第一章 液壓介紹

液壓傳動教師：張文芹電話：89017074教學(xué)內(nèi)容1.了解液壓傳動的發(fā)展2.理解液壓傳動的定義3.掌握液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成4.液壓油5.液壓傳動的流體力學(xué)基礎(chǔ)

一、液壓傳動的發(fā)展1、了解液壓傳動發(fā)展的過程、特點(diǎn)及應(yīng)用。2、了解國內(nèi)外先進(jìn)液壓與氣動技術(shù)成果在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用。3、通過探索性的討論，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一部完整的機(jī)器是由原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、控制部分及工作機(jī)（含輔助裝置）組成。二、液壓傳動的定義傳動：把動力由原動機(jī)向工作機(jī)的傳遞。機(jī)械傳動電氣傳動流體傳動傳動機(jī)構(gòu)：機(jī)械傳動皮帶輪傳動杠桿傳動齒輪傳動鏈條傳動二、液壓傳動的定義像機(jī)械傳動一樣，液壓傳動也是傳送動力的方法之一。它是靠密封容器內(nèi)受靜壓力的液體傳送動力的。

在液壓系統(tǒng)中，油泵將具有一定轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n的電動機(jī)的機(jī)械能，轉(zhuǎn)變成具有一定壓力p和流量Q的液壓能，通過控制閥的調(diào)節(jié)，借助執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸和油馬達(dá)）還原成所需要的移動或回轉(zhuǎn)的機(jī)械能。由于這種動力的變換和傳遞是依靠液壓油作傳動介質(zhì)的，所以叫液壓傳動。三、液壓傳動的工作原理液壓千斤頂原理及組成工作原理液壓傳動的工作原理是:以油液作為工作介質(zhì)、通過密封容積的變化來傳遞運(yùn)動，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力。帕斯卡原理:“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點(diǎn)?！币簤簜鲃踊纠碚?、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。2.液體靜壓力的兩個重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個方向上都相等。液壓傳動基本理論3.液體靜壓力基本方程

p△A=Po△A+ρgh△A式中，ρgh△A為小液柱的重力，ρ—液體的密度上式化簡后得：p=p0+

ρgh

液壓傳動基本理論3、液體靜壓力基本方程說明什么問題：（1）

靜止液體中任何一點(diǎn)的靜壓力為作用在液面的壓力Po和液體重力所產(chǎn)生的壓力ρgh之和。（2）

液體中的靜壓力隨著深度h而線性增加。（3）在連通器里，靜止液體中只要深度h相同其壓力都相等。

p=p0+ρgh

結(jié)論：液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?jì)，因而可近似認(rèn)為整個液體內(nèi)部的壓力是相等的。以后我們在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，一般都采用這種結(jié)論。液壓傳動基本理論4、絕對壓力、表壓力及真空度

根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對壓力和絕對壓力之分。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力稱為表壓力。以絕對零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為絕對壓力。如液體中某點(diǎn)處的絕對壓力小于大氣壓力，這時該點(diǎn)的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以真空度=大氣壓力-絕對壓力液壓傳動基本理論5、帕斯卡原理

圖所示建立了一個很重要的概念，即在液壓傳動中工作的壓力取決于負(fù)載，而與流量無關(guān)。例：如上圖所示，在液壓千斤頂?shù)膲河瓦^程中，已知柱塞泵活塞1的面積A1=1.13Χ10-4m2，液壓缸活塞2的面積A2=9.62Χ10-4m2。壓油時．作用在柱塞泵活塞1上的力F1=5.78Χ103N。試問柱塞泵油腔5內(nèi)的油液壓力p1為多大?液壓缸能頂起多重的重物？

解（1）柱塞泵油腔5內(nèi)的油液壓力：（2）液壓缸活塞2上的液壓作用力：（3）能頂起的重物的重量：G=F2=4.92Χ104N液壓傳動基本理論6、連續(xù)定理液體在流動時，通過任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時間改變的流動稱為穩(wěn)流，反之速度、壓力和密度其中一項(xiàng)隨時間而變，就稱為非穩(wěn)流。對穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動通過管內(nèi)任一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖所示管內(nèi)兩個流通截面面積為A1和A2，流速分別為V1和V2，則通過任一截面的流量Q：Q=AV=A1V1=A2V2=常量（1－6）式（1－6）即連續(xù)定理，此式還得出一個重要的基本概念，即運(yùn)動速度取決于流量，而與流體的壓力無關(guān)。例：如上圖所示，在液壓千斤頂?shù)膲河瓦^程中，已知柱塞泵活塞1的面積A1=1.13Χ10-4m2，液壓缸活塞2的面積A2=9.62Χ10-4m2，油管4的截面積A4=1.3Χ10-5m2。若柱塞泵活塞1的下壓速度v1為0.2m/s,試求液壓缸活塞2的上升速度v2和管路內(nèi)油液的平均流速v4.解(1)柱塞泵排出的流量:

qv1=A1v1=1.13Χ10-4Χ0.2=2.26Χ10-5m3/s(2)根據(jù)液流連續(xù)性原理量:qv1=qv2

得:v2=qv2/A2=2.26Χ10-5/9.62Χ10-4=0.0235m/s(3)同理:管路內(nèi)油液的平均流速v4

V4=qv4/A4=2.26Χ10-5/1.3Χ10-5=1.74m/s液壓傳動基本理論7、液體流動中的壓力和流量的損失（1）壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動時又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過一段距離時，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和局部損失之和。

由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個1.3～1.5的系數(shù)來估算。液壓傳動基本理論7、液體流動中的壓力和流量的損失（2）流量損失在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對運(yùn)動的表面,如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，因?yàn)橐邢鄬\(yùn)動,所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會經(jīng)間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會向外部泄漏。這種泄漏造成實(shí)際流量有所減少,這就是我們所說的流量損失。流量損失影響運(yùn)動速度，而泄漏又難以絕對避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個l.1～1.3的系數(shù)來估算。

液壓傳動基本理論8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象（1）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中,當(dāng)油路突然關(guān)閉或換向時,會產(chǎn)生急劇的壓力升高,這種現(xiàn)象被稱為液壓沖擊。造成液壓沖擊的主要原因是液壓速度的急劇變化、高速運(yùn)動工作部件的慣性力和某些液壓元件反應(yīng)動作不夠靈敏.產(chǎn)生液壓沖擊時,系統(tǒng)中的壓力瞬間就要比正常壓力大好幾倍,特別是在壓力高、流量大的情況下,極易引起系統(tǒng)的振動、噪音甚至導(dǎo)管或某些液壓元件的損壞,既影響系統(tǒng)的工作質(zhì)量又會縮短其使用壽命。還要注意的是由于壓力沖擊產(chǎn)生的高壓力可能使某些液壓元件（如壓力繼電器）產(chǎn)生誤動作,而損壞設(shè)備。避免液壓沖擊的主要辦法是避免液流速度的急劇變化。延緩速度變化的時間能有效地防止液壓沖擊,如將液動換向閥和電磁換向閥聯(lián)用可減少液壓沖擊,因?yàn)橐簞訐Q向閥能把換向時間控制得慢一些。

2、運(yùn)動著的工作部件突然制動或換向時，因工作部件的慣性引起的液壓沖擊。

3、某些液壓元件動作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起的液壓沖擊。液壓沖擊的類型有：

1、液流通道迅速關(guān)閉或液流迅速換向使液流速度的大小或方向突然變化時，由于液流的慣力引起的液壓沖擊。減小液壓沖擊的措施針對上述各式中影響沖擊壓力Δp的因素，可采取以下措施來減小液壓沖擊；1）適當(dāng)加大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統(tǒng)中把v控制在4.5m/s以內(nèi)，使Δpmax不超過5MPa就可以認(rèn)為是安全的。2）正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動裝置，使運(yùn)動部件制動時速度變化比較均勻。3）延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動部件制動換向的時間，可采用換向時間可調(diào)的換向閥。4）盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波的傳播時間，變直接沖擊為間接沖擊。5）在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器，以吸收沖擊壓力；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。液壓傳動基本理論8、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象（2）氣穴現(xiàn)象：由于液體中溶入空氣在壓力較小時會形成氣泡叫氣穴現(xiàn)象。如果液壓系統(tǒng)中發(fā)生了空穴現(xiàn)象,液體中的氣泡隨著液流運(yùn)動到壓力較高的區(qū)域時,氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂,從而引起局部液壓沖擊,造成噪音和振動,另一方面,由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性,降低了油管的通油能力,造成流量和壓力的波動,使液壓元件承受沖擊載荷,影響其使用壽命。同時氣泡中的氧也會腐蝕金屬元件的表面,我們把這種因發(fā)生空穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫汽蝕。在液壓傳動裝置中,汽蝕現(xiàn)象可能發(fā)生在油泵、管路以及其它具有節(jié)流裝置的地方,特別是油泵裝置,這種現(xiàn)象最為常見。汽蝕現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生各種故障的原因之一,特別在高速、高壓的液壓設(shè)備中更應(yīng)注意。

減小氣穴現(xiàn)象的措施

在液壓系統(tǒng)中，哪里壓力低于空氣分離壓，那里就會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。為了防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，最根本的一條是避免液壓系統(tǒng)中的壓力過分降低。具體措施有：1）減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比p1/p2＜3.5。2）正確設(shè)計(jì)和使用液壓泵站3）液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入。4）采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，提高零件的機(jī)械強(qiáng)度，減小零件表面粗糙度值。

動畫演示2、液壓傳動的組成部分油路—圖示、左位、右位換向—換向閥調(diào)速—節(jié)流閥調(diào)壓—溢流閥

液壓系統(tǒng)的組成及作用

1.動力元件:2.執(zhí)行元件:3.控制元件:4.輔助元件:5.工作介質(zhì):液壓泵。將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力的壓力油，是系統(tǒng)的動力源油缸或液壓馬達(dá)。將油液具有的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。在壓力油的推動下，輸出力或轉(zhuǎn)矩，使工作部件具有一定的速度和轉(zhuǎn)速，完成預(yù)定的工作各種液壓控制閥，用以控制流體的方向、壓力和流量，以保證執(zhí)行元件完成預(yù)期的工作任務(wù)包括油箱、油管、濾油器、壓力表、冷卻器、分水濾水器、油霧器、消聲器、管件、管接頭和各種信號轉(zhuǎn)換器等，它們起連接、儲油、過濾和測量油液壓力等輔助作用系統(tǒng)中的傳動液體，通常是液壓油或壓縮空氣，作為傳遞運(yùn)動和動力的載體液壓系統(tǒng)就是通過介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力傳遞的。液壓傳動的組成部分

液壓傳動的工作原理及其組成部分從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)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）能源裝置:它是供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。最常見的是液壓泵。（2）執(zhí)行裝置：它是把液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。其形式有作直線運(yùn)動的液壓缸，有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)，它們又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。（3）控制調(diào)節(jié)裝置：它是對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、截止閥等。（4）輔助裝置：例如油箱，濾油器，油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作是必不可少的。液壓系統(tǒng)圖的圖形符號

1.半結(jié)構(gòu)式—直觀，畫法復(fù)雜。2.職能符號—畫法簡單，清晰。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。2.液壓傳動的組成部分圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖1.2用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)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換向閥換向閥節(jié)流閥節(jié)流閥液壓泵液壓泵溢流閥溢流閥油箱油箱

特點(diǎn)1、液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)(1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可方便靈活地布置傳動機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動優(yōu)越的地方。(2)液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性。(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。(4)傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。(6)液壓傳動容易實(shí)現(xiàn)自動化。(7)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。。特點(diǎn)2、液壓傳動的缺點(diǎn)(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比。(2)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜。(4)液壓傳動要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除圖形符號

四、液壓油1、液壓油的物理性質(zhì)2、對液壓油的要求及選用液壓傳動及控制所用的工作介質(zhì)為液壓油或其他合成液體，其應(yīng)具備的功能如下：1）傳動把由液壓泵所賦予的能量傳遞給執(zhí)行元件；2）潤滑潤滑液壓泵、液壓閥、液壓執(zhí)行元件等運(yùn)動件；3）冷卻吸收并帶出液壓裝置所產(chǎn)生的熱量；4）去污帶走工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物；5）防銹防止液壓元件所用各種金屬的銹蝕。液壓油的作用1、液壓油液的物理性質(zhì)單位體積液體所具有的質(zhì)量稱為該液體的密度。即：式中ρ—液體的密度；

V—液體的體積；

m—液體的質(zhì)量。液體的密度隨著壓力或溫度的變化而發(fā)生變化，但其變化量一般很小，在工程計(jì)算中可以忽略不計(jì)。（一）、密度（二）、可壓縮性液體因所受壓力增高而發(fā)生體積縮小的性質(zhì)稱為可壓縮性。若壓力為p0時液體的體積為V0，當(dāng)壓力增加Δp，液體的體積減小ΔV，則液體在單位壓力變化下的體積相對變化量為：式中，k

稱為液體的壓縮率。液體壓縮率k的倒數(shù)，稱為液體體積模量，即（三）、粘性1）粘性的表現(xiàn)

液體在外力作用下流動時，分子間內(nèi)聚力的存在使其流動受到牽制，從而沿其界面產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。hydyu0yxO液體粘性示意圖若距離為h的兩平行平板間充滿液體，下平板固定，而上平板以速度u0向右平動。由于液體和固體壁面間的附著力及液體的粘性，會使流動液體內(nèi)部各液層的速度大小不等：緊靠著下平板的液層速度為零，緊靠著上平板的液層速度為u0

，而中間各層液體的速度當(dāng)層間距離h較小時，從上到下近似呈線性遞減規(guī)律分布。其中速度快的液層帶動速度慢的；而速度慢的液層對速度快的起阻滯作用。實(shí)驗(yàn)測定表明，流動液體相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比，即：式中，比例系數(shù)μ稱為粘性系數(shù)或動力粘度。若以τ

表示液層間的切應(yīng)力，即單位面上的內(nèi)摩擦力，則上式可表示為：這就是牛頓液體內(nèi)摩擦定律。由此可知，在靜止液體中，速度梯度du/dy=0，故其內(nèi)摩擦力為零，因此靜止液體不呈現(xiàn)粘性，液體只在流動時才顯示其粘性。

2）粘性的度量度量粘性大小的物理量稱為粘度。常用的粘度有三種，即動力粘度、運(yùn)動粘度、相對粘度。動力粘度μ動力粘度μ是表征流動液體內(nèi)摩擦力大小的粘性系數(shù)。其量值等于液體在以單位速度梯度流動時，單位面積上的內(nèi)摩擦力。

在我國法定計(jì)量單位制及SI制中，動力粘度μ的單位是Pa·s（帕·秒）或用N·s/m2（?！っ?米2）表示。如果動力粘度只與液體種類有關(guān)而與速度梯度無關(guān)，這種液體稱為牛頓液體，否則為非牛頓液體。石油基液壓油一般為牛頓液體。運(yùn)動粘度v。液體動力粘度與其密度之比稱為該液體的運(yùn)動粘度v，即運(yùn)動粘度v的單位是m2/s（米2/秒）。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO按運(yùn)動粘度值對油液的粘度等級（VG）進(jìn)行劃分。相對粘度。相對粘度是根據(jù)特定測量條件制定的，故又稱條件粘度。測量條件不同，采用的相對粘度單位也不同。如恩氏粘度?E（歐洲一些國家）、通用塞氏秒SUS（美國、英國）、商用雷氏秒R1S（英、美等國）和巴氏度?B（法國）等。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO已規(guī)定統(tǒng)一采用運(yùn)動粘度來表示油的粘度。3）溫度對粘度的影響溫度變化使液體內(nèi)聚力發(fā)生變化，因此液體的粘度對溫度的變化十分敏感：溫度升高，粘度下降。這一特性稱為液體的粘－溫特性。粘－溫特性常用粘度指數(shù)VI來度量。VI表示該液體的粘度隨溫度變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)液的粘度變化程