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1、1.简化模型,2.液体静力学,3.液压传动系统组成,4.液压传动系统的优、缺点,一、 液压传动的工作原理及组成,在液压传动中，人们利用没有固定形状但具有确定体积的液体来传递力的运动。下图是一个经过简化的液压传动模型。图中有两个直径不同的液压缸2和4，缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞。如图活塞5上有重物W则当 活塞1上施加的力F达到 一定大小时，就能阻止 重物W下降。,1.简化模型,（1）液体静压力: 液体处于静止状态时，单位面积上所受的法向作用力。静压力在物理学中称压强。 （2）压力的表示方法 绝对压力：绝对真空作为基准所表示的压力。 相对压力：以大气压力作为基准所表示的压力。大多数仪表所测得
2、的压力都是相对压力，所以相对压力也称为表压力。 关系：相对压力=绝对压力-大气压力 当绝对压力小于大气压力时，比大气压力小的那部分数值称为真空度。,2、液体静力学,3.压力的传递（帕斯卡原理） 在密闭的容器内施加于静止液体上的压力，将等值传递到液体内的各点。这就是静压传递的基本原理，即帕斯卡原理。上图中的压力可用式表示：P1=P2=P=F/A1=G/A2 或G/F=A2/A1 表明：液压传动中的液体压力取决于负载,3.液压传动系统实例及液压系统的组成,（1）液压千斤顶,（2）液压图形符号,（3）液压系统的组成,（4）液压系统的优缺点,（1）液压千斤顶,液压千斤顶原理见下图。当向下压杠杆1时，小
3、活塞3使缸2内的液体经管道6、阀7进入大缸9，并使活塞8上升，顶起重物G。适当地选择大、小活塞面积，就可以人力升起很重的负载G。,（2）液压图形符号,下图为机床工作台液压系统的图形符号图,2）执行元件 是将液压能重新转化成机械能的装置。实现直线运动的执行元件叫液压缸；实现旋转运动的执行元件叫做液压马达。,（3）液压系统的组成,1）动力装置 它可将电动机或发动机输出的机械能转化成液压 能的装置，常为液压泵。,4）辅助装置： 如油箱、油管、滤油器等。,3）控制元件 用以控制调节液压系统中油液的流动方向、压力和流量的装置。其中有方向控制阀和压力控制阀、流量控制阀等。,（4）液压传动的优缺点,优点：,
4、1）可以在运行过程中实现大范围的无级调速。,2）在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。,3）采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。,4）易于实现自动化，特别是电、液联合应用时，易于实现复杂的自动工作循环。,5）由于一般采用油作为传动介质，因此，液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。,6）液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。,缺点：,1）由于泄漏及流体的可压缩性，无法保证严格的传动比；,2）当油温或载荷变化时，往往不易保持运动速度的稳定。,3）当采用油作为传动介质时还需要注意防火问题。,4）液压元件加工精度要求高，造价高。,5）液压
5、系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。,二、液压基本元件,液压系统由液压缸、液压泵、控制阀以及各种辅件等组成。,1.液压泵与液压马达,液压泵和液压马达是液压系统的重要元件。液压泵是 由电动机输入的机械能转化为液压能的能量转换装置， 在液压系统中，作为动力源，向液压系统供给液压油。 液压马达是将液压能转化为机械能的能量转换装置，作 为执行机构来使用。,（1） 液压泵概述,1）液压泵的作用 2）液压泵工作原理 3）主要性能参数 4）液压泵的类型,1）液压泵的作用,液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流,2）液压泵工作原理,容
6、积式泵: 泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，其排油量 的大小取决于密封腔的容积变化值。 基本特点: 具有一个或若干个周期性变化的密封容积 具有配流装置；油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大 于大气压力,基本工作原理,基本工作条件（必要条件）,（1）形成密封容积 （2）密封容积变化（根本原因） （3）配流装置（吸、压油口隔开） （4）油箱和大气通（外因）,3）液压泵的主要性能参数,压力: 工作压力p：实际工作时的输出压力。 额定压力pn：泵在使用中按标准条件连续运转所允许达到的最大工作压力。 工作压力p额定压力pn,排量和流量: 排量 V:液压泵轴转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排
7、出液体的体积,单位(m3/r)或 (mL/r) 理论流量qt:单位时间内理论上可排出的液体体积. 等于排量和转速的乘积 V:液压泵的排量（m3/r）；n:主轴转速（r/s）；qt:液压泵理论排量（m3/s） 实际流量q：理论流量乘以容积效率。 额定流量qn：额定转速和额定压力下泵输出的流量。,容积效率v: 机械效率m：摩擦损失 液压泵的总效率: 泵的输出功率: 配套的液压泵电动机的功率Pm,4.常用液压泵,液压泵类型: 结构形式:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等 泵的输出流量能否调节:定量泵和变量泵 泵的额定压力的高低:低压泵、中压泵和高压泵 齿轮泵的工作原理,（1） 齿轮泵,齿轮泵的结构 齿轮泵的特
8、点, 齿轮泵的工作原理,齿轮泵是液压系统中常用的液压泵，其结构最简 单，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。 a外啮合齿轮泵,工作原理 （1）相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封容积 ，形成局部真空，在大气压力作用下吸油 （2）随着齿轮旋转，油液带到左侧的压油腔，轮齿逐渐啮合，使密封容积 ，齿槽间的油液被挤压排出泵外 压油,b内啮合齿轮泵,渐开线齿形内啮合,摆线齿形内啮合,齿轮泵的结构特点,困油:齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，于是总会出现两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭空腔之间。 泄漏：1.通过齿轮啮合处的间隙； 2.通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙； 3.通
9、过齿轮两端面和端盖间的端面间隙； 因此，容积效率较低，输出压力也不容易提高 径向作用力不平衡：能使轴弯曲，加速轴承磨损，降低轴承寿命。,优点：,结构简单、尺寸小、重量轻、制造方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感、维护容易,缺点：,磨损严重、泄漏量大，工作压力的提高受到限制。压力脉动和噪声都较大。,（2）叶片泵,双作用式(定量泵) 单作用式(变量泵) 中低压 工作原理 双作用叶片泵的结构和特点 限压式变量叶片泵,（1）双作用叶片泵,工作原理,特点,优点：泵的吸油区是径向对称的，因而作用在转子上的径向液压力平衡；运转平稳、输油量均匀、噪声小。 缺点：结构复杂，吸油特性差，对油液的
10、污染较敏感，一般用于中压系统。,（2）变量叶泵,变量叶片泵的流量可以根据液压系统工作要求而改变。 根据调节后泵的压力流量特性的不同，又可分为限压式、恒流量式和恒压式三类。,限压式变量叶片泵,限压式变量叶片泵可以根据液压系统的要求调定限定工作压力，通过自动调节定子与转子的偏心量从而调节输出流量，即流量改变是利用压力的反馈作用实现的分为：外反馈和内反馈两种,外反馈限压式变量叶片泵的工作原理,限压式变量叶片泵的特性曲线,限定压力pB:泵在保持最大输出流量不变时，可达到的最高压力 极限压力pc:外载进一步加大时泵的工作压力不再升高，这时定子和转子间的偏心量为零，泵的实际输出流量为零 调整: 调整螺钉1
11、可改变原始偏心量e0，即调节泵的最大输出流量， 亦即改变A点的位置，使 AB线段上下平移 调整螺钉4可改变弹簧预压缩量，即调节限定压力pB大小， 亦即改变B点的位置，使BC线段左右平移 改变弹簧刚度k，则可改变BC线段的斜率， 弹簧越“软”（k值越小），BC线段越陡，pc值越小； 反之，弹簧越“硬”（k值越大），BC线段越平坦，pc值越大,内反馈限压式变量叶片泵的工作原理,3、柱塞泵,优点: 1.柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，容积效率高。 2.只需改变柱塞的工作行程就能改变泵的排量、易于实现变量。 3.压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点。 应用: 高
12、压大流量 （龙门刨床、液压机、工程机械） 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 （径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差，目前应用不多）,轴向柱塞泵(斜盘式轴向柱塞泵工作原理）,斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 改变斜盘倾角的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量 改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油方向(双向变量轴向柱塞泵) 流量脉动,当柱塞数较多并为奇数时脉动较小，故柱塞泵的柱塞数一般为奇数，常取 7或9,三、 液压泵的选用,一般在负载小、功率小的液压设备上，可用齿轮泵、 双作用叶片泵；精度较高的机械设备上（如磨床），可 选用限压式变量叶片泵；负载、功率大的设备可选用柱 塞泵；机械设备的辅助装置或在工作环
13、境较恶劣的条件 下，可选用价格低廉的齿轮泵。,液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。,第2节 液压缸,根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：,活塞式,单活塞杆式,双活塞杆式,单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。,1、单活塞杆液压缸,参照下图，当供给液压缸的流量Q一定时，活塞两个方向的运动速度为：V1=Q/A1=4Q/D2 (向左
14、） V2= Q/A2=4Q/(D2-d2) (向右） 当供油压力p一定，回油压力为零时 作用力： F1=p.A1=p.D2/4 (向右） F2=p.A2=p.(D2-d2)/4 (向左）,当其差动连接时，作用力为： F3=p(A1-A2)=p.(d2/4) 速度:v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1 所以 v3=Q/(A1-A2)=4Q/d2,符号意义参阅下图,单杆缸三种比较,双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用力和速度相等。 v=Q/A=4Q/(D2-d2) , F=p.A=p. (D2-d2)/4 v活
15、塞（或缸筒）运动速度；Q供油流量；F活塞（或缸筒）上的作用力； p供油压力；A活塞有效面积； D活塞直径；d活塞杆直径。 这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。,2、双活塞杆液压缸,三、伸缩式液压缸,伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，如图所示。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。,2、液压缸的排气 为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最高部位各装一只排气塞。,排气塞结构,第3节 控制阀,一、方向控制阀,1.单向阀,2.换向阀,单向阀只允许油液某一方
16、向流动，而反向截止。这种阀也称为止回阀。对单向阀的主要性能要求是：油液通过时压力损失要小；反向截止密封性要好。其结构如图。压力油从P1进入，克服弹簧力推动阀芯，使油路接通，压力油从P2流出；当压力油从反向进入时，油液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，油液不能通 过。单向阀都采用图 示的座阀式结构，这 有利于保证良好的反 向密封性能。,(1)普通单向阀,单向阀工作原理,（2）液控单向阀,（2）液控单向阀,如图所示，液控单向阀下部有一控制油口K，当控制口不通压力油时，此阀的作用与单向阀相同；但当控制口通以压力油时，阀就保持开启状态，液流双向都能自由通过。图上半部与一般单向阀相同，下半部有一控活塞1，控制油口K通以一定压力的压力油时，推动活塞1并通过推杆2使锥阀芯3抬起，阀
