特性之一，它反映了油液流动时的内摩擦阻力。压力的影响粘度随压力升高而略微增大，变化幅度相对较小。温度的影响温度升高会导致粘度急剧下降，对系统稳定运行至关重要。特殊性能与添加剂液压油的物理性质及选用多项特殊性能热稳定性抗氧化性抗泡沫性抗乳化性润滑性材料相容性这些特性通常通过在精炼矿物油中添加各类专用添加剂来实现。添加剂的作用抗氧化剂延长油液使用寿命抗泡剂防止气泡形成极压添加剂增强润滑性能2.液压油选择和使用对液压油的要求液压油的物理性质及选用多方面性能要求▪具备合适的粘度和良好的粘温特性——保证系统传动效率的基础；▪具有优异的润滑性能，减少元件磨损；▪具备良好的化学稳定性、抗泡沫性、抗乳化性，以及与金属和密封材料的相容性；▪特殊工况（如轧钢机、飞机等设备）要求液压油具有耐高温、防火、无毒等特性。液压油的储存与选用液压油的选择和使用是确保液压系统可靠运行的关键环节，需根据不同的工作机械和使用环境综合确定。液压油的分类和选用液压油的物理性质及选用三大类液压油类别特点常用品种适用场合石油型应用最为广泛，约占90%以上普通液压油L-HL抗磨液压油L-HM低温液压油L-HV不同压力等级和温度环境合成型耐高温、抗燃水-乙二醇液L-HFC磷酸酯液L-HFDR高温易燃场合乳化型含水、抗燃水包油L-HFA油包水L-HFB高温易燃场合选用时需综合考虑系统工作压力、环境温度、防火要求等因素，进行技术经济分析。3.传动系统污染控制污染物的来源液压油的物理性质及选用据统计，超过75%的液压系统故障都是由油液污染引起的。污染物主要来源于四个方面：1新油本身携带的污染物2系统残留的加工杂质3外部侵入的灰尘水分4系统内部生成的磨损颗粒液压过滤器滤芯污染物的危害与评定液压油的物理性质及选用污染物的危害污染物会加速元件磨损、堵塞阀芯间隙，严重影响系统性能和使用寿命。污染程度评定▪检测方法：通常采用测量法或颗粒计数法进行污染程度测定；▪评定标准：参照GB/T14039-2002国家标准或美国NAS1638标准进行污染等级评定。污染控制体系定期油液检测掌握污染程度精细过滤拦截颗粒污染物及时换油降低污染危害工作介质的污染控制液压油的物理性质及选用系统化的管理措施彻底清洗新系统投入使用前彻底清除加工残留物和装配杂质密封防护重点防范外部污染物侵入，注意油箱呼吸口、活塞杆等部位精细过滤在系统关键位置配置适当精度的过滤器，拦截颗粒污染物控制油温避免高温加速油液氧化变质定期检测按GB/T14039标准评估污染等级，超标应立即更换液压密封件谢谢聆听液压传动的流量液压与气动目录CONTENTS流量和平均流速01液流的连续性021.流量和平均流速学习目标与课程导入液压传动的流量学习目标1掌握流量和平均流速的概念；2掌握液流的连续性。课程导入在液压传动系统中，流量和平均流速是描述油液流动状态的两个核心参数。流量直接决定液压执行元件的运动速度，是系统设计和调试的重要依据。流量的定义液压传动的流量流量的定义▪流量是指单位时间内流过管路或液压缸某一通流截面的油液体积，用符号qV表示；▪常用单位是L/min，换算关系为1m³/s=6×10⁴L/min；▪流量直接决定液压执行元件的运动速度，是系统设计和调试的重要依据。

流量计算公式油液在管路中流动平均流速液压传动的流量实际流速分布由于油液具有粘性，实际流动时管路截面上各点的流速呈抛物线分布：管壁处流速为零，中心处流速最大。平均流速为便于工程计算，引入平均流速的概念，即假设整个通流截面上流速均匀分布。该公式建立了流量、流速和通流面积三者的定量关系，是液压系统分析和设计的基础公式。

平均流速公式（A为通流截面积）液压泵站液压缸中的流速液压传动的流量活塞速度与流速的关系在液压缸中，活塞的运动速度就等于缸内油液的平均流速，这一关系在实际应用中非常重要。调节活塞速度的途径改变流量例如使用节流阀调节进入液压缸的流量调整活塞有效作用面积改变活塞有效作用面积实现速度调整系统设计中的应用液压传动的流量流量的设计思路执行机构要求的运动速度反推出所需的流量确定液压泵的排量和管路尺寸流速的选择也需合理：过高会导致压力损失增大，过低则可能影响系统响应速度。管路中的允许流速范围管路类型允许流速范围吸油管路0.5～1.5m/s压油管路3～6m/s回油管路1.5～2.5m/s2.液流的连续性液流连续性原理液压传动的流量液流连续性原理液流连续性原理是液压传动中的重要基础理论：当理想液体（通常油液可视为不可压缩）在无分支管路中稳定流动时，通过任一通流截面的流量都相等。它揭示了液压系统中流速与通流面积的反比关系：管路较细处流速增大，管路较粗处流速减小。

连续性方程（A为通流面积，v为平均流速）管路较细→流速增大管路较粗→流速减小实例：液压千斤顶液压传动的流量已知条件

计算过程泵的排出流量

由连续性原理

液压缸活塞上升速度

管路截面A₄处流速

液压千斤顶结构图计算结果分析液压传动的流量计算结果表明▪虽然系统中各处的通流面积不同，但流量保持恒定；▪面积较小的管路处，流速明显增大；▪面积较大的液压缸处，流速显著降低。流速与截面积的关系截面大·流速小截面小·流速大工程意义液压传动的流量工程意义▪流速变化关系直接影响系统的压力分布和能量转换，是液压系统设计和分析的重要依据；▪实际工程中，需要根据连续性原理合理设计管路尺寸；▪既要保证足够的流量以满足执行机构速度要求，又要控制流速在合理范围内，以避免过大的压力损失。液压系统设计实例课程小结液压传动的流量本课要点流量

平均流速

液流连续性

谢谢聆听液压传动的压力液压与气动目录CONTENTS压力的形成01公称压力03压力的传递021.压力的形成学习目标与课程导入液压传动的压力学习目标1掌握液压传动系统中压力的形成；2掌握液压传动系统中压力的传递。课程导入液压传动系统中压力的形成与传递是系统工作的核心原理。压力主要由外力作用产生，油液自重的影响通常可以忽略不计。压力的产生液压传动的压力压力的产生过程▪当外力F作用于密闭液压缸中的活塞时，油液处于被挤压状态；▪油液同时产生一个大小相等、方向相反的反作用力Fp；▪根据帕斯卡原理，这种压力会在密闭液体中均匀传递。

压力的定义：单位面积上所受的作用力p——压力（Pa）；F——外力（N）；A——活塞有效作用面积（m²）压力的分级液压传动的压力压力的五个等级在液压系统中，通常使用相对压力（表压力）来表示压力大小。按照国家标准，液压系统的压力分为五个等级：压力等级压力范围低压≤2.5MPa中压＞2.5～8.0MPa中高压＞8.0～16.0MPa高压＞16.0～32.0MPa超高压＞32.0MPa压力表指示系统压力能量转换与压力特性液压传动的压力压力形成中的能量转换外力做功·机械能油液受压·压力能执行机构·机械能外力通过活塞对油液做功，将机械能转换为液体的压力能；压力能在系统中传递，最终在执行机构处重新转换为机械能。压力的重要特性▪压力的大小取决于外力与承压面积的比值，而与油液的体积无关——这是液压系统“以小博大”实现力放大的理论基础。2.压力的传递静压传递原理（帕斯卡原理）液压传动的压力帕斯卡原理静压传递原理（帕斯卡原理）是液压传动的核心理论基础：密闭容器中静止油液任意一点的压力变化会等值传递到液体各点。两个重要特征特征一静止油液中任一点所受各方向压力相等特征二压力始终垂直指向承压表面帕斯卡原理的典型应用液压传动的压力液压千斤顶

力的放大关系——这就是千斤顶能用较小人力顶起重大物体的原理。液压千斤顶结构图压力与负载的关系液压传动的压力压力的建立过程负载为零油液可自由流动，系统压力为零存在负载F油液受挤压产生压力p=F/A，恰好克服负载使活塞运动活塞受阻压力将急剧升高液压系统的压力并非由液压泵产生，而是取决于负载大小——这是液压传动的基本特性。并联负载与溢流阀液压传动的压力并联负载下的压力调节▪系统压力低于溢流阀设定压力pc时，油液全部进入液压缸；▪负载增大使压力达到pc时，溢流阀开启，限制压力继续升高；▪液压系统的工作压力总是自动与最大负载相匹配；▪溢流阀起到安全保护作用，防止压力过高损坏系统。这一特性使液压系统能够自适应不同工况，同时确保运行安全。液压泵站（含溢流阀）公称压力液压传动的压力公称压力液压传动系统及元件的公称压力是设计和选型的重要依据。根据GB/T2346-2003标准，公称压力是指系统和元件在正常工作条件下能够连续运转的最高工作压力，超过此值即视为过载。优先选用的公称压力值（kPa）1.01.62.54.06.31016254063100160250课程小结液压传动的压力本课要点压力的形成

压力的传递

压力与负载系统压力取决于负载大小；公称压力按GB/T2346-2003选用谢谢聆听压力、流量损失和功率计算液压与气动目录CONTENTS液压传动的压力损失01液压传动功率的计算03液压传动的流量损失021.液压传动的

压力损失学习目标与课程导入压力、流量损失和功率计算学习目标1掌握液压传动的压力损失；2掌握液压传动的流量损失；3掌握液压传动功率的计算。课程导入液压传动系统中的压力损失和流量损失是影响系统效率的重要因素。功率计算则是系统设计和电机选型的关键环节。本节课学习两类损失的成因、估算方法与功率的计算。液压泵站液阻与压力损失压力、流量损失和功率计算压力损失的产生▪压力损失主要由液阻引起：由于油液具有粘性，流动时油液分子间及油液与管壁间会产生摩擦阻力；▪由于液阻和管路形状的影响，油液从A处流向B处时会产生压力差Δp=pA-pB，Δp就称为这段管路中的压力损失。压力损失的分类沿程损失发生在直管路中；与流速、粘度、管长成正比，与管径成反比。局部损失产生于管路弯曲、截面突变及阀口等部位；在复杂管路系统中往往成为主要损失来源。危害与减少措施压力、流量损失和功率计算过大的压力损失过大的压力损失会导致功率浪费、油温升高、粘度下降和泄漏增加，严重时甚至引发元件卡死。减少损失的措施1控制流速2优化管路布局3适当增大管径液压管路布置压力近似估算压力、流量损失和功率计算液压泵最高工作压力液压泵最高工作压力可通过近似公式估算，其中压力损失系数K压取1.3～1.5，系统越复杂取值越大。

压力近似估算公式理解并控制压力损失，对保证液压系统高效稳定运行具有重要意义。2.液压传动的流量损失泄漏流量损失压力、流量损失和功率计算流量损失的产生液压传动系统中的流量损失主要由泄漏引起，包括两种形式：内泄漏高低压腔之间的泄漏外泄漏系统内部到外部的泄漏泄漏这种流量损失会降低系统效率，导致液压泵输出流量不能完全用于执行元件工作。液压缸密封件泄漏原因与估算压力、流量损失和功率计算泄漏产生的原因泄漏产生的原因主要有两个：压力差驱动和相对运动造成。泄漏的控制需严格把控配合间隙尺寸，确保液压缸活塞与缸筒、阀芯与阀体等运动部件的同轴度，以减小环状间隙泄漏量。

液压泵输出流量估算（泄漏系数K漏取1.1～1.3，系统越复杂取值越大）3.液压传动功率的计算功率计算公式压力、流量损失和功率计算功率计算的意义液压传动功率计算是系统设计和电机选型的关键环节。液压缸输出功率

p缸为工作压力，qV缸为流量液压泵输出功率

对于定量泵，q泵即为其额定流量液压缸输出功率由工作压力和流量决定，液压泵输出功率同理，二者是功率匹配计算的基础。泵的效率与电机功率压力、流量损失和功率计算效率与电机功率计算考虑泵的容积效率和机械效率，驱动电机功率需大于泵的输出功率。液压泵的总效率η总=p泵/P电。总效率η总取值因泵类型而异，计算电机功率时应按所选泵型取值。

驱动电机功率计算公式各类泵的总效率η总泵类型η总齿轮泵0.63～0.80叶片泵0.75～0.85柱塞泵0.80～0.90例题解析（一）压力、流量损失和功率计算已知条件

流量计算

压力计算

例题解析（二）压力、流量损失和功率计算泵的选型与结果

系统功率匹配的设计思路执行元件参数反推泵参数确定电机功率从执行元件参数反推泵参数、再确定电机功率，是液压系统功率匹配的典型范例。谢谢聆听液压冲击和空穴现象液压与气动目录CONTENTS掌握液压冲击现象01掌握空穴现象现象02两大典型问题，直接影响液压系统的稳定性和元件寿命。1.液压冲击液压冲击的定义与成因液压冲击和空穴现象定义液压冲击是液压系统中油液压力瞬间急剧上升的现象，对系统危害极大。产生原因通常由液流速度突变引起，导致压力瞬时升高。快速关闭阀门突然改变液流方向液压冲击液压系统液压冲击的危害液压冲击和空穴现象引发振动和噪声冲击引发系统振动和噪声，恶化工作环境。损坏液压元件损坏密封装置和管路等液压元件。控制元件误动作可能造成压力继电器、顺序阀等控制元件误动作。上述危害会严重影响系统正常运行，必须加以预防。液压冲击的预防措施液压冲击和空穴现象预防关键：减缓液流速度变化的剧烈程度，延长速度变化的时间。1缓慢操作阀门：阀门应缓慢开启或关闭，避免快速动作。2限制液流速度：管路中液流速度一般控制在5m/s以下。3设置蓄能器和安全溢流阀：蓄能器吸收压力冲击波，溢流阀及时泄压。4增设缓冲装置：如设置节流孔，减缓油液流速变化率。蓄能器综合应用与工程注意液压冲击和空穴现象措施综合应用各项措施综合应用，能显著降低液压冲击的危害，保障系统稳定可靠运行。工程实践注意实际工程中，需特别注意高压大流量系统的防护设计。这类系统的液压冲击能量更大，可能造成的破坏也更严重。2.

空穴现象空穴现象的定义液压冲击和空穴现象定义空穴现象是指液压系统中局部压力骤降至低于空气分离压时，溶解在油液中的空气迅速析出形成气泡的现象。易发部位常见于阀口和液压泵吸油口等流速突增、压力骤降的部