《液壓與氣動(dòng)概述》PPT課件.ppt

1、1,2,本章主要內(nèi)容為 ：, 液壓傳動(dòng)的定義與發(fā)展概況；,液壓傳動(dòng)的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成 ；,液壓傳動(dòng)的圖形符號(hào)；,液壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 。,3,1.1液壓傳動(dòng)定義與發(fā)展概況,1.1.1 液壓傳動(dòng)的定義,一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)（含輔助裝置）組成。,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。,流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。,液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。,液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量； 液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。,4,1.1.1 液壓傳動(dòng)的

2、定義,液壓傳動(dòng)（Hydraulics）是以液體為工作介質(zhì)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓的壓力能，然后通過(guò)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(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,那么，到底什么是液壓傳動(dòng)呢？,5,1.1.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況,從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有23百年的歷史。,第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)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(jī)床到本世紀(jì)30年代才用上了液壓傳動(dòng)。,6,1.1.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況,近30年來(lái)，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、

3、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(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門(mén)完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。,采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。,7,1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成,液壓千斤頂液壓千斤頂常用于頂升重物,如頂起汽車以便拆換輪胎,1.2.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,8,1.2.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,液壓千斤頂,在杠桿上沒(méi)有作用力時(shí),負(fù)載可以停止在任意位置;在液壓缸行程范圍內(nèi) ,可以將負(fù)載提升到任意位置。 其實(shí)液壓千斤頂是前面討論過(guò)的簡(jiǎn)化模型的進(jìn)一步完善，它

4、具有以下一些簡(jiǎn)化摸型所不具備的功能：,9,1.2.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng),磨床工作臺(tái),磨床工作時(shí)，要求其工作臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制的是一套液壓控制系統(tǒng)，如圖所示是一臺(tái)磨床的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。,10,磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng),圖1.1磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 工作原理,磨床工作臺(tái),1-油箱；2-過(guò)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(dòng)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(tái),液壓缸,由液壓泵輸入的壓力油通過(guò)手動(dòng)換向閥11，節(jié)流閥13、換向閥

5、15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向右移動(dòng)，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,11,1.2.2液壓傳動(dòng)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(gè)部分組成：,動(dòng)力元件,執(zhí)行元件,12,1.2.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成,（l）液壓泵（動(dòng)力元件）：是將原動(dòng)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(dòng)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(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控

6、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(gè)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。,（5）工作介質(zhì)： 液壓油的作用是傳遞能量和信息。,13,1.3 液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào),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(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(dòng)圖形符號(hào)（參看附錄）來(lái)繪制，如圖12所示。,14,圖形符號(hào)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(guò)渡過(guò)程。,液壓缸,液壓泵,節(jié)

7、流閥,換向閥,油箱,溢流閥,15,1.4 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn),1.4.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn),液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)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(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置；,（3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向；,（4）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá)2000：1），它還可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速；,16,1.4.1液壓傳動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；,（6）容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；,（7

8、）既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過(guò)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(dòng)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。,17,1.4.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn),（1）液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(jià)高，且對(duì)油液的污染比較敏感。,18,液壓與

9、氣壓傳動(dòng),流體力學(xué)基礎(chǔ),第二章,19,本章主要內(nèi)容為 ：, 液壓油的主要性能與選用 ；,流體靜力學(xué)基礎(chǔ) ；,流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)；,管路中液流的壓力損失；,液體在小孔和縫隙中的流動(dòng)；,液壓沖擊及氣穴現(xiàn)象。,20,2.1 液壓油的主要性質(zhì)及選用,2.1.1液壓油的主要性質(zhì),液壓油是液壓系統(tǒng)中的傳動(dòng)介質(zhì)，而且還對(duì)液壓裝置的機(jī)構(gòu)、零件起著潤(rùn)滑、冷卻和防銹作用。,1 液體的可壓縮性,當(dāng)液體受壓力作用體積減小的特性稱為液體的可壓縮性。,在常溫下，一般認(rèn)為油液是不可壓縮的，但當(dāng)液體中混有空氣時(shí)，其抗壓縮能力會(huì)顯著降低。,21,2 液體的粘性,液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子間

10、進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力。液體這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為液體的粘性 。,粘性的大小可用粘度來(lái)衡量。,粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對(duì)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(yùn)動(dòng)粘度 表示。在國(guó)際單位制中的 單位是 ，而在實(shí)用上油的粘度用 （cSt，厘沲）表示。,流體的粘度通常有三種不同的測(cè)試單位。 （1）絕對(duì)粘度,（2）運(yùn)動(dòng)粘度：,22,（3）相對(duì)粘度：,粘性的大小可用粘度來(lái)衡量。,粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對(duì)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(yùn)動(dòng)粘度 表示。在國(guó)際單位制中的 單位是 ，而在實(shí)用上油

11、的粘度用 （cSt，厘沲）表示。,流體的粘度通常有三種不同的測(cè)試單位。 （1）絕對(duì)粘度： 單位為N.s/m2,（2）運(yùn)動(dòng)粘度：,23,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(shí)，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過(guò)低，應(yīng)采用高牌號(hào)液壓油；低溫時(shí)或泵的吸入條件不好時(shí)（壓力低，阻力大），應(yīng)采用低牌號(hào)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(diǎn)、燃點(diǎn)要高，能防火、防爆。,（5）有良好的潤(rùn)滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。,（6）對(duì)人體無(wú)害，成本低。,

12、24,1.4.2 液壓介質(zhì)的種類,液壓傳動(dòng)介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油和難燃液壓液兩大類。,1.4.2.1 石油基液壓油,（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(guó)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(hào)有：HL32、HL46、HL68。在其代號(hào)L-HL中，L代表潤(rùn)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(dòng)粘度。,25,（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

13、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(hào)有：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150,（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(rùn)滑時(shí)有良好的防爬性能。 適用于機(jī)床液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑合用的系統(tǒng)。,26,（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(rùn)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)。

14、,（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。,27,1.4.2.2 難燃液壓液,難燃液壓液分為合成型、油水乳化型和高水基型三大類。,（1）合成型抗燃工作液, 水一乙二醇液（L-HFC液壓液）： 這種液體含有 3555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），有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于要求防火的液壓系統(tǒng)。 其缺點(diǎn)是價(jià)格高，潤(rùn)滑性差，只能用于中等壓力（20Mpa以下）。這種液體密度大，所以吸入困難。,28,（2）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液壓液）,油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一

15、種液體以極小的液滴均勻地分散在另一種液體中所形成的抗燃液體。分水包油乳化液和油包水乳化液兩大類。,（3）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液壓液）,這種工作液不是油水乳化液。其主體為水，占 95，其余 5為各種添加劑（抗磨劑、防銹劑、抗腐劑、乳化劑、抗泡劑、極壓劑、增粘劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，抗燃性好，不污染環(huán)境。其缺點(diǎn)是粘度低，潤(rùn)滑性差。,29,2.2 流體靜力學(xué)基礎(chǔ),液體的靜壓力是指靜止液體單位面積上所受的法向力，用P表示。,2.2.1 液體的壓力及其性質(zhì),壓力為： P=F/A,式中：A液體有效作用面積； F液體有效作用面積A上所受的法向力。,30,2.2.2 液體靜力學(xué)基本方程及其物理意義

16、,液體靜力學(xué)基本方程： P=P0+gh,31,2.2.3 壓力的傳遞,壓力取決于負(fù)載,仍回到前面的簡(jiǎn)化模型 為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動(dòng)力F1,這時(shí)，重物W就是工作的負(fù)載。,活塞5上作用的W為0 在不計(jì)活塞磨擦力和活塞自重的情況下，此時(shí)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(shí)活塞1下 的壓力 ， 主動(dòng)力F1只能為0，也就是說(shuō)主動(dòng)力是加不上去的。,32,2.2.3 壓力的傳遞原理,如果簡(jiǎn)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(qiáng)，就可以認(rèn)為工作負(fù)載是無(wú)窮大的，那么，系統(tǒng)中的液體壓力將為：

17、 根據(jù)帕斯卡原理，該壓力P1將在這個(gè)封閉的液體間等值傳遞，管道3和容器4內(nèi)各點(diǎn)都將產(chǎn)生大小和P1相等的液體壓力。,1,33,2.2.3 壓力的傳遞原理,運(yùn)動(dòng)速度取決于流量,請(qǐng)看右下圖，由圖可知： 活塞1向下移動(dòng)h1,通過(guò)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(shí)間里從液壓缸2中擠出的液體體積 ，將等于通過(guò)管道3擠入液壓缸4的體積 。即： 兩邊同除： 則,1,34,2.4 壓力的表示方法,壓力的表示方法有兩種：一種是絕對(duì)壓力；另一種是相對(duì)壓力。,1 絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為零點(diǎn)而計(jì)量的壓力叫絕對(duì)壓力。,2 相對(duì)壓力：以大氣壓為零而計(jì)

18、量的壓力叫相對(duì)壓力。,如果流體壓力低于大氣壓力，其相對(duì)壓力為負(fù)值，負(fù)的相對(duì)壓力的絕對(duì)值（低于大氣壓的部分）叫真空度。,35,絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空度的關(guān)系：, 絕對(duì)壓力=大氣壓力+相對(duì)壓力 相對(duì)壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力 真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力,壓力的單位,壓力的單位為Pa： 1Pa=1N/m2 1MPa=106pa,36,2.3 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),2.3基本概念,磨床工作臺(tái),1 理想液體,2 跡線、流線,3 流量和平均流速,4 液體的流動(dòng)狀態(tài),37,2.3.2 流動(dòng)連續(xù)性方程,不可壓縮流體作穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程為：,V1A1=V2A2=常數(shù),則任一通流斷面上的平均流速為：,38,2.3.3 伯努利方程,1 理想液體的伯努利方程,伯努利方程的物理意義：,在密封管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體在任一通流斷面上壓力能、動(dòng)能、勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)換，但總能量不變。,39,2.3.3 伯努利方程,2 實(shí)際液體的伯努利方程,伯努利方程的適用條件：,（1）穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮液體， （2）液體所受的只有重力。,40,2.3.4 動(dòng)量方程,磨床工作臺(tái),流動(dòng) 液體的動(dòng)量方程為：,它是一個(gè)矢量表達(dá)式，液體對(duì)固體壁面的作用力F與液體所受外力F大小相等方向相反。,41,2.4 管路中液流的壓力損失,液壓系統(tǒng)的壓