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1、第五章液压传动基础知识,任务一 液压传动概述,液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式。 液压控制技术是研究以液体作为工作介质，利用液体压力进行能量传递和自动控制的一门技术。 液压控制技术具有许多优点，被广泛地应用于机械制造、工程建筑等各个领域。特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术互相结合，液压控制技术的发展进入了一个崭新的阶段,活动1 液压传动工作原理,液压千斤顶的工作原理 简化模型图 液压千斤顶由液压泵和液压缸两部分构成。液压泵(手动柱塞泵)由杠杆1、泵体2、小活塞3及单向阀5和7组成。液压缸由缸体10和大活塞9组成，为确保液压千斤顶正常工作
2、，活塞与缸体、活塞与泵体接触面之间的配合既要使活塞在缸体和泵体中移动，又要形成可靠的密封,活动1 液压传动工作原理,结论：液压传动是依靠密封的变化来传递运动、依靠油液内部的压力来传递动力的。液压传动装置实质上就是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能，以驱动工作机构完成各种要求动作。,活动2 液压系统的组成,通过对液压千斤顶的工作原理分析可以看出，液压传动系统除工作介质外，主要由动力元件、执行元件、控制调节元件和辅助元件4部分组成,活动3 液压系统的图形符号,为了简化图形，我国制订了一套液压元件的图形符号，一般液压系统原理图都应按照国家标准规定的图形符
3、号来绘制,活动4 液压传动系统的优缺点,1.液压传动系统的优点 （1）易于获得很大的力或力矩，并易于控制。 （2）易于在较大范围内实现无级调速。 （3）传动平稳，便于实现频繁换向和自动防止过载。 （4）便于采用电液联合控制以实现自动化。 （5）各液压元件在油中工作，润滑性好，使用寿命长。 （6）液压元件易于实现标准化、通用化、系列化。,活动4 液压传动系统的优缺点,2.液压传动系统的缺点 （1）由于泄漏及液体的可压缩性，无法保证严格的传动比，影响执行元件运动的准确性。 （2）液压油对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度条件下工作。 （3）由于不可避免的泄漏及能量损失，因而效率较低，不宜作
4、远距离传动。 （4）液压系统出现故障时，不易查找原因。 液压控制技术的优点是十分突出的，它的缺点随着科学技术和生产水平的提高正在逐步克服，因而它在现代生产中有着广阔的应用前景。,任务二 液压油 活动1 液压油的有关物理性质,液压油是液压传动的工作介质，了解液压油的工作性质，掌握其正确的选用方法，才能保证系统可靠有效地工作 1密度 单位体积液体的质量称为该液体的密度，用 表示。即 (kgm3) m液体的质量，单位：千克(kg)； V液体的体积，单位：米3(m3)。,活动1 液压油的有关物理性质,2可压缩性 液体受压力作用后其体积减小的性质称为液体的可压缩性。液体的可压缩性很小，一般情况下可以忽略
5、不计。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，要考虑液体的可压缩性。 3黏性和黏度 液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力阻碍其分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种特性称做液体的黏性。,活动1 液压油的有关物理性质,液体流动时，由于液体和固体壁面间的附着力以及液体本身的黏性，会使液体内部各液层间的速度大小不等 当两平行板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律分布,活动1 液压油的有关物理性质,4黏度与温度、压力的关系 温度对油液的黏度影响较大，随着温度升高，油液的黏度将下降。 当液体所受的压力增加时，其分子间的距离减小，内聚力增大，黏度也随之增大。对一般液压系统，当压力在
6、20MPa以下时，压力对黏度的影响不大，通常忽略不计。,活动2 液压油的选用,液压油在液压传动中不仅起传递能量的作用，而且还对液压传动中液压元件起润滑、冷却和防锈的作用。液压油的选择主要是根据工作条件选用适宜的黏度。 (1)环境温度 环境温度较高时，宜选用黏度较大的液压油。 (2)液压系统的工作压力 系统工作压力较高时，宜选用黏度较大的液压油，以减少泄漏。 (3)运动速度 执行元件运动速度较高时，宜选用黏度较小的液压油，以减少由于液体摩擦而造成的损失。 (4)液压泵的类型在液压系统的所有元件中，以液压泵对液压油的性能最为敏感。因此常根据液压泵的类型及要求来选择液压油的黏度。,活动2 液压油的选
7、用,LHL型常用液压油的代号及运动黏度,任务三 液体力学 活动1 液体的静压力,1.静压力 当液体处于相对静止时，液体单位面积上所受的法向力称为压力，在物理学中称为压强，通常用p表示。若在面积为A的液体上作用力为F，则压力的计算公式 为 液体静压力具有下列两个特性。 （1）液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该面的内法线方向一致。 （2）静止液体内任意点处所受到的静压力在各个方向上都相等。,活动1 液体的静压力,2.压力的表示方法 压力的表示方法有两种，即绝对压力和相对压力。绝对压力是以零压力为基准的压力，相对压力是以大气压力为基准的压力。绝大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，所以相对压力
8、也称为表压力。相对压力与绝对压力的关系为 相对压力=绝对压力大气压力 当绝对压力低于大气压力时，比大气压力小的那部分数值称为真空度。即 真空度=大气压力绝对压力,活动1 液体的静压力,绝对压力、相对压力和真空度的相对关系,活动1 液体的静压力,3.压力的传递帕斯卡原理 由静压力基本方程式 p=p0+h 可知，液体中任何一点的压力都包含有液面压力p0，或者说液体表面的压力p0等值的传递到液体内所有的地方。这称为帕斯卡原理或静压传递原理,帕斯卡原理应用实例,图中是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关系的实例。图中垂直、水平液压缸截面积为A1、A2；活塞上负载为F1、F2。两缸互相连通，构成一个密闭容器
9、，则按帕斯卡原理，缸内压力到处相等，p1=p2，于是F2F1 . A2/A1，如果垂直液缸活塞上没负载，则在略 去活塞重量及其它阻力 时，不论怎样推动水平 液压缸活塞，不能在液 体中形成压力。,活动1 液体的静压力,4、液体作用在固体壁面的力 静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压力作用力总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。在液压传动计算中质量力(pgh)可以忽略，静压力处处相等，所以可认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。 当固体壁面是一个平面时，面积A为平面上的承压面积；当固体壁面为曲面时，面积A为在这个作用力方向上的投影面积。,活动2 液体动力学,液体
10、动力学是研究作用在液体上的力与液体运动之间的关系 1基本概念 （1）理想液体 既无黏性又不可压缩的假想液体称为理想液体；既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。 （2）稳定流动 液体流动时，若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称为稳定流动(亦称定常流动、恒定流动)。反之，只要压力、速度和密度中有一个随时间而变化的流动，就称为非稳定流动(非定常流动、非恒定流动)。,活动2 液体动力学,（3）过流断面、流量和平均流速 过流断面：液体流动时，垂直于液体流动方向的截面称为过流断面(或称通流截面)，常用A表示。 流量：单位时间内流过某过流断面液体的体积称为流量 平均流速：单位时间t内流过
11、过流断面的流量,活动2 液体动力学,2.连续性方程 当液体在管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一截面的液体质量必然相等。如图所示，管道的两个通流面积分别为A1、A2，液体流速分别为v1、v2，液体的密度为， 则 v1A1=v2A2=常量 即: v1A1=v2A2=Q常量 或 v1/v2=A2/A,3.伯努力方程,（1）理想液体的伯努力方程 理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。在图中任意取两个截面A1和A2，它们距离基准水平面的坐标位置分别为Z1和Z2，流速分别为v
12、1、v2， 压力分别为p1和p2，根据能量守 恒定律有： P1/r+z1+v12/2g=P2/r+z2+v22/2g 可改写成 P/r+z+v2/2g=常量,3.伯努力方程,（2）实际液体的伯努力方程 实际液体具有粘性，当它在管中流动时，为克服内摩擦阻力需要消耗一部分能量，所以实际液体的伯努利方程为： P1/r+Z1+V12/2g=P2/r+Z2+V22/2g+hw ( 注：hw以水头高度表示的能量损失。) 当管道水平放置时，由于z1=z2，方程可简化为： P1/r+V12/2g=P2/r+V22/2g+hw 当管道为等径直管且水平放置时，方程可简化为： P1/r= P2/r+hw,4.动量方
13、程,动量方程是刚体力学中的动量定理在流体力学中的具体应用。动量方程是用来分析流动液体与限制其流动的固体壁面问相互作用力的大小及方向的。动量定理指出：作用在物体上的力的大小等于物体在力所作用方向上的动量变化率 在管流中，任意取出被通流截面1、2，截面上的流速为v1、v2。该段液体在t时刻的动量为（mv)，于是有： F（mv)/tQ(v2 v1） 上式即为液体稳定流动时的动量方程。等式左边为作用于控制体积上的全部 外力之和，等式右边为液体的动量变化率。上式表明：作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出 与流入控制表面的液体动量之差。,任务四 液体流动时的压力损失,液体在管路中流动，为了克服
14、油液分子之间、油液与管壁之间的内、外摩擦力，必然造成压力损失，它主要包括： （1）沿程压力损失 （2）局部压力损失,任务四 液体流动时的压力损失,1.沿程压力损失 液体在等径直管中流动，因内、外摩擦力而产生的压力损失称为沿程压力损失。它主要决定于液体的流速、黏性管路的长度和管路的内径等。故液体流经等径d的直管时在管长l上的压力损失计算公式为 管路越长，流速越快，则沿程压力损失越大；管径增大，沿程压力损失减小。,任务四 液体流动时的压力损失,2.局部压力损失 由于管道截面形状的突然变化(如突然扩大、收缩、分流、集流)和液流方向突然改变引起的压力损失，称为局部压力损失。在液压系统中，由于各种元件的结构形状、布局等原因，这种损失是主要的。 压力损失实际上就是能量的损失并转化为热能，使油温升高，进而带来泄漏增多，传动效率降低，影响液压系统的工作性能。 应尽量采用光滑内壁的管道，尽量缩短管路长度，减少截面突变及管道弯曲。,
