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1、 液压与气压传动 HYDRAULIC AND PENUMATIC TRANSMISSION 1 课程性质 2 课程目的与任务 3 教学内容与学时安排 4 考核与成绩评定 5 教材及参考书 1 课程性质 机械电子工程专业一门重要的专业课程 先修课程 工程制图 机械制造技术基础 机械设计基 础等 2 课程目的与任务 l掌握液压与气压传动必要的理论知识 l掌握液压与气压传动元件的结构 工作原理及性能 并能合理选用 l掌握液压与气压传动典型基本回路的组成 工作原理 与特点 并能合理选用 l具备对液压与气压系统初步的分析与应用能力 为今 后进一步应用液压与气压传动技术打好基础 3 教学内容与学时安排 内
2、容 学 时 理 论 实 验 实验项目 第一章 概述11 第二章 液压流体力学基础22 第三章 液压泵22 第四章 液压执行元件22 第五章 液压控制阀及其应用44 第六章 液压系统的辅助装置11 第七章 液压系统基本回路1284 液压系统调速回路性能实验 液压传动系统顺序动作回路组装 第八章 典型液压系统44 第九章 气动元件及其应用11 第十章 气压传动基本回路312液压与气压系统基本回路综合实验 合计32266 4 考核与成绩评定 考核性质 考试课 百分制 考核形式 闭卷 笔试 成绩评定方法 期末总评成绩 平时成绩 20 实验 成绩 10 期末成绩 70 补考成绩 平时成绩 20 实验成绩
3、 10 期末成绩 70 5 教材及参考书 1 游有鹏 液压传动与气压传动 科学出版社 2008年第1版 2 左健民 液压与气压传动 机械工业出版社 2001 年第2版 3 章宏甲 液压传动 机械工业出版社 2009年第 2版 4 李兵 液压与气压传动 华中科技大学出版社 2012年第1版 1 液压传动概述 1 1 液压传动的定义及工作原理 1 2 液压传动系统组成及表示方法 1 3 液压传动的特点 1 4 液压传动的发展概况及应用 1 5 液压传动的工作介质 1 1 液压传动的定义及工作原理 1 1 1 液压传动的定义 传动类型 机械传动 电气传动 流体传动 液体传动 气体传动 液压传动 液力
4、传动 利用液体的压力能传递能量 利用液体的动能传递能量 通过齿轮 齿条 蜗轮 蜗杆等机件直 接把动力传送到执行机构的传递方式 利用电力设备 通过调节电参数来 传递或控制动力的传动方式 液压传动 液力传动 液压传动 用液体作为工作介质实现能量传递的传动方式称 为液压传动 液压传动系统 是由一些功能不同的液压元件组成 在密闭 的回路中依靠运动的液体进行能量传递 通过对液体的相关 参数 压力 流量 进行调节和控制 以满足工作装置输出 力 速度 或转矩 转速 的传动装置 古老的液力传动系统 液力变矩器 齿条千斤顶螺旋千斤顶 1 1 2 液压传动的工作原理 液压千斤顶 1 1 2 液压传动的工作原理 液
5、压千斤顶常用于顶升重 物 如顶起汽车以便拆换 轮胎 液压千斤顶 1 杠杆手柄 2 小油缸 3 小活塞 4 7 单向阀 5 吸油管 6 10 管道 8 大活塞 9 大油缸 11 截止阀 12 油箱 液压千斤顶结构简图 1 液压传动以液体作为传递运动和动力的工作介质 2 必须经过两次能量转换 机械能转换为液压能 液压 能再转换为机械能 3 油液必须在密闭容器 系统 内传递 而且必须有密 闭容积的变化 小结 液压千斤顶的简化模型 v帕斯卡原理 在密闭容器内 施加于静止液体上的压力 将以等值同时传到液体各点 结论 工作压力取决于负载 而与流入的液体多少无关 1 力比关系 压力与负载 1 1 3 液压传
6、动的三个重要关系 液压千斤顶的简化模型 2 运动关系 速度与流量 A1h1 A2h2 流量q Ah t 单位时间内流过某一截面积为A的流体体积 q Av q A1v1 A2v2 若已知进入缸体的流量q 则活塞运动速度为 结论 活塞的运动速度v取决于进入液压 气压 缸 马达 的流量q 而与液体压力p大小无关 F1v1 Wv2 P pA1v1 pA2v2 pq 压力p和流量q是流体传动中最基本 最重要的两个参 数 它们相当于机械传动中的力和速度 它们的乘积 即为功率 3 功率关系 能量转换 1 2 1 液压传动系统组成 1 2 液压传动系统组成及表示方法 磨床工作台液压传动系统 半机构图原理图 磨
7、床工作台液压传动动画演示 工作台右移工作台左移 工作台的换向控制 换向阀 阀芯左位和右位 工作台移动速度控制 节流阀 阀口开度大小 系统工作压力的调节与稳定 过载保护 溢流阀 一个完整的液压传动系统 由以下 五个主要部分来组成 动力装置 是供给液压系统压力油 把机械能转换成液压能的装置 最 常见的形式是液压泵 执行装置 是把液压能转换成机械 能的装置 包括液压缸和液压马达 控制调节装置 是对系统中的压力 流量或流动方向进行控制或调节的 装置 包括压力 流量 方向等控制 阀 辅助装置 上述三部分之外的其他 装置 例如油箱 滤油器 油管等 它们对保证系统正常工作是必不可少 的 工作介质 传递能量的
8、流体 即液 压油等 液压泵 液压缸 液压控制阀 辅助装置 管路与接头 蓄能器 滤油器 参见附录 常用液压与气动元件 图形符号 GB T786 1 1993 1 符号只表示元件的职能 连接 系统的通路 不表示元件的具体 结构和参数 也不表示元件在机 器中的实际安装位置 2 元件符号内的油液流动方向用 箭头表示 线段两端都有箭头的 表示流动方向可逆 3 符号均以元件的静止位置或中 间零位置表示 当系统的动作另 有说明时 可作例外 1 2 2 液压传动系统的表示方法 1 3 液压传动的特点 1 由于液压传动是油管连接 所以借助油管的连接可以方便灵 活地布置传动机构 这是比机械传动优越的地方 例如 在
9、井 下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动 以克服长驱动轴效率 低的缺点 由于液压缸的推力很大 又加之极易布置 在挖掘 机等重型工程机械上 已基本取代了老式的机械传动 不仅操 作方便 而且外形美观大方 2 液压传动装置的重量轻 结构紧凑 惯性小 例如 相同功 率液压马达的体积为电动机的12 13 液压泵和液压马达单 位功率的重量指标 目前是发电机和电动机的十分之一 液压 泵和液压马达可小至0 0025N W 牛 瓦 发电机和电动机则约为 0 03N W 3 可在大范围内实现无级调速 借助阀或变量泵 变量马达 可以实现无级调速 调速范围可达1 2000 并可在液压装置运 行的过程中进行调速 优点 4
10、 传递运动均匀平稳 负载变化时速度较稳定 正因为此特点 金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动 5 液压装置易于实现过载保护 借助于设置溢流阀等 同时 液压件能自行润滑 因此使用寿命长 6 液压传动容易实现自动化 借助于各种控制阀 特别是采 用液压控制和电气控制结合使用时 能很容易地实现复杂的自动 工作循环 而且可以实现遥控 7 液压元件已实现了标准化 系列化和通用化 便于设计 制 造和推广使用 1 液压系统中的漏油等因素 影响运动的平稳性和正确性 使得 液压传动不能保证严格的传动比 2 液压传动对油温的变化比较敏感 温度变化时 液体粘性变化 引起运动特性的变化 使得工作的稳定性受到影
11、响 所以它不宜在 温度变化很大的环境条件下工作 3 为了减少泄漏 以及为了满足某些性能上的要求 液压元件的 配合件制造精度要求较高 加工工艺较复杂 4 液压传动要求有单独的能源 不像电源那样使用方便 5 液压系统发生故障不易检查和排除 总之 液压传动的优点是主要的 随着设计制造和使用水平的不断 提高 有些缺点正在逐步加以克服 液压传动有着广泛的发展前景 缺点 液压传动功率损失及效率 32 性能比较 传动方式 功率与 重量比 转矩与 转动惯 量比 响应 速度 可控性 负载 刚度 调速范围 机械传动小小低差中等小 电力传动小小中等中等差中等 机电传动小小中等中等 好差中等 大 气压传动中等中等低中
12、等差小 液压传动大大中等好大大 各种传动方式的主要传动特性比较 液压传动特点口诀 优点 功率大来重量轻 大力大矩显威风 运动平稳响应快 无级调速显神通 操作简单自动化 过载保护它更行 元件标准系列化 散热润滑也出名 难保严格传动比 液压不宜远距离 元件精度要求高 温度影响需注意 信号传递不如电 液压介质很娇气 总的效率比较低 找到故障较费力 缺点 机 电 液一体化的体现 1 4 1 液压传动的发展概况 第一阶段 第二阶段 第三阶段 液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理 1795年世界上第一台水压机诞生 已有200多年的 历史 但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件 且工艺制造水平低下 发展
13、缓慢 几乎停滞 上世纪30年代 由于工艺制造水平提高 开始 生产液压元件 并首先应用于机床 上世纪50 60 70年代 工艺水平有了很大提 高 液压与气动技术也迅速发展 渗透到国民经济 的各个领域 1 4 液压传动的发展概况及应用 国内发展概况 我国液压与气动技术从上世纪60年代开始发展较快 新产品 研制开发和先进国家不差上下 但其发展速度远远落后于同期发 展的日本 主要由于工艺制造水平跟不上去 制造比较困难 材 料性能不能满足设计需要 影响了我国流体传动技术的发展 总之 从蓝天到水下 从军用到民用 从重工业到轻 工业 到处都有流体传动与控制技术 向着高压 高速 高效率 大流量 大功率 微型化
14、 低噪 声 低能耗 经久耐用 高度集成化方向发展 向着用计算机控 制的机电一体化方向发展 发展趋势 行业名称应用场所举例 工程机械挖掘机 装载机 推土机 压路机 铲运机等 起重运输机械汽车吊 港口龙门吊 叉车 装卸机械 皮带运输机等 矿山机械凿岩机 开掘机 开采机 破碎机 提升机 液压支架等 建筑机械打桩机 液压千斤顶 平地机等 农业机械联合收割机 拖拉机 农具悬挂系统等 冶金机械电炉炉顶及电极升降机 轧钢机 压力机等 轻工机械打包机 注塑机 校直机 橡胶硫化机 造纸机等 汽车工业自卸式汽车 平板车 高空作业车 汽车中的转向器 减 振器等 智能机械折臂式小汽车装卸器 数字式体育锻炼机 模拟驾驶
15、舱 机器人等 液压传动在各类机械行业中的应用实例 1 4 2 液压传动的应用 挖掘机推土机 港口机械筑路机 航空航天 汽车大梁液压机 注塑机自动生产线 铣床精密机床 小松挖掘机主液压泵船闸 汽车ABS防抱系统 气动系统在自动生产线的应用 v1 密度 v单位体积液体的质量称为液体的密度 体积为 质量为 的液体的密度为 v矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小 随压力的 提高而稍有增加 但变动值很小 可以认为是常值 v我国采用摄氏20度时的密度作为油液的标准密度 v石油基液压油的密度 20 850 900kg m3 1 5 1 液压油的主要特性 1 5 液压传动的工作介质 v2 可压缩性 v压
16、力为 0 体积为 0的液体 如压力增大时 体积减小 则此液体的可压缩性可用体积压缩系数 即单位压力变 化下的体积相对变化量来表示 v由于压力增大时液体的体积减小 因此上式右边须加一负号 以使成为正值 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 v 的单位为 m2 N K的单位为 N m2 或 MPa v石油基液压油的体积弹性模量K 1 4 2 0 103 MPa 钢铁的体积弹性模量K 2 1 105MPa 可见油液的可压 缩性是钢的100 170倍 v石油基液压油的可压缩性对液压系统性能影响不大 但在高 压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时 则必须予以考虑 v石油基液压油的体积弹性模量与温度和压力有关 温度升高 时 K值减小 在正常工作温度范围内 K值会有5 25 的变化 v压力增加时 K值增大 但这种变化不呈线性关系 当 p 3MPa时 K值基本上不再增大 3 闪火点 油温升高时 部分油会蒸发而与空气混合成油气 此 油气所能点火的最低温度称为闪火点 如继续加热 则会 连续燃烧 此温度称为燃烧点 v4 粘性 黏性 v 1 粘性的定义 v液体在外力作用下流
