液壓與氣動(dòng)技術(shù) 課件全套 模塊1-5 液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí) -輔助裝置

模塊一液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

圖1-1a所示為液壓千斤頂，圖1-1b為液壓千斤頂工作原理圖。液壓千斤頂常用于重物頂升、機(jī)械拆卸等，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)作用較小的力時(shí)，就可以把較重的重物頂起來(lái)。液壓千斤頂是如何將較小的力轉(zhuǎn)化成較大的力？是如何來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的？圖1-1液壓千斤頂工作原理圖【任務(wù)提出】

所謂傳動(dòng)，就是動(dòng)力的傳遞，將原動(dòng)機(jī)的能量按傳遞給工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減速、增速、改變運(yùn)動(dòng)形式、改變轉(zhuǎn)矩及分配動(dòng)力等。目前常用的傳動(dòng)類(lèi)型有：機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、氣體傳動(dòng)、液體傳動(dòng)及復(fù)合傳動(dòng)。在液體傳動(dòng)中，以液體為傳動(dòng)介質(zhì)，利用受壓液體的壓力能來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和能量傳遞的叫液壓傳動(dòng)。液壓千斤頂是一種液壓傳動(dòng)的重物舉升工具和設(shè)備。本模塊中，我們將學(xué)習(xí)液壓基礎(chǔ)知識(shí)，掌握液壓傳動(dòng)的工作原理、液壓系統(tǒng)組成及流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。機(jī)械傳動(dòng)電力傳動(dòng)液體傳動(dòng)模塊一液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)【任務(wù)分析】一、液壓傳動(dòng)的工作原理1、驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組成油箱1、過(guò)濾器2、液壓泵3、溢流閥4、開(kāi)停閥5、節(jié)流閥6、換向閥7、液壓缸8、連接這些元件的油管、接頭。2、工作過(guò)程（1）油路—圖示、左位（2）右位換向—換向閥（3）調(diào)速—節(jié)流閥（4）調(diào)壓—溢流閥3、工作原理液壓泵將電動(dòng)機(jī)（或其他原動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，然后通過(guò)液壓缸（或液壓馬達(dá)）將液體的壓力能再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。液壓傳動(dòng)的過(guò)程就是機(jī)械能—液壓能—機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一

液壓傳動(dòng)工作原理圖課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一二、液壓系統(tǒng)的組成及作用1、動(dòng)力裝置—液壓泵。將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體或氣體的壓力能，作為系統(tǒng)供油能源或氣源裝置。

2、執(zhí)行裝置—

液壓缸（或馬達(dá)）。將流體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而對(duì)負(fù)載作功。

3、控制調(diào)節(jié)裝置—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)。4、輔助裝置—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(hào)轉(zhuǎn)換器等，創(chuàng)造必要條件，保證系統(tǒng)正常工作。課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一三、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)

圖形符號(hào)—只表示元件功能，不表示元件結(jié)構(gòu)和參數(shù)，簡(jiǎn)單明了，易于繪制。

液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)圖課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

1—油箱2—過(guò)濾器3—液壓泵4—溢流閥

5—開(kāi)停閥6—節(jié)流閥7—換向閥8—液壓缸四、液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)（1）能方便地進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。（2）體積小、質(zhì)量輕、功率大，即功率質(zhì)量比大。（3）控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過(guò)載保護(hù)。（4）液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。（5）因傳動(dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，使用壽命長(zhǎng)。（6）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)、制造和推廣使用。課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一2.液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)（1）漏。液壓傳動(dòng)不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。（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。（3）熱。在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(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)距離傳動(dòng)。（4）液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，故不易在高溫及低溫下工作。液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油液的污染較敏感，故要求有良好的過(guò)濾設(shè)施。（5）液壓元件加工精度要求高，一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。（6）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不易追查原因，不易迅速排除。

課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一課后小結(jié)1、液壓傳動(dòng)的工作原理。2、液壓系統(tǒng)的組成及各部分作用。3、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)。課題1液壓傳動(dòng)概述模塊一模塊一液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)課題2液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

（一）液壓油的物理性質(zhì)1、液體的密度

密度是單位體積液體的質(zhì)量：ρ=m/v（kg/m3）。密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略，一般取ρ=900kg/m3。2、液體的粘性

（1）粘性的物理本質(zhì)液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于液體分子間的內(nèi)聚力和液體分子與壁面間的附著力，導(dǎo)致液體分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力,這種特性稱(chēng)為粘性?；颍毫鲃?dòng)液體流層之間產(chǎn)生內(nèi)部摩擦阻力的性質(zhì)。

液體靜止時(shí)，液體不呈現(xiàn)粘性。

一、液壓油課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一液壓油（2）粘度

粘度是衡量粘性大小的物理量。1）動(dòng)力粘度μ

公式：F=μAdu/dyτ=F/A=μ·du/dy（N/m2）μ=τ·dy/du（N·s/m2）

物理意義：液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，接觸液層間單位面積上內(nèi)摩擦力。

單位：國(guó)際單位（SI制）中：帕·秒（Pa·s）或牛頓·秒/米2（N·s/m2）課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一

2）運(yùn)動(dòng)粘度ν

公式：

ν=μ/ρ（m2/S）物理意義：運(yùn)動(dòng)粘度沒(méi)有明確的物理意義。機(jī)械油的牌號(hào)就是用機(jī)械油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值來(lái)表示的。

單位：SI制：m2/s；CGS制：St（斯）（cm2/s）、cSt（厘斯）（mm2/s）說(shuō)明：∵單位中只有長(zhǎng)度和時(shí)間量綱類(lèi)似運(yùn)動(dòng)學(xué)量?！喾Q(chēng)運(yùn)動(dòng)粘度，常用于液壓油牌號(hào)標(biāo)注。

32號(hào)液壓油，指這種油在400C時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32cst。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一3）相對(duì)粘度0E（條件粘度）

相對(duì)粘度又稱(chēng)條件粘度。采用特定的粘度計(jì)，在規(guī)定的條件下測(cè)出的液體粘度。我國(guó)采用恩氏粘度。工程中常采用先測(cè)出液體的相對(duì)粘度，再根據(jù)關(guān)系式換算出動(dòng)力粘度或運(yùn)動(dòng)粘度的方法。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（1）定義：液體受壓力作用而發(fā)生體積縮小性質(zhì)。即：體積為V的液體，當(dāng)壓力△p增大時(shí)，體積△V減小，則液體在單位壓力變化下體積的相對(duì)變化量。（2）體積壓縮系數(shù)：k=-△V/△pV0

常用液壓油的k=（5-7）x10-10m2/N物理意義：?jiǎn)挝粔毫λ鹨后w體積的變化。（3）體積彈性模數(shù)：Κ=1/k=-△pV0/△V物理意義：表示單位體積相對(duì)變化量所需要的壓力增量，也即液體抵抗壓縮能力的大小。（4）計(jì)算時(shí)取Κ=（1.4-1.9）x109N/m2

。3、液體的可壓縮性課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一4、液體的其他性質(zhì)（1）粘度和壓力的關(guān)系∵液體分子間的距離隨壓力增加而減小,內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大?！唳屉Sp增大而增大，壓力較小時(shí)忽略，32Mpa以上才考慮。

（2）粘度和溫度的關(guān)系∵溫度上升，內(nèi)聚力下降，μ下降?！嗾扯入S溫度變化的關(guān)系叫粘溫特性。粘度隨溫度的變化較小，即粘溫特性較好。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一典型液壓油的粘溫特性（二）對(duì)液壓油的要求及選用1、液壓油的作用（1）作為工作介質(zhì)—傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。（2）作為潤(rùn)滑劑—潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件。2、對(duì)液壓油的要求

（1）合適的粘度和良好的粘溫特性；（2）良好的潤(rùn)滑性；（3）純凈度好，雜質(zhì)少；（4）對(duì)系統(tǒng)所用金屬及密封件材料有良好的相容性。（5）對(duì)熱、氧化水解都有良好穩(wěn)定性，使用壽命長(zhǎng)；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性?。唬?）比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。（凝點(diǎn)——油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度）（8）對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜總之：粘度是第一位的。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一3、液壓油的選用

（1）選擇液壓油品種

1）機(jī)械油2）精密機(jī)床液壓油（抗磨）3）氣輪機(jī)油4）變壓器油等

（2）液壓油選擇

首先根據(jù)工作條件（工作部件運(yùn)動(dòng)速度v、工作壓力p、環(huán)境溫度T）和元件類(lèi)型選擇油液品種，然后根據(jù)粘度選擇牌號(hào)。

1）工作部件運(yùn)動(dòng)速度慢速、工作壓力高、環(huán)境溫度高：選大μ（以降低泄漏△q）；

2）工作部件運(yùn)動(dòng)速度快速、工作壓力低、環(huán)境溫度低：選小μ（以降低功率損失△P）。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一氣輪機(jī)油變壓器油課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一機(jī)械油精密機(jī)床液壓油二、

流體靜力學(xué)研究?jī)?nèi)容：研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。靜止液體：指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體完全可以象剛體一樣做各種運(yùn)動(dòng)。

（一）液體的靜壓力及特性1、液體的靜壓力定義液體單位面積上所受的法向力，物理學(xué)中稱(chēng)壓強(qiáng)，液壓傳動(dòng)中習(xí)慣稱(chēng)壓力。2、液體靜壓力特性（1）垂直并指向于承壓表面∵液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)粘性∴內(nèi)部不存在切向剪應(yīng)力而只有法向應(yīng)力（2）各向壓力相等∵有一向壓力不等，液體就會(huì)流動(dòng)∴各向壓力必須相等課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（二）液體靜力學(xué)基本方程式

在重力作用下靜止液體的受力情況可用下圖表示。平衡方程為：

∵

pdA=p0

dA+G

=p0

dA+ρghdA∴p=p0+ρgh

重力作用下靜止液體壓力分布特征（1）靜止液體中任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：液面壓力p0+液體自重所形成的壓力ρgh；（2）靜止液體內(nèi)壓力沿液深呈線(xiàn)性規(guī)律分布；（3）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，壓力相等的點(diǎn)組成的面叫等壓面。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一重力作用下靜止的液體（三）壓力的表示方法及單位

1、測(cè)壓兩基準(zhǔn)絕對(duì)壓力：以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)所測(cè)。相對(duì)壓力：以大氣壓力為基準(zhǔn)所測(cè)。2、關(guān)系

（1）絕對(duì)壓力=大氣壓力+相對(duì)壓力

（2）相對(duì)壓力（表壓）=絕對(duì)壓力–大氣壓力（注：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所測(cè)壓力均為相對(duì)壓力即表壓力）

（3）真空度=大氣壓力–絕對(duì)壓力在SI中壓力的單位為N/m2，稱(chēng)為帕斯卡，用Pa表示。在工程上采用工程大氣壓。1at（工程大氣壓）＝1kg/cm2＝9.8×104N/m2≈105Pa＝0.1Mpa。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一1、根據(jù)帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）：

在密閉容器內(nèi)，液體表面的壓力可等值傳遞到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常是外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重（ρgh）所產(chǎn)生的壓力大得多。因此可把式中的ρgh略去，而認(rèn)為靜止液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力處處相等。2、液壓系統(tǒng)壓力形成

如下圖所示：p=F/A

當(dāng)F=0時(shí)，p=0，當(dāng)F增大時(shí)，p升高，當(dāng)F減小時(shí)，

p下降。結(jié)論：液壓系統(tǒng)的工作壓力決取于負(fù)載，并且隨著負(fù)載的變化而變化。

（四）靜壓傳遞原理課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一系統(tǒng)負(fù)載與壓力的關(guān)系（五）液體對(duì)固體壁面的作用力

1、作用在平面上的總作用力

當(dāng)承受壓力的表面為平面時(shí)，液體對(duì)該平面的總作用力F為液體的壓力與受壓面積A的乘積，其方向與該平面相垂直。如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D，則P=p·A=p·πD2/42、作用在曲面上的總作用力

Fx=p·Ax結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液體壓力與曲面在該方向的垂直投影面積之乘積。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一液體對(duì)固體壁面的作用力課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一三、

流體動(dòng)力學(xué)（一）基本概念1、理想液體與恒定流動(dòng)

（1）理想液體通常把既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱(chēng)為理想液體，而把事實(shí)上既有粘性又可壓縮的液體稱(chēng)為實(shí)際液體。

（2）恒定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)稱(chēng)為定常流動(dòng)。反之，則稱(chēng)為非定常流動(dòng)。2、流線(xiàn)、流束和通流截面

（1）流線(xiàn)表示某一瞬時(shí)液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線(xiàn)。

（2）流束通過(guò)某一截面上各點(diǎn)流線(xiàn)的集合。

（3）通流截面垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱(chēng)為通流截面。流線(xiàn)和流束（2）平均流速

A—通流截面面積；—流量，在液壓傳動(dòng)中，流量單位為或—液體的體積；—通過(guò)體積所需要的時(shí)間，課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一3、流量和平均流速（1）流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面的液體體積稱(chēng)為流量。液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度v=q/Aq=0v=0q↑v↑q↓v↓結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度取決進(jìn)入液壓缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度（2）雷諾數(shù)一般用來(lái)作為判別液流狀態(tài)的依據(jù)，稱(chēng)為臨界雷諾數(shù)記作。當(dāng)>為紊流，<為層流。4、層流、紊流、雷諾數(shù)（1）液體的流態(tài)層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)沿管道作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，即液體作分層流動(dòng)，各層間的液體互不混雜。紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除沿管道軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)外，還有橫向運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜狀態(tài)。

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一雷諾實(shí)驗(yàn)裝置及液體流動(dòng)狀態(tài)課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一1、連續(xù)性原理

在一般情況下，可認(rèn)為液體是不可壓縮的。當(dāng)液體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會(huì)增多也不會(huì)有減少，所以在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)每一通流截面的液體質(zhì)量必然相等。

2、連續(xù)性方程

液流的連續(xù)性原理

（二）連續(xù)性方程

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一結(jié)論：1、在同一管路中，無(wú)論通流面積怎樣變化，只要液體是連續(xù)的，即沒(méi)有空隙，沒(méi)有泄漏，液體通過(guò)任一截面的流量是相等的。2、同一管路中通流面積大的地方液體流速小，通流面積小的地方則液體流速大。當(dāng)通流面積一定時(shí)，通過(guò)液體的流量越大，其流速也越大。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（三）伯努利方程(能量方程)

1、理想液體的伯努利方程

（1）能量守恒定律：理想液體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等?；颍和饬?duì)物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量。（2）推導(dǎo)過(guò)程：

1）外力對(duì)液體所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)V課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一伯努利方程示意圖

2）機(jī)械能的變化量位能的變化量：?Ep=mg?h=ρgV(z2-z1)

根據(jù)能量守恒定律，則有：W=?Ep+?Ek

(p1-p2)V=ρgV(z2-z1)+ρV(v22-v12)/2

整理后得：p1+ρgz1+ρv12/2=p2+ρgz2+ρv22/2

或p/ρg+z+v22/2g=C（c為常數(shù)）

（3）物理意義為：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體的壓力能、位能和動(dòng)能三種形式的能量，在任一截面上可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和卻保持不變。

（4）應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意的問(wèn)題

1）斷面1、2需順流向選取，且應(yīng)選在緩變的過(guò)流斷面上。

2）斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，z取正值；反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一2、實(shí)際液體的伯努利方程

實(shí)際液體具有粘性，在管中流動(dòng)時(shí)，為克服粘性阻力需要消耗能量，所以實(shí)際液體的伯努利方程為：

式中

—以水頭高度表示的能量損失。

—為因流速不均勻引起的動(dòng)能修正系數(shù)。（層流；紊流）

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（四）動(dòng)量方程

動(dòng)量定理：作用在物體上的外力等于物體單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量。即∑F=d（mv）/dt考慮動(dòng)量修正問(wèn)題，則有：即∑F=ρq(β2v2-β1v1)（層流：β=1.33；紊流β=1）X向動(dòng)量方程：∑Fx=ρq(β2v2x-β1v1x)X向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力：F'x=-∑Fx=ρq(β1v1x-β2v2x)結(jié)論：作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力總是力圖使閥口關(guān)閉。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一動(dòng)量方程示意圖四、管路中液體的壓力損失

（一）沿程壓力損失

1、定義:

液體沿等徑直管流動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性摩擦和質(zhì)點(diǎn)的相互擾動(dòng)作用，而產(chǎn)生的壓力損失。2、產(chǎn)生原因：內(nèi)摩擦—因粘性，液體分子間摩擦；外摩擦—液體與管壁間。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一圓管層流速度分布示意圖3、流速分布規(guī)律

4、圓管層流的流量

液體在圓管中作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度對(duì)稱(chēng)于圓管中心線(xiàn)分布。在某一壓力降Δp=p1-p2的作用下，液流流速沿圓管半徑呈拋物線(xiàn)規(guī)律分布，當(dāng)r＝0時(shí)，即圓管軸線(xiàn)上，流速最大，當(dāng)r＝R時(shí)，流速為零。速度分布表達(dá)式為課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一—管道內(nèi)徑；

—圓管長(zhǎng)度；5、圓管沿程壓力損失

—沿程阻力系數(shù)（理論值64/Re），油液在金屬管路中流動(dòng)時(shí)取在橡膠軟管中流動(dòng)時(shí)，取—油液的平均流速；—油液密度。結(jié)論：液流沿圓管作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失與管長(zhǎng)、流速、粘度成正比，而與管徑的平方成反比。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（二）局部壓力損失1、定義：

局部壓力損失是指液流流經(jīng)截面突然變化的管道、彎管、管接頭以及控制閥閥口等局部障礙時(shí)引起的壓力損失。

2、產(chǎn)生原因：碰撞、旋渦（突變管、彎管)產(chǎn)生附加摩擦附加摩擦：只有紊流時(shí)才有，是由于分子作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩，即速度分布規(guī)律改變，造成液體的附加摩擦。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一3、計(jì)算

式中

—液流平均流速；—局部阻力系數(shù)，具體數(shù)據(jù)可查閱有關(guān)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)。

液流通過(guò)各種閥的局部壓力損失，可由閥的產(chǎn)品目錄中查到。

液壓系統(tǒng)的管路通常由若干段管道和一些彎頭、控制閥和管接頭等組成，因此管路系統(tǒng)總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失及局部壓力損失之總和。(三)管路系統(tǒng)總壓力損失

即

注意：應(yīng)用上式計(jì)其總壓力損失時(shí)，只有在兩個(gè)相鄰的局部障礙之間有足夠距離時(shí)才能簡(jiǎn)單相加。因?yàn)橐毫鹘?jīng)過(guò)局部障礙后受到很大的擾動(dòng)，要經(jīng)過(guò)一段距離后才能穩(wěn)定。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一1、總壓力損失△p2、減小△p的措施（1）盡量減小L，減小管路的突變。（2）提高加工質(zhì)量，力求管壁光滑。（3）提高通流面積A，減小速度v，v的影響最大。

又因?yàn)椤鱬正比于v2，v過(guò)高△p增大；而當(dāng)速度v過(guò)低，尺寸會(huì)增大，成本也將提高，所以v合適，一般有推薦流速可供參考，見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。五、液體流經(jīng)孔口及縫隙的特性—壓力特性孔口分類(lèi)

薄壁小孔l/d≤0.5

細(xì)長(zhǎng)小孔

l/d>4

短孔

0.5<l/d≤4

液體流經(jīng)小孔的情況可分為薄壁小孔、短孔和細(xì)長(zhǎng)孔。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一L-小孔的長(zhǎng)度D-小孔的直徑(一)液體流經(jīng)小孔口的特性—壓力特性式中：——流量系數(shù)，1、薄壁小孔的流量壓力特性列伯努利方程：選軸線(xiàn)為參考基準(zhǔn)，則zl＝z2

可略而不計(jì)

故

代入，并令液體流經(jīng)薄壁小孔的平均速度為課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一令為小孔流速系數(shù)，則流經(jīng)小孔的流量為薄壁小孔的流量壓力特性2、短孔和細(xì)長(zhǎng)孔的流△壓力特性（1）短孔的流量壓力特性仍可用薄壁小孔的流量計(jì)算，但其流量系數(shù)應(yīng)由圖查出。短孔加工比薄壁小孔容易，故常作為固定的節(jié)流器使用。式中：A—細(xì)長(zhǎng)孔截面積，A＝C—系數(shù)，/4；

C＝課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（2）細(xì)長(zhǎng)孔的流量壓力特性液流在細(xì)長(zhǎng)孔中的流動(dòng)一般為層流，其流量壓力特性：（2）系數(shù)C與粘度有關(guān)，流量q受液體粘度變化的影響較大，故溫度變化而引起液體粘度變化時(shí)，流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量也發(fā)生變化。（3）細(xì)長(zhǎng)孔較易堵塞，這些特點(diǎn)都與薄壁小孔不同。結(jié)論：（1）液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量q與其前后壓力差的一次方成比。（二）液體流經(jīng)縫隙的流量—壓力特性如圖所示為兩固定平行平板間隙，縫隙高δ，長(zhǎng)度為，寬度為b和一般比δ大得多。經(jīng)理論推導(dǎo)可得出液體流經(jīng)該平板縫隙的流量為

由上式可知：液體流經(jīng)兩固定平行平板縫隙的流量q與縫隙δ的三次方成正比。

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一1、液體流經(jīng)平行平板縫隙的流壓力特性（1）固定平行平板縫隙

若一個(gè)平板以一定速度v相對(duì)另一固定平板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)該縫隙的流量為

（2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)平行平板縫隙流

在壓差作用下，液體流經(jīng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)平行平板縫隙的流量應(yīng)為壓差流動(dòng)和剪切流動(dòng)兩種流量的疊加，即上式中，平板運(yùn)動(dòng)速度與壓差作用下液體流向相同時(shí)取“＋”號(hào)，反之取“-”號(hào)。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一2、液體流經(jīng)環(huán)形縫隙的流量壓力特性式中：D＝2R為大圓直徑；d＝2r為小圓直徑；為無(wú)偏心時(shí)環(huán)形縫隙值。如果內(nèi)外環(huán)間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一通過(guò)該縫隙的流量為六、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象1、液壓沖擊（1）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為液壓沖擊。（2）液壓沖擊引起的結(jié)果∵液壓沖擊峰值壓力>>工作壓力∴引起振動(dòng)、噪聲、導(dǎo)致某些元件如密封裝置、管路等損壞；使某些元件（如壓力繼電器、順序閥等）產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)正常工作。

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一（3）液壓沖擊的類(lèi)型：1）液流通道迅速關(guān)閉或液流方向突然改變使液流速度的大小或方向突然變化時(shí)，由液流的慣性力引起的液壓沖擊。可采取以下措施來(lái)減少這種液壓沖擊：a、使完全沖擊改變?yōu)椴煌耆珱_擊?？捎脺p慢閥門(mén)關(guān)閉速度或減小沖擊波傳播距離來(lái)達(dá)到；b、限制管中油液的流速；c、用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量；d、在出現(xiàn)液壓沖擊的地方，安裝限制壓力的安全閥。2）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊。課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一2、氣穴現(xiàn)象

（1）氣穴概念：液壓系統(tǒng)中，由于某種原（如速度突變），使壓力降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。

（2）氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生原因：壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低；液壓泵吸油管道較小，吸油高度過(guò)大，阻力增大，壓力降低；液壓泵轉(zhuǎn)速過(guò)高，吸油不充分，壓力降低（如高空觀纜）。（3）氣穴現(xiàn)象引起的結(jié)果

1）液流不連續(xù)，流量、壓力脈動(dòng)

2）系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲

3）發(fā)生氣蝕（4）措施1）減小小孔和縫隙前后壓力降，希望p1/p2<3.5。2）增大直徑、降低高度、限制流速。3）管路要有良好密封性防止空氣進(jìn)入。4）提高零件抗腐蝕能力，采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，減小表面粗糙度。5）整個(gè)管路盡可能平直，避免急轉(zhuǎn)彎縫隙，合理配置。

顯然，液壓千斤頂將較小的力轉(zhuǎn)化成了較大的力。液壓傳動(dòng)是利用液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力的。在、一定時(shí)，負(fù)載越大時(shí)，系統(tǒng)中的壓力就越高，所需的作用力也就越大，由此印證了液壓傳動(dòng)工作原理的第一個(gè)重要特征：液壓傳動(dòng)中工作壓力取決于外負(fù)載。1、力的傳遞

在的作用下，小活塞受到的作用（），此時(shí)，小活塞底面單位面積上的壓力，根據(jù)流體力學(xué)中的帕斯卡原理，平衡液體內(nèi)某一點(diǎn)的壓力等值地傳遞到液體各點(diǎn)，因此大活塞底面的壓力，頂起重物的力為，即課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一【任務(wù)實(shí)施】

課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一2、運(yùn)動(dòng)的傳遞設(shè)小活塞位移為，大活塞位移為，則有，兩邊同除以運(yùn)動(dòng)時(shí)間得：式中，、分別為兩活塞的運(yùn)動(dòng)速度，、分別為進(jìn)入兩液壓缸的平均流量。由上述可見(jiàn)，液壓傳動(dòng)是依靠密閉工作容積變化相等的原則實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)（速度和位移）傳遞的。調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，由此印證了液壓傳動(dòng)工作原理的第二個(gè)重要特征：活塞的運(yùn)動(dòng)速度取決于輸入流量的大小，而與外負(fù)載無(wú)關(guān)。與外負(fù)載相對(duì)應(yīng)的參數(shù)是壓力，與運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)的參數(shù)是流量。因此，壓力和流量是液壓傳動(dòng)中兩個(gè)最基本的參數(shù)。課后小結(jié)1、液壓油2、流體靜力學(xué)3、流體動(dòng)力學(xué)課題2

液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊一課題3液壓泵的工作原理及性能參數(shù)模塊二液壓泵下圖所示為一臺(tái)專(zhuān)用銑床，銑床的工作臺(tái)采用單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，推動(dòng)液壓缸所需的最高壓力為2.64MPa，液壓缸快進(jìn)時(shí)所需的最大流量為4.58L/min，為了滿(mǎn)足以上條件，我們應(yīng)如何選擇液壓泵類(lèi)型、規(guī)格和型號(hào)？如何確定驅(qū)動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)功率？銑床工作臺(tái)動(dòng)力分析簡(jiǎn)圖【任務(wù)提出】模塊二液壓泵模塊二液壓泵液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置最常見(jiàn)的形式，是將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能的裝置，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油。在選擇液壓泵時(shí)，我們根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對(duì)工作性能的要求，首先確定液壓泵的類(lèi)型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格和型號(hào)。再通過(guò)計(jì)算應(yīng)選配電動(dòng)機(jī)的功率，來(lái)確定驅(qū)動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格。本模塊的任務(wù)是通過(guò)各類(lèi)泵工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握液壓泵類(lèi)型、規(guī)格和型號(hào)的確定及電動(dòng)機(jī)選配的方法?！救蝿?wù)分析】模塊二液壓泵3.1.1液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理及分類(lèi)功用：液壓泵：將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓

力能，向系統(tǒng)供油。液壓馬達(dá)：將泵輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載做功。液壓泵與液壓馬達(dá)關(guān)系：

功用上—相反；結(jié)構(gòu)上—相似；

原理上—互逆。當(dāng)偏心輪1由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞右移時(shí)，密封工作腔4的容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力作用下，通過(guò)單向閥5進(jìn)入工作腔4，這是吸油過(guò)程。當(dāng)柱塞左移時(shí)，工作腔4的容積逐漸減小，使腔內(nèi)油液打開(kāi)單向閥6進(jìn)入系統(tǒng)，這是壓油過(guò)程。偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和壓油。

課題3液壓泵的工作原理及性能參數(shù)模塊二容積泵的工作原理一、液壓泵的工作原理（一）壓力1、工作壓力p

：是指泵（馬達(dá)）實(shí)際工作時(shí)的壓力。對(duì)泵來(lái)說(shuō)，工作壓力是指它的輸出油液壓力；對(duì)馬達(dá)來(lái)說(shuō)，則是指它的輸入壓力。2、額定壓力pn

：是指泵（馬達(dá)）在正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。

3、最大壓力：在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行所允許的最高壓力值，一般為額定壓力的1.1倍。液壓泵基本工作條件1、形成密封容積2、密封容積周期性變化3、吸、壓油腔隔開(kāi)（配流裝置）4、油箱與大氣相通

液壓泵輸出的流量取決于密封工作腔容積變化的大小；泵的輸出壓力取決于外負(fù)載。二、液壓泵和液壓馬達(dá)的主要工作參數(shù)3、實(shí)際流量q：是液壓泵在工作時(shí)實(shí)際輸出的流量。實(shí)際流量隨工作壓力增大而減小，這是由于壓力增高、泄漏增大所致。4、額定流量qn

：是指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量。亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下由泵輸出（或輸入到馬達(dá)中去）的流量。因泵和馬達(dá)存在內(nèi)泄漏，所以額定流量的值和理論流量是不同的。2、理論流量qt

：是指泵（馬達(dá)）在單位時(shí)間內(nèi)由其密封油腔幾何尺寸變化計(jì)算而得出的輸出（輸入）的液體體積，亦即在無(wú)泄漏的情況下單位時(shí)間內(nèi)所能輸出（所需輸入）的液體體積。泵（馬達(dá)）的轉(zhuǎn)速為n時(shí)，泵（馬達(dá)）的理論流量為（二）排量和流量1、排量V

：

是指泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封油腔幾何尺寸變化所算得的輸出（輸入）液體的體積，亦即在無(wú)泄漏的情況下，其每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能輸出（所需輸入）的液體體積。

2、機(jī)械效率：由于液壓泵存在機(jī)械摩擦（相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間及液體粘性摩擦），因此它的輸入轉(zhuǎn)矩必然大于理論轉(zhuǎn)矩，則理論轉(zhuǎn)矩液壓泵的機(jī)械效率是理論轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩的比值，即：（三）功率和效率1、容積效率：由于液壓泵工作時(shí)存在泄漏，因此實(shí)際流量總是小于理論流量，也就是

液壓泵的容積效率為實(shí)際流量與理論流量的比值，即例從產(chǎn)品樣本上查看到某液壓泵流量，額定壓力，轉(zhuǎn)速，泵的容積效率，驅(qū)動(dòng)功率。試求：（1）泵的總效率和機(jī)械效率；（2）泵的理論流量及在額定壓力下泵的實(shí)際流量。3.功率：液壓泵輸入的是機(jī)械能，表現(xiàn)為輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出的為液壓能，表現(xiàn)為輸出流量（實(shí)際流量）和壓力。所以液壓泵輸入功率為液壓泵輸出功率為4.總效率：液壓泵的輸出功率與輸入功率的比值稱(chēng)為液壓泵的總效率即液壓泵的總效率等于各自的容積效率和機(jī)械效率的乘積。課后小結(jié)1、液壓泵的工作原理2、液壓泵的主要工作參數(shù)（1）壓力（2）排量和流量（3）功率和效率模塊二液壓泵課題4葉片泵

葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、輸油均勻、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛用于中高壓液壓系統(tǒng)中。一般葉片泵工作壓力為7.0MPa，高壓葉片泵可達(dá)14.0MPa。

葉片泵分單作用和雙作用兩種。單作用葉片泵往往做成變量的，而雙作用葉片泵是定量的。

課題5葉片泵一、單作用葉片泵1、單作用葉片泵的工作原理

(1)組成：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、偏心安裝、配油盤(pán)、傳動(dòng)軸、殼體等

(2)密封容積V形成：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配流盤(pán)圍成。(3)密封容積V變化：右半周，葉片伸出，V密↑，吸油左半周，葉片縮回，V密↓，壓油(4)吸壓油腔隔開(kāi)：配油盤(pán)上封油區(qū)和葉片。

單作用葉片泵的工作原理2、單作用葉片泵特點(diǎn)（1）∵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸壓油各一次。

∴稱(chēng)單作用式（2）∵吸壓油口各半，徑向力不平衡。

∴稱(chēng)非卸荷式，軸承負(fù)載較大。

（3）改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心量，便可改變泵的排量，故這種泵都是變量泵。3、流量計(jì)算

單作用葉片泵的實(shí)際輸出流量為單作用葉片泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的，泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小。此外，奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小，所以單作用葉片泵的葉片數(shù)一般為13片或15片。4、外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理

（1）限壓式變量葉片泵的作用

當(dāng)壓力升高到預(yù)調(diào)的限定壓力后，流量自動(dòng)減小。（2）限壓式變量葉片泵的分類(lèi)

外反饋內(nèi)反饋

（3）外反饋限壓式變量葉片泵組成

變量泵主體、限壓彈簧、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（螺釘）、反饋液壓缸。（4）工作原理

當(dāng)pA<ksx0時(shí)，定子不動(dòng)，e=e0，q=qmax當(dāng)pA=ksx0時(shí)，定子即將移動(dòng)，p=pB，即為限定壓力。當(dāng)pA>ksx0時(shí)，定子右移，e↓，q↓（5）限壓式變量葉片泵的流量壓力特性

1）限壓式變量葉片泵的特性曲線(xiàn)當(dāng)p<pB時(shí)，pA<ksx0

定量泵當(dāng)p>pB時(shí)，pA=ks（x0+x）變量泵2）限壓式變量葉片泵的調(diào)節(jié)過(guò)程（6）限壓式變量葉片泵的應(yīng)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要有快、慢速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，如：組合機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退等?？爝M(jìn)或快退：用AB段；工進(jìn)：用BC段；定位夾緊：用AB段；夾緊結(jié)束保壓：用C點(diǎn)。（7）限壓式變量葉片泵的特點(diǎn)減小了△P，減少了油液發(fā)熱，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。限壓式變量葉片泵的特性曲線(xiàn)

二、雙作用葉片泵1、雙作用葉片泵工作原理

（1）組成：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤(pán)、傳動(dòng)軸、殼體等雙作用葉片泵工作原理圖

（2）雙作用葉片泵工作原理V密形成：定子、轉(zhuǎn)子和相鄰兩葉片、配流盤(pán)圍成

V密變化：左上、右下，葉片伸出，V密↑吸油右上、左下，葉片縮回，V密↓壓油吸壓油口隔開(kāi)：配油盤(pán)上封油區(qū)及葉片2、雙作用葉片泵特點(diǎn)

（1）∵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、壓油各兩次。

∴稱(chēng)雙作用式

（2）∵吸、壓油口對(duì)稱(chēng)，徑向力平衡?！喾Q(chēng)卸荷式（3）為定量泵。3、雙作用葉片泵流量計(jì)算（1）排量∵葉片每伸縮一次，每?jī)扇~片間油液的排出量為：V密max-V密min

∴（V密max-V密min

）Z即一轉(zhuǎn)壓出油液的體積，即等于一環(huán)形體積。又∵雙作用式

∴應(yīng)為兩倍的環(huán)形體積即Vt=2π(R2-r2)B

還∵葉片有一定厚度

∴葉片所占體積為

V’=2BSZ（R-r）/cosθ

故雙作用葉片泵的實(shí)際排量為

V=Vt–V’=2B[π(R2-r2)-（R-r）SZ/cosθ]（2）流量雙作用葉片泵的理論流量為：

qt=2B[π(R2-r2)-（R-r）SZ/cosθ]n

泵輸出的實(shí)際流量為：

q=2B[π(R2-r2)-（R-r）SZ/cosθ]nηv

（3）結(jié)論

1）qT=f(幾何參數(shù)、n)

2）∵n=cqT=C

∴雙作用葉片泵為定量泵，雙作用葉片泵仍存在流量脈動(dòng)，當(dāng)葉片數(shù)為4的整數(shù)倍、且大于8時(shí)的流量脈動(dòng)較小，故通常取葉片數(shù)為12或16。4、YB1E葉片泵的結(jié)構(gòu)

YB1型葉片泵

1、葉片泵的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)2、單作用式葉片泵3、雙作用式葉片泵4、限壓式葉片泵課后小結(jié)：課題6柱塞泵模塊二液壓泵1、柱塞泵工作原理：靠柱塞在缸體內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封容積變化實(shí)現(xiàn)吸壓油。

2、柱塞泵特點(diǎn)：

因?yàn)閳A形構(gòu)件配合，加工方便，精度高，密封性好,所以有如下特點(diǎn)：

（1）工作壓力高，容積效率高，p＝20～40MPa，Pmax可到100MPa。（2）流量大，易于實(shí)現(xiàn)變量；流量范圍大。（3）主要零件均受壓，使材料的強(qiáng)度得以充分利用，壽命長(zhǎng)，單位功率重量小。

3、柱塞泵分類(lèi)

（1）斜盤(pán)式（徑向柱塞泵，軸向柱塞泵）（2）斜軸式。課題6柱塞泵一、概述3、軸向柱塞泵變量原理

（1）γ=0，q=0，大小變化，流量大小變化（2）γ方向變化，輸油方向變化∴斜盤(pán)式軸向柱塞泵可作雙向變量泵

軸向柱塞泵工作原理圖

1、軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)二、軸向柱塞泵（1）V密形成：柱塞和缸體配合而成（2）V密變化：缸體旋轉(zhuǎn)，左半周，V密增大，吸油；右半周，V密減小，壓油。（3）吸壓油口隔開(kāi)：配油盤(pán)上的封油區(qū)及缸體底部的通油孔2、軸向柱塞泵工作原理

（1）軸向柱塞泵的排量若柱塞數(shù)為z，柱塞直徑為d，柱塞孔的分布圓直徑為D，斜盤(pán)傾角為γ，則柱塞的行程為：h=Dtanγ，故缸體轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，泵的排量為：V=Zhπd2/4=πd2ZD(tanγ)/4

（2）軸向柱塞泵流量

理論流量：qt=Vn=D(tanγ)·zπd2/4

實(shí)際流量：q=qtηv=D(tanγ)·zηvπd2/4

（3）結(jié)論軸向柱塞泵可作雙向變量泵

4、軸向柱塞泵的流量計(jì)算5、斜盤(pán)式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)斜盤(pán)式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖1、徑向柱塞泵工作原理

柱塞l可在其中自由滑動(dòng)。襯套3固定在轉(zhuǎn)子孔內(nèi)，并隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，配油軸5固定不動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，柱塞隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，在慣性作用下壓緊在定子4的內(nèi)壁上。由于轉(zhuǎn)子與定子之間存在偏心距，所以柱塞在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配油軸上的孔腔和孔腔完成吸、排油過(guò)程。徑向柱塞泵的工作原理

三、徑向柱塞泵2、徑向柱塞泵特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞吸、排油各一次。移動(dòng)定子改變偏心距，便可改變泵的排量。

（2）徑向柱塞泵的加工精度要求不太高，但徑向尺寸大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差，配油軸受徑向力的作用，容易磨損，因而轉(zhuǎn)速和壓力不能太高。課后小結(jié)：1、柱塞泵工作原理及特點(diǎn)2、軸向柱塞泵3、徑向柱塞泵課題7液壓泵的選用模塊二液壓泵一、液壓泵類(lèi)型的選擇

是否要求變量：徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉片泵是變量泵。工作壓力：柱塞泵壓力31.5MPa；葉片泵壓力6.3MPa,高壓化以后可達(dá)16MPa；齒輪泵壓力2.5MPa，高壓化以后可達(dá)21MPa。工作環(huán)境：齒輪泵的抗污染能力最好。噪聲指標(biāo)：低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。效率：軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的主要性能

1、液壓泵的工作壓力

考慮管道壓力損失所取的系數(shù)，一般取2、液壓泵的流量

液壓泵的輸出流量取決于系統(tǒng)所需最大流量及泄漏量，即

Q泵≥K流×Q缸式中：Q泵—液壓泵所需輸出的流量，m3/min。K流—系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取1.1~1.3Q缸一液壓缸所需提供的最大流量，m3/min。若為多液壓缸同時(shí)動(dòng)作，Q缸應(yīng)為同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸所需的最大流量之和。在p泵、Q泵求出以后，就可具體選擇液壓泵的規(guī)格，選擇時(shí)應(yīng)使實(shí)際選用泵的額定壓力大于所求出的p泵值，通?？煞糯?5%。泵的額定流量略大于或等于所求出的Q缸值即可。二、液壓泵大小的選用

液壓泵的選擇，通常是先根據(jù)對(duì)液壓泵的性能要求來(lái)選定液壓泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應(yīng)保證的壓力和流量來(lái)確定它的具體規(guī)格。式中：—液壓泵同一時(shí)間壓力與流量乘積的最大值

—液壓泵的總效率

三、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇

驅(qū)動(dòng)液壓泵所需的電動(dòng)機(jī)功率可按下式確定：各種泵的總效率大致為：齒輪泵0.6~0.7，葉片泵0.6~0.75；柱塞泵0.8~0.85。例題已知某液壓系統(tǒng)如下所示，工作時(shí)，活塞上所受的外載荷為=9720N，活塞有效工作面積A＝0.008m2，活塞運(yùn)動(dòng)速度v=0.04m/s。問(wèn)應(yīng)選擇額定壓力和額定流量為多少的液壓泵？驅(qū)動(dòng)它的電機(jī)功率應(yīng)為多少?液壓系統(tǒng)泵的排量參考值選用規(guī)格相近的型葉片泵，泵的額定壓力，泵的排量；泵的額定轉(zhuǎn)速為，容積效率，總效率為。倒推算得泵的額定流量為比系統(tǒng)所需流量大。

2）液壓泵流量的計(jì)算。

=

1）液壓泵最高壓力的計(jì)算。

也可根據(jù)公式（）來(lái)確定液壓泵的最高工作壓力。

【任務(wù)實(shí)施】1.選擇液壓泵

3）確定液壓泵的類(lèi)型、規(guī)格和型號(hào)。

2.確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)規(guī)格確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)規(guī)格，主要有兩種方式：

1）根據(jù)選用液壓泵的額定壓力和額定流量計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用系列中規(guī)格相近的型臥式三相異步電動(dòng)機(jī)，其功率為，轉(zhuǎn)速為。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，泵的實(shí)際輸出流量為，仍能滿(mǎn)足系統(tǒng)各工況對(duì)流量的要求。

2）以上方法得到的往往是在液壓泵產(chǎn)品樣本中附有的配套電動(dòng)機(jī)功率數(shù)值，這個(gè)數(shù)值是指在額定壓力和流量下所需的功率，實(shí)際應(yīng)用中可能達(dá)不到，故實(shí)際選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，是首先根據(jù)工況，確定液壓泵最大輸出功率出現(xiàn)的階段，然后根據(jù)此階段的實(shí)際壓力、流量的乘積與液壓泵效率之比來(lái)確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率，從而選擇合適的電動(dòng)機(jī)（詳見(jiàn)模塊六課題21）。1、液壓泵類(lèi)型的選擇2、液壓泵大小的選用3、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇

課后小結(jié)：課題4齒輪泵模塊二液壓泵一、齒輪泵的工作原理1、組成:

前、后泵蓋，泵體，一對(duì)齒數(shù)、模數(shù)、齒形完全相同的漸開(kāi)線(xiàn)外嚙合。2、工作原理：

（1）密封容積形成—齒輪、泵體內(nèi)表面、前后泵蓋圍成。

（2）齒輪退出嚙合，容積↑，吸油；齒輪進(jìn)入嚙合，容積↓壓油；

（3）吸壓油口隔開(kāi)—兩齒輪嚙合線(xiàn)及泵蓋。

課題4齒輪泵外嚙合齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，容易制造，成本低，對(duì)油液污染不敏感，工作可靠，維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于各種低壓系統(tǒng)中。

實(shí)際輸出流量為

齒輪泵理論流量為二、齒輪泵的排量及流量計(jì)算假設(shè)：齒槽容積=輪齒體積

則排量=齒槽容積+輪齒體積即相當(dāng)于有效齒高和齒寬所構(gòu)成的平面所掃過(guò)的環(huán)形體積，則實(shí)際上齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的，齒數(shù)越小，齒槽越深，流量脈動(dòng)越大。流量脈動(dòng)會(huì)引起壓力波動(dòng)，造成液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲。三、齒輪泵的結(jié)構(gòu)（一）CB一B型齒輪泵的結(jié)構(gòu)

CB-B型齒輪泵為無(wú)側(cè)板型，它是三片式結(jié)構(gòu)中低壓齒輪泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不能承受較高的壓力。其額定壓力為2.5MPa，額定轉(zhuǎn)速為1450r/min。

外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)

1、困油現(xiàn)象（1）困油產(chǎn)生原因

（2）困油引起的結(jié)果，使泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲（3）困油消除方法原則：

密封容積減小，使之通壓油口

密封容積增大，使之通吸油口

密封容積最小，隔開(kāi)吸壓油方法：

在泵蓋（或軸承座）上開(kāi)卸荷槽以消除困油，CB-B形泵將卸荷槽整個(gè)向吸油腔側(cè)平移一段距離，效果更好。（二）外嚙合齒輪泵在結(jié)構(gòu)上存在的幾個(gè)問(wèn)題：2、徑向不平衡力

液壓力液體分布規(guī)律：沿圓周從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐齒降低。p↑，徑向不平衡力增大齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。改善措施：

1）縮小壓油口，以減小壓力油作用面積；

2）大泵體內(nèi)表面和齒頂間隙；

3）開(kāi)壓力平衡槽，會(huì)使容積效率減小。3、泄漏

外嚙合齒輪泵高壓腔（壓油腔）的壓力油向低壓腔吸油腔）泄漏有三條路徑。

齒側(cè)泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的5%

徑向泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的20%-25%端面泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的75%-80%

總之：泵壓力愈高，泄漏愈大

四、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施1、提高外嚙合齒輪泵的工作壓力措施齒輪端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)霓k法

2、輪端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償原理是利用特制的通道把泵內(nèi)壓油腔的壓力油引到浮動(dòng)軸套外側(cè)，作用在一定形狀和大小的面積（用密封圈分隔構(gòu)成）上，產(chǎn)生液壓作用力，使軸套壓向齒輪端面，這個(gè)液壓力的大小必須保證浮動(dòng)軸套始終緊貼齒輪端面，減小端面軸向間隙泄漏，達(dá)到提高工作壓力的目的。課后小結(jié)1、齒輪泵的工作原理2、齒輪泵的排量及流量計(jì)算3、齒輪泵的結(jié)構(gòu)模塊三

液壓缸和液壓馬達(dá)課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三

液壓缸和液壓馬達(dá)下圖所示的專(zhuān)用銑床的工作臺(tái)采用單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)，根據(jù)工況分析，計(jì)算得液壓缸在工進(jìn)階段的總工作負(fù)載為4388N（即最大負(fù)載），如圖所示，現(xiàn)要求活塞快進(jìn)和快退速度相等，我們?cè)撊绾芜M(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？

專(zhuān)用銑床液壓缸受力簡(jiǎn)圖

【任務(wù)提出】模塊三

液壓缸和液壓馬達(dá)液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，省去減速機(jī)構(gòu)，且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)平穩(wěn)、反映快，因此在液壓系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。本任務(wù)中，銑床的工作臺(tái)采用單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)，我們根據(jù)液壓缸所受的最大工作負(fù)載（或根據(jù)設(shè)備的類(lèi)型），選定液壓缸的工作壓力，并計(jì)算確定液壓缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑等主要結(jié)構(gòu)尺寸。本模塊的任務(wù)是通過(guò)液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算方法?！救蝿?wù)分析】1、按結(jié)構(gòu)形式：

活塞式2、按作用方式：?jiǎn)巫饔檬揭簤焊坠τ茫簩⒁簤罕霉┙o的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載作功，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)分類(lèi)：柱塞式

組合式雙作用式液壓缸課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三一、活塞式液壓缸定義：缸體內(nèi)作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件為活塞的液壓缸。分類(lèi)按伸出活塞桿不同：雙桿，單桿，無(wú)桿

按固定方式不同：缸體固定，活塞桿固定

1、雙桿活塞液壓缸（1）特點(diǎn)1）兩腔面積相等；

2）壓力相同時(shí)，推力相等，流量相同時(shí)，速度相等。即具有等推力、等速度特性。（2）推力、速度計(jì)算

課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三v=q/A=4qV/π(D2-d2)F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4雙桿活塞液壓缸（3）固定方式1）實(shí)心雙桿活塞式:缸體固定式

進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向

左右活塞右移

右左活塞左移2)空心雙桿活塞式:桿固定式進(jìn)油腔

回油腔

運(yùn)動(dòng)方向

左右

缸體左移

右左

缸體右移

進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同。

進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反。

占地范圍應(yīng)用場(chǎng)合三倍于L，占地面積大。中小型設(shè)備占地范圍應(yīng)用場(chǎng)合兩倍于L，占地面積小，大中型設(shè)備課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三2、單桿活塞液壓缸（1）特點(diǎn)：

1）兩腔面積不等,A1>A2

2）壓力相同時(shí)，推力不等流量相同時(shí)，速度不等，即不具有等推力等速度特性。

單活塞式液壓缸計(jì)算簡(jiǎn)圖

課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三（2）速度、推力計(jì)算1）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)

v1=q/A1=4q/πD2，

F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2/42）有桿腔進(jìn)油時(shí)

v2=q/A2=4q/π(D2-d2)，

F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

∵A1>A2∴v1<v2F1>F2

因而：活塞桿伸出時(shí)，適用于重載慢速，活塞桿縮回時(shí)，適用于輕載快速。

課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三特點(diǎn)：在不增加流量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán)：

差動(dòng)連接無(wú)桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油快進(jìn)→工進(jìn)→快退

v3、F3v1、F1v2、F2

3）差動(dòng)連接式液壓缸課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三差動(dòng)連接式液壓缸

∵

v3A1=q+v3A2，

∴v3=q/（A1-A2）=4q/πd2故要使

v2=v3

，D=√2d，

F3=p1（A1-A2）=πd2p1/41、定義在缸體內(nèi)做相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件是柱塞的液壓缸。

2、柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)

缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等

3、柱塞式液壓缸工作原理：

只能單向運(yùn)動(dòng)，回程需靠外力、彈簧力，需雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)，常成對(duì)使用。

二、柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三4、柱塞式液壓缸速度、推力計(jì)算

v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4

柱塞式液壓缸特點(diǎn):

∵柱塞工作時(shí)總是受壓，一般較粗

∴水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損故常垂直放置，有時(shí)可做成空心又∵缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸

∴可不加工或只粗加工，工藝性好，故常用于長(zhǎng)行程機(jī)床，如龍門(mén)刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床。

課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三分類(lèi)：

單葉片式、雙葉片組成：缸體、定子塊、葉片、傳動(dòng)軸等

工作原理：

當(dāng)缸的一個(gè)油口進(jìn)壓力油，另一油口回油時(shí)，葉片在壓力油作用下往一個(gè)方向擺動(dòng)，帶動(dòng)軸偏轉(zhuǎn)一定角度小于3600；當(dāng)進(jìn)回油口互換時(shí)，馬達(dá)反轉(zhuǎn)。三、擺動(dòng)液壓馬達(dá)（擺動(dòng)液壓缸）課題8液壓缸類(lèi)型及特點(diǎn)模塊三擺動(dòng)液壓缸參數(shù)計(jì)算：

T=zb/8·(D2-d2)(p1-p2)ηm

ω=8qηcv/zb(D2-d2)

雙葉片擺動(dòng)式液壓馬達(dá)：

T雙

=2T單

ω雙=1/2·ω單

擺動(dòng)液壓缸特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中低壓系統(tǒng)。課題8液壓缸