液氣壓傳動(dòng)課件概論

1、北京科技大學(xué)第第1 1章章 液壓與氣壓傳動(dòng)概論液壓與氣壓傳動(dòng)概論馮馮 明明20092009年初版年初版20102010年修訂版年修訂版20122012年修訂版年修訂版20132013年修訂版年修訂版北京科技大學(xué)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例液壓系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例北京科技大學(xué)負(fù)荷油箱單向閥截止閥截止閥液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓千斤頂液壓千斤頂北京科技大學(xué) 平磨工作臺(tái)平磨工作臺(tái)北京科技大學(xué)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理北京科技大學(xué)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 北京科技大學(xué)液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1 1、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（1 1）

2、具有大的功率密度或力密度。）具有大的功率密度或力密度。（2 2）無(wú)級(jí)調(diào)速。）無(wú)級(jí)調(diào)速。（3 3）工作平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向。）工作平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向。（4 4）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，能實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑。）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，能實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑。北京科技大學(xué)（5 5）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（6 6）易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。）易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。（7 7）無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。）無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。（8 8）有較多的能量損失，傳動(dòng)效率相對(duì)低。）有較多的能量損失，傳動(dòng)效率相對(duì)低。（9 9）對(duì)油溫的變化比較敏感。）對(duì)油溫的變化比較敏感。（1010）液壓傳動(dòng)在出現(xiàn)故障時(shí)不易診斷。）液壓傳動(dòng)在出現(xiàn)故障

3、時(shí)不易診斷。北京科技大學(xué)2 2、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)（1 1）工作介質(zhì)取之不盡用之不竭）工作介質(zhì)取之不盡用之不竭，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。（2 2）壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。）壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。（3 3）對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。）對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。（4 4）動(dòng)作速度及反應(yīng)快。）動(dòng)作速度及反應(yīng)快。（5 5）有較好的自保持能力。）有較好的自保持能力。（6 6）超負(fù)載工況下運(yùn)行也能保證系統(tǒng)安全工作。）超負(fù)載工況下運(yùn)行也能保證系統(tǒng)安全工作。（7 7）工作壓力低，僅適用于小功率的場(chǎng)合。）工作壓力低，僅適用于小功率的場(chǎng)合。（8 8）速度穩(wěn)定性差。）速度穩(wěn)定性差

4、。（9 9）噪聲大。）噪聲大。（1010）工作介質(zhì)本身沒有潤(rùn)滑性。）工作介質(zhì)本身沒有潤(rùn)滑性。北京科技大學(xué)液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號(hào)液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號(hào) 液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號(hào)按國(guó)家液壓與氣壓傳動(dòng)的圖形符號(hào)按國(guó)家19931993年制定的年制定的gb/t786.1-93gb/t786.1-93標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行執(zhí)行。幾條基本規(guī)定：幾條基本規(guī)定：(1)(1)符號(hào)只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，符號(hào)只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也不表示元不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也不表示元件在機(jī)器中的實(shí)際安裝位置。件在機(jī)器中的實(shí)際安裝位置。(2)(2)元件符號(hào)內(nèi)的油液流動(dòng)方向用箭頭表

5、示，元件符號(hào)內(nèi)的油液流動(dòng)方向用箭頭表示，線段兩端都有箭頭的，表示流動(dòng)方向可逆。線段兩端都有箭頭的，表示流動(dòng)方向可逆。(3)(3)符號(hào)均以元件的靜止位置或中間零位置表符號(hào)均以元件的靜止位置或中間零位置表示，當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)作另有說明時(shí)，可作例外。示，當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)作另有說明時(shí)，可作例外。 北京科技大學(xué) 液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)1 1、密度、密度 = m/v kg/ m = m/v kg/ m3 3 一般礦物油的密度為一般礦物油的密度為850850950kg/m950kg/m3 32 2、可壓縮性和膨脹性、可壓縮性和膨脹性 可壓縮性可壓縮性- -液體受液體受壓力壓力的作用而使體積發(fā)的作用而使體積

6、發(fā)生變化的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。生變化的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。 膨脹性膨脹性- -液體受液體受溫度溫度的影響而使體積發(fā)生的影響而使體積發(fā)生變化的性質(zhì)稱為液體的膨脹性。變化的性質(zhì)稱為液體的膨脹性。 液體的體積壓縮系數(shù)液體的體積壓縮系數(shù)k kvvp1北京科技大學(xué) 體積彈性模量體積彈性模量 k k 表示液體產(chǎn)生單位體積相表示液體產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量時(shí)所需要的壓力增量。對(duì)變化量時(shí)所需要的壓力增量。k k 值說明液體值說明液體抵抗壓縮能力的大小。抵抗壓縮能力的大小。一般礦物油型液壓油的體積彈性模量為一般礦物油型液壓油的體積彈性模量為k=(1.4k=(1.42)2)103mpa103mpa。在工程計(jì)

7、算中常取液壓油的體積彈性模量在工程計(jì)算中常取液壓油的體積彈性模量k=0.7k=0.7103mpa103mpa左右。左右。 體積彈性模量體積彈性模量- -體積模量，用體積模量，用 k k 表示。即：表示。即：pvvk1北京科技大學(xué)液壓彈簧剛度液壓彈簧剛度k kh hvkalfkh2北京科技大學(xué)3 3、粘性及其表示方法、粘性及其表示方法 實(shí)驗(yàn)表明，液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力實(shí)驗(yàn)表明，液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力ffff與液層接觸面積與液層接觸面積a a和液層間的速度梯度和液層間的速度梯度du/dydu/dy成正成正比，即：比，即：稱為粘性系數(shù)或動(dòng)力粘度。稱為粘性系數(shù)或動(dòng)力粘度。dyduaff

8、北京科技大學(xué) 在靜止液體中，因速度梯度在靜止液體中，因速度梯度du/dy=0du/dy=0，內(nèi)摩，內(nèi)摩擦力擦力也為零，所以液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)也為零，所以液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)粘性。粘性。 液體粘性的大小用粘度來表示。常用的液液體粘性的大小用粘度來表示。常用的液體粘度表示方法有三種，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘體粘度表示方法有三種，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。度和相對(duì)粘度。 表示液體的內(nèi)摩擦切應(yīng)力，即液層間單表示液體的內(nèi)摩擦切應(yīng)力，即液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力，則有：位面積上的內(nèi)摩擦力，則有：dyduaff北京科技大學(xué)（1 1）動(dòng)力粘度）動(dòng)力粘度 動(dòng)力粘度又稱為絕對(duì)粘度動(dòng)力粘度又稱為絕對(duì)粘度 法定

9、計(jì)量單位為法定計(jì)量單位為paspas（1pas=1ns/m1pas=1ns/m3 3），）， 以前沿用的單位為以前沿用的單位為p p（泊，（泊，dynsdynscmcm2 2），）， 關(guān)系：關(guān)系：1pas=10p1pas=10p。dyduaff北京科技大學(xué)（2 2）運(yùn)動(dòng)粘度）運(yùn)動(dòng)粘度 液體的動(dòng)力粘度液體的動(dòng)力粘度與其密度與其密度的比值稱為的比值稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度，即：液體的運(yùn)動(dòng)粘度，即： 運(yùn)動(dòng)粘度的法定計(jì)量單位為運(yùn)動(dòng)粘度的法定計(jì)量單位為m m2 2/s/s， 以前沿用的單位為以前沿用的單位為stst（斯），（斯）， 關(guān)系：關(guān)系：1m1m2 2/s=10/s=104 4st=10st=106 6

10、mmmm2 2/s/scstcst（厘斯）（厘斯） 我國(guó)液壓油的牌號(hào)就是用它在溫度為我國(guó)液壓油的牌號(hào)就是用它在溫度為4040時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來表示的。時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來表示的。 例：例：3232號(hào)液壓油，就是指這種油在號(hào)液壓油，就是指這種油在4040時(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為32mm32mm2 2/s/s。北京科技大學(xué)（3）相對(duì)粘度）相對(duì)粘度 相對(duì)粘度又稱為條件粘度，它是采用特定的粘度相對(duì)粘度又稱為條件粘度，它是采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)量出來的粘度。計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)量出來的粘度。 我國(guó)采用恩氏度我國(guó)采用恩氏度0e。 0e= t1/t2 （被測(cè)液體與蒸餾水的時(shí)間比被測(cè)

11、液體與蒸餾水的時(shí)間比）一般用一般用0e20、0e40和和0e100標(biāo)記。標(biāo)記。式中，式中，的單位為的單位為m2/s。610)31. 631. 7(ee恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度之間的換算恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度之間的換算北京科技大學(xué) 粘溫特性粘溫特性:溫度升高，粘度顯著下降，液壓油液溫度升高，粘度顯著下降，液壓油液的這種性質(zhì)稱為液壓油液的粘溫特性。的這種性質(zhì)稱為液壓油液的粘溫特性。 粘溫特性通常用粘溫特性通常用粘度指數(shù)粘度指數(shù)表示。液壓油的粘度表示。液壓油的粘度指數(shù)（指數(shù)（viscosity index （vi）表明）表明試油的粘度試油的粘度隨溫度變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)油的粘度變化程度比值的隨溫度變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)

12、油的粘度變化程度比值的相對(duì)值相對(duì)值。 粘度指數(shù)高，粘度指數(shù)高， 即表示粘即表示粘-溫曲線平溫曲線平 緩，粘溫特性好。緩，粘溫特性好。 一般液壓油的粘度一般液壓油的粘度 指數(shù)要求在指數(shù)要求在90以上，以上， 優(yōu)異的在優(yōu)異的在100以上。以上。北京科技大學(xué)粘度指數(shù)在粘度指數(shù)在0-100之間計(jì)算公式之間計(jì)算公式u試油在試油在40度時(shí)的動(dòng)力粘度度時(shí)的動(dòng)力粘度l與試油在與試油在100度時(shí)粘度相同、度時(shí)粘度相同、vi=0的油在的油在40度時(shí)的粘度度時(shí)的粘度（粘度隨溫度變化很大的油）（粘度隨溫度變化很大的油）h與試油在與試油在100度是粘度相同、度是粘度相同、vi=100的油在的油在40度時(shí)的度時(shí)的粘度（粘

13、度隨溫度變化很小的油）粘度（粘度隨溫度變化很小的油） 由于三種油（由于三種油（u、l、h）在）在100度時(shí)粘度相同，在度時(shí)粘度相同，在40度度時(shí)時(shí)l油的粘度上升很大，而油的粘度上升很大，而h油的粘度上升較小，所以油的粘度上升較小，所以lh。 試油的粘度如果在溫度從試油的粘度如果在溫度從100度降低到度降低到40度時(shí)粘度上升度時(shí)粘度上升小于小于h油，則油，則u100。如果大粘上升大于。如果大粘上升大于h油，油，則則uh，即，即vi100。 按上式算出的試油粘度指數(shù)超過按上式算出的試油粘度指數(shù)超過100時(shí)，需用外時(shí)，需用外延法粘度指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算，記為延法粘度指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算，記為vie（vi(e

14、)）。）。北京科技大學(xué)對(duì)液壓工作介質(zhì)的要求對(duì)液壓工作介質(zhì)的要求 1、合適的粘度，潤(rùn)滑性能好，并具有較好的粘溫特性；、合適的粘度，潤(rùn)滑性能好，并具有較好的粘溫特性； 2、質(zhì)地純凈、雜質(zhì)少，并對(duì)金屬和密封件有良好的相容性；、質(zhì)地純凈、雜質(zhì)少，并對(duì)金屬和密封件有良好的相容性； 3、對(duì)熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性；、對(duì)熱、氧化、水解和剪切有良好的穩(wěn)定性； 4、抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性?。?、抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性小； 5、體積膨脹系數(shù)?。?、體積膨脹系數(shù)小； 6、對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜。、對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜。北京科技大學(xué)第第2 2

15、章章 流體力學(xué)基本知識(shí)流體力學(xué)基本知識(shí)北京科技大學(xué)流量流量：在單位時(shí)間內(nèi)流過某一通流截面：在單位時(shí)間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，以的液體體積，以q q來表示。來表示。 q=v/tq=v/t，其中，其中v v是液體的體積，是液體的體積，t t是時(shí)是時(shí)間。間。液流通過微小通流截面液流通過微小通流截面dada的流量的流量 則流過整個(gè)通流截面則流過整個(gè)通流截面a a的流量：的流量：1.1.流量和平均流速流量和平均流速udadq audaq北京科技大學(xué) 平均流速平均流速：可以得出通流截面可以得出通流截面a a的平均流速：的平均流速： v = q / avaudaqa 當(dāng)通流截面上的通流面積一定時(shí)，當(dāng)通

16、流截面上的通流面積一定時(shí)，平均平均流速流速由由流量流量確定確定。 北京科技大學(xué) 液體在管道中流動(dòng)時(shí)有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和液體在管道中流動(dòng)時(shí)有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流（湍流）。紊流（湍流）。 層流層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線。性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線。 紊流紊流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，在沿管道流動(dòng)時(shí)，除平行于管道章，在沿管道流動(dòng)時(shí)，除平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)中互相干擾。運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)中互相干擾。2. 液體的流動(dòng)狀態(tài)液體的流動(dòng)狀

17、態(tài)北京科技大學(xué) 通過雷諾實(shí)驗(yàn)還可以證明，液體在圓形管通過雷諾實(shí)驗(yàn)還可以證明，液體在圓形管道中的流動(dòng)狀態(tài)道中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速不僅與管內(nèi)的平均流速v v有關(guān)，有關(guān)，還與管道的直徑還與管道的直徑d d、液體的運(yùn)動(dòng)粘度、液體的運(yùn)動(dòng)粘度 有關(guān)有關(guān)。實(shí)。實(shí)際上，液體流動(dòng)狀態(tài)是由上述三個(gè)參數(shù)所確定際上，液體流動(dòng)狀態(tài)是由上述三個(gè)參數(shù)所確定的稱為雷諾數(shù)的稱為雷諾數(shù)rere的無(wú)量綱數(shù)來判定，即：的無(wú)量綱數(shù)來判定，即：hevdr 北京科技大學(xué)對(duì)于非圓形截面管道，雷諾數(shù)對(duì)于非圓形截面管道，雷諾數(shù)rere為：為：水力直徑水力直徑d dh h： 面積相等但形狀不同的通流截面，其水力直徑面積相等但形狀不同的通

18、流截面，其水力直徑是不同的。圓形的最大，同心環(huán)狀的最小。是不同的。圓形的最大，同心環(huán)狀的最小。 水力直徑大，通流能力大。水力直徑大，通流能力大。adh4aa過流斷面積過流斷面積 -濕周，即有效截面的管壁周長(zhǎng)濕周，即有效截面的管壁周長(zhǎng)北京科技大學(xué) 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比用對(duì)粘性作用的比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說明慣性。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說明慣性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，說明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處數(shù)較小時(shí)，說明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于層流狀態(tài)。于層流狀態(tài)。北

19、京科技大學(xué)北京科技大學(xué) 3.1 沿程壓力損失沿程壓力損失 3. 3. 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失 3.2 局部壓力損失局部壓力損失 北京科技大學(xué)4.4.液流流經(jīng)孔口和縫隙的流量液流流經(jīng)孔口和縫隙的流量 孔口根據(jù)它們的長(zhǎng)徑比可分為三種：當(dāng)孔口的長(zhǎng)孔口根據(jù)它們的長(zhǎng)徑比可分為三種：當(dāng)孔口的長(zhǎng)徑比徑比l/dl/d0.50.5時(shí)，稱為薄壁孔；當(dāng)時(shí)，稱為薄壁孔；當(dāng)0.50.5l/dl/d4 4時(shí)，時(shí)，稱為短孔；當(dāng)稱為短孔；當(dāng)l/dl/d4 4時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。4.1.1 4.1.1 薄壁孔口流量薄壁孔口流量d1/d7d1/d7時(shí)，收縮稱為完全收縮；時(shí)，收縮稱為完全收縮；d1/d

20、d1/d7 7時(shí)，收縮稱為不完全收縮。時(shí)，收縮稱為不完全收縮。 4.14.1孔口流量孔口流量 北京科技大學(xué)當(dāng)當(dāng) 時(shí)，它們可被認(rèn)為時(shí)不變的常數(shù)，計(jì)時(shí)，它們可被認(rèn)為時(shí)不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)可取平均值算時(shí)可取平均值。當(dāng)液流不完全收縮（。當(dāng)液流不完全收縮（d1/d7d1/d7）時(shí)，）時(shí)， 。通過薄壁孔口得流量公式為：通過薄壁孔口得流量公式為：pacpaccvaqtqtcv2222式中：式中：cvqqtttccccccdaaddaacca流量系數(shù)，孔口的過流斷面面積，收縮系數(shù)，收縮斷面的面積；; 4/;/222222510re )5000800(rere964. 005. 0qc62. 06 . 0,63. 061. 0,98. 097. 0qcvccc8 . 07 . 0qc北京科技大學(xué)4.1.2 4.1.2 細(xì)長(zhǎng)孔口流量細(xì)長(zhǎng)孔口流量 流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流，由于粘性而流動(dòng)不暢，流速流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流，由于粘性而流動(dòng)不暢，流速低，故多為層流，其流量計(jì)算公式為：低，故多為層流，其流量計(jì)算公式為：pldplrq128844北京科技