液壓與氣壓傳動(12機電技術(shù))

液壓與氣壓傳動

主講趙利民12級機電技術(shù)專業(yè)

1、本課程的學(xué)習(xí)對象傳動包括機械傳動、電氣傳動、流體傳動、磁力傳動等。本課程專業(yè)學(xué)習(xí)流體傳動中的液壓與氣壓傳動。液壓與氣壓傳動在社會生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。液壓氣壓傳動在工業(yè)中的應(yīng)用液壓氣壓傳動的應(yīng)用實例液壓傳動的應(yīng)用實例實例2、本課程的地位液壓與氣壓傳動是機電一體化產(chǎn)品的重要組成部分。本課程是本專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。液壓與氣壓傳動的基本原理、特點和應(yīng)用；液壓元件、氣動元件的工作原理、基本結(jié)構(gòu)；液壓與氣壓傳動基本回路及其典型應(yīng)用；典型設(shè)備的液壓傳動系統(tǒng)及其故障排除；3、本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容上課分班級按學(xué)號就座。做好課堂筆記；課后及時復(fù)習(xí)，按時完成作業(yè)；成績計算：平時40%，期末考試60%；4、本課程學(xué)習(xí)的基本要求

第1章液壓傳動概述1.1液壓傳動的發(fā)展及研究對象1.2液壓傳動工作原理

1.2.1液壓千斤頂工作原理

1.2.2磨床工作臺工作原理1.3液壓傳動的組成及特點1.3.1.液壓傳動系統(tǒng)組成1.3.2液壓傳動的優(yōu)缺點1.1發(fā)展及研究對象液壓傳動和氣壓傳動-流體傳動，基礎(chǔ)：17世紀(jì)帕斯卡提出液體靜壓力傳動原理。1795年英國人約瑟夫·布拉曼(Joseph)制造了世界上第一臺水壓機，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。1905年有人將工質(zhì)改為油,又進一步加以改進，得到了世界上第一臺油壓機。1925年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁·尼斯克在液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面取得突破。19世紀(jì)末20世紀(jì)初液壓元件開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。歐美、日本走在世界前列。我國已經(jīng)形成體系，門類齊全，具有一定水平。氣壓傳動越來越受到重視，自20世紀(jì)60年代以來,氣壓傳動發(fā)展十分迅速,目前氣壓傳動元件的發(fā)展速度已超過了液壓元件,氣壓傳動已成為一個獨立的專門技術(shù)領(lǐng)域。1.1發(fā)展及研究對象元件小型化、系統(tǒng)集成化、機電液（氣）一體化是液壓與氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢；元件與系統(tǒng)的CAD/CAT及計算機實時控制是當(dāng)前的發(fā)展方向。1.2液壓傳動的工作原理1.2.1液壓千斤頂工作原理1—油箱2—放油閥3—大缸體4—大活塞

5、9—單向閥6—杠桿手柄7—小活塞

8—小缸體

第1章液壓傳動圖1-1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?/p>

大缸體3和大活塞4組成了舉升缸，杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動，小活塞下腔密封容積增大形成局部真空時，單向閥9打開，油箱1中的油液在大氣壓力的作用下通過吸油管進入小活塞的下腔，完成一次吸油過程。當(dāng)用力壓下手柄6時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油液受擠壓使壓力升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5打開，油液進入舉升缸下腔，驅(qū)動大活塞4使重物G上升一段距離，完成一次排油過程。反復(fù)地抬、壓手柄，使油液不斷地壓入舉升缸，重物不斷升高，達到起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°，活塞4可以在重力的作用下實現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程。1.2.2磨床工作臺工作原理第1章液壓傳動這里的磨床指矩形工作臺平面磨床。1.2.2磨床工作臺工作原理第1章液壓傳動圖1-2磨床工作臺液壓傳動原理圖a)液壓傳動結(jié)構(gòu)原理圖b)用圖形符號表示的液壓原理圖1—油箱2—過濾器3—液壓泵4—節(jié)流閥5—溢流閥6—換向閥7—手柄8—液壓缸9—活塞10—工作臺P、A，B、T—各油口a)b)

如圖1-2所示。系統(tǒng)的功能是推動磨床工作臺實現(xiàn)往復(fù)直線運動，其工作過程如下。液壓系統(tǒng)圖按國標(biāo)GB/T786.1—93中所規(guī)定的繪制。符號只表示元件功能、連接系統(tǒng)通路和，不表示元件具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)。符號的油液流動方向用箭頭表示，線段兩端都有箭頭的表示方向可逆。符號均以元件靜止位置或中間零位置表示。第1章液壓傳動

⑴工作臺向右直線運動，電動機(圖中未畫)帶動液壓泵3工作，從油箱l中吸入液壓油，經(jīng)過過濾器2進入油管，走節(jié)流閥4進入換向閥6，當(dāng)手柄7向右推時，閥芯向右移，使油液進入液壓缸8的左腔，推動活塞9向右移動，同時帶動工作臺10向右直線運動。

第1章液壓傳動

⑵工作臺向左直線運動，由于工作臺運動方向需要變化，當(dāng)手柄7向左拉時，換向閥6的閥芯相對于閥體位置改變，油液通道發(fā)生變化，于是液壓泵3從油箱1中吸入的液壓油，經(jīng)進油路進入液壓缸8的右腔，推動活塞9向左移動，帶動工作臺10向左直線運動。

第1章液壓傳動

⑶工作臺處于停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)換向閥6閥芯相對于閥體處于中位時，如圖1-2a所示位置，這時由液壓泵3輸出的壓力油經(jīng)溢流閥5，沿回油管直接流回油箱1。

第1章液壓傳動工作介質(zhì):油液控制元件：閥液壓傳動:原動機的機械能液體的壓力能液體的壓力能執(zhí)行機構(gòu)的機械能(所需的運動和動力)

1.2液壓傳動的工作原理第1章液壓傳動

如果第一個例子中的G增大了，比如要抬起一個更重的汽車，人胳膊上的感覺會怎么樣？為什么？液壓系統(tǒng)工作壓力的高低取決于負(fù)載的大小。如果想讓磨床工作臺往返運動得更快些，應(yīng)該怎么辦？液壓缸的運動速度取決于液壓油流量大小。1.3液壓傳動的組成及特點第1章液壓傳動1.3.1.液壓傳動系統(tǒng)組成⑴動力裝置：泵等將機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的裝置；⑵執(zhí)行裝置：液壓缸或馬達，將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置;⑶控制裝置：閥，對液體的壓力、流量和流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的裝置;⑷輔助裝置：對工作介質(zhì)起到容納、凈化、潤滑、消聲和實現(xiàn)元件間連接等作用的裝置;⑸傳動介質(zhì)：傳遞能量的液體——液壓油。1.3.2液壓傳動的優(yōu)缺點第1章液壓傳動液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下優(yōu)點（1）輸出力大：萬噸水壓機。（2）定位精度高：可達0.1微米。（3）傳動平穩(wěn)：對高精度機床等設(shè)備有重要意義。（4）使用壽命長：元件自潤滑。（5）容易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。（6）容易實現(xiàn)過載保護：溢流閥。（7）容易實現(xiàn)自動控制：液體的壓力、流量、方向等參數(shù)易于控制。（8）機構(gòu)簡化和操作簡單。1.3.2液壓傳動的優(yōu)缺點第1章液壓傳動液壓傳動的缺點⑴傳動效率低，對溫度變化敏感，實現(xiàn)定比傳動困難。⑵出現(xiàn)故障不易診斷。⑶液壓元件制造精度高，加工不易。⑷油液易泄漏。

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.1液體的性質(zhì)

2.2液體靜力學(xué)基礎(chǔ)2.3液體動力學(xué)基礎(chǔ)2.4管路的壓力損失2.5液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性2.6液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識液壓油不僅是液壓傳動系統(tǒng)中用來傳遞能量的工作介質(zhì)，它還起著潤滑、冷卻、防銹和減振等作用。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.1液壓油的性質(zhì)2.1.1液壓油的物理性質(zhì)一、密度三、粘度二、可壓縮性四、粘溫與粘壓特性第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.1.1液壓油的物理性質(zhì)液體的密度密度是指單位體積內(nèi)液體所具有的質(zhì)量，用符號ρ表示，單位為kg/m3。計算式為

液壓油的密度隨壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。但在通常的使用壓力和溫度范圍內(nèi)對密度的影響都極小，一般情況下可視液壓油的密度為常數(shù)，其密度值為900kg/m3。

（2-1）2.

液體的可壓縮性液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，其定義為單位壓力變化時引起的液體單位體積的變化量，用體積壓縮系數(shù)來表示，單位為m2/N。計算式為:

由于液體隨壓力的增加體積減小，故在公式前加負(fù)號，使為正值。（2-2）第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識液體的體積壓縮系數(shù)（或體積彈性模量）均說明液體抵抗壓縮能力的大小，其值與壓力、溫度有關(guān)，但影響甚小。因此，在壓力、溫度變化不大的液壓系統(tǒng)中可視為常數(shù)，認(rèn)為液壓油是不可壓縮的。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積模量K，單位為Pa，寫成微分形式，即（2-3）K

我們來看一個試驗：兩大平板間存在著液體，當(dāng)上平板以u0速度向右運動，下平板靜止不動時，在附著力的作用下，緊貼上平板的一層液體以u0速度向右運動，緊貼下平板的液體保持靜止，粘性使流動液體內(nèi)部各處的速度不等,當(dāng)兩平板之間的距離較小時，各液層間的速度呈線性變化。

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-1液體粘度示意圖液體的粘度

液體流動時分子間相互牽制的力稱為液體的內(nèi)摩擦力或粘滯力，而液體流動時呈現(xiàn)阻礙液體分子之間相對運動的這種性質(zhì)稱為液體的粘性。式（2-4）稱為牛頓液體的內(nèi)摩擦定律。

分析實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相鄰液層間的內(nèi)摩擦力F與接觸面積A和速度變化量du成正比，與液層間距離的變化量dy成反比，設(shè)比例系數(shù)為μ，則或?qū)懗桑?-4）第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-1液體粘度示意圖總結(jié)：粘度是液體流動時阻力的度量。如果液壓油粘度大，流動阻力就大，機械效率低。如果液壓油粘度小，流動阻力小，機械效率就高，但易泄漏。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-1液體粘度示意圖第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-2液體的粘度-溫度特性曲線1—石油型普通液壓油2—石油型高粘度指數(shù)液壓油3—水包油乳化液4—水-乙二醇5—磷酸酯液4.粘度和壓力、溫度的關(guān)系粘壓特性：壓力增大，粘度增大。（變化量較小，忽略不計）粘溫特性：溫度上升，粘度變小，溫度下降，粘度變大。（粘度隨溫度變化越小，粘溫特性越好。）

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.1.2粘度的表示方法

液體的粘度主要用動力粘度、運動粘度和相對粘度來表示。動力粘度又稱絕對粘度，是指液體在單位速度梯度流動時的表面切應(yīng)力。其計算式為：（2-5）動力粘度的單位為帕·秒（Pa·s）1Pa·s＝10P（泊）＝103cP(厘泊)第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

（2-6）運動粘度的單位為m2/s，或斯（St）和厘斯（cSt）。1m2/s=104St(cm2/s)=106cSt(mm2/s)。我國液壓油的牌號：用在某一溫度下運動粘度的平均厘斯（cSt）值來表示，例如N32號液壓油，就是指此種油在40℃

時運動粘度的平均值為32厘斯。2.運動粘度動力粘度μ與密度ρ之比，用符號ν表示，即第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

3.相對粘度相對粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等。恩氏粘度的測量方法：將200mL的被測液體放入粘度計的容器內(nèi)，加熱到溫度t℃后，讓它從容器底部一個2.8毫米的直徑小孔流出，測出液體全部流出所用的時間t1；然后與流出同樣體積的20℃的蒸餾水所需時間t20之比，比值即為該液體在溫度t℃時的恩氏粘度，用符號OEt表示，即（2-7）第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識⑴粘溫特性好，壓縮性要小。⑵潤滑性能好，防銹、腐蝕性小。⑶抗泡沫、抗乳化性好。⑷抗燃性能好。2.1.3液壓油的基本要求第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識礦物油型液壓油：以石油的精煉物為基礎(chǔ)，加入各種添加劑調(diào)制而成。這種油液的特點是潤滑性好，腐蝕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，所以約90％以上的液壓系統(tǒng)采用此類液壓油。乳化液：（1）油包水乳化液：水分散在油中油約占60%。（2）水包油乳化液：約5%-10%的油分散在大量的水中。水-乙二醇：含蒸餾水35%-55%，抗燃性好，凝固點低。磷酸酯：自燃點高，氧化安定性好，潤滑性好，使用溫度范圍寬，但有毒，須選用合適的橡膠密封材料。常見液壓油的代號、特性和用途見表2-1所示。2.1.4常用液壓油的類型第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

⑴按工作機的類型選用。

精密機械：采用較低粘度的液壓油。如機床液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機構(gòu)動作靈敏性，也宜采用粘度較低的油液。

⑵按液壓泵的類型選用。

液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運動速度、壓力和溫升都較高，工作時間又長，因而對粘度要求較嚴(yán)格，所以選擇粘度時應(yīng)先考慮到液壓泵。否則，泵磨損過快，容積效率降低，甚至可能破壞泵的吸油條件。在一般情況下，可將液壓泵要求的粘度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，見表2-2所示。2.1.5液壓油的選用第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

條件液壓泵類型運動粘度(40℃)/（mm2／s）環(huán)境溫度(5～40)℃時運動粘度(40℃)/（mm2／s）環(huán)境溫度(40～80)℃時葉片泵7MPa以下30～5040～757MPa以上50～7055～90齒輪泵30～7095～165柱塞泵30～5065～240表2-2按液壓泵類型推薦用油粘度第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

⑶按液壓系統(tǒng)工作壓力選用。

工作壓力較高，宜選用粘度較高的油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；工作壓力較低時，宜用粘度較低的油，這樣可以減少壓力損失。例如機床工作壓力一般低于6.3MPa，采用(20～60)×10-6m2／s的油液；工程機械工作壓力屬于高壓，多采用較高粘度的油液。

⑷考慮液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度。

礦物油的粘度受溫度影響很大，為保證在工作溫度下有較適宜的粘度，還必須考慮環(huán)境溫度的影響。當(dāng)溫度高時，宜采用粘度較高的油液；環(huán)境溫度低時，宜采用粘度較低的油液。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

⑸考慮液壓系統(tǒng)工作部件的運動速度。

當(dāng)液壓系統(tǒng)工作部件的運動速度很高時，宜用粘度較低的油液；反之，當(dāng)工作部件運動速度較低時，宜選用粘度較高的油液。

⑹選擇合適的液壓油品種

液壓系統(tǒng)使用的油液品種很多，主要有機械油、變壓器油、汽輪機油、通用液壓油、低溫液壓油、抗燃液壓油和抗磨液壓油等。機械油最為廣泛采用。如果溫度較低或溫度變化較大，應(yīng)選擇粘溫特性好的低溫液壓油；若環(huán)境溫度較高且有防火要求，則應(yīng)選擇抗燃液壓油；如果設(shè)備長期在重載下工作，為減少磨損，可選用抗磨液壓油。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

液壓油污染是液壓系統(tǒng)故障的主要原因。油液污染物的主要來源⑴殘留物污染：元件制造、儲存、運輸、安裝、維修中殘留的污染物。如灰塵、焊渣、切屑、鑄造砂料、磨料等。⑵侵入物污染：使用時周圍環(huán)境中侵入的污染物。如空氣、水份等。⑶

生成物污染：系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的污染物。如油氧化變質(zhì)產(chǎn)生的膠質(zhì)、磨損產(chǎn)生的顆粒、脫落的密封材料等。

2.1.6液壓油污染控制措施第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

主要污染物：固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物等。其中固體顆粒是引起污染危害的主要原因。

⑴固體顆粒：加劇泵、閥、液壓缸等元件的磨損，縮短壽命；使閥芯卡死；堵塞堵塞過濾器、元件微孔；造成泄漏增大等。⑵水：加速油液氧化，產(chǎn)生粘性膠質(zhì)，堵塞濾芯。⑶空氣：降低油液的體積模量，引起氣蝕。⑷微生物：使油液變質(zhì)，降低潤滑性能，加速元件腐蝕。

2.

油液污染的危害

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識油液污染的控制措施

（1）兩個手段：防止污染物侵入液壓系統(tǒng)；把已經(jīng)侵入的污染物從系統(tǒng)中清除出去。

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識油液污染的控制措施（2）具體措施1）流通環(huán)節(jié)：進廠檢驗，加油過濾，貯運密封。2）設(shè)計環(huán)節(jié)：合理選用液壓元件和密封元件，減少泄漏，減少污染物侵入的途徑。3）裝配環(huán)節(jié)：裝配前認(rèn)真清洗，裝配后進行防銹、酸洗處理，并經(jīng)循環(huán)沖洗后再投入使用。4）制造環(huán)節(jié)：采用密封油箱或在通氣孔上加裝高效能空氣濾清器，合理選用過濾裝置。5）維護環(huán)節(jié)：定期檢查、補充、更換液壓油。6）運行環(huán)節(jié)：控制油液工作溫度，防止過高油溫造成油液氧化變質(zhì)。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

液體靜力學(xué)主要研究靜止液體所具有的力學(xué)規(guī)律。所謂靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點與質(zhì)點之間沒有相對運動，而液體整體則完全可以隨同容器一起作各種勻速運動。

2.2液體靜力學(xué)基礎(chǔ)

。2.2.1靜止液體的壓力及其性質(zhì)液體的壓力液體單位面積上所受到的法向作用力（Pa或MPa）：（2-9）式中F——法向作用力（N）；

A——承壓面積（m2）。

兩個重要特性：

⑴壓力的方向沿著承壓面的內(nèi)法線方向；

⑵流體內(nèi)任一點上各個方向的壓力相等。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

如果求液體內(nèi)任意一點A的壓力p，可從液面向下取一微小圓柱，其高度為h，底面積為△A，則該圓柱除受側(cè)面力外，上表面受力為p0△A，下表面所受力p△A，液體所受重力為ρgh△A，作用在圓柱的質(zhì)心上。小圓柱在這些力的作用下處于平衡狀態(tài)，于是在垂直方向上力應(yīng)平衡。平衡方程式為（2-10）式中g(shù)——重力加速度；

ρ——液體的密度。液面下一定深度液體靜壓力

圖2-3重力作用下的靜止液體第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

由式（2-10）簡化后，得液體靜力學(xué)基本方程式

如果液面上所受壓力為大氣壓時（p0=pa），則

（2-11）（2-12）總結(jié)：

⑴靜止液體內(nèi)任意一點的壓力由液面上的壓力（p0=F/A）和液體重力引起的壓力ρgh兩部分組成；

⑵靜止液體內(nèi)的壓力隨深度增加而增大；

⑶液面深度相等，其靜壓力相等。壓力相等的點組成的面叫做等壓面。在重力作用下等壓面是水平面。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.2.2帕斯卡原理帕斯卡原理：在密封容器內(nèi)，靜止液體任一點的壓力將等值地傳遞到液體內(nèi)部各點。這就是靜止液體中的壓力傳遞原理。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常由外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大的多，可以忽略ρgh影響，即認(rèn)為靜止液體中的壓力處處相等。帕斯卡原理還能說明什么？第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識由于兩缸充滿液體且互相連接，根據(jù)帕斯卡原理：

2.2.2帕斯卡原理

如圖所示，垂直液壓缸是負(fù)載缸：這就是為什么液壓系統(tǒng)能輸出很大的力的工作原理。如果垂直缸的活塞上沒有負(fù)載，即F1=0,則當(dāng)略去活塞重量及其他阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸的活塞也不能在液體中形成壓力，所以：液壓系統(tǒng)的壓力是由外界負(fù)載決定的。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識液體壓力表示方法有兩種：（1）絕對壓力：以絕對真空為基準(zhǔn)（2）相對壓力：以大氣壓力為基準(zhǔn)。絕大多數(shù)壓力儀表所測得的壓力是相對壓力，所以也稱為表壓力。絕對壓力＝大氣壓力＋相對壓力

真空：某處絕對壓力低于大氣壓力(即相對壓力為負(fù)值)時，習(xí)慣上稱該處具有真空。真空度：絕對壓力小于大氣壓力的那部分。真空度＝大氣壓力—絕對壓力2.2.3壓力表示方法第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識例1

如圖2-5所示為裝有水銀的U形管測壓計，左端與水的容器相連，右端與大氣相通。汞的密度為ρ汞=13.6×103kg／m3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=101325Pa。1）如圖2-5a，已知h=20cm，h1=30cm，試計算A點的相對壓力和絕對壓力。2）如圖2-5b，已知h1=15cm，h2=30cm，試計算A點的真空度和絕對壓力。圖2-5U形管測壓計第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識上式求得是相對壓力，A點的絕對壓力是

上式求得是絕對壓力，A點的真空度是解：a）圖取B-B′面為等壓面，列靜力學(xué)方程，即第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識b）圖取C-C′面為等壓面，pC

壓力等于大氣壓pa，列靜力學(xué)方程，即上式求得是絕對壓力，A點的真空度是第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.2.4液體對固體壁面的作用力

當(dāng)固體壁面為平面時，液體對固體壁面上的作用力F等于液體壓力p與該平面面積A的乘積,即

（2-13）

當(dāng)固體壁面是曲面時，液體作用于曲面某x方向上的作用力等于液體壓力p與曲面在該方向投影面積Ax

的乘積，即（2-14）

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

本節(jié)主要研究液體流動時的流動狀態(tài)、流動規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化等問題。涉及幾個基本方程，即連續(xù)性方程、能量方程(伯努利方程)和動量方程。它們是液體動力學(xué)基礎(chǔ)，也是液壓技術(shù)分析問題和設(shè)計計算的理論依據(jù)。2.3液體動力學(xué)基礎(chǔ)第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.3.1基本概念2.穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動液體流動時，如果任意點處的壓力、流速和密度都不隨時間變化而變化，則這種流動稱作穩(wěn)定流動，反之，稱作非穩(wěn)定流動。1.理想液體和實際液體

既無粘性又不可壓縮的液體叫做理想液體，既有粘性又可壓縮的液體叫做實際液體。研究問題的簡化模型：首先假設(shè)液體是沒有粘性的，然后再考慮粘性的影響并進行修正。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

a)圖是穩(wěn)定流動，b)圖由于水箱中的水位隨時間而變化，1-1＇、2-2＇截面處的壓力、流速和密度都隨時間變化而變化，故1-1＇、2-2＇截面處為非穩(wěn)定流動。在液壓系統(tǒng)中液體流動通常是穩(wěn)定流動狀態(tài)。圖2-6穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動a）穩(wěn)定流動b）非穩(wěn)定流動1—水箱2—進水管3—溢流口4—出水管A、B—閥門第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

3.流量單位時間內(nèi)流過通流截面液體的體積，用符號q表示，單位為m3／s，在工程中常用L／min,1L/min=1/6×10-4m3/s。4.流速通常所說的流速均指平均流速，此時假想液體在通流截面上的流速是均勻分布的，用符號v表示，單位為m/s。用平均流速計算流量，則有（2-15）式中A——垂直于液體流動方向的通流截面的面積。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

液體的流動狀態(tài)分為層流和紊流兩種，這一現(xiàn)象可通過雷諾實驗觀察。

1）雷諾實驗，1883年雷諾(Reynoids)研究了液體流動過程，用著名的雷諾實驗揭示了液體流動時存在著兩種不同的流動狀態(tài)——層流和紊流。

5.液體的流動狀態(tài)第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識實驗結(jié)果（1）當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時，管中心的紅色液體呈現(xiàn)一根平穩(wěn)的細(xì)線流，沿玻璃管的軸線流過全管，如圖2-7a所示。（2）隨著水的流速增大至某個值后，紅色液體的細(xì)線開始抖動、彎曲，呈現(xiàn)波浪形，如圖2-7b所示。（3）速度再增大，細(xì)線被沖散、斷裂，最后使全管內(nèi)水的顏色均勻一致，如圖2-7c所示。圖2-7雷諾實驗裝置示意圖a）層流b）過度流c）紊流

兩種流型的特點：層流時粘性力起主導(dǎo)地位，液體質(zhì)點受粘性的約束，流動時能量損失?。晃闪鲿r慣性力起主導(dǎo)作用，粘性力的制約作用減弱，流動時能量損失大。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2）層流或紊流判別：雷諾數(shù)Re。液體在圓管中流動時的雷諾數(shù)Re與管道的直徑和液體流速成正比而與運動粘度成反比，即

（2-16）式中v——管道內(nèi)液體的流動速度；

d——圓形管道的直徑；

ν——液體的運動粘度。

液體的流動狀態(tài)是層流或紊流，由臨界雷諾數(shù)Rec決定。當(dāng)雷諾數(shù)Re＜Rec時，流動狀態(tài)為層流；當(dāng)雷諾數(shù)Re＞Rec時，流動狀態(tài)為紊流。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識管道Rec管道Rec光滑金屬圓管2320帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙700橡膠軟管1600～2000帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀縫隙400光滑的同心環(huán)狀縫隙1100圓柱形滑閥閥口260光滑的偏心環(huán)狀縫隙1000錐閥閥口20～100表2-3常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

對于非圓截面的管道來說，雷諾數(shù)Re可用下式計算（2-17）式中dH——截面的水力直徑，其值與通流截面的有效面積A和濕周長度x（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周界長度）的關(guān)系:（2-18）

dH

大，通流能力大；dH小，通流能力小，管道易堵塞。

一般液壓傳動系統(tǒng)中礦物油粘度較大，且流速不高，多屬層流。只有當(dāng)液體流經(jīng)閥口或彎頭等處時才會形成紊流。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識1、質(zhì)量守恒定律：液體在管道中穩(wěn)定流動，質(zhì)量不會增多也不會減少，在單位時間內(nèi)液體流經(jīng)管道任意截面的質(zhì)量相等，這就是液體的質(zhì)量守恒定律。

右圖管道，在管道上取l-1′通流截面，其通流截面的面積為A1，液體的平均流速為Vl；若在管道上取2-2′通流截面，其通流截面的面積為A2，液體的平均流速為V2，液體的密度為ρ。2.3.2連續(xù)性方程第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

結(jié)論：液體在同一管道中作穩(wěn)定流動時，流量是一個常數(shù)，管道截面越大處流速越小，管道截面越小處流速越大。根據(jù)質(zhì)量守恒有(2-19)

常數(shù)即，液體流動的連續(xù)性方程常數(shù)（2-20）第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-9伯努利方程示意圖

（2）模型：設(shè)密度為ρ的液體在通道內(nèi)流動，取兩通流截面1-1＇和2-2＇，兩截面至水平參考面的距離分別為h1和h2，兩截面處液體的流速分別為vl和v2，壓力分別為p1和p2。

1.理想液體的伯努利方程

（1）推導(dǎo)基礎(chǔ)：能量守恒定律。理想液體在管道中穩(wěn)定流動時在任意截面上能量守恒。2.3.3伯努利方程第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

（3）根據(jù)能量守恒定律可導(dǎo)出重力作用下液體在通道內(nèi)穩(wěn)定流動時能量方程，即或在通道內(nèi)任意截面，則有（2-21）=常數(shù)（2-22）式中

——單位重量液體的壓力能（壓力頭）；

（4）物理意義：理想液體在重力場作穩(wěn)定流動時，具有壓力能、位能和動能，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化，但總和保持不變。h——單位重量液體的的位能（位置頭）；——單位重量液體的的動能（速度頭）。式（2-21）和式（2-22）稱為伯努利方程，第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

（1）考慮實際液體能量損失，對理想液體的伯努利方程進行修正，此時方程為：（2-23）（2）hw：液體由截面1-1‘流到截面2-2’時引起的能量損失；

實際液體的伯努利方程

（3）α1、α2：動能修正系數(shù)。反應(yīng)截面上實際流速分布的動能與用截面平均流速所表示的動能之間的差異，同一截面上各點流速差異越大α值越大，紊流時α=1，層流時α=2。主要有哪些能量損失？第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

根據(jù)動量定理：作用在物體上的合力的沖量等于物體在力作用方向上動量的變化，即：（2-24）（2-25）

對于作穩(wěn)定流動的液體，若忽略可壓縮性，液體的密度不變，則一定時間內(nèi)流過的液體質(zhì)量m=ρq△t，將其代入上式，動量方程式為2.3.4液體動量方程第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

若考慮實際流速與平均流速之間存在誤差，應(yīng)引入動量修正系數(shù)，其動量方程為（2-26）式中

F——作用在液體上外力的合力；

v1、v2——液體在前后兩個過流截面上的流速；

β1、β2——動量修正系數(shù)，紊流時β=1，層流時β=1.33。為簡化計算，通常均取β=1。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識（1）由于液體具有粘性，在流動時會有阻力，造成能量的損失。能量損失主要表現(xiàn)為液壓油的壓力降低，因此將其稱為壓力損失。

（2）壓力損失種類：沿程壓力損失和局部壓力損失。2.4管路的壓力損失第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.4.1沿程壓力損失（1）液體在等截面直管中流動時，由于液體與管壁的摩擦以及液體分子間的內(nèi)摩擦，必然要消耗一部分能量，這種能量損失稱為沿程壓力損失。（2）沿程壓力損失與管道長度、單位體積的動能成正比，與管徑成反比。

(2-27)式中λ——沿程阻力系數(shù)；其取值可利用經(jīng)驗公式計算，見表2-4l——液體流經(jīng)管路的長度；

d——管路內(nèi)徑；

v——液體的平均流速。2.4.1沿程壓力損失第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識液流狀態(tài)不同情況的管道λ的計算層流等溫時的金屬圓形管道(如對水)λ=64/Re對于非等溫(靠近管壁液層被冷卻)時的金屬管道或截面不圓以及彎成圓滑曲線的管道λ=75/Re彎曲的軟管，特別是彎曲半徑較小時λ=108/Re紊流除與Re有關(guān)外，還與管壁的粗糙度有關(guān)Re<105λ=0.3164Re-0.25對于內(nèi)壁光滑的管道105<Re<107λ=0.0032+0.221Re-0.237表2-4管道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)λ第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

例3

某液壓系統(tǒng)中，采用管長為25m，內(nèi)徑為20mm，油液的密度為900kg／m3，運動粘度為40×10-6m2/s，當(dāng)流量為18L／min時，試計算沿程壓力損失？解：計算雷諾數(shù)Re：m/s=477.5第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

=80578Pa≈0.081MPa

查表2-3知光滑金屬圓管Rec=2320＞Re=477.5，故流動狀態(tài)為層流。由于實際情況下管壁附近的液體層應(yīng)冷卻而粘度增大較多。故沿程壓力損失為第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

式中ξ——局部阻力系數(shù)，液體流經(jīng)這些局部障礙物時的流動現(xiàn)象很復(fù)雜，具體數(shù)據(jù)可通過實驗測定或查閱有關(guān)液壓傳動設(shè)計手冊。

局部壓力損失：液體流經(jīng)閥口、彎管及變化的截面等處所引起的壓力損失。液體經(jīng)過這些局部阻力處流速和方向產(chǎn)生急劇變化，流體質(zhì)點間產(chǎn)生撞擊，液流形成旋渦區(qū)，從而產(chǎn)生了能量損失。

(2-28)2.4.2局部壓力損失第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

管路系統(tǒng)中的壓力損失等于所有管路系統(tǒng)中的沿層壓力損失和局部壓力損失之和，即(2-29)幾點說明：（1）當(dāng)液體流過一個局部障礙后，要在直管中流過一段距離，液體才能穩(wěn)定，否則其局部阻力系數(shù)可能比正常情況大2～3倍。（2）一般用上式計算時希望在兩個障礙之間直管的長度l＞(10～20)d。（3）液壓系統(tǒng)中的壓力損失絕大部分將轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫的升高、泄漏增大，影響液壓系統(tǒng)的工作性能。=2.4.3管路系統(tǒng)中的壓力損失第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.4.4液壓泵出口壓力的確定（1）估算法：由于計算管路壓力損失非常繁瑣，且準(zhǔn)確性存疑，一般采用估算的方法。通常取液壓泵出口壓力為液壓缸工作壓力的（1.3～1.5）倍，即pp=（1.3～1.5）p。（2）計算法：液壓泵的出口工作壓力為液壓缸所需的工作壓力p與估算的總壓力損失∑△p之和，即

(2-30)

式中

pp——液壓泵的出口工作壓力；

p——液壓缸的工作壓力。2.4.4液壓泵出口壓力的確定第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識小孔或縫隙在液壓與氣動技術(shù)中的作用：

液壓元件多利用液體流經(jīng)小孔或縫隙后的壓力和流量特性來達到調(diào)速和調(diào)壓的目的。

液體流經(jīng)的小孔有薄壁孔、細(xì)長孔和介于二者之間的短孔。2.5液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

（1）薄壁孔：l/d≤0.5的孔。（2）液流在小孔上游大約d／2處開始加速并從四周流向小孔，約在小孔出口d／2的地方，形成最小收縮截面de。（3）對圓形小孔，D／d≥7，完全收縮。D／d＜7，不完全收縮，側(cè)壁對收縮的程度有影響。

1.薄壁孔的流量計算2.5.1孔的流量壓力特性第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識式中AT

——小孔的通流面積；△p——小孔兩端的壓力差；

Cd

——流量系數(shù)，由實驗確定。當(dāng)液流完全收縮時，Cd

幾乎不變。計算時一般取Cd-=0.6～0.62；當(dāng)液流不完全收縮時，管壁離小孔較近，此時管壁對液流起導(dǎo)向作用，流量系數(shù)Cd

可增大到0.7～0.8。薄壁小孔常作為節(jié)流閥的閥口。

薄壁小孔的流量公式：(2-31)第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

（1）細(xì)長孔：l／d＞4的孔。（2）常見細(xì)長孔：導(dǎo)管、阻尼孔等。（3）流量公式：(2-32)式中μ——液壓油的動力粘度。從公式中可知，通過細(xì)長孔的流量與油的動力粘度成反比，故受油溫的影響較大，同時細(xì)長孔易被堵塞。細(xì)長孔常用作控制閥的阻尼孔。2.細(xì)長孔的流量計算第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識3.短孔（1）短孔：0.5≤l／d≤4的孔。（2）適合于作固定的節(jié)流孔。（3）流量計算也可采用薄壁小孔的公式，但流量系數(shù)Cd-應(yīng)根據(jù)短管的形狀和安裝方式不同而作具體計算或查表。4.總結(jié)各種小孔的流量壓力特性，可統(tǒng)一用下式表示

(2-33)式中K——由小孔的形狀和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，對于薄壁孔

K=Cd（2/ρ）1/2，對于細(xì)長孔K=

d2/32μl；

m——由小孔的長徑比決定的壓差指數(shù)，薄壁孔

m=0.5、細(xì)長孔m=1、短孔m=0.5～1；

AT——小孔的通流面積；△p——小孔兩端的壓力差。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.5.2液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性

液壓元件內(nèi)各零件間有相對運動，必須要有適當(dāng)間隙。間隙過大，會造成泄漏；間隙過小，會使零件卡死。如圖所示的泄漏是由壓差和間隙造成的。內(nèi)泄漏的損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油溫升高，外泄漏污染環(huán)境，影響定位精度，兩者均影響系統(tǒng)的性能與效率，因此，研究液體流經(jīng)間隙的泄漏量、壓差與間隙量之間的關(guān)系，對提高元件性能及保證系統(tǒng)正常工作是必要的。低壓腔高壓腔內(nèi)泄漏外泄漏內(nèi)泄漏與外泄漏第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

1.兩個平行平面的縫隙

液體沿兩個平行平面縫隙流動時，由于壓差的作用，其流經(jīng)該縫隙流量計算式為:

(2-34)式中△p——縫隙兩端的壓力差，△p=p1-p2；

μ——液壓油的動力粘度；

l、b、δ——分別為縫隙的長度、寬度和高度。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.同心環(huán)狀縫隙如圖2-14所示，液體沿兩個內(nèi)外圓柱表面環(huán)狀縫隙流動時，計算時將其展開后可視為平面間縫隙，故以平面間縫隙的寬度用圓環(huán)的周長πd來代替,其流經(jīng)縫隙流量計算式為(2-35)式中d——同心圓孔的直徑。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識圖2-15偏心園環(huán)縫隙的流量式中:ε—相對偏心率，ε=e/δ,δ=R-r。當(dāng)ε=0時，即e=0,兩個內(nèi)外圓柱表面形成的是同心環(huán)狀縫隙；當(dāng)ε=1時，即處于完全偏心情況下，通過偏心環(huán)狀縫隙的流量是同心環(huán)狀縫隙流量的2.5倍。

如圖2-15所示，液體沿兩個內(nèi)外圓柱表面偏心環(huán)狀縫隙流動情況，其橫截面形狀為月牙形的偏心環(huán)狀縫隙。其流經(jīng)該縫隙的流量計算式為(2-36)3.偏心環(huán)狀縫隙第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識液壓沖擊:在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在瞬間急劇升高，形成很大的壓力峰值的現(xiàn)象。2.6.1液壓沖擊1.液壓沖擊產(chǎn)生的原因

⑴流動液體突然停止產(chǎn)生的液壓沖擊，第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

⑵運動部件制動時所產(chǎn)生的液壓沖擊。圖2-17液壓缸制動時產(chǎn)生的液壓沖擊⑶液壓元件反映不靈也會產(chǎn)生液壓沖擊

如液壓系統(tǒng)中壓力突然升高時、溢流閥不能迅速打開。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識2.液壓沖擊的危害

噪音與振動損壞液壓元件和密封裝置使某些液壓元件誤動作3.減小液壓沖擊的措施

液壓系統(tǒng)采取的主要措施有以下幾點：⑴限制管中液流的流速和運動部件的速度，減少沖擊波的強度。⑵開啟閥門的速度要慢。⑶采用吸收液壓沖擊的能量裝置如蓄能器等。⑷在出現(xiàn)有液壓沖擊的地方，安裝限制壓力的安全閥。⑸適當(dāng)加大管道內(nèi)徑或采用橡膠軟管。第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

1.氣穴與氣蝕

在液壓系統(tǒng)中，如果某點處的壓力低于液壓油液所在溫度下的空氣分離壓時，原先溶解在液體中的空氣就會分離出來，使液體中迅速出現(xiàn)大量氣泡，叫氣穴現(xiàn)象。2.6.2氣穴現(xiàn)象第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識

2.氣穴的危害

使液流不通暢，使液壓泵輸出流量和壓力急劇波動，嚴(yán)重時使泵的機件腐蝕，并使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動，降低液壓元件的壽命。

3.氣穴的常見發(fā)生部位

泵的吸入口、油液流經(jīng)節(jié)流部位、突然啟閉的閥門、帶大慣性負(fù)載的液壓缸、液壓馬達在運轉(zhuǎn)中突然停止或換向時等都將產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

第2章液壓傳動的基礎(chǔ)知識4.氣穴的預(yù)防措施

⑴減少流經(jīng)節(jié)流口及縫隙前后的壓力差，一般希望節(jié)流口或縫隙前后壓力比小于3.5；⑵正確確定液壓泵吸油管內(nèi)徑，對管內(nèi)液體的流速加以限制，降低液壓泵的吸油高度，盡可能減少吸油管路中的壓力損失；⑶提高管道的密封性能，防止空氣的滲入；⑷提高零件的機械強度和降低零件表面的粗糙度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料（如鑄鐵和青銅等），以提高元件的抗蝕能力。第3章液壓泵與液壓馬達

3.1液壓泵與液壓馬達概述3.1.1液壓泵的工作原理3.1.2液壓泵的分類3.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)

3.2齒輪泵3.2.1齒輪泵工作原理3.2.2外嚙合齒輪泵的排量和流量3.2.3KCB型齒輪油泵3.2.4齒輪泵存在問題

3.3葉片泵3.3.1單作用葉片泵3.3.2雙作用葉片泵第3章液壓泵與液壓馬達

3.4柱塞泵3.4.1徑向柱塞泵3.4.2軸向柱塞泵

3.5液壓泵的類型選用

3.6液壓泵常見故障及排除方法3.6.1液壓泵的安裝要求3.6.2液壓泵的使用注意事項3.6.3液壓泵故障分析及排除

3.7液壓馬達3.7.1液壓馬達的分類3.7.2液壓馬達的工作原理及圖形符號3.7.3液壓馬達的主要性能參數(shù)第3章液壓泵與液壓馬達3.1液壓泵與液壓馬達概述

液壓泵:動力裝置，將電機輸出的機械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供一定流量和壓力的液體。

液壓馬達:執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉(zhuǎn)變成機械能，輸出一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從而驅(qū)動負(fù)載運動。第3章液壓泵與液壓馬達第3章液壓泵與液壓馬達1.工作原理由于液壓泵是靠密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油和排油的，故稱其為容積式泵。3.1.1液壓泵的工作原理第3章液壓泵與液壓馬達⑴容積式液壓泵必須具備密封可變的工作容積，吸油和壓油過程是依靠工作容積的變化來實現(xiàn)的；⑵必須具備配油裝置。泵在吸油時密封可變的工作容積必須與油箱相通，排油口關(guān)閉；在壓油時密封可變的工作容積與排油口相通，而與油箱不通;⑶油箱壓力大于泵吸油口的壓力。2.構(gòu)成液壓泵的必備條件第3章液壓泵與液壓馬達

按輸出流量是否可變分類

定量泵和變量泵。

定量泵：泵的輸出流量不可調(diào)節(jié)。

變量泵：泵的輸出流量可以調(diào)節(jié)。

按輸出油液的方向是否可變分類

單向泵和雙向泵。

單向泵：泵的輸出油液方向不能變化。

雙向泵：泵的輸出油液方向可以變化。

按結(jié)構(gòu)形式分類

液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。3.1.2液壓泵的分類4.液壓泵和液壓馬達的分類及圖形符號a.單向定量液壓泵b.單向變量液壓泵c.單向定量馬達d.單向變量馬達e.雙向變量液壓泵f.雙向變量馬達第3章液壓泵與液壓馬達液壓泵的主要性能參數(shù)是指泵的壓力、流量、功率和效率。1.壓力工作壓力:泵工作時實際輸出壓力。

大小取決于外負(fù)載，隨負(fù)載增大而升高，與泵的流量無關(guān)。額定壓力:泵正常工作連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高工作壓力。在設(shè)計過程中，由泵本身結(jié)構(gòu)和壽命決定的，正常工作時不要超過此值，超過此值即為過載，使泵的效率明顯下降、壽命降低。通常將其標(biāo)在液壓泵的銘牌上。2.排量

排量：泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出液體的幾何體積，單位：m3/r，工程上通常用ml/r。3.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)第3章液壓泵與液壓馬達式中V——液壓泵的排量；

n——液壓泵的轉(zhuǎn)速。

實際流量：泵在實際工作壓力下單位時間內(nèi)輸出液體的體

積。符號q。

實際流量與壓力有關(guān)，壓力越高，泄漏越大，實際流量越小。所以：（3-1）3.流量理論流量：泵單位時間內(nèi)輸出液體的幾何體積，符號：qth。排量和理論流量的關(guān)系：△q——泵的泄漏量。額定流量是指泵在額定壓力下輸出的流量，其值標(biāo)在液壓泵銘牌上。

（3-2）

第3章液壓泵與液壓馬達

4.功率實際輸出功率：用工作壓力和實際流量之積表示：（3-3）式中P0——液壓泵的實際輸出功率；

p——液壓泵的出口工作壓力；

q——液壓泵的實際輸出流量；實際輸入功率：電機通過液壓泵軸輸入液壓泵的功率。（3-4）式中Pi——液壓泵的實際輸入功率（電機輸出功率）；

T——液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩；

ω——液壓泵的角速度ω=2πn；

n——液壓泵的轉(zhuǎn)速。

第3章液壓泵與液壓馬達

5.效率

液壓泵主要功率損失：容積損失、機械損失。容積損失：主要是液壓泵泄漏造成的。容積效率：用實際流量q與理論流量qth的比值表示。（3-5）式中△q——液壓泵的泄漏量。容積效率隨壓力升高而降低。機械損失：由零件之間摩擦以及流動液體內(nèi)摩擦造成。機械效率：用驅(qū)動液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩與實際轉(zhuǎn)矩的比值表示第3章液壓泵與液壓馬達電機輸入功率：

總效率：泵的輸出功率和輸入功率的比值。根據(jù)能量守恒定律，若不計泵的能量損失，則泵的理論輸入功率與理論輸出功率應(yīng)相等，即2πnTth=pqth

則：理論扭矩為

機械效率為

（3-6）由于泵的總效率等于泵的輸出功率和輸入功率的比值，則：（3-7）因此，液壓泵的總效率等于容積效率和機械效率的乘積。

第3章液壓泵與液壓馬達

例1某液壓泵的額定流量為32L／min，額定壓力為2.5MPa，額定轉(zhuǎn)速為1450r／min，泵的機械效率ηm=0.85。由實驗測得，當(dāng)泵的出口壓力近似為零時，其流量為35.6L／min。求泵的容積效率和總效率是多少?

如果在額定壓力下，泵的轉(zhuǎn)速為500r／min時，估算泵的流量為多少?該轉(zhuǎn)速下泵的容積效率為多少?兩種轉(zhuǎn)速下，泵的驅(qū)動功率又是多少?

解：1.泵的容積效率和總效率液壓泵出口壓力為零時的流量為理論流量，即qth=35.6L／min。液壓泵的容積效率液壓泵的總效率第3章液壓泵與液壓馬達2.液壓泵的流量和容積效率液壓泵的排量：于是液壓泵的轉(zhuǎn)速n2=500r／min時，其理論流量:qth=Vn2=O.025×500=12.5L／min因為額定壓力不變，所以液壓泵的容積效率不變，故液壓泵的輸出流量:q2

=qth

×ηv

=12.5×0.9=11.25L／min0.025L／r第3章液壓泵與液壓馬達液壓泵的驅(qū)動功率

當(dāng)n1=1450r/min時液壓泵的驅(qū)動功率:當(dāng)n2=500r/min時液壓泵的驅(qū)動功率:1743W=1.74kW612.7W≈0.6kW3.2.1齒輪泵工作原理齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。

齒輪泵由一對相互嚙合的齒輪、泵體和前后端蓋等組成。第3章液壓泵與液壓馬達3.2.1齒輪泵工作原理齒輪泵主要優(yōu)點：

簡單，價廉，體積小，重量輕。自吸性能好。對油液污染不敏感。

缺點：

流量和壓力脈動大，噪聲大。排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備，冶金設(shè)備，建筑機械，工程機械，農(nóng)林機械等各個行業(yè)。第3章液壓泵與液壓馬達外嚙合齒輪泵的工作原理由一對完全相同的圓柱齒輪及泵體、前后泵蓋、傳動軸、密封件等組成。其組成及工作原理如圖所示。返回首頁第3章液壓泵與液壓馬達3.2.2齒輪泵的排量和流量外嚙合齒輪泵的排量：近似等于兩個嚙合齒輪的齒谷容積之和，若假設(shè)齒谷容積等于輪齒所占體積，齒輪泵的排量可近似為：

V＝πdhb=2πzm2b

式中

V——液壓泵的每轉(zhuǎn)排量(m3／r)；

z——齒輪的齒數(shù)；

m——齒輪的模數(shù)(m)；

b——齒輪的齒寬(m)；

d——齒輪的節(jié)圓（分度圓）直徑(m)，d=mz；

h——齒輪的有效齒高(m)，h=2m。第3章液壓泵與液壓馬達實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此，在實際計算中用3.33～3.50來代替上式中的π值，齒數(shù)少時取大值，齒數(shù)多時取小值。這樣，齒輪泵的排量可寫為

V=(6.66～7)zm2b

由此得齒輪泵的輸出流量：

q=(6.66～7)zm2b

nηV實際上，齒輪泵在工作過程中，存在排量脈動，瞬時流量也是脈動的。第3章液壓泵與液壓馬達3.2.2齒輪泵的排量和流量第3章液壓泵與液壓馬達

KCB型齒輪油泵如圖3-5所示。為了防止排出管堵塞等原因使排出壓力過高，產(chǎn)生事故，泵殼上裝有安全閥，在排出壓力過高時，高壓液體頂開安全閥，使部分液體從通道回流到吸入口，以降低出口壓力，起到保護作用。安全壓力的大小，可通過改變彈簧壓縮量進行調(diào)整。3.2.3KCB型齒輪油泵1—端蓋2—機械密封3—泵體4—主動齒輪5—安全閥6—從動齒輪7—軸承

3.2.4齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點1困油現(xiàn)象

為保證齒輪泵平穩(wěn)地工作，齒輪嚙合時的重疊系數(shù)必須大于1，即至少有一對以上的輪齒同時嚙合，因此，在工作過程中，就有一部分油液困在兩對輪齒嚙合時所形成的封閉油腔之內(nèi)，如圖所示，這個密封容積的大小隨齒輪轉(zhuǎn)動而變化。第3章液壓泵與液壓馬達在齒輪轉(zhuǎn)動過程中密封容積周期性的增大、減小。密封容積減小時,受困油液受到擠壓而產(chǎn)生瞬間高壓，若無通道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等零件受到附加沖擊載荷的作用；密封容積增大時，空間無油液補充，會造成局部真空，油液中的氣體就會分離出來，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。第3章液壓泵與液壓馬達困油現(xiàn)象使齒輪泵產(chǎn)生強烈的噪聲，并引起振動和汽蝕，同時降低泵的容積效率，影響工作的平穩(wěn)性和使用壽命。設(shè)計齒輪泵時，在保證高低壓腔不串通的前提下，要保證封閉容積從大變小時和壓油腔相通，從小變大時和吸油腔相通即可。第3章液壓泵與液壓馬達消除困油現(xiàn)象的方法：通常在兩端蓋板上開卸荷槽，見圖中的虛線方框。當(dāng)封閉容積減小時，通過右邊的卸荷槽與壓油腔相通。而封閉容積增大時，通過左邊的卸荷槽與吸油腔相通，兩卸荷槽的間距a必須確保在任何時候都不使吸、排油相通。也有在這個端蓋上鉆一個盲孔或兩個盲孔作為卸荷槽。第3章液壓泵與液壓馬達2徑向不平衡力產(chǎn)生徑向力的原因:（a）吸油腔側(cè)壓力低于壓油腔側(cè)壓力；（b）齒輪的嚙合力。第3章液壓泵與液壓馬達危害：徑向不平衡力很大時，能使泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂壓向定子的低壓端，使定子偏磨，同時也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。第3章液壓泵與液壓馬達改善措施：a）減小壓油口直徑；使壓油腔的壓力僅作用在一個齒到兩個齒的范圍內(nèi);b）增大掃膛處徑向間隙；使齒頂不與定子內(nèi)表面產(chǎn)生金屬接觸；c）采用滾針軸承或滑動軸承；d)開減載槽，即將齒槽中的高壓區(qū)引向低壓吸油口，齒槽的低壓區(qū)引向高壓的排油口；第3章液壓泵與液壓馬達3齒輪泵的泄漏及端面間隙的自動補償泄漏途徑(1)通過齒輪嚙合線處的間隙—齒側(cè)間隙；(2)通過泵體定子內(nèi)孔和齒頂間的徑向間隙—齒頂間隙；(3)通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙—端面間隙。第3章液壓泵與液壓馬達補償方法：浮動軸套和彈性側(cè)板。原理：都是引入壓力油使軸套或側(cè)板緊貼在齒輪端面上，壓力愈高，間隙愈小，可自動補償端面磨損和減小間隙。第3章液壓泵與液壓馬達齒輪泵的浮動軸套是浮動的：軸套外側(cè)的空腔與泵的壓油腔相通，當(dāng)泵工作時，浮動軸套受油壓的作用而壓向齒輪端面，將齒輪兩側(cè)面壓緊，從而補償了端面間隙。3.2.5、內(nèi)嚙合齒輪泵第3章液壓泵與液壓馬達主要特點：（1）齒輪兩邊側(cè)板有背壓室，可保證軸向間隙自動補償；（2）浮動支撐隔板有背壓室，可補償徑向間隙及嚙合間隙。（3）泵從齒根處徑向孔排油，不存在困油現(xiàn)象。第3章液壓泵與液壓馬達3.3葉片泵一種小功率泵，排油均勻，工作平穩(wěn)，噪聲小，單向運轉(zhuǎn)、單向排油。分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈時，油泵每一工作容積吸、排油各一次，稱為單作用葉片泵。一般，單作用葉片泵往往是做成變量泵結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，油泵每一工作容積吸、排油各兩次，稱為雙作用葉片泵。雙作用葉片泵則只能做成定量泵結(jié)構(gòu)。

3.3.1單作用葉片泵3.3.1.1結(jié)構(gòu)和工作原理主要由轉(zhuǎn)子、葉片、定子、配油盤、殼體、轉(zhuǎn)軸等零件組成。定子具有圓柱形的內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子上有均布葉片槽，矩形葉片安放在轉(zhuǎn)子上的葉片槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)滑動。轉(zhuǎn)子中心與定子中心不重合，有一個偏心距e。配油盤上開有兩個配流窗口，分別與泵的吸油口和排油口相通?？勺児ぷ魅莘e主要由定子的內(nèi)圓柱表面、轉(zhuǎn)子的外圓柱表面、葉片、后面的配油盤和前面的壓蓋組成。第3章液壓泵與液壓馬達當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，葉片靠自身的離心力貼緊定子的內(nèi)表面，并在轉(zhuǎn)子槽里作往復(fù)運動。定子、轉(zhuǎn)子、葉片和配油盤間形成了若干個密封工作容積。當(dāng)電機帶動轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，右邊的葉片逐漸伸出，相鄰兩葉片間的空間容積逐漸增大，形成局部真空，從吸油口吸油；左邊的葉片被定子的內(nèi)表面逐漸壓進槽內(nèi)，兩相鄰葉片間的空間容積逐漸減小，將工作油液從壓油口壓出。第3章液壓泵與液壓馬達在吸油腔與壓油腔之間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，稱作過渡區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)子不斷地旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和排油。這種葉片泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，各葉片間容積只吸排油各一次，因此叫單作用葉片泵。單作用葉片泵的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)工藝簡單，可以實現(xiàn)各種形式的變量。單作用葉片泵的缺點：作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力不平衡，增大軸承磨損，縮短泵的壽命。第3章液壓泵與液壓馬達3.3.1.2流量計算如圖所示，我們通過圖解法可以近似求得：每個工作腔的體積ΔV等于大扇形面積aO1b減去小扇形面積cO1d再乘以轉(zhuǎn)子的寬度B。即畫陰影線的部分?？蓪懗扇缦卤磉_式：

ΔV=B(S扇大－S扇小)當(dāng)單作用葉片泵有z個封閉容積時，泵的理論排量V的表達式可寫為:V=zΔV=π[(R+e)2－(R－e)2]B

=4πReB式中R—定子半徑，m；

e—偏心距，m；

B—轉(zhuǎn)子寬度，m。第3章液壓泵與液壓馬達考慮泵的容積效率ηV，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速為n時，單作用葉片泵的實際流量q可寫為:q=VnηV=4πReBnηV思考：若想改變一臺泵的排量V，可以改變上式中哪個參數(shù)呢？第3章液壓泵與液壓馬達3.3.1.3單作用葉片泵的變量原理改變偏心距e，就是改變定子與轉(zhuǎn)子的相對位置，轉(zhuǎn)子軸是固定在軸承中的，使定子移動在結(jié)構(gòu)上比較容易實現(xiàn)，這就需要一個力來推動定子移動，這個力稱為操縱力。根據(jù)操縱力不同，變量葉片泵分為內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。如果操縱力是來自泵定子內(nèi)部的排油壓力，就稱為內(nèi)反饋式變量泵,見左圖。如果操縱力是來自泵定子外部的排油壓力，就稱為外反饋式變量泵，見右圖。1234

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7891011e0第3章液壓泵與液壓馬達(1)限壓式內(nèi)反饋變量葉片泵1234

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7891011e0轉(zhuǎn)子1的中心O是固定的，定子3可以左右移動，調(diào)壓螺栓9可對調(diào)壓彈簧8的預(yù)壓力進行調(diào)節(jié)，在調(diào)壓彈簧8力的作用下，定子3被7推向右端靠在4上，使定子中心O1和轉(zhuǎn)子中心O之間有一個偏心距e，初始偏心距e0的大小可用最大流量調(diào)節(jié)螺釘4調(diào)節(jié)；最大流量調(diào)節(jié)螺釘4的工作位置決定了定子的最大偏心距和油泵的最大排量。第3章液壓泵與液壓馬達(1)限壓式內(nèi)反饋變量葉片泵1234

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7891011e0當(dāng)泵的工作壓力p小于限定壓力時，定子受到的反饋力小于等于彈簧作用力時，定子不動，偏心距達到e0最大．流量也最大，此時壓力稱為限定壓力。當(dāng)反饋力大于限定壓力時。彈簧被壓縮，定子左移，偏心距e減小，流量輸出也隨之減小。當(dāng)工作壓力繼續(xù)升高到某一值時，彈簧壓縮到最短，定子移至最左端，偏心距e最小，實際流量接近零，輸出少量的流量來補償泄漏。此時無論外負(fù)載怎樣增大，泵的輸出壓力也不會增加，所以稱為限壓式變量葉片泵。第3章液壓泵與液壓馬達內(nèi)反饋式變量泵利用泵本身的排出壓力和流量推動變量機構(gòu)，在泵的理論排量接近零工況時，泵的輸出流量為零，因此便不可能繼續(xù)推動變量機構(gòu)來使泵的流量反向，所以內(nèi)反饋式變量泵僅能用于單向變量。1234

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7891011e0第3章液壓泵與液壓馬達(2)限壓式外反饋變量葉片泵外反饋變量葉片泵的工作原理。外反饋與內(nèi)反饋變量泵的主要不同：（1）推動定子移動的操縱力是外負(fù)載壓力。（2）另外，在最大流量調(diào)節(jié)螺釘處增加了一個柱塞缸，它能根據(jù)泵出口負(fù)載壓力的大小自動調(diào)節(jié)泵的排量。第3章液壓泵與液壓馬達3.3.2雙作用葉片泵

3.3.2.1工作原理

雙作用葉片泵的工作原理和單作用葉片泵相似，不同之處在于定子內(nèi)表面是近似橢圓形狀，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的，當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸減小，為壓油區(qū)；在左下角和右上角處逐漸增大，為吸油區(qū)。吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。稱過渡區(qū)，這四個過渡區(qū)有四段過渡曲線。轉(zhuǎn)子定子葉片配流盤泵體第3章液壓泵與液壓馬達這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。由于雙作用葉片泵有兩個吸油區(qū)和兩個排油區(qū)，并且各自的中心夾角是對稱的，所以作用在轉(zhuǎn)子上的油壓作用力互相平衡。因此，這種油泵也稱