液壓與氣壓傳動(dòng)

1、 液壓傳動(dòng)課件 Hydraulic Transmission 制作者 肖新棉 工程技術(shù)學(xué)院電子信箱： 授課對(duì)象： 本科生 教材 液壓與氣壓傳動(dòng) 許福玲編 機(jī)械工業(yè)出版社(高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材)液壓傳動(dòng)課程的學(xué)習(xí)安排 本課程共32學(xué)時(shí)，講課24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，(3次實(shí)驗(yàn))；先修課：高等數(shù)學(xué)物理理論力學(xué) 材料力學(xué)工程流體力學(xué)液壓傳動(dòng)1、學(xué)時(shí)安排2、課程的相關(guān)聯(lián)系后續(xù)課：專業(yè)課程。3、參考書(shū)1）液壓傳動(dòng)詹永麒編 上海交通大學(xué)出版社；2）液壓與氣壓傳動(dòng)左健民編 機(jī)械工業(yè)出版社；3）液壓傳動(dòng)與控制賈銘新編 國(guó)防工業(yè)出版社；5）液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)何存興編 華中理工大學(xué) 出版社；6）液壓傳動(dòng)與

2、控制教程王懋瑤編 天津大學(xué)出版社；7）液壓傳動(dòng)與控制林國(guó)重編 北京工業(yè)學(xué)院出版社；8）液壓傳動(dòng)西北農(nóng)業(yè)大學(xué)編 農(nóng)業(yè)出版社；4）液壓傳動(dòng)與控制解難和練習(xí)賈銘新編 2003.01 國(guó)防工業(yè)出版社；學(xué)習(xí)網(wǎng)站：1. .cn2. http:/ http:/你知道哪些液壓技術(shù)的應(yīng)用?四柱液壓機(jī)全自動(dòng)粉末成型液壓機(jī)馬桶蓋液壓機(jī)汽車縱橫梁液壓機(jī)液壓破碎機(jī)液壓鏟車4、課程的學(xué)習(xí)要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)1）掌握液壓傳動(dòng)的基本理論，基本原理；2）能運(yùn)用液壓技術(shù)的基本理論解決工程實(shí)際中的問(wèn)題；3）熟悉液壓元件的性能及結(jié)構(gòu)，正確選擇液壓元件；4）能讀懂液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖；5）能進(jìn)行簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)；5、液壓傳動(dòng)課程的特點(diǎn)液壓

3、元件動(dòng)力元件執(zhí)行元件控制元件輔助元件液壓基本回路壓力控制回路速度控制回路方向控制回路順序動(dòng)作回路液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)6、本課程學(xué)習(xí)的有關(guān)注意事項(xiàng)：1）作業(yè)根據(jù)要求抄題，畫(huà)圖，寫(xiě)出計(jì)算公式， 具體計(jì)算步驟和結(jié)果；2）作業(yè)須按時(shí)交，課程結(jié)束時(shí)沒(méi)完成作業(yè)者， 不能參加課程結(jié)業(yè)考試；3）按照規(guī)定的時(shí)間、地點(diǎn)上好實(shí)驗(yàn)課；實(shí)驗(yàn)課前須預(yù) 習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)后按規(guī)定的時(shí)間交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；4）平時(shí)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告一起計(jì)算平時(shí)成績(jī)，占期末 總評(píng)的20% ；第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二章 液壓泵與液壓馬達(dá) 第三章 液壓缸 第四章 液壓控制閥 第五章 液壓基本回路 緒 論液 壓 傳 動(dòng)第二節(jié) 液壓傳動(dòng)的工作原理 第三節(jié) 液壓傳動(dòng)系

4、統(tǒng)的組成及圖形符號(hào) 第四節(jié) 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 第一節(jié) 液壓傳動(dòng)發(fā)展概況緒 論1、液壓傳動(dòng)圖形符號(hào)；2、液壓系統(tǒng)壓力的形成；3、液壓系統(tǒng)壓力的計(jì)算。 本 章 重 點(diǎn)1、液壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的定義和組成；2、液壓傳動(dòng)圖形符號(hào)以及液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)；3、液壓系統(tǒng)的壓力的形成和計(jì)算。 本 章 難 點(diǎn)1 液壓傳動(dòng)發(fā)展概況 液壓傳動(dòng)是基于以密封容器中流體的靜壓力傳遞力和功率這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。* 1795年英國(guó)的約瑟夫布拉默用這個(gè)原理建造了世 界上第一臺(tái)水壓機(jī)，使液壓技術(shù)進(jìn)入工程領(lǐng)域。*1650年被帕斯卡(Pascal)發(fā)現(xiàn)該原理。* 19世紀(jì)末，德國(guó)及美國(guó)分別把液壓技應(yīng)用于龍門刨 及六角車床、磨床等。*

5、1905年詹尼(Janney)設(shè)計(jì)了一臺(tái)帶軸向柱塞機(jī)械、以油為工作介質(zhì)的液壓傳動(dòng)裝置，并于1906年用于弗吉尼亞號(hào)戰(zhàn)艦塔仰俯裝置上，從此液壓技術(shù)得到發(fā)展。 * 以油作為工作介質(zhì)的徑向柱塞泵先后由海勒肖(Hele Shaw)及漢斯托馬(Hans Thoma)于1910年及1922年研制成功，又于1930年研制出斜軸式軸向柱塞泵。 * 哈里威克斯(Harry Vickers)于1936年提出了包括先導(dǎo)式溢流閥在內(nèi)的液壓控制元件。 * 第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反映快、動(dòng)作準(zhǔn)、功率大的液壓傳動(dòng)裝置及伺服機(jī)構(gòu)，以裝備各種飛機(jī)、坦克、大炮和軍艦，使各種高壓元件獲得了近一步發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了伺

6、服閥。美國(guó)麻薩理工學(xué)院的布萊克本(Blackburn)，李詩(shī)穎等人于1958年造出了噴嘴檔板型電液伺服閥，由于伺服閥的造價(jià)高、抗污染能力差，后來(lái)又發(fā)展比例閥和比例泵。 我國(guó)的液壓工業(yè)始于20世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才用到其他機(jī)械設(shè)備上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)后，就進(jìn)行自行設(shè)計(jì)和研制，初步形成從低壓到高壓的液壓元件系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。行業(yè)名稱 應(yīng) 用 場(chǎng) 所 舉 例 工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等起重運(yùn)輸機(jī)械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機(jī)械、皮帶運(yùn)輸機(jī)等礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、開(kāi)掘機(jī)、開(kāi)采機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等

7、建筑機(jī)械打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等行業(yè)名稱 應(yīng) 用 場(chǎng) 所 舉 例 冶金機(jī)械電爐爐頂及電極升降機(jī)、軋鋼機(jī)、壓力機(jī)等輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機(jī)械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機(jī)、模擬駕駛艙、機(jī)器人等機(jī)床工業(yè)磨床、車床、龍門刨床、牛頭刨床及銑床等金屬切削機(jī)床，壓力機(jī)、剪床、折彎?rùn)C(jī)、滾板機(jī)等各種鍛壓機(jī)床等在航空、航天、化工和國(guó)防工業(yè)中，有飛船、火箭、導(dǎo)彈的各類液壓(氣壓)控制裝置，有原料運(yùn)輸、有害液體灌裝、炸藥包裝、石油鉆采等氣壓動(dòng)力控制裝置與設(shè)備，有陸、海

8、、空三軍武器裝備中的液壓自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)和自動(dòng)瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)。 我國(guó)的液壓技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)起始、成熟與發(fā)展的過(guò)程，但從整體上說(shuō)還落后與世界的先進(jìn)水平，國(guó)產(chǎn)元件以至整機(jī)在性能、可靠性、使用壽命和制造技術(shù)等方面也存在著不少問(wèn)題，這與我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的總體水平、生產(chǎn)管理水平以及人員的素質(zhì)都有著密切的關(guān)系。因此應(yīng)加速對(duì)先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品的有計(jì)劃引進(jìn)和消化、吸收, 加速人才素質(zhì)的培養(yǎng)和整個(gè)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，規(guī)范日常的生產(chǎn)管理和技術(shù)監(jiān)督，使我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在各領(lǐng)域趕上世界先進(jìn)水平。目前，液壓技術(shù)正在繼續(xù)向以下幾個(gè)方向發(fā)展： 1、節(jié)能 近年來(lái)，由于能源緊缺，各國(guó)都把液壓傳 動(dòng)的節(jié)能問(wèn)題作為液壓技術(shù)發(fā)展的重要課題。

9、2、液壓與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合 隨著微電子、計(jì) 算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字閥和數(shù)字泵，并 出現(xiàn)了把單片機(jī)直接安裝在液壓元件上的具有位置 或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置，有些裝置只 用一條通訊線就能控制16個(gè)執(zhí)行元件。計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)、輔助繪圖、輔助工藝及輔助制造等技術(shù)，在 國(guó)內(nèi)液壓工業(yè)中也開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。3、提高液壓傳動(dòng)的可靠性 由于有限元法在液壓元 件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可靠性試驗(yàn)、研究工作的廣泛 開(kāi)展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，使液壓元件 的壽命逐年得到提高，同時(shí)使液壓系統(tǒng)的可靠性 得到提高。 4、高度集成化 疊加閥、集成塊、插裝閥以及把各 種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行器上的組合 元

10、件的出現(xiàn)，還有些把單片機(jī)集成在其控制機(jī)構(gòu) 上，達(dá)到了集機(jī)、電、液于一體的高度集成化。2 液壓傳動(dòng)的工作原理 杠桿小活塞大活塞液壓缸液壓缸鋼球鋼球重物油箱放油閥圖1 1 液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?圖1 - 1為液壓千斤頂?shù)脑硎疽鈭D，用它可說(shuō)明液壓傳動(dòng)的工作原理。圖中大小兩個(gè)液壓缸6和3的分別裝有活塞7和2，活塞和缸體之間保持一種良好的配合關(guān)系，不僅活塞能在缸內(nèi)滑動(dòng)，而且配合面之間又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。當(dāng)用手向上提起杠桿1時(shí)，小活塞2就被帶動(dòng)上升，于是小液壓缸3的下腔密封容積增大，腔內(nèi)壓力下降，形成部分真空，這時(shí)鋼球5將所在的通路關(guān)閉，油箱10中的油液就在大氣壓力的作用下推開(kāi)鋼球4沿吸油孔道進(jìn)入小缸的

11、下腔，完成一次吸油動(dòng)作。接著，壓下杠桿1，小活塞下移，小缸下腔的密封容積減小，腔內(nèi)壓力升高，這時(shí)鋼球4自動(dòng)關(guān)閉了油液流回油箱的通路，小缸下腔的壓力油就推開(kāi)鋼球5擠入大缸6的下腔，推動(dòng)大活塞將重物8(重力為G)向上頂起一段距離。如此反復(fù)地提壓杠桿1，就可以使重物不斷升起，達(dá)到起重的目的。 若將放油閥9旋轉(zhuǎn)90，則在物體8的自重作用下，缸中的油液流回油箱，活塞下降到原位。 由此可見(jiàn)，液壓千斤頂是簡(jiǎn)單的液壓傳動(dòng)裝置。分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，可知液壓傳動(dòng)是依靠液體在密封容積變化中的壓力能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。 液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，后又將液壓能轉(zhuǎn)換

12、為機(jī)械能做功。 3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及圖形符號(hào)1油箱2過(guò)濾器3液壓泵4溢流閥5節(jié)流閥6換向閥7液壓缸8工作臺(tái)圖1-2 機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 在圖12a)中，液壓泵3 由電動(dòng)機(jī)(圖中未標(biāo)出)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從油箱1 中吸油。油液經(jīng)過(guò)濾器2 過(guò)濾后流往液壓泵，經(jīng)泵向系統(tǒng)輸送。來(lái)自液壓泵的壓力油流經(jīng)節(jié)流閥5 和換向閥6 進(jìn)入液壓缸7 的左腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)8 向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油通過(guò)換向閥經(jīng)回油管排回油箱。 如果將換向閥手柄扳到左邊位置，使換向閥處于在圖12 b)所示的狀態(tài)，壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸的右腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)向左移動(dòng)。液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 工作臺(tái)的移動(dòng)

13、速度是通過(guò)節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。節(jié)流閥開(kāi)口較大，進(jìn)入液壓缸的流量較大，工作臺(tái)的移動(dòng)速度也較快；反之，節(jié)流閥開(kāi)口較小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度也較慢。 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)必須克服阻力，例如克服切削力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的摩擦力等。為適應(yīng)克服不同大小阻力的需要，液壓泵輸出油液的壓力的大小由溢流閥4 來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)溢流閥彈簧的預(yù)壓力就能調(diào)整泵出口的油液壓力，并讓多余的油在相應(yīng)壓力下打開(kāi)溢流閥，經(jīng)回油管流回油箱。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成： 動(dòng)力元件即液壓泵，它將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體介質(zhì)的壓力能，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。 執(zhí)行元件是指液壓缸或液壓馬達(dá)，它是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其作用是

14、在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(或力矩和轉(zhuǎn)速)，以驅(qū)動(dòng)工作部件。1、動(dòng)力元件2、執(zhí)行元件 控制元件包括各種控制閥類，如上例中的溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。 這類元件的作用是用以控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件完成預(yù)期的工作。 輔助元件包括油箱、油管、過(guò)濾器以及各種指示器和控制儀表等。 它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)得以正常工作和便于監(jiān)測(cè)控制。 3、控制元件4、輔助元件 工作介質(zhì)即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油，液壓系統(tǒng)就是通過(guò)工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。 5、工作介質(zhì)液壓動(dòng)力源液壓控制元件液壓輔助元件液壓執(zhí)行元件力速度行程 在圖12a)中，組成液壓系統(tǒng)的各個(gè)元件是用半結(jié)構(gòu)式圖形

15、畫(huà)出來(lái)的，這種圖形直觀性強(qiáng)，較易理解，但難于繪制，在工作實(shí)際中，除某些特殊情況外，一般都用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)來(lái)繪制液壓系統(tǒng)原理圖，如圖12c)所示。 對(duì)于圖12a)所示的液壓系統(tǒng)，若用國(guó)標(biāo)GB786.193規(guī)定的液壓圖形符號(hào)繪制，為圖12c)所示。注意：圖中的符號(hào)只表示元件的功能，不表示： 1）元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)； 2）工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程； 3）元件在機(jī)器中的位置； 使用這些圖形符號(hào)，可使液壓系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單明了，便于繪制。GB786.193液壓圖形符號(hào)見(jiàn)本書(shū)附錄B。4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)與電氣、機(jī)械等其他傳動(dòng)方式比較，有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、液壓傳動(dòng)可在運(yùn)行過(guò)程中方便地實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú) 級(jí)調(diào)速，調(diào)速

16、范圍大，可達(dá)20001 2、液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小， 其體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右， 這是由于液壓系統(tǒng)中的壓力可比電樞磁場(chǎng)中單 位面積上的磁力大30 40倍。 一、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：3、液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)及頻繁換向，每 分鐘換向次數(shù)可達(dá)500(左右擺動(dòng))、1000(往復(fù) 移動(dòng))，工作平穩(wěn)，換向沖擊小。4、便于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)(即只要用一安全閥便可實(shí)現(xiàn) 過(guò)載保護(hù))，而且工作油液能使傳動(dòng)零件實(shí)現(xiàn)自 潤(rùn)滑，故使用壽命較長(zhǎng)。 5、操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化(即借助各種閥實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制)，若用電、液聯(lián)合控制，還可實(shí)現(xiàn)遙 控。6、液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便 于

17、設(shè)計(jì)、制造和擴(kuò)大應(yīng)用。二、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)： 1、漏 由于作為傳動(dòng)介質(zhì)的液體是在一定的壓力下， 有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的表面間不可避免地要產(chǎn)生泄漏 。同時(shí)，由于 油液并不是絕對(duì)不可壓縮的，油管等也可產(chǎn)生彈 性變形，所以液壓傳動(dòng)不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán) 格的場(chǎng)合，即液壓傳動(dòng)中的泄漏和液體的可壓縮 性使傳動(dòng)無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。2、振 液壓傳動(dòng)中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生 很大的振動(dòng)和噪聲。近年來(lái)，各國(guó)都在研制低噪 聲的液壓泵等以降低液壓系統(tǒng)的噪聲。 3、熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)過(guò)程中，由于存在機(jī)械摩 擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱， 總效率降低，故液壓傳動(dòng)不宜用于遠(yuǎn)

18、距離傳動(dòng)。 另外，液壓油的粘度隨油溫而變，這會(huì)引起液壓 執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)特性的變化，故不宜在很高和很 低的溫度條件下工作。 4、液壓元件中的小孔，縫隙容易堵塞，因此必須特 別注意油液的過(guò)濾。5、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速 排除。3、液壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？思 考 題1、何謂液壓傳動(dòng)，何謂液壓系統(tǒng)？2、液壓系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分作用是什么？第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1-11-6 (p6-32)工程流體力學(xué)已講(略)17 液壓系統(tǒng)壓力的形成及計(jì)算方法 一、 液壓系統(tǒng)壓力(油壓)的形成:1、系統(tǒng)中壓力的大小決定于負(fù)載 R=R+ R fRvA1pppjA2 R f 活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)與缸體的摩擦阻力。式中：R作用在活塞上的總機(jī)械載荷；R為活塞上所受的負(fù)載阻力 (包括摩擦力)； 壓力形成過(guò)程：由于泵的排油腔，油缸的左腔以及連接它們的管道形成密封容積，泵排油R阻止容積增加油壓增大pj當(dāng)滿足pjA1= R時(shí)，活塞克服機(jī)械負(fù)載向右運(yùn)動(dòng)容積增大，容納泵輸出的油液壓力保持 不變。 可見(jiàn),欲推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，R pj, R Pj即:液壓泵不斷泵油，當(dāng)油的壓力 ,活塞運(yùn)動(dòng)。(一般Rf0)