液压与气动技术第1章_液压与气压传动基础

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1、第1章 液压与气压传动基础 1.1 液压与气压传动的工作原理 1.2 液压与气压传动的组成 1.3 液压与气压传动的优、缺点 1.4 液压与气动技术的应用与发展概况 1.5 液压与气动技术的基木理论 1.1 液压与气压传动的工作原理 1. 1. 1 概述 液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一 特别是近年来.随着机电一体化技术的发展.与微电子、计算 机技术相结合.液压与气压传动进入了一个新的发展阶段.其 广泛地应用在机械制造业、起重设备、矿山机械、工程机械 、农业机械、化工机械及军事行业中。特别是在机床行业中 应用液压与气压传动技术实现机床往复、机床回转、机床进 给、机床仿行及各

2、种辅助运动。 液压与气压传动技术是以流体液压油液(或压缩空气)为工 作介质进行能量传递和控制的一种传动形式.它们的工作原理 基本相同。 下一页返回 1.1 液压与气压传动的工作原理 1. 1. 2 液压传动的工作原理 液压传动是指用液体作为工作介质.借助于液体的压力能进行 能量传递和控制的一种传动形式。利用各种元件组成不同功 能的基本控制回路.再由基本控制回路根据系统要求组成具有 一定控制机能的液压传动系统。 液压千斤顶是机械行业常用的工具.常用这个小型工具顶起较 重的物体。下面以它为例简述液压传动的工作原理。图1-1 所示为液压千斤顶的工作原理。千斤顶有两个液压缸1和6. 内部分别装有活塞.

3、活塞和缸体之间保持良好的配合关系.不 仅活塞能在缸内滑动.而且配合面之间又能实现可靠的密封。 当向上抬起杠杆时.液压缸1的活塞向上运动.液压缸1的下腔 容积增大形成局部真空.单向阀2关闭.油箱4的油液在大气压 作用下经吸油管顶开单向阀3进入液压缸1下腔.完成一次吸 油动作当向下压杠杆时.液压缸1活塞下移. 上一页 下一页返回 1.1 液压与气压传动的工作原理 液压缸1下腔容积减小.油液受挤压.压力升高.关闭单向阀3, 液压缸1腔的压力油顶开单向阀2.油液经排油管进入液压缸6 的下腔.推动大活塞上移顶起重物。如此不断上下扳动杠杆就 可以使重物不断升起.达到起降的目的。 1. 1. 3 气压传动的

4、工作原理 气压传动的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其他原动 机输出的机械能转变为空气的压力能.然后在控制元件的控制 和辅助元件的配合下.通过执行元件把空气的压力能转变为机 械能.从而完成直线或回转运动并对外做功。 上一页 下一页返回 1.1 液压与气压传动的工作原理 图1-2所示为钻床工作台的工作原理。将工件从手中放到夹 具中.接着按下启动按钮.使夹具气缸冲出.当气缸将工件夹紧 后.钻床对工件钻眼.钻完后钻臂返回，与此同时.喷嘴将碎屑 吹掉.然后夹具气缸松开。 上一页返回 1.2 液压与气压传动的组成 1. 2. 1 液压传动的组成 图1-3所示为一简化的组合机床液压传动系统.其工作原理如

5、 下。 定量液压泵3由电动机驱动旋转.从油箱1经过滤油器2吸油。 当换向阀5的阀芯处于图示位置时.压力油经流量控制阀4、 换向阀5和管道9进入液压缸7的左腔.推动活塞向右运动。液 压缸右腔的油液经管道6、换向阀5和管道10流回油箱。改 变换向阀5的阀芯的位置.使之处于左端时.液压缸活塞将反向 运动。改变流量控制阀4的开口.可以改变进入液压缸的流量. 从而控制液压缸活塞的运动速度。液压泵排出的多余油液经 溢流阀11和管道12流回油箱。液压缸的工作压力决定于负 载。 下一页返回 1.2 液压与气压传动的组成 液压泵的最大工作压力由溢流阀11调定.其调定值为液压缸 的最大工作压力及系统中油液经阀和管

6、道的压力损失的总和 。因此.系统的工作压力不会超过溢流阀的调定值.溢流阀对 系统还起着过载保护作用。工作台的运动速度取决于流量大 小.由流量控制阀4调节。 从上述例子可以看出一个完整的液压系统由以下4部分组成 能源装置 执行装置 控制装置 辅助装置 上一页 下一页返回 1.2 液压与气压传动的组成 1.2.2 气压传动的组成 气压传动的工作原理如图1-4所示。 气压传动的组成部分及各部分的作用如下。 气压发生装置:获得压缩空气的能源装置.其主体部分是空 气压缩机。 执行机构:将压缩空气的压力能转化为机械能的装置.如气 缸、气马达。 控制元件:控制压缩空气的流量、压力、方向以及执行元件 工作程序

7、的元件.如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀、 逻辑元件等。 辅助元件:使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接等 所需的装置.如过滤器、油雾器等 上一页返回 1.3 液压与气压传动的优、缺点 1. 3. 1 液压传动的优、缺点 1.优点 体积小.重量轻.结构紧凑。 运动比较平稳.能在低速下稳定运动.易于实现快速启动、 制动和频繁换向。 可在大范围内实现无级调速。 容易实现自动化.操纵方便。 易于实现过载保护且液压件能自行润滑.因此使用寿命较长 。 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化.所以液压 系统的设计、制造、使用都比较方便。 下一页返回 1.3 液压与气压传动的优、缺点 2.缺点

8、液压传动不能保证严格的传动比。 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失。 液压传动对油温的变化比较敏感.它的工作稳定性容易受到 温度变化的影响.因此不宜在温度变化很大的环境中工作。 为了减少泄漏.液压元件在制造精度上的要求比较高.因此 其造价较高.且对油液的污染比较敏感。 液压传动出现故障的原因较复杂.而且查找困难。 上一页 下一页返回 1.3 液压与气压传动的优、缺点 1.3.2 气压传动的优、缺点 1.优点 采用空气作为传动介质.来源方便.取之不尽.用后直接排入 大气而不污染环境.且不需回气管路。 气动系统结构较简单.安装自由度大.使用、维护方便.使用 成本低。 空气对环境的适应性强.特别

9、是在高温、易燃、易爆、高尘 埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中.比液压、电气及电子控 制都优越。 上一页 下一页返回 1.3 液压与气压传动的优、缺点 空气的黏度很小.在管路中流动时的压力损失小.管道不易 堵塞.空气也没有变质问题.所以节能、高效。它适用于集中 供气和远距离输送。 与液压传动相比.气压传动反应快.动作迅速一般只需0. 020. 03 s就可建立起需要的压力和速度因此.它特另al适 用于实现系统的自动控制 调节控制方便.既可组成全气动控制回路.也可一与电气、 液压结合实现混合控制。 上一页 下一页返回 1.3 液压与气压传动的优、缺点 2.缺点 由于空气的可压缩性大.所以气动系统的

10、稳定性差.负载变 化时对工作速度的影响较大.速度调节较难。 由于工作压力低.且结构尺寸不易过大.所以气动系统不易 获得较大的输出力和力矩。因此.气压传动不适用于重载系统 。 空气无润滑性能.故在系统中需要润滑处应设润滑给油装置 。 总体来说.液压与气压传动的优点是主要的.其缺点将随着科 学技术的发展会不断得到克服。例如.将液压传动、气压传动 、电力传动、机械传动合理地联合使用.构成气液、电液(气) 、机液(气)等联合传动.以进一步发挥各自的优点.相互补充. 弥补某些不足之处。 上一页返回 1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况 液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。在工 程机械、冶

11、金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航 空和机床行业中.液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、 空间技术、电子技术等方面的发展.液压技术向更广阔的领域 渗透.发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动 化技术现今.采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业化 发展水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机 械、90%的数控加工中心、95%以上的自动生产线都采用 了液压传动。 下一页返回 1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况 随着液压机械自动化程度的不断提高.液压元件应用数量急剧 增加.元件小型化、系统集成化是发展的必然趋势。特别是近 十年来.液压技术与传感技术、微电子技术密

12、切结合.出现了 许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机(液 )电一体化元器件.使液压技术在高压、高速、大功率、节能 高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大 进展。无疑.液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助试验(CAT)和计算机实时控制也是当前液压技 术的发展方向。 上一页 下一页返回 1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况 近年来气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工 业等重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行 各业。和液压技术一样.当今气动技术亦发展成包含传动、控 制与检测在内的自动化技术.成为柔性制造系统(FMS)在包 装

13、设备、自动生产线和机器人等方面不可缺少的重要手段。 由于工业自动化以及FMS的发展.要求气动技术以提高系统可 靠性、降低总成本与电子工业相适应为目标.进行系统控制技 术和机电液气综合技术的研究和开发。显然.气动元件的微型 化、节能化、无油化是当前的发展特点.与电子技术相结合产 生的自适应元件.如各类比例阀和电气伺服阀.使气动系统从 开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气动 技术的发展提供了更加广阔的前景。 上一页返回 1.5 液压与气动技术的基木理论 1. 5. 1 液压油的性质及选用 1.液压油的用途 传递运动与动力:将泵的机械能转换成液体的压力能并传至 各处.由于油本身具有黏度

14、.在传递过程中会产生一定的动力 损失。 润滑:液压元件内各移动部位.都可受到液压油充分润滑.从 而减低元件磨耗。 密封:油本身的钻性对细小的间隙有密封的作用。 冷却:系统损失的能量会变成热.被油带出。 下一页返回 1.5 液压与气动技术的基木理论 2.液压油的主要性质 密度:单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V.质量 为m的液体.密度为 可压缩性:液体受压力作用而发生体积减小的性质称为可压 缩性。若液压油中混入空气时.其可压缩性将显著增加，并将 严重影响液压系统的工作性能。 上一页 下一页返回 （1.1） 1.5 液压与气动技术的基木理论 黏性:液体在外力作用下流动时.分子间的内聚力阻碍

15、分子 之间的相对运动而产生一种内摩擦力的这种特性.叫做液体的 钻性。液体只有在流动时才呈现出黏性.静止液体是不呈现黏 性的。 黏性使流动液体内部各处的速度不相等。如图1-5所示.若两 平行平板间充满液体.下平板不动.而上平板速度u0向右平动 。 实验测定指出:液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ft与液层接 触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比.即 上一页 下一页返回 （1.2） 1.5 液压与气动技术的基木理论 式中 为比例常数称为钻性因数或黏度。如以表示切应力. 即单位面积上的摩擦力.则 由式(1.2)可知.在静止液体中.速度梯度为零.内摩擦力为零. 故液体在静止状态下是不呈现黏性的。 黏

16、度是衡量液体钻性的指标。常用的黏度有动力黏度、运动 黏度和相对黏度.下面仅介绍前两者。 动力黏度。动力黏度可由式(1.3)导出，即 动力黏度的单位为帕秒(PaS)或Ns/m2 上一页 下一页返回 （1.3） （1.4） 1.5 液压与气动技术的基木理论 运动黏度。动力黏度与液体密度之比叫做运动黏度. 即 相对黏度(又称条件黏度)。常用的有恩氏黏度:200 mL直 径2. 8 mm.同一温度下与蒸馏水的时间比较. 其他性质。液压油还有其他一些性质.如稳定性(热稳定性 、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等)、抗泡沫性、抗 乳化性、防锈性、润滑性及相容性(对所接触的金属、密封材 料、涂料等作用程度)等.都对它的选择和使用有重要影响。 这些性质需要在精炼的矿物中加入各种添加剂来获得。 上一页 下一页返回 （1.5） 1.5 液压与