液压传动概述课件

1、液压与气压传动（HYDRAULICANDPENUMATICTRANSMISSION）,1. 课程性质 2. 课程目的与任务 3. 教学内容与学时安排 4. 考核与成绩评定 5. 教材及参考书,1,学习交流PPT,1.课程性质 机械电子工程专业一门重要的专业课程。 先修课程：工程制图，机械制造技术基础，机械设计基础等,2.课程目的与任务 掌握液压与气压传动必要的理论知识。 掌握液压与气压传动元件的结构、工作原理及性能，并能合理选用。 掌握液压与气压传动典型基本回路的组成、工作原理与特点，并能合理选用。 具备对液压与气压系统初步的分析与应用能力，为今后进一步应用液压与气压传动技术打好基础。,2,学

2、习交流PPT,3.教学内容与学时安排,3,学习交流PPT,4.考核与成绩评定 考核性质：考试课，百分制 考核形式：闭卷，笔试 成绩评定方法：期末总评成绩平时成绩20实验成绩10期末成绩70 补考成绩=平时成绩20实验成绩10期末成绩70,5.教材及参考书 【1】游有鹏.液压传动与气压传动，科学出版社，2008年第1版 【2】左健民.液压与气压传动,机械工业出版社,2001年第2版 【3】章宏甲.液压传动，机械工业出版社，2009年第2版。 【4】李兵.液压与气压传动，华中科技大学出版社，2012年第1版。,4,学习交流PPT,1 液压传动概述,1.1 液压传动的定义及工作原理 1.2 液压传动

3、系统组成及表示方法 1.3 液压传动的特点 1.4 液压传动的发展概况及应用 1.5 液压传动的工作介质,5,学习交流PPT,1.1 液压传动的定义及工作原理,1.1.1 液压传动的定义,传动类型,机械传动,电气传动,流体传动,液体传动,气体传动,液压传动,液力传动,利用液体的压力能传递能量。,利用液体的动能传递能量。,通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。,利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。,液压传动,液力传动,6,学习交流PPT,液压传动：用液体作为工作介质实现能量传递的传动方式称为液压传动。 液压传动系统：是由一些功能不同的液压元件组成

4、，在密闭的回路中依靠运动的液体进行能量传递，通过对液体的相关参数（压力、流量）进行调节和控制，以满足工作装置输出力、速度（或转矩、转速）的传动装置。,7,学习交流PPT,古老的液力传动系统,8,学习交流PPT,液力变矩器,9,学习交流PPT,齿条千斤顶,螺旋千斤顶,1.1.2 液压传动的工作原理,液压千斤顶,10,学习交流PPT,1.1.2 液压传动的工作原理,液压千斤顶常用于顶升重物，如顶起汽车以便拆换轮胎,液压千斤顶,11,学习交流PPT,12,学习交流PPT,1杠杆手柄 2小油缸 3小活塞 4、7单向阀 5吸油管 6、10管道 8大活塞 9大油缸 11截止阀 12油箱,液压千斤顶结构简图

5、,13,学习交流PPT,（1）液压传动以液体作为传递运动和动力的工作介质。 （2）必须经过两次能量转换：机械能转换为液压能，液压能再转换为机械能。 （3）油液必须在密闭容器（系统）内传递，而且必须有密闭容积的变化。,小结：,液压千斤顶的简化模型,14,学习交流PPT,帕斯卡原理“在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点”,结论：工作压力取决于负载，而与流入的液体多少无关。,1. 力比关系（压力与负载 ）,1.1.3 液压传动的三个重要关系,液压千斤顶的简化模型,15,学习交流PPT,2. 运动关系（速度与流量）,A1h1=A2h2,流量q (Ah/t):单位时间内流过某一截

6、面积为A的流体体积,q=Av,q=A1v1=A2v2,若已知进入缸体的流量q，则活塞运动速度为：,结论：“活塞的运动速度v取决于进入液压（气压）缸（马达）的流量q，而与液体压力p大小无关”。,16,学习交流PPT,F1v1=Wv2 P=pA1v1=pA2v2=pq 压力p和流量q是流体传动中最基本、最重要的两个参 数，它们相当于机械传动中的力和速度，它们的乘积 即为功率。,3. 功率关系（能量转换）,17,学习交流PPT,1.2.1 液压传动系统组成,1.2 液压传动系统组成及表示方法,磨床工作台液压传动系统,18,学习交流PPT,半机构图,原理图,磨床工作台液压传动动画演示,19,学习交流P

7、PT,工作台右移,工作台左移,20,学习交流PPT,工作台的换向控制：换向阀-阀芯左位和右位 工作台移动速度控制：节流阀-阀口开度大小 系统工作压力的调节与稳定、过载保护：溢流阀,21,学习交流PPT,一个完整的液压传动系统，由以下五个主要部分来组成： 动力装置：是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。 执行装置：是把液压能转换成机械能的装置。包括液压缸和液压马达。 控制调节装置：是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。包括压力、流量、方向等控制阀。 辅助装置：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。

8、 工作介质：传递能量的流体，即液压油等。,22,学习交流PPT,液压泵,23,学习交流PPT,液压缸,24,学习交流PPT,液压控制阀,25,学习交流PPT,辅助装置,管路与接头,蓄能器,滤油器,26,学习交流PPT,参见附录 常用液压与气动元件图形符号（GB/T786.1-1993） (1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。 (2)元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。 (3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。,1.2.2 液压传动系统的表示方法,2

9、7,学习交流PPT,1.3 液压传动的特点,(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。

10、 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。,优点：,28,学习交流PPT,(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 (5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 (6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 (7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。,29,学习交流P

11、PT,(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。 (2)液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。 (3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。 (4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。 (5)液压系统发生故障不易检查和排除。 总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。,缺点：,30,学习交流PPT,液

12、压传动功率损失及效率,31,学习交流PPT,各种传动方式的主要传动特性比较,32,学习交流PPT,液压传动特点口诀,优点：,功率大来重量轻，大力大矩显威风 运动平稳响应快，无级调速显神通 操作简单自动化，过载保护它更行 元件标准系列化，散热润滑也出名 难保严格传动比，液压不宜远距离 元件精度要求高，温度影响需注意 信号传递不如电，液压介质很娇气 总的效率比较低，找到故障较费力,缺点：,33,学习交流PPT,机、电、液一体化的体现,34,学习交流PPT,1.4.1 液压传动的发展概况,第一阶段,第二阶段,第三阶段,液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有2

13、00多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓慢，几乎停滞。,上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。,上世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域。,1.4 液压传动的发展概况及应用,35,学习交流PPT,国内发展概况,我国液压与气动技术从上世纪60年代开始发展较快，新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。,总之：从蓝天到水下，从军用到民

14、用，从重工业到轻工业，到处都有流体传动与控制技术。,36,学习交流PPT,向着高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向着用计算机控制的机电一体化方向发展。,发展趋势,37,学习交流PPT,液压传动在各类机械行业中的应用实例,1.4.2 液压传动的应用,38,学习交流PPT,挖掘机,推土机,39,学习交流PPT,港口机械,筑路机,40,学习交流PPT,航空航天,41,学习交流PPT,汽车大梁液压机,42,学习交流PPT,注塑机,自动生产线,43,学习交流PPT,铣床,精密机床,44,学习交流PPT,小松挖掘机主液压泵,船闸,45,学习交流PPT

15、,汽车ABS防抱系统,46,学习交流PPT,气动系统在自动生产线的应用,47,学习交流PPT,1.密度 单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为，质量为的液体的密度为 矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小，随压力的提高而稍有增加，但变动值很小，可以认为是常值。 我国采用摄氏20度时的密度作为油液的标准密度。 石油基液压油的密度20850-900kg/m3,1.5.1 液压油的主要特性,1.5 液压传动的工作介质,48,学习交流PPT,2.可压缩性 压力为0、体积为0的液体，如压力增大时，体积减小，则此液体的可压缩性可用体积压缩系数 ，即单位压力变化下的体积相对变化量来表示 由于压力增大时

16、液体的体积减小，因此上式右边须加一负号，以使成为正值。液体体积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量，简称体积模量。即= 的单位为“m2/N”,K的单位为：“N/m2” 、或 “ MPa ”,49,学习交流PPT,石油基液压油的体积弹性模量K（1.42.0）103 MPa，钢铁的体积弹性模量K（2.1）105MPa，可见油液的可压缩性是钢的100 170倍。 石油基液压油的可压缩性对液压系统性能影响不大，但在高压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时，则必须予以考虑。,石油基液压油的体积弹性模量与温度和压力有关：温度升高时，K值减小，在正常工作温度范围内，K值会有525的变化； 压力增加时

17、，K值增大，但这种变化不呈线性关系，当p3MPa时，K值基本上不再增大。,50,学习交流PPT,3.闪火点 油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。,51,学习交流PPT,4.粘性（黏性） （1）粘性的定义 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相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。 液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。 液压油粘性对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、 漏油及泵的吸入性影响很大。,52,学习交流PPT,（2）牛顿内摩

18、擦定律 粘性使流动液体内部各处的速度不相等，若两平行平板间充满液体，下平板不动，而上平板以速度u0向右平动，由于液体的粘性作用，紧靠下平板和上平板的液体层速度分别为零和u0。而中间各液层的速度则视其距下平板的距离按线性规律变化。,53,学习交流PPT,通过实验测定得出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ft，与液层接触面积、液层间的速度梯度 成正比，即,如以表示剪应力，即单位面积上的内摩擦力，则有：,-比例常数。称为粘性系数或粘度du/dy为速度梯度。,54,学习交流PPT,动力粘度：又称绝对粘度。,单位为Pas(帕秒)，以前沿用的单位为P(泊，dynescm2 )和cP(厘泊),单位的换算关系：

19、 1cP 102P103Pas 即 1厘泊 102泊103 帕秒,物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力。,（3）粘性的度量（动力粘度和运动粘度v）,55,学习交流PPT,由式,可知在静止液体中，速度梯度为,所以其内摩擦力为零，因此静止液体不呈现粘性，液体只在流动时才显示其粘性。,56,学习交流PPT,运动粘度：液体动力粘度与其密度之比称为运动粘度即,运动粘度的单位：在国际制单位中为m2/s; 在CGS中，用cm2/s（st斯）,或mm2/s（cst厘斯）。1m2/s104 st106 cst。,运动粘度没有明确的物理意义。因为其量纲中具有运动学中“米”和“秒”，

20、所以称为运动粘度。,57,学习交流PPT,过去我国生产的液压油采用其在50时的运动粘度的平均值厘斯数作为其标号（例如20号机械油在50时的平均运动粘度为20厘斯），我国现行的机械油品的牌号仍是用其在40时的运动粘度的平均值来表示。（例如LHM46表示在40的运动粘度的平均值为46厘斯；又如某一种牌号L-HL22普通液压油在40时运动粘度的中心值为22mm2/s（厘斯）。 国际标准也是按运动粘度值来划分油液的粘度等级的。,老牌号20号液压油，指这种油在50时的平均运动粘度为20 cst。 新牌号LHL32号液压油，指这种油在40时的平均运动粘度为32cst。,58,学习交流PPT,液压油的其他特

21、性： 稳定性（氧化稳定性、热稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等） 抗泡沫性 抗乳化性 防锈性润滑性 相容性（对所接触的金属、密封件材料、涂料等作用程度）等。,59,学习交流PPT,影响粘度的因素-温度(液压油的粘温特性),液体的粘度对温度的敏感性很强，温度略升高，粘度即显著降低。,粘度与温度的关系,60,学习交流PPT,润滑油的温度指数,液体的粘温特性常用粘度指数来度量。 表示该液体的粘度随温度变化的程度与标准液的粘度变化程度之比。 通常在各种工作介质的质量指标中都给出粘度指数。 粘度指数越高，说明粘度随温度变化越小，其粘温特性好。,61,学习交流PPT,温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、

22、效率降低等问题； 温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵转动不易等问题。 如运转时油液温度超过57，就必须加装冷却器，因油温在57 以上，每超过10，油的劣化速度就会加倍。,62,学习交流PPT,压力增大时，液体分子间的距离缩小，内聚力增加，粘度也会有所增大。 压力对粘度的影响可用下式计算：,影响粘度的因素-压力,式中 p 液体的压力； p 压力在p时液体的运动粘度； a 大气压力下液体的运动粘度； e 自然对数的底； c 系数，对石油基液压油，c0.0150.035。,63,学习交流PPT,由式中可以看出（c很小）压力对液压油粘度的影响很小，可以忽略不计。 当压力大于50MPa时，其影响才趋于显著。,64,学习交流PPT,液压工作介质所具备的功能 传动 把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件； 润滑 润滑液压泵、液压阀、液压执行元件等运动件； 冷却 吸收并带出液压装置所产生的热量； 防锈 防止液压元件所用各种金属的锈蚀。,1.5.2 液压油的选用,65,学习交流PPT,1.液压工作介质选用基本要求 （1）可压缩性小。可压缩性尽量小，使反应性好； （2）粘性。温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性好； （3）润滑性能。对液压元件滑动部分充分润滑； （4）