液压传动第1章

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1、第1章 液压与气动系统的认识,1.1 液压传动的认识 1.2 认识压力和流量 1.3 气压传动的认识,1.1 液压传动的认识,1.1.1 任务说明 观察M1432A型万能外圆磨床的工作过程。重点观察其工作台实现纵向往复运动的方式。在实验台上操作磨床工作台液压传动系统，控制其往复运动，调节其速度，了解系统的组成，把组成元件归为以下四类: (1)动力元件; (2)执行元件; (3)控制元件; (4)辅助元件。,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,1.1.2 理论指导 1.液压传动系统的组成 如图1-1所示为M1432A型万能外圆磨床。它是应用最普遍的外圆磨床，主要用于磨削外圆柱面和圆锥面，还可以

2、磨削内孔和台阶面等。机床工作台纵向往复运动、砂轮架快速进退运动和尾座套筒缩回运动都是以油液为工作介质，使用液压传动系统来传递动力。那么，什么是液压传动系统呢？它是如何工作的呢？ 图1-2(a)为磨床工作台液压系统工作原理图。液压泵3在电动机(图中未画出)的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵，然后压力油将通过节流阀5和换向阀6，如果换向阀6此时处于如图1-2(b)所示的状态，油液将进入液压缸7的左腔，推动活塞8和工作台9向右移动，液压缸7右腔的,上一页,返回,下一页,1.1 液压传动的认识,油液经换向阀6排回油箱。如果将换向阀6转换成如图1-2 (c)所示的状态，则压力油进入液压缸7

3、的右腔，推动活塞8和工作台9向左移动，液压缸7左腔的油液经换向阀6排回油箱。工作台9的移动速度由节流阀5来调节。当节流阀开度增大时，进入液压缸7的油液增多，工作台的移动速度增大;当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。液压泵3输出的压力油除了进入节流阀5以外，还通过打开溢流阀4流回油箱。如果将手动换向阀6转换成如图1-2(a)所示的状态，液压泵输出的油液经手动换向阀6流回油箱，这时工作台停止运动。 在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用国标GB/T 786.1-93所规定的液压图形符号来绘制，如图1-3所示。用图形符号既便于绘制，又可使液压系统简单明了。,下一页,返回,上一页,1.1 液压传

4、动的认识,液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成: (1)液压泵(动力元件):其功能是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件，为系统提供动力。 (2)执行元件:液压缸和液压马达，它们的功能是把液体压力能转换成机械能，以驱动工作机构的元件。 (3)控制元件:包括压力、方向、流量控制阀，它们的作用是控制和调节系统中油液的压力、流量和流动方向，以保证执行元件达到所要求的输出力(或力矩)、运动速度和运动方向。 (4)辅助元件:保证系统正常工作所需要的辅助装置，如管道、管接头、油箱、滤油器等。,上一页,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,2.液压传动的应

5、用 由于液压传动具有质量轻、结构紧凑、惯性小、传递运动均匀平稳等优点，因此在国民经济各行业有着广泛的应用。表1-1列举了液压传动的部分应用实例。 1.1.3 任务实施 观察M1432A型万能外圆磨床的工作过程后，操作实验台上的磨床工作台模拟控制系统，指出图1-4中各组成部分的名称及作用。,上一页,返回,1.1 液压传动的认识,1.1.4 知识拓展 （一）工作介质 液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的。液压工作介质一般称为液压油(有部分液压介质已不含油的成分)。 1.液压介质特性 液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，对液压系统的工作介质的基本要求如下: (1)有适当的黏度和良好

6、的黏温特性。液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种,下一页,返回,上一页,1.1 液压传动的认识,内摩擦力，这一特性为液体的黏性，液体只在流动时才呈现黏性，而静止液体不呈现黏性。液压油的黏性对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。 液体黏性的大小用黏度来表示。黏度是选择工作介质的首要因素。黏度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，黏度过低会增加系统的泄漏，并使液压油膜支承能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适的黏度范围，同时在温度、压力变化下和剪切力作用下，油的黏度变化要小。,上

7、一页,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,(2)氧化安定性和剪切安定性好。 (3)抗乳化性、抗泡沫性好。 (4)闪点、燃点要高，能防火、防爆。 (5)有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。 (6)对人体无害，成本低。 2.液压介质的分类 液压传动介质按照GB/T 7631.2-87(等效采用ISO 6743/4)进行分类，主要有石油基液压油和难燃液压液两大类。其简介如表1-2所列。,上一页,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,（二）液压缸 液压缸可按结构特点分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸三类;按其供油的不同分为单作用式和双作用式两种。其中，单作用式液压缸中液压力只能使

8、活塞(或柱塞)单方向运动，而反方向运动必须依靠外力(如弹簧力或自重等)实现;双作用式液压缸的液压力可实现两个方向运动。 1.双活塞杆液压缸 双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，两端活塞杆的直径通常是相等的，如图1-5所示。其活塞两侧都可以被加压，因此它们都可以在两个方向上做功。,上一页,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,2.单活塞杆液压缸 单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞两端的有效作用面积不等，如果以相同的流量的压力油分别进入液压缸的左、右腔，活塞移动的速度和在活塞上产生的推力是不一样的。其结构图及图形符号如图1-6所示。 3.柱塞式液压缸 图1-7为柱塞式液压缸的结构简图。柱

9、塞缸由缸筒、柱塞、导向套、密封圈和压盖等零件组成。柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等外力来完成。,上一页,下一页,返回,1.1 液压传动的认识,4.摆动式液压缸 摆动式液压缸能实现小于360o的往复摆动运动。由于它直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。 如图1-8(a)所示为单叶片摆动液压缸。它的摆动角较大，可达300o。单叶片摆动液压缸主要有叶片1、摆动轴2、定子块3、缸体4等主要零件组成。两个工作腔之间的密封靠叶片和隔板外缘所嵌的框形密封件来保证。定子块固定在缸体上，而叶片

10、和摆动轴联结在一起。当两油口相继通过压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。 摆动缸结构紧凑，输出转矩大，单密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动、转位或间歇运动的地方。,上一页,返回,1.2 认识压力和流量,1.2.1任务说明 如图1-3所示的磨床工作台液压系统，观察液压缸在不同速度和负载情况下的运动规律。 1.2.2理论指导 物理学将单位面积上所承受的法向力定义为压强，在液压技术中习惯称之为压力。用符号P来表示压力。 1.压力的表示 根据度量标准的不同，液体压力分绝对压力和相对压力。若以绝对真空为基准来度量的液体压力，称为绝对压力;若以大气压为基准来度量的液体压力，称为相对压力。相对压力

11、也称表压力。它们与大气的关系为: 绝对压力=相对压力+大气压力,下一页,返回,1.2 认识压力和流量,在一般的液压系统中，某点的压力通常是指表压力;凡是用压力表测出的压力，都是指表压力，如图1-9所示。 2.流速与流量 油液在管道中流动时，与其流动方向垂直的截面称为过流断面(或通流截面)。液压传动是靠流动着的有压油液来传递动力，油液在有油管或液压缸内流动的快慢称为流速。因为液体有黏度，流动的液体在油管或液压缸截面上的每一点的速度并不完全相等，因此通常说的流速都是平均值。流速用v表示，其单位为m/s。 单位时间内流过某通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，其单位为m3/s。,上一页,下一页,返

12、回,1.2 认识压力和流量,1.2.3任务实施 如图1-3所示的液压传动系统，改变液压缸的负载，观察压力表的变化;调节节流阀的开度，观察速度和流量表的变化。 1.给液体缸从零开始逐步加载，可以看到，当F=0时，即没有负载时，压力也就不存在;负载增大，泵的输出压力，即工作压力也随之增大，说明泵的工作压力取决于工作负载。 2.从零开始逐步打开节流阀，可以看到，当流量q=0时，液压缸的速度v=0,即没有流量就没有速度;q增大时，v也随之增大，这就是说，速度取决于流进液压缸工作腔内的液体流量。,上一页,下一页,返回,1.2 认识压力和流量,1.2.4 知识拓展 一、流体传动的工作原理 液压与气压传动的

13、工作原理基本相似，如图1-10所示为手动液压千斤顶工作原理，以它为例说明液压与气压传动的工作原理。 下面分析液压千斤顶两活塞之间力的关系，运动关系和功率的关系，说明液压传动的基本特征。,上一页,下一页,返回,1.2 认识压力和流量,上一页,下一页,返回,1.力的关系 当大活塞上有重物负载时，其下腔的油液将产生一定的液体压力 即 （1-1） 在千斤顶工作中，从小活塞到大活塞之间形成了密封的工作容积，根据帕斯卡原理“在密闭容器中由外力作用在液体的表面上的压力可以等值地传递到液体内部的所有各点”，因此要顶起重物，在小活塞下腔就必须产生一个等值的压力 ，即小活塞上施加的力为 （1-2） 可见在活塞面积

14、 、 一定的情况下，液体压力 取决于举升的重物负载，而手动泵上的作用力 ，则取决于压力 。,1.2 认识压力和流量,所以，被举升的重物负载越大，液体压力 越高，手动泵上所需的作用力 也就越大；反之，如果空载工作，且不计摩擦力，则液体压力 和手动泵上的作用力 都为零。液压传动的这一特性，可以简略的表述为“工作压力取决于工作负载”。 2.运动关系 由于小活塞到大活塞之间为密封工作容积，根据质量守恒定律，小活塞向下压出油液的体积必然等于大活塞向上升起时流入的油液体积，即 （1-3） 上式两端同除以活塞移动时间t得 （1-4）,上一页,下一页,返回,1.2 认识压力和流量,上一页,返回,下一页,或 （

15、1-5） 式中 表示单位时间内液体流过某截面的体积。由于活塞面积 、 已定，所以大活塞的移动速度 只取决于进入液压缸的流量 。这样，进入液压缸的流量越多，大活塞的移动速度 也就越高。液压传动的这一特性，可以简略的表述为“速度取决于流量”。 这里要指出的是，以上两个特征是独立存在的，互不影响。不管液压千斤顶的负载如何变化，只要供给的流量一定，活塞推动负载上升的运动速度就一定；同样，不管液压缸的活塞移动速度怎样，只要负载一定，推动负载所需的液体压力则确定不变。,1.2 认识压力和流量,二、流体静力学 液体静力学是研究液体处于相对平衡状态下的力学规律和对这些规律的实际应用。 这里所说的相对平衡是指液

16、体内部质点与质点之间没有相对位移;至于液体整体，可以是处于静止状态，也可以如刚体似的随同容器做各种运动。 在相对平衡的状态下，外力作用于静止液体内的力是法向的压应力，称为静压力。 在密闭容器中由外力作用在液体的表面上的压力可以等值地传递到液体内部的所有各质点，这就是著名的帕斯卡原理，或称为静压力传递原理。,下一页,返回,上一页,1.2 认识压力和流量,如图1-11所示，油液充满于密闭的液压缸左腔，当活塞受到向左的外力F作用时，液压缸左腔内的油液(被视为不可压缩)受活塞的作用，处于被挤压状态，油液中各质点都受到大小为F的静压力。 同时，油液对活塞有一个反作用力FP而使活塞处于平衡状态不考虑活塞的自重，则活塞平衡时的受力情形如图1-12所示。作用于活塞的力有两个，一个是外力F，另一个是油液作用于活塞的力FP，两力大小相等，方向相反。设活塞的有效作用面积为A，活塞作用在油液单位面积上的力为F/A。油液单位面积上承受的作用力称为压强，在工程上习惯称为压力，单位为帕，用符号P表示。即 P=F/A