液壓傳動第一章

液壓傳動第一章第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六

本章主要內(nèi)容為：1.液壓傳動的定義

3.液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)

4.液壓傳動的工作介質(zhì)

2.液壓傳動的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機(jī)19世紀(jì)炮塔轉(zhuǎn)位器、六角車床和磨床第二次世界大戰(zhàn)兵器（功率大、反應(yīng)快）戰(zhàn)后轉(zhuǎn)向民用機(jī)械、工程、農(nóng)業(yè)、汽車20世紀(jì)60年代后由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，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)發(fā)展為一門完整的自動化技術(shù)現(xiàn)在國外95%工程機(jī)械、90%數(shù)控加工中心、95%以上的自動線采用液壓傳動。采用液壓傳動的程度成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志1.1液壓技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.1.1發(fā)展第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六工程機(jī)械推土機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)起重運(yùn)輸汽車吊、叉車、港口龍門吊礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、提升機(jī)、液壓支架建筑機(jī)械打樁機(jī)、平地機(jī)、液壓千斤頂農(nóng)業(yè)機(jī)械拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)冶金機(jī)械壓力機(jī)、軋鋼機(jī)鍛壓機(jī)械壓力機(jī)、模鍛機(jī)機(jī)械制造組合機(jī)床、沖床、自動線、氣動扳手輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)汽車工業(yè)汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器、自卸汽車智能機(jī)械模擬駕駛艙、機(jī)器人1.1.2、液壓技術(shù)的應(yīng)用第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六裝載機(jī)第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六鈕荷蘭拖拉機(jī)，第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六汽車起重機(jī)第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六工程機(jī)械液壓缸第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六聯(lián)合收割機(jī)第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓翻斗車第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六鏟運(yùn)機(jī)第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六數(shù)控機(jī)床第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓攤鋪機(jī)第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓平地機(jī)第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六航天發(fā)射架第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六坦克第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六水閘第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六車裝鉆機(jī)第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六盤式剎車第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六海洋鉆井平臺第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六小松挖掘機(jī)主液壓泵第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓主泵第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六驅(qū)動馬達(dá)第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓閥第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六轉(zhuǎn)向及先導(dǎo)控制第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓輔件第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六本課程的任務(wù)1、了解液壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理，以正確熟練的選用液壓元器件；2、了解各種液壓元器件的控制性能及特點(diǎn)，以及它們組成的回路的特性；3、在以上兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上能夠設(shè)計(jì)液壓回路，解決使用及維修方面的問題。

第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.2液壓傳動的定義一般來說,原動機(jī)的輸出特性是不能滿足工作機(jī)械對速度、力、轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動方式等方面的要求的,這就需要有一個中間裝置,把原動機(jī)和工作機(jī)連結(jié)起來,使之滿足要求,這個中間裝置我們就稱為傳動裝置。1.2.1、液壓傳動的工作原理傳動裝置主要包括機(jī)械傳動,電力傳動和流體傳動、或者是它們的組合；而流體傳動又包括液壓傳動,液力傳動和氣壓傳動。第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓傳動系統(tǒng)的工作原理：就液壓傳動過程來說是能量轉(zhuǎn)換的過程。即它將原動機(jī)的

機(jī)械能（M,n)機(jī)械能(M`,n`)液壓能(p,Q)主要是靠液體的壓力和流速(流量)來傳遞能量。第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六手動液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六這個系統(tǒng)傳遞力：

如果活塞2上有重物W,則當(dāng)活塞1上施加的F力達(dá)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2缸1活塞2活塞１第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六這個系統(tǒng)傳遞運(yùn)動：

由于作用在密封容器內(nèi)平衡液體表面上的壓強(qiáng)（液壓力）將均勻地傳遞到液體中所有各點(diǎn)上，且不改變大?。ㄅ了箍ǘ桑?，這樣：當(dāng)活塞1在力F力作用下向下運(yùn)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(yùn)動。泵缸V1V2第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓系統(tǒng)與其它傳動形式比較有以下特征:1.以液體作為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)傳動。

1.2.2、液壓系統(tǒng)的特征第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六2.在密閉容器內(nèi)，以靜壓傳遞原理進(jìn)行工作(忽略管路,閥處的損失)。系統(tǒng)壓力由外載來建立，系統(tǒng)壓力大小與負(fù)載大小有關(guān)。

WA1p1A2p2l1l2Pp12F（特別注意：負(fù)載的含義很廣泛）第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六壓力取決于負(fù)載

為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F,這時，重物W就是工作的負(fù)載。如果活塞5上作用的W為0…

如果工作負(fù)載為W…

活塞5上作用的W為0…

在不計(jì)活塞摩擦力和活塞自重的情況下，此時系統(tǒng)的液壓力會是多少呢？很明顯在活塞5下的壓力這時活塞1下的壓力，主動力F只能為0，也就是說主動力是加不上去的。即負(fù)載是第一性的，壓力是第二性的。泵缸1234A15A2第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六彈簧力廣義負(fù)載WA1p1A2p2l1l2Pp12F第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六節(jié)流閥WA1p1A2p2l1l2Pp12F系統(tǒng)壓力第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六3.工作機(jī)(執(zhí)行元件)的運(yùn)動速度，通常由系統(tǒng)中的流量(動力元件容積變化)來決定的。設(shè)在△t時間內(nèi),活塞A1移動了距離S1,活塞A2移動了距離S2,則由于液體不可壓縮,有:A1S1=A2S2A1S1/△t=A2S2/△tA1V1=A2V2

Qv2缸2A1A234S1S21第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六以Q--為油缸1(或稱為泵，看成一個手動泵)的流量，即系統(tǒng)的流量，Q=A2V2所以V2=Q/A2可見,V2∝Q，Q變化時,V2也隨之變化,因此,工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度是由流量Q來滿足的，這是液壓傳動一個很重要的特點(diǎn)。運(yùn)動速度取決于流量

Qv2缸2A1A234S1S21第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六活塞1（泵）的輸入功率：v2缸A1A2h1h2由于N1=N2=pQ（不考慮任何損失），因此液壓系統(tǒng)中的能量傳輸和轉(zhuǎn)換是守恒的，滿足能量守恒定律。對油泵來說，它把發(fā)動機(jī)（手）的能量（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換為液體的能量，對工作機(jī)來說，把液體的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能.活塞2的輸入功率：泵4.系統(tǒng)的功率決定于系統(tǒng)的流量和壓力.液壓系統(tǒng)中，功率表達(dá)式N=pQ第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六綜上所述,液壓傳動是靠密閉容器內(nèi)受靜壓力的液體來傳遞運(yùn)動的一種方式,它是由油泵把發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體能,再由油缸等液動機(jī)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,以滿足工作機(jī)對運(yùn)動和力的要求。第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺

磨床工作時，要求其工作臺水平往復(fù)運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)工作臺水平往復(fù)運(yùn)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。第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六左右第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

液壓缸液壓泵節(jié)流閥換向閥油箱磨床工作臺

第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床的液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵4的動力是由電機(jī)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。雖然，它的結(jié)構(gòu)和千斤頂?shù)氖謩颖貌煌覄恿κ怯呻姍C(jī)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；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

磨床工作臺

第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

圖磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

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；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(jìn)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)流閥換向閥第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

液壓缸

當(dāng)手動換向閥15換向后，液壓油進(jìn)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

換向閥

當(dāng)節(jié)流閥開大時，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。

節(jié)流閥第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺

換向閥

如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1.1（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(yùn)動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺

溢流閥液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當(dāng)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(jī)過熱乃至燒毀等。液壓系統(tǒng)一般采用設(shè)置安全閥的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護(hù)人身及設(shè)備的安全。第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺

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—油箱，有連接各元器件的管道，還要有工作介質(zhì)—油液，防止雜質(zhì)進(jìn)入泵和液壓系統(tǒng)的過濾器，另外還有蓄能器、壓力表等。第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六機(jī)械手

第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六機(jī)械手液壓系統(tǒng)

第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六注塑機(jī)

第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.3液壓傳動系統(tǒng)的組成

從千斤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

傳動介質(zhì)

控制元件

輔助元件

執(zhí)行元件

第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六一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(jī)所輸出的機(jī)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(jī)械能以驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。（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、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬方向控制元件，節(jié)流閥1３屬流量控制元件。（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。第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.4液壓系統(tǒng)的圖形符號

圖1．1（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(qiáng)，容易理解，但難于繪制。

在實(shí)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1．2所示。

第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六圖磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

圖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第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六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)，不反映其變化過程。

液壓缸液壓泵節(jié)流閥換向閥油箱溢流閥第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.5液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)

1.5.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)：（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，所以慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向；（4）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá)2000：1），它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.5.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

（5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動面可自行潤滑，使用壽命長；（6）容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動；（7）既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動控制；（8）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.5.2液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)（1）液壓傳動不能保證嚴(yán)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(dāng)，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)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。第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六液壓介質(zhì)粘度用運(yùn)動粘度表示。在國際單位制中的單位是m2/s，而在實(shí)用上油的粘度用mm2/s（cSt，厘沲）表示。1.6液壓傳動的工作介質(zhì)

1.6.1液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求（l）有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?/p>

粘度是液壓油（液）劃分牌號的依據(jù)。按國標(biāo)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(yùn)動粘度中間值表示。（參見書：表1.1）

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: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。第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六

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。

（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(diǎn)、燃點(diǎn)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。

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(yīng)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(yīng)采用低牌號液壓油。第65頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六1.6.2液壓介質(zhì)的種類

液壓傳動介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油和難燃液壓液兩大類。

（1）L-HL液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當(dāng)前我國液壓油供需量最大的品種，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：HL－32、HL－46、HL－68。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(yùn)動粘度。

1.6.2.1石油基液壓油第66頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎(chǔ)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(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。

其牌號有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150（3）L-HG液壓油（又名液壓一導(dǎo)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(dǎo)軌潤滑時有良好的防爬性能。適用于機(jī)床液壓和導(dǎo)軌潤滑合用的系統(tǒng)。第67頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）：用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。其粘溫特性好，有較好的潤滑性，以保證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機(jī)床液壓系統(tǒng)。

（5）其它專用液壓油：如航空液壓油（紅油）、炮用液壓油、艦用液壓油等。第68頁，共72頁，2023年，2月20日，星期六①水一乙二醇液（L-HFC液壓液）：這種液體含有35％～55％的水，其余為乙二醇及各種添加劑（增稠劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是凝點(diǎn)低（50℃），有一定的