液壓與氣動(dòng)技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目一 液壓與氣動(dòng)技術(shù)的認(rèn)知

液壓與氣動(dòng)技術(shù)PROJECT1液壓與氣動(dòng)技術(shù)的認(rèn)知01PARTONE

液壓與氣動(dòng)技術(shù)概述什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各類機(jī)械裝備傳動(dòng)及控制的重要技術(shù)手段。工業(yè)設(shè)備農(nóng)業(yè)機(jī)械航空航天一、液壓技術(shù)的應(yīng)用什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？汽車工業(yè)建筑機(jī)械海洋工程一、液壓技術(shù)的應(yīng)用什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？一、液壓技術(shù)的應(yīng)用鐵路交通石油化工水利工程什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

液壓傳動(dòng)是以受壓的液壓油為工作介質(zhì)，利用密閉系統(tǒng)來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)形式。動(dòng)力元件（泵）執(zhí)行元件（缸/馬達(dá)）控制元件（閥）輔助元件（管道、油箱等）什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)（一）動(dòng)力元件將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能的裝置。齒輪泵葉片泵柱塞泵什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)（二）執(zhí)行元件將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。液壓缸液壓馬達(dá)什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)（三）控制元件

控制系統(tǒng)壓力、流量、方向的元件以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算和放大等功能的信號(hào)控制元件。換向閥溢流閥調(diào)速閥什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)（四）輔助元件

除上述三種元件外，保證液壓系統(tǒng)正常工作的其他裝置。油箱過濾器蓄能器什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？三、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（一）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.比功率大；2.可在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；3.工作平穩(wěn)、反應(yīng)快、沖擊小，能快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向；4.容易獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩

，可以使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；5.操作控制方便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；6.易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，安全性好；7.標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。什么是液壓傳動(dòng)技術(shù)？三、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（二）液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間會(huì)出現(xiàn)泄漏；

2.不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比;

3.液壓元件和系統(tǒng)的噪聲增大，泄漏增多，容易造成環(huán)境污染；4.不宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；5.液壓傳動(dòng)的故障診斷比較困難；6.成本高。什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？一、氣壓技術(shù)的應(yīng)用

氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是壓縮空氣。由于空氣用量不受限制，排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，且氣動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛。氣動(dòng)機(jī)械手機(jī)床部件自動(dòng)產(chǎn)線什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，利用密閉系統(tǒng)來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)形式，其基本原理與液壓傳動(dòng)類似。產(chǎn)生壓縮氣體輸送壓縮氣體消耗壓縮氣體什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)（一）氣源裝置

將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能，以獲取壓縮空氣的裝置和設(shè)備。空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐后冷卻器過濾器干燥器什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)（二）執(zhí)行元件

把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。單桿氣缸氣馬達(dá)擺動(dòng)氣缸什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)（三）控制元件

控制系統(tǒng)壓力、流量、方向的元件以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算和放大等功能的信號(hào)控制元件。換向閥流量控制閥氣動(dòng)梭閥什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？二、典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)（四）輔助元件

除上述三種元件外，保證氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作的其他裝置。包括對(duì)壓縮空氣進(jìn)行凈化處理的調(diào)壓過濾器、油霧器，連接系統(tǒng)各元件的管接頭、氣管，控制排氣噪聲的消聲器等。氣動(dòng)三聯(lián)件管接頭消聲器什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？三、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（一）氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭，不污染環(huán)境；2.空氣粘度很小，流動(dòng)阻力和壓力損失小，便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。3.空氣的特性受溫度影響小。高溫下及溫度變化時(shí)，能可靠工作。4.氣動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快。一般在0.02～0.3s內(nèi)即可達(dá)到工作壓力和速度。什么是氣壓傳動(dòng)技術(shù)？三、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（二）氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1.由于空氣具有可壓縮性，不易實(shí)現(xiàn)精確的速度控制和很高的定位精度。負(fù)載變化時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。2.空氣的壓力較低，只適用于壓力要求不高的場(chǎng)合。3.氣動(dòng)系統(tǒng)由于壓力等信號(hào)傳遞速度比光、電控制速度慢，不宜用于信號(hào)傳遞速度要求過高的復(fù)雜系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的遙控。4.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲大，尤其是排氣時(shí)要加消聲器。5.由于空氣無潤(rùn)滑性能，氣動(dòng)系統(tǒng)需設(shè)置潤(rùn)滑裝置。液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展一、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展史液壓傳動(dòng)是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力原理發(fā)展起來的。1648年，法國(guó)BlaisePascal(1623～1662)液壓靜力學(xué)基礎(chǔ)1686年，英國(guó)Newton（1643

～

1727）牛頓粘性定律1726年，瑞士

Daniel

Bernoulli

（1700

～

1782）伯努利方程液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展一、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展史

到了1795年，英國(guó)的JosephBraman用水做介質(zhì)，制作出了第一臺(tái)用到工業(yè)上的水壓機(jī)。后人在1905年又將介質(zhì)從水換成油，設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)油壓泵。英國(guó)謝菲爾德凱勒姆島博物館展示的水壓機(jī)模型液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展一、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展史大約在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，歐美國(guó)家的液壓元件就已經(jīng)進(jìn)入到正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段了。尤其是第一次世界大戰(zhàn)后，發(fā)展更加迅速。CYBERPUNK為什么在兩次世界大戰(zhàn)期間，液壓技術(shù)得到了迅猛發(fā)展？第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)的機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。出現(xiàn)了以電液伺服系統(tǒng)為代表的響應(yīng)快、精度高的液壓元件和控制系統(tǒng)，從而使液壓技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展一、液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展史

氣動(dòng)技術(shù)也在20世紀(jì)得到了快速發(fā)展。20世紀(jì)初，德國(guó)工程師FelixWankel發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)，氣動(dòng)技術(shù)在交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)50年代，日本工程師AkioMorita發(fā)明了氣動(dòng)控制系統(tǒng)，使得氣動(dòng)技術(shù)的精度和可靠性得到提升。

我國(guó)的液壓與氣動(dòng)技術(shù)是在新中國(guó)成立后，隨著社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展起來的。和世界先進(jìn)水平相比，目前我國(guó)的產(chǎn)品還有一些差距。液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展二、液壓與氣動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀世界知名的液壓與氣壓傳動(dòng)品牌有哪些？博世力士樂（德國(guó)）

費(fèi)斯托（德國(guó)）派克漢尼汾（美國(guó)）油研（日本）02PARTTWO流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)液壓系統(tǒng)中的壓力液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)象液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力壓力和流量是流體傳動(dòng)及其控制技術(shù)中最基本、最重要的兩個(gè)技術(shù)參數(shù)。1.

液體靜壓力當(dāng)液體相對(duì)靜止時(shí)，液體單位面積上所受的法向力稱為壓力。p=F/A（N/m2或Pa、KPa、MPa）液體靜壓力的特性：方向?yàn)檠刈饔妹娴膬?nèi)法線方向；靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的靜壓力在各個(gè)方向上相等。外力作用形成的壓力液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力

密度為ρ的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液面上的壓力為p0，距液面深度為h處某點(diǎn)的壓力為p，則

p=p0+ρgh2.

液體靜力學(xué)基本方程

靜壓力的大小隨液體深度呈線性規(guī)律遞增。

距離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱為等壓面，為一水平面。靜止液體內(nèi)的壓力分布規(guī)律液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力相對(duì)壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準(zhǔn)，測(cè)量所得的壓力是高于大氣壓的部分。

絕對(duì)壓力:

以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。

絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力3.

壓力的測(cè)量與表示方法真空度:

如果液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，則稱該點(diǎn)出現(xiàn)真空。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，常將這一負(fù)相對(duì)壓力的絕對(duì)值稱為該點(diǎn)的真空度。

真空度=|負(fù)的相對(duì)壓力|=|絕對(duì)壓力-大氣壓力|液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力3.

壓力的測(cè)量與表示方法A點(diǎn)：P＞Pa表壓力=絕對(duì)壓力—大氣壓力B點(diǎn)：P<Pa真空度=大氣壓力—絕對(duì)壓力液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力法定單位:牛頓/米2(N/m2)即帕（Pa）1KPa=103Pa;1MPa=106Pa單位換算:

1工程大氣壓（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa4.

壓力的計(jì)量單位液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力在密閉容器中的靜止液體，當(dāng)一處受到外力作用而產(chǎn)生壓力時(shí)，這個(gè)壓力將通過液體等值傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理，又稱為帕斯卡原理。5.

壓力的形成與傳遞密閉連通器內(nèi)壓力處處相等液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于外負(fù)載。液壓系統(tǒng)中的壓力一、流體的壓力例1：下圖所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm，小缸內(nèi)徑d=30mm，大活塞上放一重物G=20KN。問在小活塞上加多大的力F1才能使大活塞頂起重物？液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于外負(fù)載。液壓系統(tǒng)中的壓力（1）流通截面:垂直于液體流動(dòng)方向的截面。（2）流量q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過某一流通截面的液體體積。q=V/t，V—液體體積；t—液體流過某一流通截面的時(shí)間。

常用單位：cm3/s

及

m3/s；工程上也常用

L/min（mL/min）二、液體的流量1.

流量和平均流速理論流量

實(shí)際流量瞬時(shí)流量

額定流量液壓系統(tǒng)中的壓力二、液體的流量（3）平均流速v：液體流動(dòng)時(shí)，同一截面上各點(diǎn)的流速不同。1.

流量和平均流速實(shí)際流速和平均流速當(dāng)液壓缸的有效作用面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度取決于流入液壓缸的流量。液壓系統(tǒng)中的壓力二、液體的流量（4）液體的流動(dòng)狀態(tài)

層流：液體各質(zhì)點(diǎn)間互不干擾，平行于管道

軸線呈線性或?qū)訝盍鲃?dòng)。

紊流：液體各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章。1.

流量和平均流速

液體的流動(dòng)狀態(tài)a）層流b）紊流液壓系統(tǒng)中的壓力三、液流的連續(xù)性1.

液流連續(xù)性原理：液體流經(jīng)無分支管道時(shí)，每一通流截面上通過的流量相等。

即

q=VA=常數(shù)

液流連續(xù)性原理管道不同截面的平均流速和截面積之間是什么關(guān)系？液壓系統(tǒng)中的壓力三、液流的連續(xù)性例2：如圖所示，已知活塞1的直徑d=30mm，活塞2的直徑D=100mm，管道5的直徑d1=15mm。假設(shè)活塞1下壓的速度為200mm/s，試求活塞2的上升速度和管道5內(nèi)液體的平均流速。液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)象一、液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失流動(dòng)液體有粘性，以及流動(dòng)時(shí)突然轉(zhuǎn)彎或通過閥口會(huì)產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動(dòng)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生阻力。產(chǎn)生原因沿程壓力損失：因內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的壓力損失；局部壓力損失：流經(jīng)彎頭、接頭、突變截面、閥口等。類型油液粘度適當(dāng)管道內(nèi)壁光滑縮短管道長(zhǎng)度減少管道截面變化及彎曲減少措施液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)象1.液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因而引起油液的壓力在瞬間急劇升高，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。二、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液流速度突變（如關(guān)閉閥門）；突然改變液流方向（換向）等。產(chǎn)生原因避免措施緩慢開關(guān)閥門；限制液流速度；在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器和安全閥；在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置。危害引起振動(dòng)和噪聲；損壞密封裝置、管道、元件，造成設(shè)備事故。液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)象二、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象2.空穴現(xiàn)象：在液壓系統(tǒng)中，由于流速突然變大、供油不足等原因，壓力會(huì)迅速下降，降至低于空氣分離壓時(shí)，原先溶解于油液中的空氣游離出來形成氣泡，這些氣泡夾雜在油液中形成氣穴。閥口通道窄、流速大；液壓泵安裝過高，吸油管直徑太小，過濾器阻塞，進(jìn)口處真空度過大。產(chǎn)生原因避免措施減小間隙處壓降；降低泵的吸油高度，加大吸油管內(nèi)徑和限制流速；增強(qiáng)密封。危害造成流量和壓力脈動(dòng)；引起局部液壓沖擊；產(chǎn)生氣蝕。液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)象二、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象氣蝕對(duì)零部件會(huì)造成非常大的損害。03PARTTHREE工作介質(zhì)的選用液壓油壓縮空氣液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油

液壓油是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)介質(zhì)，還對(duì)系統(tǒng)中的零部件起到潤(rùn)滑、冷卻和防銹的作用?？鼓ヒ簤河鸵簤合到y(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油一、液壓油的主要物理特性1.

密度（ρ20）：?jiǎn)挝惑w積液體的質(zhì)量，認(rèn)為是常數(shù)。礦物油型液壓油：T則ρ，P則ρ，但變動(dòng)值很小。我國(guó)采用20°C時(shí)的密度作為油液的標(biāo)準(zhǔn)密度，以ρ20表示。液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油一、液壓油的主要物理特性2.

可壓縮性對(duì)于中低壓液壓系統(tǒng)，可認(rèn)為油液是不可壓縮的；而在壓力變化很大的高壓系統(tǒng)中，必須考慮液體可壓縮性的影響。

液壓油中混入空氣，會(huì)對(duì)其可壓縮性有影響嗎？液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油一、液壓油的主要物理特性3.

粘性：液體流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子之間產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，液體的這種性質(zhì)稱為粘性。靜止的液體有粘性嗎？液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油一、液壓油的主要物理特性粘度：用來表示粘性的大小，包括動(dòng)力粘度，運(yùn)動(dòng)粘度，相對(duì)粘度。液壓油牌號(hào)用液壓油在40°C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值來標(biāo)號(hào)。如L-HL32是一款普通液壓油的牌號(hào)，“32”表示該液壓油40°C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32m2/S。液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油一、液壓油的主要物理特性4.

粘溫特性：液壓油粘度與溫度之間的關(guān)系。粘度與溫度的關(guān)系是：溫度，粘度。液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油二、液壓油的選擇粘溫特性好；潤(rùn)滑性能好；成分純，雜質(zhì)少；材料相容性好；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好；抗泡沫性和抗乳化性好；流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高；對(duì)人體無害，成本低。1.液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的要求液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油二、液壓油的選擇2.液壓油的主要品種及其特性和用途礦物型油抗燃油型液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油二、液壓油的選擇3.選用液壓油液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：液壓油二、液壓油的選擇案例：一款挖掘機(jī)在-300C環(huán)境下使用，請(qǐng)為其推薦適用的液壓油。1.

明確使用要求：2.選擇液壓油的類型：3.選擇液壓油的牌號(hào)：溫度低，選擇粘度低的液壓油，L-HV32號(hào)。氣動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：壓縮空氣一、空氣的物理性質(zhì)1.

密度

單位容積內(nèi)所含氣體的質(zhì)量叫做密度，用ρ表示。空氣的密度會(huì)隨著溫度和壓力的變化而變化，通常在標(biāo)準(zhǔn)條件下（20℃，101.325kPa），空氣的密度約為1.293kg/m3。2.

壓力空氣壓力是空氣作用在單位面積上的力，通常用帕斯卡（Pa）或千帕（kPa）表示。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，空氣壓力約為0.1MPa?？諝饷芏扰c壓力的關(guān)系:

隨著壓力的增大，空氣密度也會(huì)增大。氣動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)：壓縮空氣一、空氣的物理性質(zhì)3.

溫度

溫度是指空氣的冷熱