第一章 液壓傳動基礎知識

1、12 本章主要內(nèi)容為本章主要內(nèi)容為 ： 液壓傳動的定義 ；液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成 ；液壓傳動的優(yōu)缺點； 液壓傳動的工作介質(zhì) 。31.1液壓傳動定義與發(fā)展概況液壓傳動定義與發(fā)展概況 1.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 一部完整的機器是由原動機、傳動機構(gòu)及控制部分、工作機（含輔助裝置）組成。 傳動機構(gòu)通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構(gòu)。 流體傳動流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。 液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量； 液力傳動則主要是利用液體的動能來

2、傳遞能量。 41.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 （Hydraulics）是以液體為工作介質(zhì)，通過驅(qū)動裝置將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制及調(diào)節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動。 ？ 那么，到底什么是呢？ 51.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 如圖所示的系統(tǒng)中，有兩個不同直徑的液壓缸2和4，且缸內(nèi)各有一個與內(nèi)壁緊密配合的活塞1和5。假設活塞在缸內(nèi)自由滑動（無摩擦力），且液體不會通過配合面產(chǎn)生泄漏。缸2、4下腔用一管道3連通，其中充滿液體。這些液體是密封在缸內(nèi)壁、活塞和管道組成的容積中的。泵缸1234A15A261

3、.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 如果活塞5上有重物W,則當活塞1上施加的F力達到一定大小時，就能阻止重物W下降，這就是說可以利用密封容積中的液體傳遞力。泵缸1234A15A271.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 由于作用在密封容器內(nèi)平衡液體表面上的壓強（液壓力）將均勻地傳遞到液體中所有各點上，且不改變大小（帕斯卡定律），這樣：當活塞1在力F力作用下向下運動時，重物將隨之上升，這說明密封容積中的液體不僅可以傳遞力，還可以傳遞運動。泵缸1234A15A281.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 將能量從機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，而后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，何必多此一舉呢？ 幾乎所有的機械

4、或機器都需要傳動機構(gòu)。這因為原動機一般很難直接滿足執(zhí)行機構(gòu)在速度、力、轉(zhuǎn)矩或運動方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)必須通過中間環(huán)節(jié)傳動裝置傳動裝置進行調(diào)節(jié)控制。液壓傳動就是這種調(diào)節(jié)控制方式中的一種。機械傳動機械傳動（mechanics）:常用零件為齒輪，曲軸。軸，皮帶等。氣壓傳動氣壓傳動（pneumatics）:常用空氣或其它氣體為傳輸介質(zhì)。電力傳動電力傳動（electrics）:常用零件是直流電機,可控硅,交流電機變頻器等.91.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 壓力取決于負載壓力取決于負載 仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。

5、如果活塞活塞5 5上作用的上作用的W W為為0 0如果工作負載為工作負載為W W如果液壓缸液壓缸4 4和活塞和活塞5 5被一容器取被一容器取代代活塞活塞5 5上作用的上作用的W W為為0 0 在不計活塞磨擦力和活塞自重的情況下，此時系統(tǒng)的液壓力回是多少呢？ 很明顯在活塞5下的壓力 這時活塞1下的壓力 ， 主動力F1只能為0，也就是說主動力是加不上去的主動力是加不上去的。022AWP021 PP泵缸1234A15A2101.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 壓力取決于負載壓力取決于負載 仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。如果活塞活

6、塞5 5上作用的上作用的W W為為0 0如果工作負載為工作負載為W W如果液壓缸液壓缸4 4和活塞和活塞5 5被一容器取被一容器取代代泵缸1234A15A2111.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 如果簡化模型中液壓缸4和活塞5被一容器取代：如圖所示。 在活塞1上施加F1的力后，如果容器4、管路3、液壓缸2及活塞1有足夠的壓強，就可以認為工作負載是無窮大的，那么，系統(tǒng)中的液體壓力將為： 根據(jù)，該壓力P1將在這個封閉的液體間等值傳遞，管道3和容器4內(nèi)各點都將產(chǎn)生大小和P1相等的液體壓力。111AFP 1缸2A1A234121.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 壓力取決于負載壓力取決于負載

7、 仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。如果活塞活塞5 5上作用的上作用的W W為為0 0如果工作負載為工作負載為W W如果液壓缸液壓缸4 4和活塞和活塞5 5被一容器取被一容器取代代泵缸1234A15A2131.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 Q運動速度取決于流量運動速度取決于流量請看右下圖，由圖可知： 活塞1向下移動h1,通過液體的能量傳輸，將使活塞5上升一段距離h2，很顯然h1h2。 由于不存在泄露及忽略液體的可壓縮性，所以在t時間里從液壓缸2中擠出的液體體積 ，將等于通過管道3擠入液壓缸4的體積 。即：兩邊同除：則thAt

8、hA2211111hAV 222hAV 2211hAhAv2缸2A1A234h1h21141.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 下面介紹一個概念：流量Q(Flow)。 單位時間內(nèi)從液壓缸2中排出的液體體積或擠入液壓缸4的體積稱為流量Q(Flow)。那么，上式（ ）實質(zhì)上就是說排出液壓缸2的流量等于擠入液壓缸4的流量。thAthA2211由上式可得負載的運動速度 。則：活塞5的運動速度只取決于液壓缸4的流量。即：在液壓系統(tǒng)中執(zhí)行在液壓系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的速度只取決于流機構(gòu)的速度只取決于流量量。22AQv v2缸2A1A234h1h2151.1.1 液壓傳動的定義液壓傳動的定義 液壓系統(tǒng)中，功率表

9、達式N N= =pQpQ，壓力壓力p p和流量流量Q Q是液壓傳動中最基本也是最重要的參數(shù)。由于N N1 1=N=N2 2=pQ=pQ（不考慮任何損失），因此液壓系統(tǒng)中的能能量傳輸和轉(zhuǎn)換是守恒的量傳輸和轉(zhuǎn)換是守恒的，滿足能量守恒定律。能量的表示方法能量的表示方法由于 （帕斯卡原理）及活塞1的輸入功率：活塞5的輸入功率：211AWAF2211vAvApQAQpAvFN11111pQAQpAvFN22222v2缸2A1A234h1h21161.1.2 液壓傳動的發(fā)展概況液壓傳動的發(fā)展概況 從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有23百年的歷史。 第二次

10、世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機床到本世紀30年代才用上了液壓傳動。 泵缸171.1.2 液壓傳動的發(fā)展概況液壓傳動的發(fā)展概況 近30年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學、微電子技術(shù)等學科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了應用，如工程機械、數(shù)控加工中心、冶金自動線等。 采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 181.2液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成 1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液

11、壓傳動系統(tǒng)的工作原理 液壓千斤頂常用于頂升重物,如頂起汽車以便拆換輪胎191.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 液壓千斤頂 在杠桿上沒有作用力時,負載可以停止在任意位置;在液壓缸行程范圍內(nèi) ,可以將負載提升到任意位置。 其實液壓千斤頂是前面討論過的簡化模型的進一步完善，它具有以下一些簡化摸型所不具備的功能：201.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 211.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 油缸油缸（執(zhí)行元件）（執(zhí)行元件）手動油泵手動油泵（油源）（油源） 液壓千斤頂?shù)南到y(tǒng)中，小缸、小活塞以及單向閥4和7組合在一起，就可以不斷從油箱中吸油和將油

12、壓入大缸，這個組合體的作用是向系統(tǒng)中提供一定量的壓力油液，稱為。 大活塞和缸用于帶動負載，使之獲得所需運動及輸出力，這個部分稱為。 放油閥門11的啟閉決定執(zhí)行元件是否向下運動，是一個。 另外，要進行動力傳輸必須借助液壓。221.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 磨床工作臺磨床工作臺 磨床工作時，要求其工作臺水平往復運動。 實現(xiàn)工作臺水平往復運動控制的是一套液壓控制系統(tǒng)，如圖所示是一臺磨床的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。23磨床工作臺磨床工作臺液壓系統(tǒng)液

13、壓系統(tǒng) 液壓缸液壓缸液壓泵液壓泵節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥油箱油箱1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作臺磨床工作臺24磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 磨床的液壓系統(tǒng)工作時，液液壓泵壓泵4 4的動力是由電機驅(qū)動的,其作用是向系統(tǒng)提供一定流量的壓力油。 該泵是由一對相互嚙合的齒輪來完成吸油和排油過程的，是一種齒輪泵齒輪泵。雖然，它的結(jié)構(gòu)和千斤頂?shù)氖謩颖貌煌?，且動力是由電機驅(qū)動的，但其功能都相同，都是向系統(tǒng)提供具有一定流量和流量和壓力的油液壓力的油液。1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球

14、；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺 圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng) 工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作臺磨床工作臺液壓泵液壓泵油箱油箱25磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng) 工作原理 1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1磨床工作臺磨床工作臺1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；

15、7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺 液壓缸液壓缸 由液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥11，節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。 節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥26磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 液壓缸液壓缸 當手動換向閥15換向后，液壓油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動。 磨床工作臺磨床工作臺1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1

16、換向閥換向閥 當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。 節(jié)流閥節(jié)流閥27磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 磨床工作臺磨床工作臺換向閥換向閥 如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖11（C）所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 128磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 磨床工作臺磨床工作臺溢流閥溢流閥1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 59

17、1 1 液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當系統(tǒng)的工作壓力超過這個承載范圍時，就可能會出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機過熱奈至燒毀等。 液壓系統(tǒng)一般采用設置的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護人生設備的安全。29磨床工作臺液壓系統(tǒng)磨床工作臺液壓系統(tǒng) 磨床工作臺磨床工作臺溢流閥溢流閥 除了前面討論的各個環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲存油的容器，有連接各元器件的，還得有過濾系統(tǒng)的油液，防止雜質(zhì)進入泵和液壓系統(tǒng)的，另外還有，等。1 91 81 71 61 41 51 391 1214365781 01 21 61 591 1301.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)的組成 從千斤

18、頂和磨床的液壓系統(tǒng)組成 和工作原理可以看出，液壓系統(tǒng)一般有以下幾個部分組成：動力元件動力元件傳動介質(zhì)傳動介質(zhì)控制元件控制元件輔助元件輔助元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件311.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)的組成 從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成： （l）液壓泵（動力元件）：是將原動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。 （2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以驅(qū)動工作機構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達。 （3）控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、

19、流量、方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。 （4）輔助元件：上述三個組成部分以外的其它元件，如：管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。 321.2.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號液壓系統(tǒng)的圖形符號 圖11（a）所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。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，一般都采用液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖12所示。 9108765321433191817161415139112143657810121615911圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng) 工作原理91087653214 圖1.2用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)

20、圖 l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵； 4-溢流閥； 5-手動換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向間； 8-活塞；9-液壓缸 液壓缸液壓缸液壓缸液壓缸換向閥換向閥換向閥換向閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥液壓泵液壓泵液壓泵液壓泵溢流閥溢流閥溢流閥溢流閥油箱油箱油箱油箱34 圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。 91 087653214液壓缸液壓缸液壓泵液壓泵節(jié)流閥節(jié)流閥換向閥換向閥油箱油箱溢流閥溢流閥351.3 液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的優(yōu)缺點 1.3.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓

21、傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點 液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點： （1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置； （3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向； （4）操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達2000：1），它還可以在運行的過程中進行調(diào)速；361.3.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點 （5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長； （6）容易實現(xiàn)直線運動； （7）既易實現(xiàn)機器的自動化，又易于實現(xiàn)過載保護，當采用電液

22、聯(lián)合控制甚至計算機控制后，可實現(xiàn)大負載、高精度、遠程自動控制。 （8）液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設計、制造和使用。 371.3.2 液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點 （1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。 （2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 （3）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災和爆炸事故。 （4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。381.4 液壓傳動的工作介質(zhì)液壓傳動的工作介質(zhì)

23、 1.4.1 液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求 液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油。液壓介質(zhì)的性能對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的基本要求如下： （l）有適當?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。 液壓介質(zhì)粘度用運動粘度 表示。在國際單位制中的 單位是 ，而在實用上油的粘度用 （cSt）表示。sm /2smm /2 粘度是液壓油（液）劃分牌號的依據(jù)。按國標GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號用粘度的等級表示，即用該液壓油在40時的運動粘度中心值表示。39 所有工作介質(zhì)

24、的粘度都隨溫度的升高而降低所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。 一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應采用高牌號液壓油；低溫時或泵的吸入條件不好時（壓力低，阻力大），應采用低牌號液壓油。 （2）氧化安定性和剪切安定性好。 （3）抗乳化性、抗泡沫性好。 （4）閃點、燃點要高，能防火、防爆。 （5）有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。 （6）對人體無害，成本低。 401.4.2 1.4.2 液壓介質(zhì)的種類液壓介質(zhì)的種類 液壓傳動介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采

25、用ISO 6743/4）進行分類，主要有石油基液壓油石油基液壓油和難燃液壓液難燃液壓液兩大類。 1.4.2.1 1.4.2.1 石油基液壓油石油基液壓油 （1）L-HL液壓油液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當前我國供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0 以上的工作環(huán)境。其牌號有：HL32、HL46、HL68。在其代號L-HL中，L代表潤滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型，最后的數(shù)字代表運動粘度。 41 （2）L-HM液壓油液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎油與普通液壓油同，加有極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于-15以上的高壓、高速工程機械和車輛液壓系統(tǒng)。 其牌號有：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150 （3）L-HG液壓油液壓油（又名液壓一導軌油）：除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導軌潤滑時有良好的防爬性能。適用于機床液壓和導軌潤滑合用的系統(tǒng)。 42 （4）L-HV液壓油液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘