機械設(shè)計基礎(chǔ)-圖文課件-第1章

第1章1液壓與氣壓傳動的基本概況目錄1.11.21.31.4液壓與氣壓傳動的研究對象液壓與氣壓傳動的工作原理液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成液壓與氣壓傳動的特點1.5液壓與氣壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展1.1液壓與氣壓傳動的研究對象液壓與氣壓傳動是研究以有壓流體為傳動介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械傳動和控制的學(xué)科，主要是利用流體的壓力能來進行能量傳遞和控制的傳動方式，因而它們實現(xiàn)傳動和控制的方法基本相同，都是利用各種元件組成具有所需功能的基本回路，再由若干基本回路有機組合成傳動和控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。1.1液壓與氣壓傳動的研究對象液壓傳動所用的介質(zhì)是液體（主要是礦物油），氣壓傳動所用的介質(zhì)是空氣。特點：液壓傳動傳遞動力大，運動平穩(wěn)，但液體黏性較大，流動過程中阻力損失大，因而不宜用于遠(yuǎn)距離的傳動和控制；氣壓傳動由于空氣的可壓縮性大，工作壓力低，故傳遞動力較小，運動也不夠平穩(wěn)，但空氣黏性小，流動過程中阻力小，速度快，反應(yīng)靈敏，且組成系統(tǒng)的成本較低，因而能用于較遠(yuǎn)距離的傳動和控制。1.2液壓與氣壓傳動的工作原理以一驅(qū)動機床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)為例介紹工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油，油液經(jīng)過濾器進入液壓泵的吸油腔，當(dāng)它從液壓泵中輸出進入壓力油路后，在圖1-1（a）所示狀態(tài)下，通過換向閥5、節(jié)流閥、換向閥7進入液壓缸左腔，此時液壓缸右腔的油液經(jīng)換向閥7和回油管排回油箱，液壓缸中的活塞推動工作臺向右移動。圖1-1機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理1—油箱；2—過濾器；3—液壓泵；4—溢流閥；5、7—換向閥；6—節(jié)流閥；8—活塞；9—液壓缸；10—工作臺1.2液壓與氣壓傳動的工作原理若將換向閥7的手柄移動成圖1-1（b）所示的狀態(tài)，則經(jīng)節(jié)流閥的壓力油將由換向閥7進入液壓缸的右腔，此時液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥7和回油管排回油箱，液壓缸中的活塞將推動工作臺向左移動。因而換向閥7的主要功用就是控制液壓缸及工作臺的運動方向；系統(tǒng)中換向閥5若處于圖1-1（c）的位置，則液壓泵輸出的壓力油將經(jīng)換向閥5直接回油箱，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，則液壓油不能進入液壓缸，所以換向閥5又稱為開停閥。1.2液壓與氣壓傳動的工作原理工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的，當(dāng)節(jié)流閥的開口大時，進入液壓缸的油液流量就大，工作臺移動速度就快；反之，工作臺移動速度將減小。因而節(jié)流閥的主要功用是控制油液進入液壓缸的流量，從而控制液壓缸活塞的運動速度。液壓缸推動工作臺移動時必須有一定的油液壓力，所以在圖示系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，因而溢流閥在液壓傳動系統(tǒng)中的主要功用是控制系統(tǒng)的工作。1.2液壓與氣壓傳動的工作原理液壓傳動的基本特征是：以液體為工作介質(zhì)，依靠處于密封工作容積內(nèi)的液體壓力能來傳遞能量；壓力的高低取決于負(fù)載；負(fù)載速度的大小取決于液體進入液壓缸的流量；壓力和流量是液壓傳動中最基本、最重要的兩個參數(shù)。液壓與氣壓傳動是利用流體的壓力能進行能量傳遞和控制的傳動方式，液壓與氣壓傳動的過程是將機械能進行轉(zhuǎn)換和傳遞的過程。1.3液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成（5）傳動介質(zhì)（4）輔助裝置（3）控制調(diào)節(jié)裝置（2）執(zhí)行裝置（1）動力裝置（能源裝置）圖1-1所示的液壓傳動系統(tǒng)的工作原理圖是半結(jié)構(gòu)的，它直觀性強，容易理解，但難于繪制。在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用《流體傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路圖第1部分：用于常規(guī)用途和數(shù)據(jù)處理的圖形符號》（GB/T786.1—2009）所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號（參看附錄A）來繪制，如圖1-2所示。圖形符號只表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)。使用圖形符號既便于繪制，又可使液壓傳動系統(tǒng)簡單明了。1.3液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成圖1-2用圖形符號表示的機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理1—油箱；2—過濾器；3—液壓泵；4—溢流閥；5、7—換向閥；6—節(jié)流閥;8—活塞；9—液壓缸；10—工作臺（1）根據(jù)需要可方便、靈活地布置其各種元件。（2）操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。（3）容易實現(xiàn)自動化。（4）可實現(xiàn)過載保護。（5）其各種元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于系統(tǒng)設(shè)計、制造。（6）可以減少振動與沖擊，能高速起動、制動和換向。（7）很容易實現(xiàn)直線運動。1.4液壓與氣壓傳動的特點1.共同的優(yōu)點（1）由于傳動介質(zhì)易泄漏和流體的可壓縮性，因而無法保證嚴(yán)格的傳動比，氣動尤為顯著。（2）系統(tǒng)傳動效率不高。（3）元件制造精度高，液壓元件尤為如此，系統(tǒng)故障不易診斷排除。1.4液壓與氣壓傳動的特點2.共同的缺點（1）同樣功率時，液壓系統(tǒng)質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊。同樣體積下，液壓系統(tǒng)能產(chǎn)生更大的動力。（2）運動平穩(wěn)且反應(yīng)快，但液壓傳動有油液污染；液體流動能量損失大，不能遠(yuǎn)程傳輸；對溫度變化較敏感等。1.4液壓與氣壓傳動的特點3.液壓傳動的特點（1）空氣取自大氣，排向大氣，無成本費用，無污染。（2）氣體流動阻力損失遠(yuǎn)小于液體，流速快，反應(yīng)靈敏，可以遠(yuǎn)程傳輸和控制。（3）可用于食品、醫(yī)藥、無線電元器件制造業(yè)和其他有特殊要求的工況（如強振動、強沖擊、強腐蝕和強輻射等）。（4）氣壓傳動壓力低、輸出力小、運動不夠平穩(wěn)。1.4液壓與氣壓傳動的特點4.氣壓傳動的特點1.5液壓與氣壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)進入液壓、氣動技術(shù)領(lǐng)域，液壓、氣動技術(shù)更得以蓬勃發(fā)展。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、高效、大功率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助測試（CAT）、計算機直接控制（CDC）、計算機實時控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)、計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。隨著工業(yè)的發(fā)展，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已從汽車、采礦、鋼鐵、機械工業(yè)等行業(yè)，迅速擴展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。1.5液壓與氣壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展氣動技術(shù)已發(fā)展成包含傳動、控制與檢測在內(nèi)的自動化技術(shù)。由于工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，氣動控制技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性、降低總成本為目標(biāo)，研究和開發(fā)系統(tǒng)控制技術(shù)和機、電、液、氣綜合技術(shù)。顯然，氣動元件當(dāng)前發(fā)展的特點和研究方向主要是節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與電子學(xué)相結(jié)合的綜合控制化。1.5液壓與氣壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展液壓與氣動技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展已經(jīng)進入了一個嶄新的歷史階段。它們已經(jīng)成為全球性的工業(yè)，其生產(chǎn)與銷售是國際性的。世界上最大的液壓