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1、液压与气压传动(第4版) 左健民 主编 主讲: 叶俊杰,教学安排,绪论（2学时） 第一章 流体力学基础（10学时） 第二章 液压动力元件（6学时） 第三章 液压执行元件（4学时） 第四章 液压控制元件（8学时） 第五章 液压辅助元件（2学时） 第六章 液压基本回路（6学时） 第七章 典型液压传动系统（2学时） 第十章 气压传动基础知识 （2学时）,液压传动所用的工作介质为液压油或其它合成液体，气压传动所用的工作介质为空气由于这两种流体的性质不同，所以液压传动和气压传动又各有其特点。,液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离传动和控制； 气压传动由
2、于空气的可压缩性大，且工作压力低（ 通常在 1.0MPa以下 ），所以传递动力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、 速度快、反应灵敏，因而气压传动能用于远距离的传动和控制。 空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，位置和速度控制精度不高。,液压传动以液体的压力能传递动力,液压传动以液体的流量传递运动,液压传动过程中经过 能量转换,液压传动工作过程分析：,液压传动以液体为工作介质,两次,三.液压与气压传动系统的组成,机床工作台液压系统的工作原理图,液压动力元件： 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵 液压执行元件； 液压马达，液压缸 液压控制元件： 方向控制阀芯，压力控制阀、流
3、量控制阀 液压辅助元件： 管路、邮箱、过滤器、密封装置、蓄能器,第一节 液压传动的工作介质 第二节 液体静力学 第三节 液体动力学 第四节 定常管流的压力损失计算 第五节 孔口和缝隙流量 第六节 空穴现象和液压冲击,第一章 流体力学基础,体积压缩系数 ，即单位压力变化下的体积相对变化量来表示,液体体积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量，简称体积模量。即= 。,2可压缩性,第二节 液体静力学,一、液体静压力及其特性 二、液体静压力基本方程 三、压力的表示方法及单位 四、帕斯卡原理 五、液体静压力对固体壁面的作用力, 1-2.1 液体静压力及其特性,（一） 液体的静压力 作用在液体上的力有两种类型：
4、质量力和表面力。 质量力：作用在液体的所有质点上（重力、惯性力） 表面力：作用在液体的表面上，如切向力和法向 。, 1-2.3 压力的表示方法及单位,压力的表示方法 绝对压力：以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（表压） 由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。,绝对压力相对压力关系,绝对压力与相对压力的关系为： 绝对压力=相对压力+大气压力 绝对压力小于大气压时, 负相对压力数值部分叫做真空度。即 真空度=大气压-绝对压力,由此可知，当以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。, 1-2.5 液体
5、静压力对固体壁面的作用力,活塞上的力：,图b和图c作用力为,d 为承受部分曲面投影圆的直径,当固体壁面是曲面时，作用在曲面各点的液体静压力是不平行的，曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于液体静压力和曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。,第三节 液体动力学,基本概念 理想液体、定常流动、一维流动、迹线、流线、流管、流束、通流截面、流量、平均流速、层流、紊流、雷诺数 液体流动基本方程,流量连续性方程（质量守恒）,伯努利方程（能量守恒）,动量方程, 1-3.2 液体流动基本方程,一. 流量连续性方程（质量守恒定律）,图1-5 连续性方程推导简图,设液体作定常流动，且不可压缩，在微小截面上各点的速
6、度可以认为是相等的。根据质量守恒定律，在dt时间内流入此微小流束的质量应等于从此微小流束流出的质量，故有,由于两通流截面是任意取的，故有,上式称为不可压缩液体作定常流动时的连续性方程。它说明通过流管任一通流截面的流量相等。此外还说明当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。,如用平均速度表示，得,二. 伯努利方程（能量守恒定律）,伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式。要说明流动液体的能量问题，必须先讲述液流的受力平衡方程，亦即它的运动微分方程。,实际液体总流的伯努力方程,例 液压泵装置如图所示,油箱和大气相通. 试试分析吸油高度h对泵工作性能的影响.,以油箱液面为基准面，对油箱液面1
7、-1和泵进口处截面2-2 列伯努利方程,解：,吸油口真空度为：,初始条件：,三、动量方程,液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理指出：作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即,在定常流动下，上式可表示为：,第四节 定常管流的压力损失计算,实际液体具有粘性，在流动时就有阻力，为了克服阻力，就必然要消耗能量，这样就有能量损失。就是伯努力方程中的损耗项。 沿程压力损失: 油液沿等直径直管流动时由于内外摩擦力引起的损失。 局部压力损失：油液流经局部障碍(如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩)，油液与固体壁面碰撞和摩擦。,一、流态、雷诺数 1层流和紊流（湍流）
8、,2雷诺数（与流速、管径运动粘度有关）,圆管道：,非圆截面管道：,雷诺数相同则液体流动状态相同。,第五节 孔口和缝隙流量,一、孔口液流特性 ： 在液压系统的管路中，装有截面突然收缩的装置，称为节流装置(如节流阀)。,当小孔的通流长度与孔径之比l/d05时称之为薄壁小孔，如图1-10所示。 收缩现象：1-1截面处流速较低，流过小孔时液体质点突然加速，惯性力作用下形成收缩面2-2.这一过程造成能力损伤，使油液发热。 收缩系数：收缩截面面积与孔口截面面积之比。,1流经薄壁小孔的流量,二流经细长小孔的流量计算： 所谓细长小孔，一般指小孔的长径比ld4时的情况。液体流经细长孔时，一般都是层流状态。可由层
9、流流量计算公式获得细长小孔流量：,薄壁小孔的流量:,影响流量的因素： 粘度（油温） 压力差 节流阀等元件做成薄壁孔形式,例：如图液压系统中，已知泵的流量 ，液压缸内径100mm，负载F=30KN,回油腔压力近似为零，液压缸的进油管d=20mm，总长即为管的垂直高度H=5m，进油路总的局部阻力系数 ，油液密度为 ，工作温度下的运动粘度 求：泵的供油压力。,解题思路： 1.多两截面需要用到伯努力方程 2.求出两个截面的速度 3.求出两截面的动能系数 4.分析层流还是紊流 5.确定压力损失系数，沿程压力损失，局部压力损失。（本题中局部压力损失已知）,在截面1-1和截面2-2之间列伯努力方程：,1-1
10、面为层流：,2-2面为层流：,第六节 空穴现象和液压冲击,空穴现象: 流动的液体，如果压力低于其空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液体中充满大量的气泡，这种现象称为空穴现象。,气蚀现象: 由于空穴现象产生的气泡随液体流到较高压力处，气泡承受不了高压而破裂，产生局部液压冲击。当附着在金属表面的气泡破灭，它所产生的局部高温高压会使金属剥落。,液压冲击,在液压系统中，由于某种原因使液体压力突然产生很高的峰值，这种现象称为液压冲击。,产生原因：阀门突然关闭或运动部件快速制动的场合,第二章 液压动力元件,液压系统组成： 液压执行元件 液压动力元件 液压控制元件 液压辅助元件 液压
11、系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵将原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为工作液体的压力能, 是一种能量转换装置。,第一节 液压泵概述 第二节 齿轮泵 第三节 叶片泵 第四节 柱塞泵 第五节 液压泵的噪声 第六节 液压泵的选用,本章目录,常用的液压泵及液压马达按其结构形式可分为三大类：,齿轮式,叶片式,柱塞式,齿轮式液压泵,齿轮式液压马达,叶片式液压泵,叶片式液压马达,柱塞式液压泵,柱塞式液压马达,第一节 液压泵概述,一.液压泵的工作原理及特点 1. 液压泵的工作原理 液压泵是靠密封容腔容积的变化 来工作的。一般称为容积式液压泵。 当凸轮1由原动机带动旋转,1凸
12、轮 ；2柱塞；3泵体 4弹簧；5.6单向阀,2.液压泵的特点,（1) 具有若干密封而又可以周期性变化的的空间 容积由小变大-吸油；容积由大变小-压油 （2）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力 这是容积式液 压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须 与大气相通，或采用封闭的充压油箱。 （3）具有相应的配流机构（单向阀、油箱） 将吸液腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。液压泵地结构原理不同，其配流机构也不相同。,二.液压泵的主要性能参数,流量与排量,（1） 排量V 指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。 可见，排量的大小只与液压泵中密封工作
13、容腔的几何尺寸和个数有关。 （2） 理论流量qt 指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量V 和泵轴转数n的乘积，即,液压泵的功率,1）输入功率Pi 驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，即,2）输出功率po 液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差p的乘积。,第二节 齿轮泵,液压泵分为定量泵和变量泵。齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，结构上分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。外啮合齿轮泵应用广泛。,一.外啮合齿轮泵,（一）外啮合齿轮泵的工作原理,右侧的齿轮逐渐脱离啮合，密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的
14、吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。,（三）外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点,外啮合齿轮泵的泄漏、困油和径向液压力不平衡 是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。,1.泄漏,外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：齿轮端面和端盖间（泄漏量75% 80%） ；齿轮外圆和壳体内孔间以及两个齿轮的齿面啮合处。,2.困油,为了使齿轮平稳地啮合运转，根据齿轮啮合原理，齿轮的重叠系数应该大于1,即存在两对轮齿同时进入啮合的时候。,封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小以后又逐渐增大。,容腔减小： 容腔增大：,使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，同时也使轴承受到不平衡负载的作用 ；,
15、会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。,消除困油方法,开槽原则： 封闭容腔减小，让卸荷槽与泵的压油腔相通，这样可使封闭容腔中的高压油排到压油腔中去； 封闭容腔增大，使卸荷槽与泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。,两 端盖板 上开一对矩形 卸荷槽,注意事项： 在开卸荷 槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。若卸荷槽间距过大则困油现象不能彻底消除。,3.径向不平衡力,原因：1.压油腔压力高 ， 吸油腔压力低 2.压力油沿齿顶圆周泄漏使压力沿齿轮旋转方向递增 工作压力越大，径
16、向不平衡力越大。 后果：轴弯曲，齿顶接触泵体。 解决办法：减小压油口，单向旋转。,第三节 叶片泵,叶片泵按结构可分为单作用式(完成一次吸、排油液)和双作用式（完成两次吸、排油液）两大类。 单作用叶片泵多用于变量泵，双作用叶片泵均为定量泵。,一.单作用叶片泵,密封容腔：转子转动时，于离心力作用，叶片顶部始终压在定子内圆表面上。,1.单作用叶片泵工作原理 （密封容积和变化）,吸油腔和压油腔：,二.双作用叶片泵(定量泵),定子,配油盘,工作原理：密封容积和变化,叶片数：当叶片数为4的整数倍并且大于8。,定子曲线：,叶片倾角：为保证叶片所受合理与运动方向一致，减少叶片受弯的力，叶片前倾一定角度。,径向力：转轴所受径向力平衡，无径向不平衡力。,根部通油：,定量泵：双作用叶片泵转一转，吸。压油各两次，为定量泵泵。,结构特点：,三.限压式变量叶片
