液压与气压传动课件11699

1、液压与气动传动，课件制作人：田建，北京联合大学，液压与气动传动是一种以流体(液压油或气体)为工作介质进行能量传递和控制的传动形式。课程内容，液压传动，流体力学基础，液压元件和附件，基本回路，气动传动，气体基本知识，气动元件和附件，基本回路，第1章：简介，内容，第2章：液压流体力学基础，第3章：液压泵和马达，第4章：液压缸，第5章：液压控制阀，第6章：液压辅助装置，第7章：液压基本回路，第8章：液压系统，第9章：液压系统的设计和计算，第10章：气动基础和元件， 第11章气动基本回路和气动系统，1.1液压和气动传动的应用和发展，1.2液压和气动传动的工作原理，1.3液压和气动传动的组成，1.4液压

2、和气动传动的优缺点，第1章介绍，液压和气动传动的介绍，研究对象：它是基于加压流体(液压流体或其本质是能量转换)。 即机械能-压力能-机械能学习方法：模拟电气设备：电子元件电路系统；液压系统：液压和气动元件回路系统；制造设备的通用传输模式；机械传动：通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等将动力直接传递给执行机构的传动方式。(最早出现于17世纪)电力驱动：一种利用电力设备通过调整电气参数来传输或控制电力的传输方式。(出现于100年前)流体传动：(1945年，第二次世界大战后期，液压和气动传动蓬勃发展)流体传动：液压传动利用流体静压来传递动力。液压传动利用液体流动的动能来传递动力。气体传动：气动传动、气动传动

3、、液压传动的工作原理：运动和动力的传动方式可以利用液体压力(动画)来实现。从帕斯卡原理出发，当力平衡时(动画):P，液压系统的压力，分析：当两个液压缸的活塞面积不变时，载荷F2的变化将导致P的变化，即液压系统的压力取决于外部载荷。第一个特征：液压系统的压力取决于外部负载。假设大液压缸和小液压缸的活塞面积分别为A2和A1。大液压缸上的载荷为F2，作用在小液压缸上的力为F1。1动力传动，第1章介绍，2运动传动，如果设置：大液压缸和小液压缸的平均活塞位移速度分别为v2和v1。由于从小液压缸排出的液体量等于进入大液压缸的液体量，所以有：q，分析：液压传动是通过封闭工作容积等变原理实现的，改变进入大液压

4、缸的流量q可以改变其活塞的运动速度v2。第二个特点：液压传动的速度取决于流量。从以上分析可知，系统的工作压力取决于负荷，而与流量无关。当A2 A1时，只要施加很小的力F，重物就能被举起，这就是液压千斤顶的原理。压力和流量是液压系统的两个基本参数。1.3液压和气动传动的组成(以图示的磨床工作台为例)，第1章绪论，1.3液压和气动系统的组成，其中能量装置的机械能转化为液压能(液压泵或空气压缩机)；执行器的压力能可以转化为机械能输出(液压缸、马达)；控制元件控制和调节流体的压力、流速和流动方向(各种阀门)；油箱、管件等辅助部件。第一章绪论，第一章绪论，历史：帕斯卡原理1650年第一台液压机(英国)1

5、795年，发展：二战及战后，目前：液压技术，传感技术和微电子技术的结合，以及机械(液压)和电气一体化部件的出现未来：液压与计算机的结合，如计算机辅助设计、计算机辅助测试和计算机实时控制。国家标准GB/T786-93第1章导言1.4液压和气动传动的优缺点：1)体积小、重量轻、结构紧凑(指液压传动)，制定了液压和气动系统的应用和发展、液压系统的功能符号和“气动和液压”的图形符号标准。2)影响很小。3)实现大范围无级调速。4)操作简单省力。5)过载保护容易实现。6)自润滑，使用寿命长。7)易于实现标准化、系列化和通用化。第一章引言，第一章引言，缺点：1)不能保证精确的传动比(由泄漏和压缩性引起)。2

6、)传输效率低，不适合长距离传输。3)对温度敏感。4)制造精度高，价格高。5)应该有独立的能源。6)易泄漏和污染(指液压系统)。7)失败不容易消除。1.4液压和气动传动的优缺点，液压和气动传动的应用，工程机械，机器人，隧道工程，采矿，道路交通工程机械，压路机，挖掘机，铲车，液压和气动传动的应用，第2章，液压流体力学基础，2.1液压油，本章重点介绍：流体粘度的意义和测量，理解帕斯卡原理，连续性方程的意义和应用，薄壁孔口的流量和压力关系。本章的难点：管道的水力阻力特性、动量方程、孔口流量。节流孔是流体控制的基本单元。为了深入了解各种孔口流量与压力的关系，安排了水力阻力特性实验。2.2流体静力学、2.

7、3流体动力学、2.4管道流动、2.5孔口流动、2.6间隙流动、2.7液压冲击和气蚀、第2章液压流体力学基础、各种液压泵的适用粘度范围、第2章液压流体力学基础、2.2流体静力学、静压及其特性；静压基本方程；帕斯卡原理；固体壁上的静压力。第2章，液压流体力学基础，1。静压及其特性：1)液体的静压，单位面积内液体的法向力称为静压。(A 0)如果液体面积A上的力F是均匀分布的，则静压可以表示为：静水压力在物理学中称为压力，在实际工程应用中也称为压力。第2章，液压流体力学基础，2)静水压的特性静水压垂直于轴承表面，方向是表面的法线方向。液体中任何一点的静压力在所有方向上都是相等的。第二章，液压流体力学基

8、础，2。静压基本方程，图2-2，静压分布规律，重力作用下静液压力的分布特征：静液中任何粒子的总能量p/g h保持不变，即能量守恒。任何一点的压力由两部分组成：液面压力p0和自重形成的压力gh。离液面相同深度的各点压力相等，所有压力相等的点形成一个等压面，静止液体在重力作用下的等压面是一个水平面。在液压流体力学基础的第二章中，液体中的压力与液体的深度h成正比。第二章，液压流体力学基础，3。压力的表达式和单位，绝对压力：基于绝对真空测量。相对压力或表压：根据大气压力测量。真空度：绝对压力小于大气压时的压力值。绝对压力大气压力表压绝对压力大气压力真空大气压力绝对压力单位：Pa Pa (N/m2)，M

9、Pa，Mpa，第2章，液压流体力学基础，插图是应用帕斯卡原理的一个例子：作用在大活塞上的载荷F1形成液体压力：p=F1/A1为了防止大活塞下降，应该施加在小活塞上的力：F2=pA2=F1A2/A1。在封闭的容器中，施加在静态液体上的压力可以传递帕斯卡原理，第二章，液压流体力学基础，当固体壁是平面时，平面内液体压力的合力等于液体压力与平面面积的乘积，例如，液压缸施加的力：5。静压力对固体壁和液体对固体壁施加的力。当固体壁是曲面时，液体压力在某一方向上施加的总力等于液体压力与曲面在该方向上的投影面积的乘积。计算液压沿X方向作用在半圆筒内壁上的力。解决方法：通过D的一段圆弧可视为沿圆柱体长度方向的矩

10、形：(半圆柱体内壁在X方向的投影面积)，沿X方向的力为：第二章，液压流体力学基础，流动连续性方程、伯努利方程、动量方程的基本概念，研究液体流动时速度和压力的变化规律。2.3流体力学，第2章，液压流体力学基础，恒定流：当液体流动时，液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间变化，这称为恒定流。也称为稳定流或非时变流。(恒定流演示)，平均流速：假设流动截面上每个点的流速均匀分布，平均流速为v=q/a。理想液体：假设流体既不是粘性的也不是不可压缩的，称为理想液体。通流部分：垂直于流动方向的部分，也称为过流部分。流量：单位时间内流经某一横截面的液体量。流速用q表示，单位为m3/s或L/min。1.流体

11、力学的基本概念；2.流动连续性方程，它是流体力学中质量守恒定律的表达式。根据质量守恒定律：1v1 A1=2v2 A2，不考虑液体的可压缩性，则：1=2，因此得到q=v A=常数，流动连续性方程表明，在恒定流中，不可压缩流体流过每个截面的流量是常数。因此，流速与流动横截面的面积成反比。假设液体在管道中不断流动，第2章是液压流体力学的基础，第2章是液压流体力学的基础，1)理想流体的伯努利方程，伯努利方程是流体力学中能量守恒定律的表达式。伯努利方程表明，压力能、势能和动能可以相互转换，但它们的总和保持不变，即能量守恒。第二章，液压流体力学的基础，2)实际流体的伯努利方程，它具有粘性和流动时的能量损失

12、；实际速度被平均速度代替，平均速度是动能修正系数，在湍流中取=1.1，在层流中取=2。实际计算通常需要=1。第2章，液压流体力学基础，示例1。如图所示，一个简单的热水器在它的左端连接一个冷水管，在它的右端连接一个淋浴头。给定A1=A2/4和A1，h值，当冷水管道中的流量达到时，热水可以泵送吗？解：伯努利方程p1/g v12/2g=p2/g v22/2g沿冷水流向。如果你想吸入热水，你可以得到HV12/2g=(V1/4)2/2g v1=(32g h/15)1/2 q=V1a 1=(32g h/15)1/2 A1，3)伯努利方程应用示例，第2章，液压流体力学基础，列出了11和22个伯努利方程，其中

13、p1为大气压力pa，v1为液面速度为零，v2为吸油管速度，hw为吸油管损失。在例2中，用伯努利方程分析了油泵正常吸油的条件，然后，在第二章液压流体力学的基础上，泵吸油口的真空度由三部分组成：1)提高h高度所需的压力；2)达到速度v所需的压力；3)吸油管压力损失。为了降低泵口的真空度，采取了如下措施：1)增大吸油管直径，降低v；2)缩短吸油管长度，减少弯头，减少p；3)降低安装高度和高度。在第2章“液压流体力学基础”中，作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面的液体和流入控制表面的液体之间的动量差。注意动量方程的应用：f和u是，4。动量方程，F=q(v2 cos 2-v1 co

14、S1)2 90 F=qv 1 co S1阀芯到液体F=-F=qv 1 co S1液体到阀芯，例如，计算液体流过滑阀时阀芯上的轴向力。在第二章，液压流体力学的基础，很明显，液体流动有一个力试图关闭阀口，这就是所谓的水动力。第二章，液压流体力学基础，研究液体在管道中流动的能量损失。主要内容：沿流型和雷诺数的局部压力损失，2.4液体流动中的压力损失，第2章，液压流体力学基础，1。流态和雷诺数(动画)，第2章，液压流体力学基础，1)流态通过实验发现，液体在管道中流动时有两种流态。低层流速度、高湍流速度和惯性力液体的流动状态由雷诺数Re来判断。2)雷诺数实验表明，雷诺数是无量纲的，如果液体流动的雷诺数相

15、同，其流动状态也相同。3)临界雷诺数一般来说，液体从湍流变为层流的雷诺数是判断液体流动形态的依据，称为临界雷诺数，记录为Recr。当回流时，它是层流；当逆风时，它是汹涌的。4)普通液体流动管道的临界雷诺数(见表21)，第2章，液压流体力学基础，2。沿程压力损失，即液体在等直径管道中流动时由摩擦引起的损失，称为沿程压力损失。由于液体的流动状态不同，沿途压力损失的计算也不同。第2章，液压流体力学基础，1)层流压力损失，1。流动截面上的速度分布规律，第2章，液压流体力学基础，2。流经管道，第2章，液压流体力学基础，3。管道中的平均速度，4。管道压力损失，第2章，液压流体力学基础，也可以写成：即，它是

16、管壁的绝对粗糙度，d是相对粗糙度。紊流阻力系数的具体值可在相关手册中找到。2)紊流中沿程压力损失，第2章，液压流体力学基础，3。当液体流过弯管、接头、阀口等时的局部压力损失p。液体速度的大小和方向发生变化，产生涡流和湍流，由此产生的压力损失称为局部压力损失p。局部压力损失的表达式为：其中：为局部阻力系数，具体数值可在相关手册中找到。在第二章，液压流体力学的基础中，整个液压系统的总压力损失应该是所有沿程压力损失和所有局部压力损失的总和。2.5液体流经小孔和缝隙的流速。“孔板流量”主要介绍孔板的流量公式和液体阻力特性。在第二章，液压流体力学的基础，一般来说，孔口的边缘被制成切削刃的形式。当液体通过管道从小孔流出时，由于液体的惯性，液体流过小孔形成收缩段，然后再次扩散，造成很大的能量损失。1.薄壁小孔，第2章，液压流体力学基础，完全收缩33，360 d/d7，液流收缩不受孔前通道的影响，称为完全收缩和不完全收缩33，360 d/d7。孔前