液壓與氣壓傳動串講

1、考試題型考試題型選擇題：選擇題：30分，分，20個空。個空。分析題：分析題：30分，分，15分分/題題計算題：計算題：40分，分，3題題時間：時間：1月月9日，周三，日，周三，8:30- 10:10地點：工三地點：工三 - 101考試時間和地點：考試時間和地點：答疑時間和地點：答疑時間和地點：時間時間: ，工，工1-402考試范圍考試范圍 1、液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) 2、液壓泵 3、液壓馬達(dá)和液壓缸液壓馬達(dá)和液壓缸 4、液壓控制閥液壓控制閥 5、液壓基本回路液壓基本回路 液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于外負(fù)載，活塞的運動速度取決于流量。第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) 粘性：液體流動時分子之間會產(chǎn)生

2、一種內(nèi)摩擦力，阻礙分子相對運動，這一特性稱為液體的粘性。 液體流動時，由于液體和固體壁面間的附著力以及液體的粘性，會使液體內(nèi)各液層間的速度大小不等。靜止的液體不呈現(xiàn)粘性。液體粘性的大小用粘度來表征。常用的粘度有三種，即動力粘度、運動粘度和相對粘度。動力粘度的定義式由此可知動力粘度的物理意義是：當(dāng)速度梯度等于1時，接觸液體液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力動力粘度又稱為絕對粘度、粘度系數(shù)，單位是 。運動粘度：動力粘度和該液體的密度之比，即 運動粘度沒有明確的物理意義，但在工程中常用它來標(biāo)志液體的粘度，單位為m2/s。dydu/spa/靜壓力基本方程靜壓力基本方程（1）靜壓力基本方程）靜壓力基本方程 容器

3、中盛有液體，作用在液面上的壓力為容器中盛有液體，作用在液面上的壓力為p0，計算計算a點處的壓力。點處的壓力。 取微元，取微元， 微元體受力分析。微元體受力分析。ghpp0上式即為靜壓力基本方程式上式即為靜壓力基本方程式1.2.2 靜壓力基本方程靜壓力基本方程（2）壓力的表示方法及單位）壓力的表示方法及單位 壓力有兩種表示方法：以絕對零壓力作為基準(zhǔn)所測壓力有兩種表示方法：以絕對零壓力作為基準(zhǔn)所測得的壓力，稱為絕對壓力。得的壓力，稱為絕對壓力。 以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所測得的壓力，稱為相對壓以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所測得的壓力，稱為相對壓力。相對壓力也稱表壓力。力。相對壓力也稱表壓力。 當(dāng)絕對壓力低于大

4、氣壓時，習(xí)慣當(dāng)絕對壓力低于大氣壓時，習(xí)慣上稱為出現(xiàn)真空。因此，某點的絕對上稱為出現(xiàn)真空。因此，某點的絕對壓力比大氣壓小的那部分?jǐn)?shù)值叫作該壓力比大氣壓小的那部分?jǐn)?shù)值叫作該點的真空度。點的真空度。 1.2.2 靜壓力基本方程靜壓力基本方程絕對壓力、相對壓力絕對壓力、相對壓力(表壓力表壓力)和真空度的關(guān)系如圖所示和真空度的關(guān)系如圖所示絕對壓力表壓力（相對壓力）真空度絕對壓力大氣壓力絕對真空絕對壓力、相對壓力與真空度間的相互關(guān)系1.3.1 基本概念基本概念 恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力、恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化。又稱為定常流動或非時速度和密度

5、都不隨時間而變化。又稱為定常流動或非時變流動。變流動。 反之，稱為非恒定流動，或者非定常流動或時變流反之，稱為非恒定流動，或者非定常流動或時變流動。動。流量：單位時間內(nèi)流過某通流截面的液體體積。用流量：單位時間內(nèi)流過某通流截面的液體體積。用q表示，表示，單位單位 或或 。lm /3min/l1.3.2 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程 當(dāng)液體在管道內(nèi)作恒定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，當(dāng)液體在管道內(nèi)作恒定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多也不會減少，所以在單位時間管內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多也不會減少，所以在單位時間內(nèi)流過每一截面的液體質(zhì)量必然相等。內(nèi)流過每一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖所示，

6、管道的兩個通流面積分別為如圖所示，管道的兩個通流面積分別為a1、a2，液，液體流速分別為體流速分別為v1、v2，液體的密度為，液體的密度為， 則則 222111avav考慮液體的不可壓縮性，得出考慮液體的不可壓縮性，得出2211avav或?qū)憺榛驅(qū)憺槌Ａ?vaq 即為液體的流量連續(xù)性方程，它說即為液體的流量連續(xù)性方程，它說明恒定流動中流過各截面的不可壓縮流明恒定流動中流過各截面的不可壓縮流體的流量是相等的。體的流量是相等的。1.3.3 伯努利方程伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。（1）理想液體的伯努利方程）理想液體

7、的伯努利方程無粘性、不可壓縮，在管內(nèi)作穩(wěn)定流動時沒有能量損失。無粘性、不可壓縮，在管內(nèi)作穩(wěn)定流動時沒有能量損失。根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。2222222111vgzpvgzp因兩個截面是任取的，因此上式因兩個截面是任取的，因此上式可改寫為：可改寫為：常量22vzgp1.3.3 伯努利方程伯努利方程 在管內(nèi)作恒定流動的理想液體具有壓力能、位能和動能在管內(nèi)作恒定流動的理想液體具有壓力能、位能和動能三種形式的能量。在任意截面上這三種能量都可以相互轉(zhuǎn)換，三種形式的能量。在任意截面上這三種能量都可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和保

8、持不變。但其總和保持不變。靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時）的特靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時）的特例。例。（2）實際液體的伯努利方程）實際液體的伯努利方程實際液體具有粘性，當(dāng)它在管中流動時，為克服內(nèi)摩擦實際液體具有粘性，當(dāng)它在管中流動時，為克服內(nèi)摩擦阻力需要消耗一部分能量阻力需要消耗一部分能量hwg，用平均流速代替實際流速還，用平均流速代替實際流速還會產(chǎn)生誤差，所以實際液體的伯努利方程為：會產(chǎn)生誤差，所以實際液體的伯努利方程為：ghvgzpvgzpw2222222211111.4.1 流態(tài)與雷諾數(shù)流態(tài)與雷諾數(shù) 通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，液體在管道中流動時存在兩種通過大量實驗發(fā)現(xiàn)

9、，液體在管道中流動時存在兩種流動狀態(tài)，即層流和紊流。流動狀態(tài)，即層流和紊流。雷諾試驗裝置雷諾試驗裝置雷諾試驗原理雷諾試驗原理（一）流態(tài)（一）流態(tài)1.4.1 流態(tài)與雷諾數(shù)流態(tài)與雷諾數(shù) 液體的流態(tài)只能通過觀察才能判斷嗎？液體的流態(tài)只能通過觀察才能判斷嗎？（二）雷諾數(shù)（二）雷諾數(shù) 液體的流態(tài)與液體的流速液體的流態(tài)與液體的流速v、液體運動粘度、液體運動粘度和管道和管道內(nèi)徑內(nèi)徑d有關(guān)。有關(guān)。 由這三個參數(shù)組成了無量綱數(shù)由這三個參數(shù)組成了無量綱數(shù)雷諾數(shù)雷諾數(shù)revdre 如果液流的雷諾數(shù)相同，則流態(tài)亦相同。如果液流的雷諾數(shù)相同，則流態(tài)亦相同。1.5.4 短孔和細(xì)長孔短孔和細(xì)長孔當(dāng)長徑比當(dāng)長徑比 0.5 l

10、 / d 4 時，稱為短孔。時，稱為短孔。當(dāng)當(dāng)l / d 4 時，稱為細(xì)長孔。時，稱為細(xì)長孔。短孔的流量計算公式為短孔的流量計算公式為 cd 應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時，應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時，cd基本穩(wěn)定在基本穩(wěn)定在0.8 左右。左右。1.5.4 短孔和細(xì)長孔短孔和細(xì)長孔 流經(jīng)細(xì)長孔的液流，由于粘性的影響，流態(tài)一般為流經(jīng)細(xì)長孔的液流，由于粘性的影響，流態(tài)一般為層流，所以細(xì)長孔的流量可用流經(jīng)圓管的流量公式，即層流，所以細(xì)長孔的流量可用流經(jīng)圓管的流量公式，即1.6.2 圓柱環(huán)形縫隙圓柱環(huán)形縫隙 在液壓元件中，某些相對運動零件，如柱塞與柱塞孔，在液壓元件中，某些相對運動零件，如柱塞與柱塞孔，圓

11、柱滑閥閥心與閥體孔之間的間隙為圓柱環(huán)形間隙。圓柱滑閥閥心與閥體孔之間的間隙為圓柱環(huán)形間隙。 根據(jù)兩者是否同心又分為同心圓柱環(huán)形間隙和偏心環(huán)形根據(jù)兩者是否同心又分為同心圓柱環(huán)形間隙和偏心環(huán)形間隙。通過其間的流量也包括壓差流動流量和剪切流動流量。間隙。通過其間的流量也包括壓差流動流量和剪切流動流量。設(shè)圓柱體直徑為設(shè)圓柱體直徑為d，縫隙值為，縫隙值為h，縫隙長度為，縫隙長度為 。（一）同心圓柱環(huán)形縫隙的流量（一）同心圓柱環(huán)形縫隙的流量設(shè)圓柱體直徑為設(shè)圓柱體直徑為d，縫隙，縫隙值為值為h，縫隙長度為，縫隙長度為 。若將環(huán)形縫隙沿圓周方若將環(huán)形縫隙沿圓周方向展開，就相當(dāng)于一個向展開，就相當(dāng)于一個平行平板

12、縫隙。平行平板縫隙。ll1.6.2 圓柱環(huán)形縫隙圓柱環(huán)形縫隙因此因此，將，將b=d代入平板縫隙流量公式得代入平板縫隙流量公式得 當(dāng)圓柱體移動方向和壓差方向相同時取正號，方向相當(dāng)圓柱體移動方向和壓差方向相同時取正號，方向相反時取負(fù)號。若無相對運動，則同心環(huán)形縫隙流量計算公反時取負(fù)號。若無相對運動，則同心環(huán)形縫隙流量計算公式為式為第2章 液壓泵 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機(jī)（電動機(jī)、液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機(jī)（電動機(jī)、柴油機(jī)）輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提柴油機(jī)）輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。供壓力油。 2.1.2 液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主

13、要性能參數(shù)（二）液壓泵的排量、流量和容積效率（二）液壓泵的排量、流量和容積效率1、排量、排量v：液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排除的油液體積，又稱：液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排除的油液體積，又稱為理論排量或幾何排量，記為為理論排量或幾何排量，記為v。常用單位為。常用單位為cm3/r（ml/r）。排量的大小僅與泵的幾何尺寸有關(guān)。排量的大小僅與泵的幾何尺寸有關(guān)。2.1.2 液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主要性能參數(shù)2、流量、流量（1）平均理論流量）平均理論流量 qt：泵在單位時間內(nèi)理論上排出的油液：泵在單位時間內(nèi)理論上排出的油液體積，體積， qt = nv ，單位為，單位為 m3/s 或或 l/min 。（2）

14、實際流量）實際流量 q：泵在單位時間內(nèi)實際排出的油液體積。：泵在單位時間內(nèi)實際排出的油液體積。在泵的出口壓力在泵的出口壓力 0 時，存在泄漏流量時，存在泄漏流量q，因此，因此q = qt- q 。因為。因為q正比于正比于p，工作壓力越高，泄漏量越大，使，工作壓力越高，泄漏量越大，使得泵的實際流量小于泵的理論流量。得泵的實際流量小于泵的理論流量。（3）瞬時理論流量）瞬時理論流量 qsh ：任一瞬時理論輸出的流量，一般：任一瞬時理論輸出的流量，一般泵的瞬時理論流量是脈動的，即泵的瞬時理論流量是脈動的，即qshqt。（4）額定流量）額定流量 qs：泵在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運：泵在額定壓力，額

15、定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運轉(zhuǎn)的流量。轉(zhuǎn)的流量。2.1.2 液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主要性能參數(shù) 需要指出，當(dāng)泵的出口壓力等于零或進(jìn)出口壓力差等需要指出，當(dāng)泵的出口壓力等于零或進(jìn)出口壓力差等于零時，泵的泄漏量于零時，泵的泄漏量=0，即，即q=qt，工業(yè)生產(chǎn)中將此時的實，工業(yè)生產(chǎn)中將此時的實際流量等同于理論流量。際流量等同于理論流量。3.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性 左、右兩腔的有效面積相等，左、右腔輸入相同壓力和左、右兩腔的有效面積相等，左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時，產(chǎn)生的推力和速度相等。相同流量的油液時，產(chǎn)生的推力和速度相等。)(21ppaf21224pp

16、dd)(422ddqaqv式中式中 d d活塞直徑；活塞直徑； d d活塞桿直徑；活塞桿直徑； p p1 1、p p2 2分別為液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力；分別為液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力； q q輸入流量；輸入流量； f f雙活塞桿液壓缸的推力雙活塞桿液壓缸的推力; ; v v活塞的速度?；钊乃俣取?.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性2. 單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸單桿活塞缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固單桿活塞缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝方式，兩種方式的運動部件移動范圍均為活塞有定兩種安裝方式，兩種方式的運動部件移動范圍均為活塞

17、有效行程的兩倍。效行程的兩倍。q1v1f3.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性 液壓油從無桿腔輸入液壓油從無桿腔輸入q1v1fmmdpdpppapaf)(4)(22221221112114dqaqvvv式中 v1活塞桿伸出速度； q輸入液壓缸流量； a1、 a2分別為無桿腔和有桿腔有效面積； d、d分別為活塞直徑和活塞桿直徑； f1活塞推力； p1、p2分別為液壓缸進(jìn)、出口壓力； m、 v 分別為液壓缸機(jī)械和容積效率。3.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性 油液從有桿腔輸入油液從有桿腔輸入q2v2fmmdpdpppapaf)(4)(21221

18、21122)(42222ddqaqvvv式中 v1活塞桿伸出速度； q輸入液壓缸流量； a1、 a2分別為無桿腔和有桿腔有效面積； d、d分別為活塞直徑和活塞桿直徑； f1活塞推力； p1、p2分別為液壓缸進(jìn)、出口壓力； m、 v 分別為液壓缸機(jī)械和容積效率。 差動連接：單活塞桿缸的左、右兩差動連接：單活塞桿缸的左、右兩腔同時通壓力油的連接方式。差動連腔同時通壓力油的連接方式。差動連接的液壓缸稱為差動液壓缸。接的液壓缸稱為差動液壓缸。mmdpaapf2121134)(差動缸活塞推力差動缸活塞推力f3和運動速度和運動速度v3為為223221344)(4dqdvddqaqqvvvv 差動連接時液壓

19、缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時大，因此，可以在不加大油源流量的情況下得到差動連接時大，因此，可以在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度。較快的運動速度。3.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性如果要求差動缸向右運動速度如果要求差動缸向右運動速度v3非差動連接向左運動速度非差動連接向左運動速度 v2則則3.2.1 常用液壓缸及其速度推力特性常用液壓缸及其速度推力特性dd2 已知單活塞桿液壓缸的活塞直徑已知單活塞桿液壓缸的活塞直徑d為活塞桿直徑為活塞桿直徑d的兩倍，的兩倍，差動連接的快進(jìn)速度等于非差動連接前進(jìn)

20、速度的（差動連接的快進(jìn)速度等于非差動連接前進(jìn)速度的（4倍倍)，差動，差動連接的快進(jìn)速度等于快退速度的（連接的快進(jìn)速度等于快退速度的（3倍）。倍）。 已知單活塞桿液壓缸兩腔的有效面積已知單活塞桿液壓缸兩腔的有效面積a1=2a2，液壓泵供油，液壓泵供油流量為流量為q，如果將液壓缸差動連接，活塞實現(xiàn)差動快進(jìn)，那么，如果將液壓缸差動連接，活塞實現(xiàn)差動快進(jìn)，那么進(jìn)入大腔的流量是（進(jìn)入大腔的流量是（2q），如果不差動連接，則小腔的排油流），如果不差動連接，則小腔的排油流量是（量是（0.5q）。）。例3 液壓馬達(dá)與液壓泵從能量轉(zhuǎn)換觀點上看是互逆的，因此所有的液壓泵均可以用來做馬達(dá)使用。 （）例4 因存在泄漏

21、，因此輸入液壓馬達(dá)的實際流量大于其理論流量，而液壓泵的實際輸出流量小于其理論流量。 （）例5 雙活塞桿液壓缸又稱為雙作用液壓缸，單活塞桿液壓缸又稱為單作用液壓缸。 （）例6 在下列液壓馬達(dá)中，（）為高速馬達(dá)，（）為低速馬達(dá)。（a）齒輪馬達(dá) （b）葉片馬達(dá) （c） 軸向柱塞馬達(dá) （d）徑向柱塞馬達(dá) 對于三位四通滑閥，左、右工作位置用于執(zhí)行元件的對于三位四通滑閥，左、右工作位置用于執(zhí)行元件的的換向，一般為的換向，一般為p與與a通、通、b與與t通，或者通，或者p與與b通、通、a與與t通。通。當(dāng)閥心處于中位時，各油口有不同的連通方式，可滿足不當(dāng)閥心處于中位時，各油口有不同的連通方式，可滿足不同的使用要

22、求。同的使用要求。 滑閥在中位時各油口的連通方式體現(xiàn)的換向閥的控制滑閥在中位時各油口的連通方式體現(xiàn)的換向閥的控制機(jī)能，稱之為滑閥的中位機(jī)能。機(jī)能，稱之為滑閥的中位機(jī)能。 不同中位機(jī)能的滑閥，閥體是通用的，僅閥心臺肩的不同中位機(jī)能的滑閥，閥體是通用的，僅閥心臺肩的尺寸和形狀不同。尺寸和形狀不同。 滑閥機(jī)能的應(yīng)用：使泵卸載的有滑閥機(jī)能的應(yīng)用：使泵卸載的有h、k、m型；使執(zhí)型；使執(zhí)行元件停止的有行元件停止的有o、m型；使執(zhí)行元件浮動的有型；使執(zhí)行元件浮動的有h、y型；型；使液壓缸實現(xiàn)差動的有使液壓缸實現(xiàn)差動的有p型。型。4.2.2 換向閥換向閥4.2.2 換向閥換向閥例題例題1：一水平放置的雙伸出桿

23、液壓缸，采用三位四通電磁換向閥，要：一水平放置的雙伸出桿液壓缸，采用三位四通電磁換向閥，要求閥處于中位時，液壓泵卸荷，且液壓缸浮動，其中位機(jī)能應(yīng)選用求閥處于中位時，液壓泵卸荷，且液壓缸浮動，其中位機(jī)能應(yīng)選用（d）；要求閥處于中位時，液壓泵卸荷，且液壓缸閉鎖不動，其中位）；要求閥處于中位時，液壓泵卸荷，且液壓缸閉鎖不動，其中位機(jī)能應(yīng)選用（機(jī)能應(yīng)選用（b）。）。 （a）o型型 （b）m型型 （c） y型型 （d） h型型 第4章 液壓控制閥1 方向控制閥2 壓力控制閥3 流量控制閥 4.3.1 溢流閥溢流閥（一）直動型溢流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理（一）直動型溢流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 l 液壓油流向：出口接

24、什么元件？l 閥芯受力分析l 常位開啟滑閥式直動型溢流閥滑閥式直動型溢流閥的工作原理滑閥式直動型溢流閥的工作原理4.3.1 溢流閥溢流閥4）回油路有背壓。下圖溢流閥1開啟時，閥1的進(jìn)口壓力是多少？1234567891011 ktp圖 5-7 三級同心溢流閥1-先導(dǎo)錐閥 2-先導(dǎo)閥座 3-閥蓋 4-閥體 5-阻尼孔 6-主伐芯 7-主伐座 8-主伐彈簧 9-調(diào)壓彈簧 10-調(diào)節(jié)螺釘 11-調(diào)節(jié)手輪進(jìn)油口p出油口t遠(yuǎn)控口k4.3.1 溢流閥溢流閥 先導(dǎo)式溢流閥的特點先導(dǎo)式溢流閥的特點進(jìn)口壓力和彈簧力的關(guān)系。主閥、先導(dǎo)閥的流量。 阻尼孔被堵塞閥常開。 遙控口的使用。4.3.2 減壓閥減壓閥 縫隙流動壓力損失p出p進(jìn)減壓閥原理減壓閥原理 減壓閥分為（定值）減壓閥、定差減壓閥、定比減壓閥。 （一）先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。（一）先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。 4.3.2 減壓閥減壓閥（二）減壓閥的特點（二）減壓閥的特點（注重與溢流閥比較） 進(jìn)口壓力控制？出口壓力控制？ 閥口常開？常閉？ 內(nèi)泄式？外泄式？ 遙控口 進(jìn)口壓力控制？出口壓力控制？ 閥口常開？常閉？4.3.3 順序閥順序閥 內(nèi)控外泄式順序閥的功用 (二二) 順序閥的圖形符號順序閥的圖形符號 (三三