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1、液压与气压传动,绪论 第十章 气源装置及气动元件 第一章 液压流体力学基础 第十一章气动基本回路与常用回路 第二章 液压泵 第十二章气动逻辑系统设计 第三章 液压马达与液压缸 第十三章气压传动系统实例 第四章 液压控制阀 第五章 液压辅件 第六章 液压基本回路 第七章 典型液压系统 第八章 液压系统的设计计算 第九章 气压与传动基础知识,绪论,液压与气压传动的工作原理及特征 液压与气压传动系统的组成 液压与气压传动的优缺点,液压与气压传动的工作原理和特征,液压千斤顶常用于顶升重物,如顶起汽车以便拆换轮胎,一、 特点： （1）通过具有一定压力的液体来传动； （2）传动过程中须经过两次能量转换；
2、（3）传动必须在密封容积内进行，而且容积要进行变 化。 二 、液压传动装置本质: 是一种能量转换装置，它先将机械能转换为液压能，后将液压能转换为机械能。 三、运动演示,液压与气压传动系统的组成,能源装置将机械能转换为流体压力能的装置。 执行元件将流体的压力能转换为机械能的元件。 控制元件控制系统压力、流量、方 向的元件以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。 辅助元件保证系统正常工作除上述三种元件外的装置。,液压与气压传动的优缺点,布置方便灵活。 无级调速，调速范围可达2000：1。 传动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向。 操作控制方便，易于实现自动控制、中远距离控制和过载
3、保护。 标准化、系列化、通用化程度高，有利于縮短设计周期、制造周期和降低成本。 传动效率不高；维护要求较高。,第一章液压流体力学基础,液压油液 液体静力学 液体动力学 管道流动 孔口流动 缝隙流动 液压冲击和气穴现象,液压油液,密度 单位体积液体的质量 可压缩性 对于一般液压系统，可认为油 液是不可压缩的 。 粘性 液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力 ，用动力粘度，运动粘度，相对粘度来度量。,液压油的性质,对液压油液的要求,有良好的润滑性； 成分要纯净； 有良好的化学稳定性； 抗泡沫性和抗乳化性好； 粘温特性好； 材料相容性好； 无毒，价格便宜,液压油液的选用,选用液压油液首先考虑的是粘度
4、液压系统的工作压力 压力高，要选择粘度较大的液压油液。 环境温度 - 温度高，选用粘度较大的液压油液。 运动速度 - 速度高，选用粘度较低的液压油液。 液压泵的类型,液体静力学,若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。,液体静压力的特性 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。,静压力基本方程式,静压力基本方程式 p=p0+gh 液体内的压力与液体深度成正比。 静止液体中任一质点的总能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。 压力的表示法及单位,
5、帕斯卡原理,作用在大活塞上的负载F1形成液体压力 p= F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得 液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。 液体内的压力是由负载决定的。,静压力对固体壁面的作用力,液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用 当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力 F = p A ，方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力 F = p Ax ， Ax 为曲面在该方向的投影面积。,液体动力学,理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 恒定流动 液体流动时
6、，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非时变流动,流量连续性方程,流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。 11A 1=22A2 q= VA =常数,伯努利方程,理想流体的伯努利方程 p1 /g + Z1 + v12 / 2g = p2 /g + Z2 + v22 / 2g=常数 在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。,实际流体的伯努利方程 p1/g + Z1+1v12/ 2g = p2 /g+ Z2+2 v22/ 2g + hw 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw 为
7、单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。,动量方程,动量方程是用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。 F = q（u2 - u1） 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。 注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。,管道流动,由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。 压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。,流态、雷诺数,通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。 层流粘性力起主导作用 紊流惯性力起主导作用 液体
8、的流动状态用雷诺数来判断。,沿程压力损失,液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿程压力损失。 因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别。,局部压力损失,液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。 整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和。 p = p + p,孔口流动,在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。,孔口流量压力公式,薄壁小孔 q = CdAo
9、（2p /）1/2 滑阀阀口 qCdDxv(2p/)1/2 短孔 q = CdA0(2p/)1/2 细长孔 q =（d 4 / 128l ）p 液流经过细长孔的流量与液体粘度成反比。流过细长孔流量受液体温度影响较大。,液阻,定义: 孔口前后压力降与稳态流量的比值为液阻，即在稳态下，它与流量变化所需要的压差变化成正比。 特性: R与通流面积A成反比，A=0，R为无限大；A足够大时，R0。 p一定，调节A，可以改变R，从而调节流经孔口的流量。 A一定，改变q， p 随之改变，这种液阻的阻力特性用于压力控制阀的内部控制。,缝隙流动,通过平板缝隙的流量 q = b h 3p / 12l u ob h
10、/ 2 在压差作用下，流量q 与 缝隙值h 的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大。,环形缝隙,通过同心圆柱环形缝隙的流量公式： q = （d h 3 / 12l ）p d h uo / 2 当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相反时取负号。,液压冲击和气穴现象,液压冲击因某些原因液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值 ，这种现象称为液压冲击。 危害瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而且会损坏密封装置、管道、元件，造成设备事故。 类型 1.管道阀门突然关闭时的液压冲击 2.运动部件制动时产生的液压冲击,气穴现象,气穴现象在液压系统中，如果某点处的压力低于液
11、压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡。 减少气穴现象的措施 1、 减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p2 3.5。 2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。 3、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。 4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度.,第二章液压泵,液压泵的概述 柱塞泵 叶片泵 齿轮泵,液压泵的概述,液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。,液压泵基本工作原理,以单柱塞泵为例 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。 液压泵的工作原理,液压泵正常工作
12、的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大吸油，由大变小压油； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。,液压泵的主要性能参数,液压泵的压力 工作压力 p ：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。 额定压力 ps ：正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。 吸入压力：泵的进口处的压力。,液压泵的主要性能参数,排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。cm3/r。 平均理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排出的油
13、液体积 。 实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油液体积。q = q t- q 。 瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量。 额定流量 q s ：泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。 容积效率v：v= q /q t,液压泵的主要性能参数,泵的功率和效率 输入功率 P r： 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率，P r= T 输出功率 P：泵输出液压功率， P = p q 总效率p ：p = P / P r 泵的转速 额定转速 n s：额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。 最高转速 n max：额定压力下允许短时间运行的最高转速。 最低转速n min：正常运转允许的最低转速
14、。,液压泵的分类和选用,按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，螺杆泵 齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵 柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵 按排量能否变量分定量泵和变量泵,液压泵的选用原则,是否要求变量 要求变量选用变量泵。 工作压力 柱塞泵的额定压力最高。 工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。 噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。 效率 轴向柱塞泵的总效率最高。,液压泵的图形符号,柱塞泵,定义 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱
15、塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵工作原理,工作原理 缸体- 均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。 柱塞 - 其头部滑履与定子内圆接触。 定子- 与缸体存在偏心。 配流轴 传动轴,斜盘式轴向柱塞泵工作原理,工作原理 缸体 - 均布Z 个柱塞 柱塞滑履组- 柱塞直径为d 斜盘- 相对传动轴倾角为 配流盘 传动轴 斜盘式轴向柱塞泵 的工作原理,斜盘式轴向柱塞泵结构图,叶片泵,叶片泵分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。 双作用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变量泵用。 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名。 单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。,双作用叶片泵工作原理,由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成，故有两部分密闭容积将随转子旋转而变化。工作原理,单作用叶片泵,工作原理 定子 内环为圆 转子 与定子存在偏心e，铣有z 个叶片槽 叶片 在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B 左、右配流盘 铣有吸、压油窗口 传动轴 单作用叶片泵的工作原理,齿轮泵
