液氣壓傳動課件概論

1、北京科技大學第第1 1章章 液壓與氣壓傳動概論液壓與氣壓傳動概論馮馮 明明20092009年初版年初版20102010年修訂版年修訂版20122012年修訂版年修訂版20132013年修訂版年修訂版北京科技大學液壓系統(tǒng)的應用實例液壓系統(tǒng)的應用實例北京科技大學負荷油箱單向閥截止閥截止閥液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓千斤頂液壓千斤頂北京科技大學 平磨工作臺平磨工作臺北京科技大學氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理北京科技大學液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成 北京科技大學液壓與氣壓傳動的特點液壓與氣壓傳動的特點1 1、液壓傳動的特點、液壓傳動的特點（1 1）

2、具有大的功率密度或力密度。）具有大的功率密度或力密度。（2 2）無級調速。）無級調速。（3 3）工作平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁換向。）工作平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁換向。（4 4）易于實現(xiàn)過載保護，能實現(xiàn)自潤滑。）易于實現(xiàn)過載保護，能實現(xiàn)自潤滑。北京科技大學（5 5）易于實現(xiàn)自動化。）易于實現(xiàn)自動化。（6 6）易于實現(xiàn)系列化、標準化。）易于實現(xiàn)系列化、標準化。（7 7）無法保證嚴格的傳動比。）無法保證嚴格的傳動比。（8 8）有較多的能量損失，傳動效率相對低。）有較多的能量損失，傳動效率相對低。（9 9）對油溫的變化比較敏感。）對油溫的變化比較敏感。（1010）液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易診斷。）液壓傳動在出現(xiàn)故障

3、時不易診斷。北京科技大學2 2、氣壓傳動的特點、氣壓傳動的特點（1 1）工作介質取之不盡用之不竭）工作介質取之不盡用之不竭，對環(huán)境無污染。，對環(huán)境無污染。（2 2）壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。）壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。（3 3）對工作環(huán)境適應性好。）對工作環(huán)境適應性好。（4 4）動作速度及反應快。）動作速度及反應快。（5 5）有較好的自保持能力。）有較好的自保持能力。（6 6）超負載工況下運行也能保證系統(tǒng)安全工作。）超負載工況下運行也能保證系統(tǒng)安全工作。（7 7）工作壓力低，僅適用于小功率的場合。）工作壓力低，僅適用于小功率的場合。（8 8）速度穩(wěn)定性差。）速度穩(wěn)定性差

4、。（9 9）噪聲大。）噪聲大。（1010）工作介質本身沒有潤滑性。）工作介質本身沒有潤滑性。北京科技大學液壓與氣壓傳動的圖形符號液壓與氣壓傳動的圖形符號 液壓與氣壓傳動的圖形符號按國家液壓與氣壓傳動的圖形符號按國家19931993年制定的年制定的gb/t786.1-93gb/t786.1-93標準標準執(zhí)行執(zhí)行。幾條基本規(guī)定：幾條基本規(guī)定：(1)(1)符號只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，符號只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的具體結構和參數(shù)，也不表示元不表示元件的具體結構和參數(shù)，也不表示元件在機器中的實際安裝位置。件在機器中的實際安裝位置。(2)(2)元件符號內的油液流動方向用箭頭表

5、示，元件符號內的油液流動方向用箭頭表示，線段兩端都有箭頭的，表示流動方向可逆。線段兩端都有箭頭的，表示流動方向可逆。(3)(3)符號均以元件的靜止位置或中間零位置表符號均以元件的靜止位置或中間零位置表示，當系統(tǒng)的動作另有說明時，可作例外。示，當系統(tǒng)的動作另有說明時，可作例外。 北京科技大學 液壓工作介質的性質液壓工作介質的性質1 1、密度、密度 = m/v kg/ m = m/v kg/ m3 3 一般礦物油的密度為一般礦物油的密度為850850950kg/m950kg/m3 32 2、可壓縮性和膨脹性、可壓縮性和膨脹性 可壓縮性可壓縮性- -液體受液體受壓力壓力的作用而使體積發(fā)的作用而使體積

6、發(fā)生變化的性質稱為液體的可壓縮性。生變化的性質稱為液體的可壓縮性。 膨脹性膨脹性- -液體受液體受溫度溫度的影響而使體積發(fā)生的影響而使體積發(fā)生變化的性質稱為液體的膨脹性。變化的性質稱為液體的膨脹性。 液體的體積壓縮系數(shù)液體的體積壓縮系數(shù)k kvvp1北京科技大學 體積彈性模量體積彈性模量 k k 表示液體產(chǎn)生單位體積相表示液體產(chǎn)生單位體積相對變化量時所需要的壓力增量。對變化量時所需要的壓力增量。k k 值說明液體值說明液體抵抗壓縮能力的大小。抵抗壓縮能力的大小。一般礦物油型液壓油的體積彈性模量為一般礦物油型液壓油的體積彈性模量為k=(1.4k=(1.42)2)103mpa103mpa。在工程計

7、算中常取液壓油的體積彈性模量在工程計算中常取液壓油的體積彈性模量k=0.7k=0.7103mpa103mpa左右。左右。 體積彈性模量體積彈性模量- -體積模量，用體積模量，用 k k 表示。即：表示。即：pvvk1北京科技大學液壓彈簧剛度液壓彈簧剛度k kh hvkalfkh2北京科技大學3 3、粘性及其表示方法、粘性及其表示方法 實驗表明，液體流動時相鄰液層間的內摩擦力實驗表明，液體流動時相鄰液層間的內摩擦力ffff與液層接觸面積與液層接觸面積a a和液層間的速度梯度和液層間的速度梯度du/dydu/dy成正成正比，即：比，即：稱為粘性系數(shù)或動力粘度。稱為粘性系數(shù)或動力粘度。dyduaff

8、北京科技大學 在靜止液體中，因速度梯度在靜止液體中，因速度梯度du/dy=0du/dy=0，內摩，內摩擦力擦力也為零，所以液體在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)也為零，所以液體在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性。粘性。 液體粘性的大小用粘度來表示。常用的液液體粘性的大小用粘度來表示。常用的液體粘度表示方法有三種，即動力粘度、運動粘體粘度表示方法有三種，即動力粘度、運動粘度和相對粘度。度和相對粘度。 表示液體的內摩擦切應力，即液層間單表示液體的內摩擦切應力，即液層間單位面積上的內摩擦力，則有：位面積上的內摩擦力，則有：dyduaff北京科技大學（1 1）動力粘度）動力粘度 動力粘度又稱為絕對粘度動力粘度又稱為絕對粘度 法定

9、計量單位為法定計量單位為paspas（1pas=1ns/m1pas=1ns/m3 3），）， 以前沿用的單位為以前沿用的單位為p p（泊，（泊，dynsdynscmcm2 2），）， 關系：關系：1pas=10p1pas=10p。dyduaff北京科技大學（2 2）運動粘度）運動粘度 液體的動力粘度液體的動力粘度與其密度與其密度的比值稱為的比值稱為液體的運動粘度，即：液體的運動粘度，即： 運動粘度的法定計量單位為運動粘度的法定計量單位為m m2 2/s/s， 以前沿用的單位為以前沿用的單位為stst（斯），（斯）， 關系：關系：1m1m2 2/s=10/s=104 4st=10st=106 6

10、mmmm2 2/s/scstcst（厘斯）（厘斯） 我國液壓油的牌號就是用它在溫度為我國液壓油的牌號就是用它在溫度為4040時的運動粘度平均值來表示的。時的運動粘度平均值來表示的。 例：例：3232號液壓油，就是指這種油在號液壓油，就是指這種油在4040時時的運動粘度平均值為的運動粘度平均值為32mm32mm2 2/s/s。北京科技大學（3）相對粘度）相對粘度 相對粘度又稱為條件粘度，它是采用特定的粘度相對粘度又稱為條件粘度，它是采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測量出來的粘度。計在規(guī)定的條件下測量出來的粘度。 我國采用恩氏度我國采用恩氏度0e。 0e= t1/t2 （被測液體與蒸餾水的時間比被測

11、液體與蒸餾水的時間比）一般用一般用0e20、0e40和和0e100標記。標記。式中，式中，的單位為的單位為m2/s。610)31. 631. 7(ee恩氏粘度與運動粘度之間的換算恩氏粘度與運動粘度之間的換算北京科技大學 粘溫特性粘溫特性:溫度升高，粘度顯著下降，液壓油液溫度升高，粘度顯著下降，液壓油液的這種性質稱為液壓油液的粘溫特性。的這種性質稱為液壓油液的粘溫特性。 粘溫特性通常用粘溫特性通常用粘度指數(shù)粘度指數(shù)表示。液壓油的粘度表示。液壓油的粘度指數(shù)（指數(shù)（viscosity index （vi）表明）表明試油的粘度試油的粘度隨溫度變化的程度與標準油的粘度變化程度比值的隨溫度變化的程度與標準

12、油的粘度變化程度比值的相對值相對值。 粘度指數(shù)高，粘度指數(shù)高， 即表示粘即表示粘-溫曲線平溫曲線平 緩，粘溫特性好。緩，粘溫特性好。 一般液壓油的粘度一般液壓油的粘度 指數(shù)要求在指數(shù)要求在90以上，以上， 優(yōu)異的在優(yōu)異的在100以上。以上。北京科技大學粘度指數(shù)在粘度指數(shù)在0-100之間計算公式之間計算公式u試油在試油在40度時的動力粘度度時的動力粘度l與試油在與試油在100度時粘度相同、度時粘度相同、vi=0的油在的油在40度時的粘度度時的粘度（粘度隨溫度變化很大的油）（粘度隨溫度變化很大的油）h與試油在與試油在100度是粘度相同、度是粘度相同、vi=100的油在的油在40度時的度時的粘度（粘

13、度隨溫度變化很小的油）粘度（粘度隨溫度變化很小的油） 由于三種油（由于三種油（u、l、h）在）在100度時粘度相同，在度時粘度相同，在40度度時時l油的粘度上升很大，而油的粘度上升很大，而h油的粘度上升較小，所以油的粘度上升較小，所以lh。 試油的粘度如果在溫度從試油的粘度如果在溫度從100度降低到度降低到40度時粘度上升度時粘度上升小于小于h油，則油，則u100。如果大粘上升大于。如果大粘上升大于h油，油，則則uh，即，即vi100。 按上式算出的試油粘度指數(shù)超過按上式算出的試油粘度指數(shù)超過100時，需用外時，需用外延法粘度指數(shù)計算公式計算，記為延法粘度指數(shù)計算公式計算，記為vie（vi(e

14、)）。）。北京科技大學對液壓工作介質的要求對液壓工作介質的要求 1、合適的粘度，潤滑性能好，并具有較好的粘溫特性；、合適的粘度，潤滑性能好，并具有較好的粘溫特性； 2、質地純凈、雜質少，并對金屬和密封件有良好的相容性；、質地純凈、雜質少，并對金屬和密封件有良好的相容性； 3、對熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性；、對熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性； 4、抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性?。?、抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性?。?5、體積膨脹系數(shù)小；、體積膨脹系數(shù)?。?6、對人體無害，對環(huán)境污染小，成本低，價格便宜。、對人體無害，對環(huán)境污染小，成本低，價格便宜。北京科技大學第第2 2

15、章章 流體力學基本知識流體力學基本知識北京科技大學流量流量：在單位時間內流過某一通流截面：在單位時間內流過某一通流截面的液體體積，以的液體體積，以q q來表示。來表示。 q=v/tq=v/t，其中，其中v v是液體的體積，是液體的體積，t t是時是時間。間。液流通過微小通流截面液流通過微小通流截面dada的流量的流量 則流過整個通流截面則流過整個通流截面a a的流量：的流量：1.1.流量和平均流速流量和平均流速udadq audaq北京科技大學 平均流速平均流速：可以得出通流截面可以得出通流截面a a的平均流速：的平均流速： v = q / avaudaqa 當通流截面上的通流面積一定時，當通

16、流截面上的通流面積一定時，平均平均流速流速由由流量流量確定確定。 北京科技大學 液體在管道中流動時有兩種流動狀態(tài)：層流和液體在管道中流動時有兩種流動狀態(tài)：層流和紊流（湍流）。紊流（湍流）。 層流層流：液體質點互不干擾，液體的流動呈線：液體質點互不干擾，液體的流動呈線性或層狀，且平行于管道軸線。性或層狀，且平行于管道軸線。 紊流紊流：液體質點的運動雜亂無：液體質點的運動雜亂無章，在沿管道流動時，除平行于管道章，在沿管道流動時，除平行于管道軸線的運動外，還存在著劇烈的橫向軸線的運動外，還存在著劇烈的橫向運動，液體質點在流動中互相干擾。運動，液體質點在流動中互相干擾。2. 液體的流動狀態(tài)液體的流動狀

17、態(tài)北京科技大學 通過雷諾實驗還可以證明，液體在圓形管通過雷諾實驗還可以證明，液體在圓形管道中的流動狀態(tài)道中的流動狀態(tài)不僅與管內的平均流速不僅與管內的平均流速v v有關，有關，還與管道的直徑還與管道的直徑d d、液體的運動粘度、液體的運動粘度 有關有關。實。實際上，液體流動狀態(tài)是由上述三個參數(shù)所確定際上，液體流動狀態(tài)是由上述三個參數(shù)所確定的稱為雷諾數(shù)的稱為雷諾數(shù)rere的無量綱數(shù)來判定，即：的無量綱數(shù)來判定，即：hevdr 北京科技大學對于非圓形截面管道，雷諾數(shù)對于非圓形截面管道，雷諾數(shù)rere為：為：水力直徑水力直徑d dh h： 面積相等但形狀不同的通流截面，其水力直徑面積相等但形狀不同的通

18、流截面，其水力直徑是不同的。圓形的最大，同心環(huán)狀的最小。是不同的。圓形的最大，同心環(huán)狀的最小。 水力直徑大，通流能力大。水力直徑大，通流能力大。adh4aa過流斷面積過流斷面積 -濕周，即有效截面的管壁周長濕周，即有效截面的管壁周長北京科技大學 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作雷諾數(shù)是液流的慣性作用對粘性作用的比用對粘性作用的比。當雷諾數(shù)較大時，說明慣性。當雷諾數(shù)較大時，說明慣性力起主導作用，這時液體處于紊流狀態(tài)；當雷諾力起主導作用，這時液體處于紊流狀態(tài)；當雷諾數(shù)較小時，說明粘性力起主導作用，這時液體處數(shù)較小時，說明粘性力起主導作用，這時液體處于層流狀態(tài)。于層流狀態(tài)。北

19、京科技大學北京科技大學 3.1 沿程壓力損失沿程壓力損失 3. 3. 液體流動時的壓力損失液體流動時的壓力損失 3.2 局部壓力損失局部壓力損失 北京科技大學4.4.液流流經(jīng)孔口和縫隙的流量液流流經(jīng)孔口和縫隙的流量 孔口根據(jù)它們的長徑比可分為三種：當孔口的長孔口根據(jù)它們的長徑比可分為三種：當孔口的長徑比徑比l/dl/d0.50.5時，稱為薄壁孔；當時，稱為薄壁孔；當0.50.5l/dl/d4 4時，時，稱為短孔；當稱為短孔；當l/dl/d4 4時，稱為細長孔。時，稱為細長孔。4.1.1 4.1.1 薄壁孔口流量薄壁孔口流量d1/d7d1/d7時，收縮稱為完全收縮；時，收縮稱為完全收縮；d1/d

20、d1/d7 7時，收縮稱為不完全收縮。時，收縮稱為不完全收縮。 4.14.1孔口流量孔口流量 北京科技大學當當 時，它們可被認為時不變的常數(shù)，計時，它們可被認為時不變的常數(shù)，計算時可取平均值算時可取平均值。當液流不完全收縮（。當液流不完全收縮（d1/d7d1/d7）時，）時， 。通過薄壁孔口得流量公式為：通過薄壁孔口得流量公式為：pacpaccvaqtqtcv2222式中：式中：cvqqtttccccccdaaddaacca流量系數(shù)，孔口的過流斷面面積，收縮系數(shù)，收縮斷面的面積；; 4/;/222222510re )5000800(rere964. 005. 0qc62. 06 . 0,63. 061. 0,98. 097. 0qcvccc8 . 07 . 0qc北京科技大學4.1.2 4.1.2 細長孔口流量細長孔口流量 流經(jīng)細長孔的液流，由于粘性而流動不暢，流速流經(jīng)細長孔的液流，由于粘性而流動不暢，流速低，故多為層流，其流量計算公式為：低，故多為層流，其流量計算公式為：pldplrq128844北京科技