课题五液压传动知识.ppt

1、课题五 液压传动知识,5. 1 液压传动的基本知识 5. 2 液压动力元件和执行元件 5. 3 液压控制阀 5. 4 液压基本回路 5. 5 液压辅助元件 5. 6 汽车常用液压系统,5. 1 液压传动的基本知识,教学目标要求 1.能力目标要求 (1)能读懂液压传动常用图形符号 (2)能正确选用和使用液压油 2.知识目标要求 (1)掌握液压传动的基本知识和工作原理 (2)掌握液压传动的组成及其表达方式 (3)了解液压油的种类和性质,返回,下一页,5. 1 液压传动的基本知识,【案例导入5.1】 案例内容要求 (1)了解液压千斤顶的使用。 (2)掌握液压千斤顶的工作原理 案例分析 在汽修厂里，维

2、修人员从整车上拆装变速箱时，经常会看见他们将汽车用举升机升起，并用如图5-1所示的立式液压千斤顶在车底撑着变速箱进行作业，以防止变速箱从底盘拆下时因质量过重而突然掉落地面。这种液压千斤顶可升可降，若要它升起，只要不断地殊踏板即可，升起的速度与殊脚踏板的频率成正比;若要它降低，只需将踏板对面的放油阀旋转90o，它便会自动地缓慢下降，再回转90o，它便停止下降.,下一页,返回,上一页,5. 1 液压传动的基本知识,提出问题 液压千斤顶为何能顶起如此重的重物?它的工作原理是什么? 以液体为工作介质进行能量传递和控制的传动方式称为液体传动，它包括液压传动和液力传动。液压传动是利用密闭系统中的受压液体来

3、传递运动和动力的一种传动方式。液力传动是以液体动能进行工作，实现运动和动力的转换。由于液压传动结构简单、体积小、质量轻，能够在工作过程中实现无级调速，而广泛地应用在汽车、机床、工程机械等行业中。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,5.1.1 液压传动的工作原理和组成 1.液压传动的工作原理 图5-2所示为液压千斤顶的工作原理图，它由手动活塞液压泵和液压缸两大部分构成。大小活塞与泵体及缸体接触面之间要维持良好的配合，不仅使活塞能够移动，而且要形成可靠的密封。 举升重物时，放油阀8关闭，当提起杠杆1时，活塞3被带动上升，泵体2下油腔4的工作容积增大，形成局部真空，于是油箱6中的油

4、液在大气压力的作用下，推开单向阀5进入泵体2下油腔4，此时重物的重力作用于活塞11，因而油腔10中建立较大油压，使单向阀7保持关闭状态;当压下杠杆1时，活塞3下降，泵体2下油腔4的容积缩小，油液的压力升高，单向阀5在油压作用下关闭，腔内油压被密封，当杠杆,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,继续下压至可以克服重物的压力时，即当油腔4内油液压力升高到大于油腔10内的压力时，单向阀7被顶开，泵体2下油腔4的油液进入缸体12的下油腔10，迫使它的密封容积变大，从而推动活塞11向上运动，最终把重物13顶起。反复提压杠杆1，就可以使重物不断上升，达到起重的目的。显然，提压杠杆1的速度越快

5、，单位时间内压入油腔10中的油液越多，重物上升的速度就越快;重物越重，下压杠杆所需的力就越大，于是油压的压力就越大。 打开放油阀8(旋转90o)，油腔10中的油液在重物13和活塞11的重力作用下，流回油箱，活塞11下降并回复到原位。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,由以上所述可知，液压传动是一种以液体为传动介质，利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。它具有以下特点。 (1)将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能。 (2)由于液体只有一定的体积而没有固定的形状，所以液压传动必须在密闭的容器内进行。 (3)依靠密封容积的变化传递运动。 (4)依

6、靠压为的今什传涕动力。 图5-2所示的液压传动系统图，是一种半结构式的工作原理图，称为结构原理图。这种原理图直观性强、容易理解，但绘制起来比较麻烦。若将各种液压元件用规定的简化符号表示各种职能元件，则图5-2所,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,示液压传动系统可画成图5-3所示的简图。我国制定了此种图形符号的国家标准，即常用液压及气动图形符号(GB/T 786.1 -1993)，常用符号见附录A. 对于GB/T 786.1-1993的规定作如下说明。 (1)液压系统的图形符号，只表示零件的职能、连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示系统管路的具体位置及零件的安装

7、位置。 (2)符号表示的是元件的静止位置或零位置。当系统另有说明时，可作例外。 (3)符号在系统图中的布置，除有方向性的元件符号(如油箱、仪表等)外，根据具体情况可水平或垂直绘制。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,(4)元件的名称、型号和参数，一般在系统图的零件表中说明，必要时可以标注在元件符号旁边。 2.液压传动系统的组成 一般液压传动系统由五个部分组成，各部分的名称和所包含的主要液压元件及其作用见表5-1,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,5. 1. 2 液压传动的优缺点、应用及发展趋势 1.液压传动的优缺点 液压传动与机械传动、电气传动相比，具有以下

8、优点。 (1)单位功率的质量轻。在输出同等功率的条件下，液压传动的体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。如轴向柱塞泵的质量只是同功率直流发电机质量的10%20 %，外形尺寸只有后者的12%13% (2)液压传动能方便地实现无级调速，并且调速范围大。借助阀或变量泵、变量电动机可以实现无级调速，这是一般机械传动(小功率的摩擦传动除外)无法实现的，如磨床工作台的往复运动速度、高速轧钢机轧馄的间隙调整，都是采用液压传动实现无级变速的。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,(3)液压传动装置工作平稳、反应快、冲击小，能快速启动、制动和频繁换向。 (4)与微电子技术结合，易于实现自

9、动化。液压传动借助于各种控制阀，可实现机器运行的自动化，特别是采用微电子技术电液联合控制后，不但可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现远距离遥控。 (5)可实现过载保护。液压系统借助溢流阀等可自动实现过载保护，同时，因采用油液作为传动介质，相对运动表面间能自行润滑，故元件的使用寿命长。 (6)易获得很大的力和转矩，传动机构的布置方便、灵活。利用单向阀、止回阀等控制阀的作用，能使油液达到较大的压力，从而转换成很大的机械能向外输出。同时，借助油管的连接可以方便灵活地布置,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,传动机构，这是比机械传动优越的地方。执行元件可以布置得离原动机较远，方位

10、也不受限制。如在汽车上，制动系统、转向系统、离合器等采用液压控制系统之后，既实现了系统的有效控制，又利用其油管布置的灵活性充分利用了底盘有限的空间。 (7)由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。 液压传动的主要缺点有如下。 (1)液压传动不可避免地存在泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用。 (2)液压传动在工作过程中存在能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，因此其传动效率较低，一般为75%80 %，故不宜用于远距离,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,传动。而且泄漏要及时妥善处理，否则不仅污染场地，

11、而且若附近有火种存在时，还可能引起火灾和爆炸事故。 (3)液压传动对油温的变化比较敏感，原因是温度变化会引起液体茹性发生变化，使系统泄漏增加，执行元件的工作性能也变坏，因此，不宜在低温和高温条件下工作。 (4)为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此，液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感。 (5)液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既需要系统地掌握液压传动的理论知识，又要具有一定的实践经验。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,2.液压传动的应用和发展趋势 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力

12、机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,当前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度

13、集成化的方向发展。同时，随着微电子、计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，液压传动的发展也进入了一个崭新的阶段向用计算机控制的机电一体化方向发展。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,5. 1 .3 液压传动的主要参数 在液压系统中有两个重要参数:压力P和流量Q。 1.压力 压力是液体在静止状态下单位面积上所受到的法向作用力(即物理学中的压强)。 P=F/A (5一1) 式中 P压力，单位为Pa或N/m2 F作用力，单位为N; A作用面积，单位为m2,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,工程中常用的压力单位是MPa ,MPa=106 Pa=1 N/mm2

14、由液体静压力传递原理(帕斯卡原理)可知，在密封容器内的液体压力P能等值地传递到液体内部的所有各点，而在液压系统中执行元件(液压泵或液压电动机)的结构尺寸已确定，所以液压系统中的液体的工作压力取决于外负载。 例5-1图5-2所示的液压千斤顶中，若已知大活塞11的直径D = 34 mm ,小活塞3的直径d=12 mm，手在杠杆1右端的着力点到左端铰链的距离为750 mm，杠杆中间铰链到左端铰链的距离为25 mm，当被顶起物体8的重力为4. 9 kN时，求手在杠杆上所加的力是多大? 解:根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中相等，即,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,故顶起重物时

15、，在小活塞上应加的力为 显然，连杆作用于杠杆中间铰链处的力也等于F1，其方向垂直向上。根据杠杆平衡条件，列出下式 故得出手施加在杠杆上的力为 由以上计算可见，液压千斤顶工作时，对力实现了两级放大:第一级是通过杠杆实现机械放大;第二级是通过液压缸实现液压放大。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,在液压传动中，通常将工作压力P分为几个等级，列于表5-2中。 2.流量 单位时间内进出液压缸或通过管道某一截面的液体的体积称为流量，即 式中 Q流量，单位为m3 /s; V一液体体积，单位为m3 t-时间，单位为s; v-液体的流速，单位为m/s ; A流通截面的面积，单位为m2,上一页

16、,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,工程中流量以L/min为单位，1 m2/s = 6 x 104 L/min 根据流动液体连续性原理，即它在同一时间内通过管道内两个截面的液体质量相等，可知 说明流速和截面面积成反比，管粗流速低，管细流速高。由于液压系统的执行元件(液压缸)的结构尺寸已确定，其工作的运动速度取决于进入执行元件的流量。 3.压力损失与流量的关系 实际液体具有茹性，在流动时就有阻力。为了克服阻力，就必须要消耗能量，这样就有能量损失。在液压传动中，能量损失主要表现为,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,压力损失。液压系统中的压力损失分为两类:一类是由液压油沿

17、等径直管流动时所产生的压力损失，称为沿程压力损失;另一类是液压油流经局部障碍(如弯管、接头、管截面牢娃扩士或收缩)时的压为损失，称为局部压力损失 (1)沿程压力损失。液体在直管中流动时，由于液体内部、液体与管壁间的摩擦力以及液流流动时，质点间的互相碰撞，从而引起压力损失。管道越长，流速越快，损失就越大;相反，管道越短，损失应越小。 (2)局部压力损失。液体经过局部障碍处，由于液流的方向和速度突然变化，在局部形成旋涡引起液压油质点间以及质点与固体壁面间互相碰撞和剧烈摩擦，会阻止油液的流动，这种阻力称为液阻。液体,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,在系统中的液阻，会造成流动油液的

18、能量损失，即局部压力损失。因为液体的流动现象是十分复杂的，所以局部压力损失一般由试验求得。 (3)管路中的总压力损失。液压系统的管路通常由若干段管道组成，其中每一段又串联诸如弯头、控制阀、管接头等形成的局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于直管中的沿程压力损失及所有局部压力损失的总和。在液压传动中，管路一般都不长，而控制阀、弯头、管接头等的局部阻力则较大，沿程压力损失比起局部压力损失是比较小的。因此，大多数情况下总的压力损失只包括局部压力损失和长管的沿程压力损失。 压力损失过大，将使功率损耗增加、油液发热、泄漏增加、效率降低、液压系统性能变坏。因此，在液压技术中，研究压力损失的目的是正确

19、估算压力损失的大小和找出减少压力损失的途径。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,减小流速、缩短管路长度、减少管路截面的突然变化、提高管路内壁的加工质量等，都可以减少压力损失，其中以液流速度的影响最大，因此由式(5-2)可知，在管路截面确定时，减少流量就可以流速，从而减少压力损失;反之，液阻增大，引起压力损失增大或使流量减小，因此，液压传动中常常利用改变液阻的力、法来控制压力和流量。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,5. 1. 4 液压油的物理性质及选用 液压油可分为两大类:一类为可燃性液压油，即各种石油型液压油，它包括通用液压油、抗磨液压油、低温液压油等;

20、另一类为抗燃性液压油，它包括各种合成型液压液和乳化型液压液，如高水基液压油。石油型液压油由于制造容易，来源多，价格较低，故在液压设备中得到普遍采用。但在一些高温、易燃、易爆的工作场合，为了安全，应使用抗燃性液压油，而且由于其既具有抗燃特性，又符合节省能源与控制污染的要求，故日益受到各国的普遍重视。 1.液压油的物理性质 (1)密度。单位体积的油所具有的质量称为密度，用P表示，单位为,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,kg/m3液压油的密度随压力的增加而增大，随温度的升高而减小。但一般情况这些变化都比较微小，可忽略不计，即认为液压油的密度是恒定的。通常石油基液压油的密度一般为9

21、x102k/m3 (2)液体的黏度。当液体在外力作用下流动时，液体内部各流层之间产生内摩擦力的性质，就称为液体的黏性。黏性越大，内摩擦力就越大，液体的流动性就越差。黍占性的大小可用茹度来衡量。液体的茹度受温度的影响较大，温度升高茹度显著降低，温度降低黏度显著升高。压力变化对液体的茹度也有影响，压力高时茹度大，反之则小。 (3)液体的可压缩性。液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。在一般情况下，由于压力变化引起液体体积的变化很小，液压油的可压缩性对液压系统性能的影响不大，所以一般可认为,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,液体是不可压缩的。在压力变化较大或有动态特性

22、要求的高压系统中，应考虑液体的可压缩性对系统的影响。当液体中混入空气时，其可压缩性将显著增加，并严重影响液压系统的性能，故应将液压系统中油液中的空气含量减少到最低限量。 (4)其他性质。作为传动介质的液压油还需要有其他一些性质，如热安定性、氧化安定性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性等。这些性质都对液压油的选择和使用有重要的影响，其含义较为明显，不再多作解释，可参阅有关资料。 2.对液压油的要求和选用 (1)对液压油的要求。在液压传动中，液压油既是传动介质，又兼作润滑油，因此它比一般润滑油的要求更高。对液压油的要求如下。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,要有适宜

23、的茹度和良好的茹温特性。 具有良好的润滑性，以减小液压元件中相对运动表面的磨损。 具有良好的热安定性和氧化安定性。 具有较好的相容性，即对密封件、软管、涂料等无溶解等有害的影响。 质量要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。 要具有良好的抗泡沫性，抗乳化h要好，腐蚀性要小，防锈性要好。液压油乳化会降低其润滑性，而使酸值增加，使用寿命缩短。液压油中产生泡沫会引起气穴现象。 液压油用于高温场合时，为了防火安全，闪点要求要高，在温度低的环境下工作时，凝点要求要低。 对人体无害，成本低。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,(2)液压油的选用。液压油的合理选用，实质上就是对

24、液压油的品种和牌号的选择。 液压油品种的选择。从设备中液压系统的特点、工作环境和液压油的特性等出发来选择液压油的品种，如液压系统属于高压还是低压、工作环境温度是高还是低、是否有明火等。 液压油牌号的选择。在液压油的品种已定的情况下选择油的牌号时，最先考虑的应是液压油的茹度。如果茹度太低，就使泄漏增加，从而降低效率，降低润滑性，增加磨损;如果液压油的茹度太高，运动部分的阻力要增加，磨损增大，液压泵的吸油阻力增大，易产生吸空并造成噪声。因此，要合理选择液压油的黏度、洗择液压油时要注章以下几点,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,工作环境。当液压系统工作环境温度较高时，应采用较高茹度

25、的液压由;反之则采用较低茹度的液压油。 工作压力。当液压系统工作压力较高时，应采用较高茹度的液压油，以防泄漏;反之用较低茹度的液压油。 运动速度。当液压系统工作部件运动速度高时，为了减少功率损失，应采用较低茹度的液压油;反之采用较高茹度的液压油。 液压泵的类型。在液压系统中，不同的液压泵对润滑的要求不同，选择液压油时应考虑液压泵的类型及其工作环境，如表5-3所示。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,3.高水基液压油 高水基液压油是一种以水为主要成分的抗燃液压油，它的油含量只有5%左右，目前广泛应用于采煤坑道等对防火有较高要求的液压系统中。它不仅是安全的工作介质，而且价格便宜，

26、对周围环境污染小。在国际石油能源紧张的情况下，高水基油受到普遍重视，它是一种很有发展前景的液压传动介质。 (1)高水基液压油的类型。高水基液压油包括可溶性油、合成溶液和微乳化液三种类型。可溶性油含有5%10%的油和添加剂，它实际上是一种油的乳化液，如目前在矿山机械液压系统中使用的水包油型液压油就属于这种可溶性油。合成溶液不含油，而是含有5%左右的化学添加剂。微乳化液含有5%左右的添加剂和精细扩散的油。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,(2)高水基液压油的优缺点。 优点:价格低、抗燃性好、工作温度低(因为水的传热性好，所以工作温度比矿物油时低)、黍占度变化小、体积弹性模量大、

27、运输和保存均较方便(因为95%的水是用时临时加进去的)。 缺点:润滑性差、黍占度低、使用条件受局限(因为茹度低、工作范围窄，所以只能用于室内性能要求不高的设备)、对金属的腐蚀性大。 (3)高水基液压油的使用。由于高水基液压油的茹度低、润滑性差，对于高速、高压液压泵不适用，对于中低压系统可以使用，但存在如下问题。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,黏度低但泄漏量大。 对齿轮泵和叶片泵使用高水基液压油后性能和使用寿命都比使用矿物油时低。 干式电磁阀及电液伺服阀的电气部分遇到高水基液压油时会产生误动作。 因此，要推广使用高水基液压油的关键是要设计出适应高水基液压油的液压元件。 4.

28、合理使用高水基液压油的要点 (1)换油前液压系统要清洗，液压系统首次使用液压油前，必须彻底清洗干净，在更换同品种液压油时，也要用新换的液压油冲洗12次。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,(2)液压油不能随意混用。 (3)注意液压系统密封的良好，防止泄漏和外界各种尘土、杂质等混入。 (4)加入新油时，必须按要求过滤。 (5)根据换油指标及时更换液压油。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,小结 1.液压传动是以液体的压力能来传递运动和动力的一种传动方式。 2.液压元件的图形符号和系统原理图按GB/T 786.1-1993绘制，系统中元件符号均按静态(或零工位)

29、位置绘制。 3.液压传动系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质五部分组成。 4.液压系统的压力取决于外负载p = F/A 5.执行元件的运动速度取决于输入流量。 6.液压系统中的压力损失分为沿程压力损失和局部压力损失。减少压力损失的主要措施是减小流速、缩短管路长度、减少管路截面的突然变化、提高管路内壁的加工质量等。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,7.液压传动中常利用改变液阻的办法来控制压力和或流量。 8.黏性的大小用茹度来衡量，黍占度受温度和压力的影响。 9.在液压传动中，一般情况下液体的可压缩性不考虑，但必须采取措施防止空气进入系统。 10.通常根据系统

30、的工作环境、工作压力、运动速度、液压泵的类型确定液压油的品种和黏度。,上一页,下一页,返回,5. 1 液压传动的基本知识,习题 1.液压传动的特点是什么? 2.液压传动系统由哪几部分组成?试说明各组成部分的作用。 3.图5-4所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=20 mm,大活塞上放一重物G = 20 kN。请问在小活塞上应加多大的力才能使大活塞顶起重物? 4.怎样正确地选用和使用液压油? 5.液压系统中的压力损失有几种?为什么会产生压力损失?怎样减少这些压力损失?,上一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,教学目标要求 1.能力目标要求 能正确区分液压动

31、力元件和液压执行元件。 2.知识目标要求 (1)掌握液压泵、液压电机和液压缸的类型 (2)掌握常用液压泵、液压电机和液压缸的工作原理 (3)了解各种常用液压泵、液压电机和液压缸的优缺点,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,【案例导入5. 2】 案例内容要求 (1)了解发动机冷却系统的功用。 (2)了解发动机水泵的类型和工作原理 案例分析 汽车上发动机在工作期间，最高燃烧温度可达2 500，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1 000以上。因此，必须要对发动机机体进行适当的冷却，使其在任何工况下都保持在适当的温度范围内。绝大多数汽车采用水冷系，水冷系是靠水泵提供动力，使冷却

32、液在发动机机体和冷却水箱之间进行强制循环的系统。常用的水泵是叶片泵，由曲轴通过皮带轮带动，将发动机的机械能转化为冷却液的动能。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,提出问题 (1)叶片泵的工作原理是什么? (2)叶片泵在使用上有什么优缺点? 在液压系统中，液压动力元件是液压泵，执行元件是液压电机和液压缸，它们三者都是能量转换装置。液压泵和液压电机在结构上没有多大差别，多数泵都可以当做电机使用。液压泵的任务是将输入的机械能转换为液压能输出，而液压电机却相反，是将输入的液压能转换为机械能输出。液压电机和液压缸同属于执行元件，区别是液压电机输出的是旋转的机械能，而液压缸输出的是直

33、线运动形式的机械能，它们均属于液动机。 图5-5为用液压图形符号表示的液压泵、液压电机和液压缸三者的作用与关系(各种常用的液压泵、液压电机和液压缸的图形符号规定画法，见附录A).,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,5. 2.1 液压泵 图5-6所示为一个单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞2安装在泵体3内，柱塞在弹簧4的作用下与偏心轮1接触。当偏心轮不停地转动时，柱塞作左右往复运动。柱塞向右运动时，柱塞和泵体所形成的密封容积V增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀6进入泵体V腔，即液压泵吸油。柱塞向左运动时密封容积V减小，由于单向阀6封住了吸油口，于是V腔

34、的油液打开单向阀5流向系统，即液压泵压油。偏心轮不停地转动，液压泵便不断地吸油和压油。从上述泵的工作过程可以看出液压泵的如下特点。 液压泵是依靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，利用这种原理做成的泵统称为容积式液压泵。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,在吸油过程中，必须使油箱与大气接通，这是吸油的必要条件。 单向阀5, 6是保证吸油时V腔与油箱接通，同时切断供油管道;压油时V腔与油液流向系统的管道相通而与油箱切断。单向阀5, 6又称为配油装置。 在液压传动中，常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种。 1.齿轮泵 齿轮泵广泛地应用在各种液压机械上。一般齿轮泵分为外啮合和

35、内啮合两种。 图5-7所示为外啮合齿轮泵，它由泵体、端盖和一对相互啮合的齿轮形成密封的工作容积。相互啮合的齿轮将密封的工作容积分隔成左右两个密封的空腔，即a腔和b腔，分别与吸油口和压油口相通。当,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,电动机驱动主动轴带动主动齿轮旋转时，两齿轮旋转方向如图所示。在a腔中，啮合的两轮齿逐渐脱开，工作容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经吸油口进入吸油腔(a腔)。然后，齿间的油液随齿轮转动沿带尾箭头所示的流向被带到b腔。在b腔中，两齿轮的轮齿逐渐啮合，使工作容积逐渐减小，被挤压的油液经压油口输出，故h腔为压油腔，齿轮不停地转动

36、，吸油腔不断地从油箱中吸油，压油腔不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。 外啮合齿轮泵具有结构简单、体积小、质量轻、转速高、自吸性能好、对油液污染不敏感、工作可靠、寿命长、便于维修以及成本低等特点。它的缺点是流量和压力脉动较大、噪声较大。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,2.叶片泵 叶片泵在机床液压系统中应用最广，按其工作方式不同分为单作用式叶片泵和双作用式叶片泵。 双作用式叶片泵(见图5-8)主要由转子1、定子2、叶片3,泵体4及配油盘5等组成。转子和定子同心安装。定子内表面是一个近似椭圆，由两段长半径R圆弧、两段短半径:圆弧以及四段过渡曲线所组成。转子上开有均布槽，矩

37、形叶片安装在转子槽内，并可在槽内滑动。当转子旋转时，叶片在自身离心力和根部压力油的作用下，紧贴定子内表面。这样，在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。当两叶片由短半径处向长半径处转动时，两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空而吸油，当两叶片由长半径处向短半径处,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,转动时，两叶片间的工作容积逐渐减小而压油。转子转一周，两叶片间的工作容积完成两次吸油和压油，所以称为双作用式叶片泵。这种泵有两个对称的吸油腔和压油腔，作用在转子上的径向液压力互相平衡，因此也称为双作用卸荷式叶片泵。双作用式叶片泵一般做成定量泵，即流量不可调。

38、 单作用式叶片泵(见图5-9)主要由转子3、定子4、叶片5,配油盘1、传动轴2及泵体等组成。转子和定子偏心安装，偏心距为e，定子具有圆柱形的内表面。转子上开有均布槽，矩形叶片安放在转子槽内，并可在槽内滑动，当转子旋转时，叶片在自身离心力的作用下，紧贴定子内表面起密封作用。这样，在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。当转子按图示方向旋转时，右边的叶,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,片逐渐伸出，相邻两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空，从配油盘上的吸油窗口吸油;左边的叶片被定子的内表面逐渐压进槽内，两相邻叶片间的工作容积逐渐减小，将工作油液从配油盘

39、上的压油窗口压出;在吸油窗口和压油窗口之间有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开，转子转一周两叶片间的工作容积完成一次吸油和压油，所以称为单作用式叶片泵。转子受到来自压油腔的径向不平衡力，使轴承所受载荷较大，因此也称为单作用非卸荷式叶片泵。若在结构上把转子和定子的偏心距做成可调节的，就成为流量可调的变量泵，单作用叶片泵往往做成变量泵。 叶片泵的主要优点是结构紧凑、外形尺寸小、运转平稳、流量均匀以及噪声小等。其缺点是结构复杂、吸油特性差、对油液的污染较敏感。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,3.柱塞泵 柱塞泵是利用柱塞在缸体的柱塞孔中作往复运动时产生的密封工作容积变化来实现泵

40、吸油和压油。按柱塞排列方向的不同分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。 径向柱塞泵(见图5-10)由转子1、定子2、柱塞3、配油铜套4和配油轴5等主要零件组成。柱塞沿径向均匀地安装在转子上。配油铜套和转子紧密配合，并套装在配油轴上。配油轴固定不动，转子连同柱塞由电动机带动一起旋转。柱塞在离心力的作用下紧压在定子的内壁面上。由于定子和转子间有一偏心距e，所以当转子按图示方向旋转时，柱塞在上半周内向外伸出，其底部的密封容积逐渐增大，产生局部真空，于是通过固定在配油轴上的窗口a吸油。当柱塞处于下半周,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,时，柱塞底部的密封容积逐渐减小，通过配油轴上的窗口

41、h把油液排出。转子转一周，每个柱塞各吸、压油一次。若改变定子和转子的偏心距e，则泵的输出流量也改变，因此径向柱塞可做变量泵。 轴向柱塞泵(见图5-11)的柱塞平行于缸体轴心线，并均布在缸体的圆周上。它主要由柱塞5,缸体7、配油盘10和斜盘1等零件组成。斜盘法线和缸体轴线间的交角为。内套筒4在弹簧6作用下通过压板3而使柱塞头部的滑靴2和斜盘靠牢，同时，外套筒8则使缸体7和配油盘10紧密接触，起密封作用。 当缸体转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。当缸孔自最低位置按图示方向转动时，柱塞转角在0范围内，柱塞向左运动，柱塞端部,上一页,下一页,

42、返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,和缸体形成的密封容积增大，通过配油盘的吸油窗口进行吸油;柱塞转角在0内，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部容积减小，泵通过配油盘排油窗口排油。若改变斜盘倾角Y的大小，则泵的输出流量改变;若改变斜盘倾角的方向，则进油口和排油口互换，即为双向轴向柱塞变量泵。 柱塞泵的主要特点是结构紧凑、压力高、效率高及流量调节方便等，但其结构复杂、价格高，对油液的污染敏感。它常用于高压、大流量及流量需要调节的液压机、工程机械、大功率机床等液压系统中。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,5.2.2 液压电机 液压电机是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装

43、置。从原理上讲，液压电机和液压泵是可逆的，即液压泵可以作为液压电机使用。在结构上两者也基本相同，但由于功用不同，它们的实际结构有所差别，故一般液压泵不作液压电机使用。液压电机按结构形式也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三种类型，按其排量v能否调节而分成定量电机和变量电机两类。下面重点介绍叶片式液压电机和轴向柱塞式液压电机。 1.叶片式液压电机 图5-12为叶片式液压电机的工作原理图。当压力油进入压油腔后，在叶片1, 3上一侧作用于压力油，另一侧为低压回油。由于叶片3伸出,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,的面积大于叶片1伸出的面积，所以液体作用于叶片3上的作用力大于作用于叶片

44、1上的作用力，从而由于作用力不等而使叶片带动转子作逆时针旋转。与此同时，液体作用于叶片7上的作用力也大于作用于叶片5上的作用力，也使叶片带动转子作逆时针旋转，故液压电机逆时针旋转。 为了使液压电机能正、反转，叶片式液压电机的叶片径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回油腔、压油腔通入叶片根部的通路上设置有单向阀。为了确保叶片式液压电机在通入压力油时能正常启动，在叶片根部设置有预紧弹簧。 2.轴向柱塞式液压电机 图5-13为轴向柱塞式液压电机的工作原理图。斜盘1和配油盘4固定不,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,动，缸体3可绕缸体的水平轴线旋转。当压力油经配油盘进入柱塞

45、底部时，柱塞在压力油的作用下向外顶出，紧紧压在斜盘上，这时斜盘对柱塞的反作用力为F，将F分解为轴向分力Fx和切向分力Fy，分力Fy对缸体轴线产生力矩，带动缸体旋转。缸体再通过主轴(图中未标明)向外输出转矩和转速，实现液压电机的功能。 液压电机通常允许在短时间内以超过额定压力20% 50%的压力工作，但瞬时最高压力不能和最高转速同时出现。液压电机的回油路背压有一定限制，且在背压较大时，必须设置泄漏油管。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,一般情况下，不应使液压电机的最大转矩和最高转速同时出现。实际转速不应低于电机的最低转速，否则将出现爬行。当系统要求的转速较低，而低速电机在

46、转速、转矩等性能参数不易满足工作要求时，可采用高速电机并增设减速机构。 对于不能承受额外的轴向力和径向力的液压电机，以及液压电机虽然可以承受额外的轴向力和径向力，但负载的实际轴向力或径向力大于液压电机允许的轴向力或径向力时，应考虑采用弹性联轴器连接电机轴和工作机构。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,5. 2. 3 液压缸 液压缸与液压电机一样，也是一种执行元件。它是将液压转换成进行直线往复运动的机械能的一种能量转换装置，输出的通常为推力(或拉力)与直线运动速度。而液压电机是将液压能转换成连续回转的机械能，输出的通常为转矩与转速。还有一种摆动电机，它介于两者之间，用来实现

47、往复摆动，输出转矩和角速度。 根据结构特点，液压缸可分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸三种类型。 1.活塞式液压缸(活塞缸) 活塞式液压缸又可分为双活塞杆液压缸和单活塞杆液压缸两种结构，其安装方式有活塞杆固定和缸体固定两种。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,(1)双活塞杆液压缸。双活塞杆液压缸主要由缸体、活塞和两根直径相同的活塞杆组成，如图5-14所示。缸体是固定的，当液压缸的左腔进油、右腔回油时，活塞向右移动;反之，活塞向左移动。 由于活塞两端有效面积相等，如果供油压力和流量不变，那么活塞往返运动时两个方向的作用力和速度均相等。 实心双杆液压缸驱动工作台的运

48、动范围大，约等于液压缸有效行程的3倍，因而其占地面积较大，如图5-15所示。它一般只适用于小型机床。 双杆活塞式液压缸也可以做成活塞杆固定不动、缸体移动的结构，如图5-16所示。这时，活塞杆通常做成空心的，以便于进油和回油。空心双杆液压缸驱动工作台的运动范围约等于液压缸有效行程的2倍，,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,因而占地面积较小，如图5-17所示。它常用于大、中型机床和其他设备上。在外圆磨床中，带动工作台往复运动的液压缸通常就是这种形式。 (2)单活塞杆液压缸。单活塞杆液压缸如图5-18所示，可以做成缸体固定、活塞移动的结构，也可以做成活塞杆固定、缸体移动的机构。

49、 单活塞杆液压缸的特点是活塞的一端有杆，而另一端无杆，所以活塞杆的有效作用面积不等。当左、右两腔分别进入压力油时，即使流量和压力都相等，活塞往复运动的速度和所受的推力也不相等。在无杆腔进油时，因活塞有效面积大，所以速度小，推力大;在有杆腔进油时，因活塞有效面积小，所以速度大，推力小;当两腔互通并接入压力油时，活塞可做差动快速运动，液压缸的这种左右路连接，称为差动连接。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,在机床液压系统中，常通过控制阀来改变单杆缸的油路连接，从而获得“快进(差动连接)一工进(无杆腔进油)一快退(有杆腔进油)”的进给工作循环。 2.柱塞式液压缸(柱塞缸) 图5

50、-19 ( a)为柱塞缸的结构示意图，其柱塞和缸体内壁不接触，因此缸体内孔只需粗加工，甚至不加工，工艺性好，更适宜于做长行程液压缸，它是单作用液压缸，即靠液压力实现一个方向的运动，回程要靠自重(当液压缸垂直放置时)或弹簧等其他外力来实现。为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用，如图5一19 (b)所示。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,3.摆动式液压缸(摆动缸) 摆动式液压缸有单叶片和双叶片两种形式，常称为摆动液压电机。图5-20为单叶片摆动电机的工作原理图。叶片1和封油隔板3将内部空间分成两腔，叶片1装在输出轴2上。当摆动电机的一个油口接压力油，而另一油口接油箱时，叶片在

51、油压作用下产生转矩，带动轴2摆动一定的角度。这种摆动电机一般用于驱动回转工作部件，如机床回转夹具、送料装置等。 液压缸在使用时和其他液压元件一样，凡是容易泄漏的地方，如活塞与缸体、活塞杆与端盖之间以及端盖与缸体之间，都应该采取密封措施，加强维护。密封件与密封方法的介绍详见5. 5节介绍。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,小结 1.液压泵必须具有可变的密封容积和配油装置。 2.排量只与密封容积的变化量有关，与转速无关。 3.齿轮式、叶片式和柱塞式三类泵的密封容积的构成、容积变化方式和配油方式的特点、性能和应用范围各不相同。 4.液压泵主要根据系统工作压力、流量、工作性能、

52、环境要求进行选择。液压泵的应用趋势是各种变量泵和高压泵。 5.液压执行机构是将液压能转换为机械能的装置，常用的有液压电机和液压缸。 6.液压电机按结构可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类;根据结构特点液压缸可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。 7.差动连接液压缸的三种进油方式常用于“快进一工进一快退”工作循环的设备。,上一页,下一页,返回,5. 2 液压动力元件和执行元件,习题 1.从能量观点看，液压泵和液压电机有什么区别和联系? 2.齿轮泵、双作用式叶片泵、单作用式叶片泵、柱塞泵各有哪些特点? 3.当叶片泵和叶片电机工作时，如突然出现有一叶片卡在转子槽内不能外伸的故障，试分析它们的工作状态将发生

53、什么变化 4.活塞缸、柱塞缸、摆动缸在结构上各有什么特点，各用于什么场合较为合理?,上一页,返回,5. 3 液压控制阀,教学目标要求 1.能力目标要求 识读液压控制阀的图形符号 2.知识目标要求 (1)掌握液压控制阀的类型和工作原理 (2)了解不同类型液压控制阀的应用特点,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,【案例导入5. 3 】 案例内容要求 了解发动机润滑系统的功用。 案例分析 汽车发动机工作时，很多传动零件都是在很小的间隙下作高速相对运动的，若不对这些表面进行润滑，它们之间将发生强烈的摩擦，消耗发动机功率，甚至烧损零件。润滑系统的功用就是在发动机工作时，连续不断地把数量足够的洁净润滑油输

54、送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。发动机润滑系统靠油泵提供动力。油泵由曲轴直接或间接(通过齿轮)带动。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,提出问题 既然给润滑系统提供动力的是油泵，而油泵又是由发动机带动，那么油泵的泵油流量和压力就会随着发动机转速的改变而改变。发动机的转速范围可从600 r/min达到6 000 r/min，导致油泵的泵油流量和压力也会有很大波动范围，但发动机机体的承压能力是有限的，因此，怎样控制润滑系统的压力恒定在一定范围内? 液压控制阀(简称液压阀

55、)用来控制油液的压力、流量和流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止、运动方向、速度、作用力等，以满足液压设备对各工况的要求。根据用途和工作特点的不同，控制阀主要可分方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,5.3.1 方向控制阀 方向控制阀是利用阀心和阀体间相对位置的改变，实现油路与油路间的接通、断开或改变油液流动方向，以满足系统对液流方向的要求。它包括单向阀和换向阀。 1.单向阀 单向阀的作用是仅允许液流沿一个方向通过，而反向液流则截止，要求其正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。 图5-21 ( a)所示为管式连接的单向阀，图5-

56、21 ( b)所示为板式连接的单向阀，图5-21 ( c)为单向阀的图形符号。单向阀由阀体1、阀心2和弹簧3等组成。当压力油从进油口P1进入单向阀时，油压克服弹簧力的作用推动阀心，使油路接通，油液经阀口、阀心上的径向孔a和,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,轴间孔b，从P2口流出;当压力油从P2口流入时，油压以及弹簧力将阀心压紧在阀体1上，使阀口关闭，油液不能通过。在这里，弹簧力很小，仅起复位作用，一般单向阀的开启压力为0. 030. 05 MPa。当更换较硬弹簧时，单向阀的开启压力达到0. 3 0. 6 MPa，可作背压阀用。 2.换向阀 换向阀是利用改变阀心与阀体的相对位置，控制

57、油路接通、切断或变换油液的方向，从而实现对执行元件运动方向的控制。 根据换向阀阀心的运动方式和结构形式分，换向阀有滑阀式、转阀式和锥阀式等，其中以滑阀式应用最多。按阀心在阀体内的工作位置数分，有二位、三位和多位。按换向阀所控制的油口通路数分，有二通、三通、四通、五通和多通。按换向阀的操纵方式分，有手动、机动、电动、液动和电液动阀等类型。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,滑阀式换向阀是靠阀心在阀体内沿轴向作往复滑动而实现换向作用的。图5-22 ( a)为滑阀式换向阀的工作原理图，其中P口为进油口，T口为回油口，A和B口通执行元件的两腔。当阀心处于图示位置时，四个油口互不相通，液压缸两

58、腔不通压力油，活塞处于停止状态。若换向阀的阀心右移一定距离，压力油经P, A油口进入液压缸左腔，活塞右移，右腔油液经B, T油口回油箱。反之，若阀心左移，则P和B相通，A和T相通，活塞便左移。 图5-22 ( a)所示的滑阀式换向阀可用图5-22 ( b)所示的职能符号表示。换向阀职能符号的含义如下。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,(1)用方格表示阀的工作位置，三格即三个工作位置。 (2)在一个方格内，箭头或堵塞符号“”与方格的交点数为油口通路数。箭头表示两油口相通，并不表示实际流向，“”表示该油口被阀心封闭。 (3) P表示进油口，T表示通油箱的回油口，A和B表示连接其他两个工

59、作油路的油口。 (4)控制方式和复位弹簧的符号画在方格的两侧，靠近控制的方格表示控制力作用下的工作位置。 图5-23列出了几种常用换向阀的位和通路的符号图。 根据改变阀心位置的操纵方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁、液动和电液动换向阀等。其符号如图5-24所示。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,5. 3. 2 压力控制阀 在液压系统中，控制液体压力的阀(溢流阀、减压阀)和控制执行元件或 电气元件等在某一调定压力下产生动作的阀(顺序阀、压力继电器)统称为压力控制阀。其共同特点是利用作用于阀心上的液体作用力和弹簧力相平衡的原理进行工作。本节只介绍溢流阀和减压阀。 1.溢流阀 溢流阀按其工作原理分为直动式溢流阀和先导式溢流阀两种。,上一页,下一页,返回,5. 3 液压控制阀,(1)直动式溢流阀。图5-25所示 为滑阀型直动式溢流阀的结构图和图形符号。图中P为进油口，T为出油口，被控压力油由P口进入溢流阀，经阀心3的径向孔、轴向阻尼孔a进入阀心的下腔，作用于阀心上。当进油口压力较低时，向上的液压力不足以克服弹簧力，阀心处于最下端位置，进、出油口不通，阀处于关闭状态，溢流阀