液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)

液壓傳動(dòng)1第一章液壓傳動(dòng)和流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)的工作原理液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其元件的總體布局液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)液壓油流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)21.1液壓傳動(dòng)的工作原理1.1.1基本概念機(jī)器的組成：動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、操縱或控制裝置、工作執(zhí)行裝置組成。傳動(dòng)的定義：能量由動(dòng)力裝置傳向工作執(zhí)行裝置，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置對(duì)外做工。

傳動(dòng)—傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的方式3機(jī)械

電氣

氣體

流體

<液力—流力（動(dòng)量矩定理）動(dòng)能液體<

*液壓—物理（帕斯卡原理）壓力能

常見傳動(dòng)41.1液壓傳動(dòng)的工作原理液壓傳動(dòng)：是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量（動(dòng)力）傳遞的傳動(dòng)方式。是以液體為工作介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的傳動(dòng)形式。液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方法基本相同。51.1.2.液壓傳動(dòng)的工作原理帕斯卡定理：

盛放在密閉容器內(nèi)的靜止液體中的任一點(diǎn)的壓力變化將以等值傳遞到液體中的各點(diǎn)。實(shí)例分析：（液壓千斤頂）6原理圖及簡(jiǎn)化模型動(dòng)畫演示7特點(diǎn)（1）用具有一定壓力的液體來傳動(dòng)（2）傳動(dòng)過程中必須經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換（3）傳動(dòng)必須在密封容器內(nèi)進(jìn)行，而且容積要發(fā)生變化。8下圖是一個(gè)經(jīng)過簡(jiǎn)化的液壓傳動(dòng)模型。圖中有兩個(gè)直徑不同的液壓缸2和4，缸內(nèi)各有一個(gè)與內(nèi)壁緊密配合的活塞。如圖活塞5上有重物W則當(dāng)活塞1上施加的力F達(dá)到一定大小時(shí)，就能阻止重物W下降。簡(jiǎn)化模型254WF19等壓特性（力比例關(guān)系）:

根據(jù)帕斯卡定理“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到液體各點(diǎn)?！?，即：輸出端的力之比等于二活塞面積之比P1=P2=P=F/A1=W/A2或：W/F=A2/A1A1h1=A2h2或h2/h1=A1/A2壓力取決于負(fù)載2.等體積特性（運(yùn)動(dòng)關(guān)系）：

假設(shè)活塞1向下移動(dòng)體積h1’則液壓缸被擠出的液體體積為A1h1。這部分液體進(jìn)入液壓缸4，使活塞5上升h2，其讓出的體積為A2h2。即：101.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其元件總體布局1.2.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成以機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為例11磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)

液壓缸液壓泵節(jié)流閥換向閥油箱磨床工作臺(tái)1213工作原理

油路—圖示、左位、右位

換向—換向閥

調(diào)速—節(jié)流閥調(diào)壓—溢流閥

動(dòng)畫演示14液壓傳動(dòng)裝置的組成：能源裝置：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成壓力能液壓泵執(zhí)行裝置：將壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能液壓缸、液壓馬達(dá)控制調(diào)節(jié)裝置：各種液壓閥輔助裝置：除以上三種以外的其他裝置油箱、濾油器、蓄能器等傳動(dòng)介質(zhì)：液壓油151.2.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)元件的總體布局液壓系統(tǒng)元件的總體布局分為4部分：執(zhí)行元件液壓油箱液壓泵裝置液壓控制調(diào)節(jié)裝置液壓系統(tǒng)元件的連接方式：P61、集中式2、分散式161.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn):能方便地進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大。功率質(zhì)量比大。調(diào)節(jié)、控制簡(jiǎn)單，方便，省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過載保護(hù)。因傳動(dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，使用壽命長(zhǎng)。液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。171.3液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特之處—力大無窮（P=32MP以上）如:所拿液壓千斤頂，可頂起1.6噸重物，若每位男同學(xué)體重為128斤，可舉起25位男同學(xué)。18液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；

（3）工作穩(wěn)定，由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向；

19液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

（4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；

（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；

（6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高；

（7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

201.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)：漏：有壓力，泄漏。不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。振：液壓沖擊和空穴。熱：機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，油液發(fā)熱、總效率降低。不宜用于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)的性能對(duì)溫度較敏感，不宜在高溫、低溫下工作。液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油液的污染較敏感，要求有良好的過濾設(shè)施。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不易查找原因，不易迅速排除故障。211.1.3液壓與氣動(dòng)技術(shù)的工程應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)。例如：在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)床行業(yè)工程機(jī)械汽車行業(yè)輕工、化工機(jī)械具體應(yīng)用見表P322液壓傳動(dòng)應(yīng)用液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛：一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置等等；船舶用的甲板起重機(jī)械、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。2324252627機(jī)械手28復(fù)習(xí)液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成能源裝置執(zhí)行裝置控制調(diào)節(jié)裝置輔助裝置工作介質(zhì)液壓傳動(dòng)特點(diǎn)291.4液壓油1.4.1液壓油的作用和種類1、液壓油的用途P7

傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力潤(rùn)滑密封冷卻301.4液壓油1.4.1液壓油的作用和種類

2、液壓油種類1）礦物油系液壓油石臘基的原油精制而成，耐火性差2）耐火性液壓油水中油滴型（O/W），油中水滴型（W/O），

潤(rùn)滑性差化學(xué)穩(wěn)定性差311.4液壓油1.4.2液壓油的物理性質(zhì)密度(ρ)：?jiǎn)挝惑w積液體的質(zhì)量

ρ=m/V

標(biāo)準(zhǔn)密度ρ20：我國采用20°C時(shí)的密度可壓縮性：

體積壓縮系數(shù)k：?jiǎn)挝粔毫ψ兓碌捏w積相對(duì)變化量

體積彈性模量K：k=1/k321.4液壓油1.4.2液壓油的物理性質(zhì)粘性a、粘性的定義：液體在外力作用下流動(dòng)(或有流動(dòng)趨勢(shì))時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。

靜止液體是不呈粘性的。331.4液壓油粘性使流動(dòng)液體內(nèi)部各處的速度不相等，以右圖為例：液體的粘度是指它在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。小河流水動(dòng)力粘度動(dòng)畫演示34粘性及其表示方法1）粘度的表示方法⑴動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）1.4液壓油35或稱厘斯（cst)⑵運(yùn)動(dòng)粘度1.4液壓油362）溫度和壓力對(duì)粘度的影響P9液壓油的粘度隨溫度的增加而減小液壓油的粘度隨壓力的升高而變大1.4液壓油粘溫特性:溫度變化時(shí)粘度變化的幅度小，則說明有良好的粘溫特性。見下頁圖P937e、粘性與溫度的關(guān)系:381.4.3對(duì)液壓油的要求和選用在機(jī)床液壓傳動(dòng)中，液壓油有三方面的作用：傳遞動(dòng)力的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)件間的潤(rùn)滑劑散熱密封1.4液壓油391.4.3對(duì)液壓油的要求和選用1、要求：合適的粘度，較好的粘溫特性良好的潤(rùn)滑性能；質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少無腐蝕性較好的化學(xué)穩(wěn)定性即對(duì)熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性雜質(zhì)少，污染度低1.4液壓油401.4.3對(duì)液壓油的要求和選用抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性??；比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。

凝點(diǎn)——油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜

總之：粘度是第一位的41液壓系統(tǒng)的工作條件液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境綜合經(jīng)濟(jì)性考慮因素：1.4液壓油選用（主要考慮粘度）42液壓油選擇首先根據(jù)工作條件（v、p、T）和元件類型選擇油液品種，然后根據(jù)粘度選擇牌號(hào)慢速、高壓、高溫：μ大通常<快速、低壓、低溫：μ小主要考慮泄漏的影響；主要考慮內(nèi)摩擦阻力的影響。43441.5.1液體靜壓力及其特性

質(zhì)量力作用于液體上的力<表面力作用于液體的所有質(zhì)點(diǎn)作用于液體的表面

（法向力、切向力、其它物體或容器對(duì)液體、一部分液體作用于另一部分液體等）—（重力、慣性力）—1.5流體靜力學(xué)基礎(chǔ)451.5流體靜力學(xué)基礎(chǔ)1.5.1液體靜壓力及其特性靜壓力：靜止液體在單位面積上所受到的法向力。物理學(xué)中稱壓強(qiáng)，液壓傳動(dòng)中習(xí)慣稱壓力。

p=F/A靜壓力特性：液體靜壓力的方向總是作用面的內(nèi)法線方向。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上都相等。單位面積上的表面力461.5.2液體靜壓力基本方程1.靜壓力基本方程p=po+ρgh

471.5.2液體靜壓力基本方程由公式可知：靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)的壓力由兩部分組成，一部分是液體上的壓力P0，另一部分是ρg與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨深度h的增加而線性地增加。連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的個(gè)點(diǎn)壓力都相等。482.

壓力的表示方法及單位絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)相對(duì)壓力：以大氣壓力作為基準(zhǔn)。又稱表壓力

絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力真空度=大氣壓力—絕對(duì)壓力49真空度＝大氣壓力－絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力＝大氣壓力＋相對(duì)壓力（表壓力）50復(fù)習(xí)工作介質(zhì)：液壓油用途粘性粘度靜力學(xué)：壓力的表示方法絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力（表壓力）真空度粘度與壓力的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系51復(fù)習(xí)液體靜壓力特性液體靜壓力的方向總是作用面的內(nèi)法線方向。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上都相等。

靜力學(xué)方程p=po+ρgh521.5.2液體靜壓力基本方程2、靜力學(xué)基本方程的物理意義Z表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的位能表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的壓力能53

p=p0+ρghhGPFAdA例1-1如圖所示，容器內(nèi)有油液。已知油的密度900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞面積A=1*10-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計(jì)。問活塞下方深度為h=0.5m處的壓力等于多少？543.帕斯卡原理內(nèi)容（等值傳遞）實(shí)質(zhì):在密閉的容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將等值同時(shí)地傳到液體內(nèi)所有各點(diǎn)。應(yīng)用：體現(xiàn)在液壓元件的工作原理上。力的放大例如千斤頂551.6流體動(dòng)力基礎(chǔ)1.6.1基本概念1、理想液體、定常流動(dòng)

理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體定常流動(dòng)（穩(wěn)定流動(dòng)、恒定流動(dòng)）：

流動(dòng)液體中任一點(diǎn)的p、u和ρ都不隨時(shí)間而變化流動(dòng).2、流線、通流截面3、層流、紊流和雷諾數(shù)561.6.1基本概念

2、流線、流管和流束1）流線—某一瞬時(shí)液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線2）流束—通過某截面上所有各點(diǎn)作出的流線集合構(gòu)成流束3）通流截面——流束中所有與流線正交的截面（垂直于液體流動(dòng)方向的截面）571.6.1基本概念3、層流、紊流和雷諾數(shù)層流：在液體流動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)沒有橫向脈動(dòng)，不引起液體質(zhì)點(diǎn)混雜，層次分明，能夠維持安定的流束狀態(tài)，這樣的流動(dòng)稱為層流。

液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，分層流動(dòng)（粘性力）紊流：液體流動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)具有脈動(dòng)速度，引起流層間質(zhì)點(diǎn)相互錯(cuò)雜交換，稱為紊流。

液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章（慣性力）雷諾數(shù)ReRe=vd/υ動(dòng)畫演示584.流量和平均流速流量(Q)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積。平均流速(v)：液流質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)流過的距離。 v=Q/A591、6、2連續(xù)性方程

質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用

連續(xù)性原理—理想液體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此單位時(shí)間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量。601.6.2連續(xù)性方程及其應(yīng)用（質(zhì)量守恒定律）q1=q2v1A1=v2A2通過流管任一截面的流量相等。當(dāng)流量一定時(shí)，流速和通流截面面積成反比。611、6、3伯努利方程

能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用

能量守恒定律：理想液體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等。或：外力對(duì)物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量。62伯努利方程（能量守恒定律）理想液體的運(yùn)動(dòng)微分方程：63理想液體的伯努利方程：將上式積分得：理想液體微小流束伯努利方程

p/ρ+gz+u2/2=常數(shù)

或

p1/ρg+z1+u12/2g=p2/ρg+z2+u22/2g

任意截面處液體的總能量由壓力能、位能和動(dòng)能組成實(shí)際液體流束的伯努利方程：p1/ρ+z1g+u12/2=p2/ρ+z2g+u22/2+h’wgh’w為因粘性而消耗的能量64實(shí)際液體總流的伯努利方程：65伯努利方程應(yīng)用舉例：66動(dòng)量方程：動(dòng)量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力的方向上的動(dòng)量的變化率，即

ΣF=d(mV)/dt流動(dòng)液體的動(dòng)量方程：67ΣF=ρ(s2-s1)dq/dt+ρqβ2V2-ρqβ1V1

定常流動(dòng)時(shí)，dq/dt=0

ΣF=

ρqβ2V2-ρqβ1V1

當(dāng)液流流速較大且紊流時(shí)，動(dòng)量修正系數(shù)β=1例題：681.7定常管流的壓力損失計(jì)算1.流態(tài)、雷諾數(shù)層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，分層流動(dòng)（粘性力）紊流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章（慣性力）雷諾數(shù)ReRe=vd/υ2.液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失計(jì)算沿程壓力損失：液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力引起。層流時(shí)的壓力損失液流在通流截面上的速度分布規(guī)律

液體作層流時(shí)，通流截面上的速度分布規(guī)律呈旋轉(zhuǎn)拋物體狀。6970圓管中的流量液體在圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，其中心處的最大流速正好等于其平均流速的兩倍。沿程壓力損失3.局部壓力損失是液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等處所引起的壓力損失。（旋渦，撞擊，能量損耗）

4.管路系統(tǒng)中的總壓力損失和壓力效率總壓力損失：壓力效率：η=p1/pp=(pp-ΣΔp)/pp=1-ΣΔp/pp