第一章 液壓介紹

液壓傳動教師：張文芹電話：89017074教學內容1.了解液壓傳動的發(fā)展2.理解液壓傳動的定義3.掌握液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構成4.液壓油5.液壓傳動的流體力學基礎

一、液壓傳動的發(fā)展1、了解液壓傳動發(fā)展的過程、特點及應用。2、了解國內外先進液壓與氣動技術成果在機械設備中的應用。3、通過探索性的討論，培養(yǎng)學生的學習興趣。一部完整的機器是由原動機、傳動機構、控制部分及工作機（含輔助裝置）組成。二、液壓傳動的定義傳動：把動力由原動機向工作機的傳遞。機械傳動電氣傳動流體傳動傳動機構：機械傳動皮帶輪傳動杠桿傳動齒輪傳動鏈條傳動二、液壓傳動的定義像機械傳動一樣，液壓傳動也是傳送動力的方法之一。它是靠密封容器內受靜壓力的液體傳送動力的。

在液壓系統(tǒng)中，油泵將具有一定轉矩M和轉速n的電動機的機械能，轉變成具有一定壓力p和流量Q的液壓能，通過控制閥的調節(jié)，借助執(zhí)行機構（油缸和油馬達）還原成所需要的移動或回轉的機械能。由于這種動力的變換和傳遞是依靠液壓油作傳動介質的，所以叫液壓傳動。三、液壓傳動的工作原理液壓千斤頂原理及組成工作原理液壓傳動的工作原理是:以油液作為工作介質、通過密封容積的變化來傳遞運動，通過油液內部的壓力來傳遞動力。帕斯卡原理:“在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點。”液壓傳動基本理論1、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學中則稱為壓強。2.液體靜壓力的兩個重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內法線方向一致。（2）靜止液體內任一點所受到的壓力在各個方向上都相等。液壓傳動基本理論3.液體靜壓力基本方程

p△A=Po△A+ρgh△A式中，ρgh△A為小液柱的重力，ρ—液體的密度上式化簡后得：p=p0+

ρgh

液壓傳動基本理論3、液體靜壓力基本方程說明什么問題：（1）

靜止液體中任何一點的靜壓力為作用在液面的壓力Po和液體重力所產生的壓力ρgh之和。（2）

液體中的靜壓力隨著深度h而線性增加。（3）在連通器里，靜止液體中只要深度h相同其壓力都相等。

p=p0+ρgh

結論：液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?，因而可近似認為整個液體內部的壓力是相等的。以后我們在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，一般都采用這種結論。液壓傳動基本理論4、絕對壓力、表壓力及真空度

根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對壓力和絕對壓力之分。以當?shù)卮髿鈮毫榛鶞仕硎镜膲毫ΨQ為表壓力。以絕對零壓力作為基準所表示的壓力稱為絕對壓力。如液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，這時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以真空度=大氣壓力-絕對壓力液壓傳動基本理論5、帕斯卡原理

圖所示建立了一個很重要的概念，即在液壓傳動中工作的壓力取決于負載，而與流量無關。例：如上圖所示，在液壓千斤頂?shù)膲河瓦^程中，已知柱塞泵活塞1的面積A1=1.13Χ10-4m2，液壓缸活塞2的面積A2=9.62Χ10-4m2。壓油時．作用在柱塞泵活塞1上的力F1=5.78Χ103N。試問柱塞泵油腔5內的油液壓力p1為多大?液壓缸能頂起多重的重物？

解（1）柱塞泵油腔5內的油液壓力：（2）液壓缸活塞2上的液壓作用力：（3）能頂起的重物的重量：G=F2=4.92Χ104N液壓傳動基本理論6、連續(xù)定理液體在流動時，通過任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時間改變的流動稱為穩(wěn)流，反之速度、壓力和密度其中一項隨時間而變，就稱為非穩(wěn)流。對穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動通過管內任一截面的液體質量必然相等。如圖所示管內兩個流通截面面積為A1和A2，流速分別為V1和V2，則通過任一截面的流量Q：Q=AV=A1V1=A2V2=常量（1－6）式（1－6）即連續(xù)定理，此式還得出一個重要的基本概念，即運動速度取決于流量，而與流體的壓力無關。例：如上圖所示，在液壓千斤頂?shù)膲河瓦^程中，已知柱塞泵活塞1的面積A1=1.13Χ10-4m2，液壓缸活塞2的面積A2=9.62Χ10-4m2，油管4的截面積A4=1.3Χ10-5m2。若柱塞泵活塞1的下壓速度v1為0.2m/s,試求液壓缸活塞2的上升速度v2和管路內油液的平均流速v4.解(1)柱塞泵排出的流量:

qv1=A1v1=1.13Χ10-4Χ0.2=2.26Χ10-5m3/s(2)根據(jù)液流連續(xù)性原理量:qv1=qv2

得:v2=qv2/A2=2.26Χ10-5/9.62Χ10-4=0.0235m/s(3)同理:管路內油液的平均流速v4

V4=qv4/A4=2.26Χ10-5/1.3Χ10-5=1.74m/s液壓傳動基本理論7、液體流動中的壓力和流量的損失（1）壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動時又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當液體在直徑不變的直管中流過一段距離時，因摩擦而產生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和局部損失之和。

由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個1.3～1.5的系數(shù)來估算。液壓傳動基本理論7、液體流動中的壓力和流量的損失（2）流量損失在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對運動的表面,如液壓缸內表面和活塞外表面，因為要有相對運動,所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會經間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會向外部泄漏。這種泄漏造成實際流量有所減少,這就是我們所說的流量損失。流量損失影響運動速度，而泄漏又難以絕對避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個l.1～1.3的系數(shù)來估算。

液壓傳動基本理論8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象（1）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中,當油路突然關閉或換向時,會產生急劇的壓力升高,這種現(xiàn)象被稱為液壓沖擊。造成液壓沖擊的主要原因是液壓速度的急劇變化、高速運動工作部件的慣性力和某些液壓元件反應動作不夠靈敏.產生液壓沖擊時,系統(tǒng)中的壓力瞬間就要比正常壓力大好幾倍,特別是在壓力高、流量大的情況下,極易引起系統(tǒng)的振動、噪音甚至導管或某些液壓元件的損壞,既影響系統(tǒng)的工作質量又會縮短其使用壽命。還要注意的是由于壓力沖擊產生的高壓力可能使某些液壓元件（如壓力繼電器）產生誤動作,而損壞設備。避免液壓沖擊的主要辦法是避免液流速度的急劇變化。延緩速度變化的時間能有效地防止液壓沖擊,如將液動換向閥和電磁換向閥聯(lián)用可減少液壓沖擊,因為液動換向閥能把換向時間控制得慢一些。

2、運動著的工作部件突然制動或換向時，因工作部件的慣性引起的液壓沖擊。

3、某些液壓元件動作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起的液壓沖擊。液壓沖擊的類型有：

1、液流通道迅速關閉或液流迅速換向使液流速度的大小或方向突然變化時，由于液流的慣力引起的液壓沖擊。減小液壓沖擊的措施針對上述各式中影響沖擊壓力Δp的因素，可采取以下措施來減小液壓沖擊；1）適當加大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統(tǒng)中把v控制在4.5m/s以內，使Δpmax不超過5MPa就可以認為是安全的。2）正確設計閥口或設置制動裝置，使運動部件制動時速度變化比較均勻。3）延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時間可調的換向閥。4）盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波的傳播時間，變直接沖擊為間接沖擊。5）在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設置蓄能器，以吸收沖擊壓力；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。液壓傳動基本理論8、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象（2）氣穴現(xiàn)象：由于液體中溶入空氣在壓力較小時會形成氣泡叫氣穴現(xiàn)象。如果液壓系統(tǒng)中發(fā)生了空穴現(xiàn)象,液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區(qū)域時,氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂,從而引起局部液壓沖擊,造成噪音和振動,另一方面,由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性,降低了油管的通油能力,造成流量和壓力的波動,使液壓元件承受沖擊載荷,影響其使用壽命。同時氣泡中的氧也會腐蝕金屬元件的表面,我們把這種因發(fā)生空穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫汽蝕。在液壓傳動裝置中,汽蝕現(xiàn)象可能發(fā)生在油泵、管路以及其它具有節(jié)流裝置的地方,特別是油泵裝置,這種現(xiàn)象最為常見。汽蝕現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)產生各種故障的原因之一,特別在高速、高壓的液壓設備中更應注意。

減小氣穴現(xiàn)象的措施

在液壓系統(tǒng)中，哪里壓力低于空氣分離壓，那里就會產生氣穴現(xiàn)象。為了防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，最根本的一條是避免液壓系統(tǒng)中的壓力過分降低。具體措施有：1）減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比p1/p2＜3.5。2）正確設計和使用液壓泵站3）液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴防空氣侵入。4）采用抗腐蝕能力強的金屬材料，提高零件的機械強度，減小零件表面粗糙度值。

動畫演示2、液壓傳動的組成部分油路—圖示、左位、右位換向—換向閥調速—節(jié)流閥調壓—溢流閥

液壓系統(tǒng)的組成及作用

1.動力元件:2.執(zhí)行元件:3.控制元件:4.輔助元件:5.工作介質:液壓泵。將原動機輸入的機械能轉換為液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力的壓力油，是系統(tǒng)的動力源油缸或液壓馬達。將油液具有的壓力能轉換成機械能的裝置。在壓力油的推動下，輸出力或轉矩，使工作部件具有一定的速度和轉速，完成預定的工作各種液壓控制閥，用以控制流體的方向、壓力和流量，以保證執(zhí)行元件完成預期的工作任務包括油箱、油管、濾油器、壓力表、冷卻器、分水濾水器、油霧器、消聲器、管件、管接頭和各種信號轉換器等，它們起連接、儲油、過濾和測量油液壓力等輔助作用系統(tǒng)中的傳動液體，通常是液壓油或壓縮空氣，作為傳遞運動和動力的載體液壓系統(tǒng)就是通過介質實現(xiàn)運動和動力傳遞的。液壓傳動的組成部分

液壓傳動的工作原理及其組成部分從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：（l）能源裝置:它是供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機械能轉換成液壓能的裝置。最常見的是液壓泵。（2）執(zhí)行裝置：它是把液壓能轉換成機械能的裝置。其形式有作直線運動的液壓缸，有作回轉運動的液壓馬達，它們又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。（3）控制調節(jié)裝置：它是對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、截止閥等。（4）輔助裝置：例如油箱，濾油器，油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作是必不可少的。液壓系統(tǒng)圖的圖形符號

1.半結構式—直觀，畫法復雜。2.職能符號—畫法簡單，清晰。圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結構和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。2.液壓傳動的組成部分圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖1.2用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖

l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-溢流閥；

5-手動換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向間；

8-活塞；9-液壓缸液壓缸液壓缸換向閥換向閥節(jié)流閥節(jié)流閥液壓泵液壓泵溢流閥溢流閥油箱油箱

特點1、液壓傳動的優(yōu)點(1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可方便靈活地布置傳動機構，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。(2)液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性。(3)可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。(4)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。(5)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。(6)液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。(7)液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。。特點2、液壓傳動的缺點(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。(2)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復雜。(4)液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除圖形符號

四、液壓油1、液壓油的物理性質2、對液壓油的要求及選用液壓傳動及控制所用的工作介質為液壓油或其他合成液體，其應具備的功能如下：1）傳動把由液壓泵所賦予的能量傳遞給執(zhí)行元件；2）潤滑潤滑液壓泵、液壓閥、液壓執(zhí)行元件等運動件；3）冷卻吸收并帶出液壓裝置所產生的熱量；4）去污帶走工作中產生的磨粒和來自外界的污染物；5）防銹防止液壓元件所用各種金屬的銹蝕。液壓油的作用1、液壓油液的物理性質單位體積液體所具有的質量稱為該液體的密度。即：式中ρ—液體的密度；

V—液體的體積；

m—液體的質量。液體的密度隨著壓力或溫度的變化而發(fā)生變化，但其變化量一般很小，在工程計算中可以忽略不計。（一）、密度（二）、可壓縮性液體因所受壓力增高而發(fā)生體積縮小的性質稱為可壓縮性。若壓力為p0時液體的體積為V0，當壓力增加Δp，液體的體積減小ΔV，則液體在單位壓力變化下的體積相對變化量為：式中，k

稱為液體的壓縮率。液體壓縮率k的倒數(shù)，稱為液體體積模量，即（三）、粘性1）粘性的表現(xiàn)

液體在外力作用下流動時，分子間內聚力的存在使其流動受到牽制，從而沿其界面產生內摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。hydyu0yxO液體粘性示意圖若距離為h的兩平行平板間充滿液體，下平板固定，而上平板以速度u0向右平動。由于液體和固體壁面間的附著力及液體的粘性，會使流動液體內部各液層的速度大小不等：緊靠著下平板的液層速度為零，緊靠著上平板的液層速度為u0

，而中間各層液體的速度當層間距離h較小時，從上到下近似呈線性遞減規(guī)律分布。其中速度快的液層帶動速度慢的；而速度慢的液層對速度快的起阻滯作用。實驗測定表明，流動液體相鄰液層間的內摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比，即：式中，比例系數(shù)μ稱為粘性系數(shù)或動力粘度。若以τ

表示液層間的切應力，即單位面上的內摩擦力，則上式可表示為：這就是牛頓液體內摩擦定律。由此可知，在靜止液體中，速度梯度du/dy=0，故其內摩擦力為零，因此靜止液體不呈現(xiàn)粘性，液體只在流動時才顯示其粘性。

2）粘性的度量度量粘性大小的物理量稱為粘度。常用的粘度有三種，即動力粘度、運動粘度、相對粘度。動力粘度μ動力粘度μ是表征流動液體內摩擦力大小的粘性系數(shù)。其量值等于液體在以單位速度梯度流動時，單位面積上的內摩擦力。

在我國法定計量單位制及SI制中，動力粘度μ的單位是Pa·s（帕·秒）或用N·s/m2（牛·秒/米2）表示。如果動力粘度只與液體種類有關而與速度梯度無關，這種液體稱為牛頓液體，否則為非牛頓液體。石油基液壓油一般為牛頓液體。運動粘度v。液體動力粘度與其密度之比稱為該液體的運動粘度v，即運動粘度v的單位是m2/s（米2/秒）。國際標準ISO按運動粘度值對油液的粘度等級（VG）進行劃分。相對粘度。相對粘度是根據(jù)特定測量條件制定的，故又稱條件粘度。測量條件不同，采用的相對粘度單位也不同。如恩氏粘度?E（歐洲一些國家）、通用塞氏秒SUS（美國、英國）、商用雷氏秒R1S（英、美等國）和巴氏度?B（法國）等。國際標準化組織ISO已規(guī)定統(tǒng)一采用運動粘度來表示油的粘度。3）溫度對粘度的影響溫度變化使液體內聚力發(fā)生變化，因此液體的粘度對溫度的變化十分敏感：溫度升高，粘度下降。這一特性稱為液體的粘－溫特性。粘－溫特性常用粘度指數(shù)VI來度量。VI表示該液體的粘度隨溫度變化的程度與標準液的粘度變化程