金属工艺幻灯片

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1、液压与气压传动,山东理工大学 孟建兵,授课计划 总学时：32 课堂授课：28 实验授课：4,考核方式 考试成绩：80% 平时成绩：20% 综合成绩：考试*80%+平时*20%,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,本课程的任务 1、了解液压元件的结构和工作原理，以便正确、熟练地选用液压元器件。 2、了解各种液压元器件的控制性能及特点，以及它们组成的回路的特性。 3、在以上两点的基础上能够设计液压回路，解决使用及维修方面的问题。,一部完整的机器是由以下几部分组成： 原动机 传动机构 工作机 辅助装置 控制部分,传动分类： 机械传动：以机械元件传递能量 带传动 链传动 齿轮传动 电传

2、动：以电流、电压借助导体传递能量,流体传动：以流体为工作介质传递动力或能量 液体传动：液体为工作介质传递动力 液压传动：主要以液体压力能传递动力 液力传动：主要以液体动能来传动动力 气体传动：压缩空气的压力能传递动力,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,第一章 绪论,第一节 液压传动的发展及应用,用液体作为工作介质，在密封的回路里，以液体的压力能进行能量传递的传动方式，称为液压传动。 液压传动技术是在水力学、工程力学和机械制造技术的基础上发展起来的一门应用技术，它广泛地应用于工、农业和国防部门。相对机械传动来说，是一门新技术。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室

3、,17世纪中叶：帕斯卡提出静压传递原理 18世纪末：英国制成第一台水压机 19世纪：炮塔转位器、六角车床和磨床 第二次世界大战 兵器（功率大、反应快） 战后转向民用 机械、工程、农业、汽车 20世纪60年代后：发展为一门完整的自动化技术 现在国外：95%工程机械 90%数控加工中心 95%以上的自动线采用液压传动 采用液压传动的程度成为衡量一个国家工业水平的重要标志。,一、液压技术的发展,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,（1）正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展； （2）与计算机科学相结合：新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、

4、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术； （3）与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向； （4）开辟新的应用领域。,液压技术的发展方向,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,二、液压技术的应用,蜘蛛的腿里没有肌肉，它是依靠调节液体的压力来控制8条腿的运动。 人类是仿照蜘蛛的腿部动作原理，发明了液压传动来操纵机器。,全液压自控游艺机、飞行模拟器,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,装载机,工程机械 推土机、挖掘机、压路机,挖掘机,2013-09-0

5、1,山东理工大学 精密模具实验室,铲运机,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,工程机械液压缸,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,起重运输 汽车吊、叉车、港口龙门吊,汽车起重机,世界上最大的液压起重机,3800吨,国产液压履带式起重机QUY600（2010）,“举重”600吨、自重1000吨； “身高”190米、中联重科研发； 鞍钢辽宁营口钢厂； 运费100万、运输车辆20多台。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,钮荷兰拖拉机,农业机械 拖拉机、联合收割机,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,联合收割机,2013-09-01,山

6、东理工大学 精密模具实验室,数控机床,机械制造 组合机床、冲床、自动线,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,液压摊铺机,建筑机械 打桩机、平地机、液压千斤顶,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,液压平地机,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,挖掘机主液压泵,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,驱动马达,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,转向及先导控制,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,液压翻斗车,汽车工业 汽车中的转向器、减振器、自卸汽车,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,轻工

7、机械 注塑机、打包机,应用举例国家体育场“鸟巢” 钢结构施工时的支撑和调整,应用举例大楼整体“搬家”,应用举例汽车液压刹车系统,应用举例美国“未来战士”,类似铁甲威龙中的机械战警 可视头盔： 接受战场图像 全能军装： 防弹防火防生化 腿装液压活塞： 腿部力量增强3倍,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,工程机械 推土机、挖掘机、压路机 起重运输 汽车吊、叉车、港口龙门吊 建筑机械 打桩机、平地机、液压千斤顶 农业机械 拖拉机、联合收割机 机械制造 组合机床、冲床、自动线 汽车工业 汽车中的转向器、减振器、自卸汽车 轻工机械 打包机、注塑机 智能机械 模拟驾驶舱、机器人 矿山机械

8、 凿岩机、提升机、液压支架 冶金机械 压力机、轧钢机 锻压机械 压力机、模锻机,液压技术的应用 小结,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,第二节 液压传动的工作原理及组成,一、液压传动的工作原理、基本特征 一般来说，原动机的输出特性不能满足工作机械对力和速度(大小、方向)要求的，这就需要有一个中间装置，把原动机和工作机连结起来，使之满足要求，这个中间装置就称为传动装置。 传动装置主要包括机械传动、电力传动和流体传动，或者是它们的组合；而流体传动又包括液压传动、液力传动和气压传动。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,手动液压千斤顶的工作原理图,2013-09-0

9、1,山东理工大学 精密模具实验室,液压千斤顶工作过程,吸油 过程,压油-重物举升过程,卸荷-重物落下过程,基本组成元件： 1-杠杆手柄；2-小缸体；3-小活塞；4-单向阀；5-吸油管；6-管道；7-大活塞；8-大缸体；9-截止阀；10-油箱。,动画演示,磨床工作台液压系统的工作原理图,向右,向左,动画演示,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,液压系统与其它传动形式比较有以下特征: 1.以液体作为工作介质，实现传动。 主要是靠液体的压力和流速(流量)来传递能量。即它将原动机的机械能（M，n) 液压能(p，Q)机械能(M，n)。 2.在密闭容器内(油泵，管路，阀，油缸等组成)，以静

10、压传递原理进行工作(忽略管路，阀处的损失)。系统压力由外载来建立，系统压力大小与外载大小有关（注意负载的含义很广泛）。 （静压传递原理-帕斯卡定律：在密闭容器内的平衡液体中，任一点压力若有变化，则该点压力的变化将传给系统内任一点，其值不变。）,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,根据这一原理，上面的千斤顶 A2A1 ，L1+L2L2 ，P 可以很小，就能顶起很重的重物。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,3.工作机(执行元件)的运动速度，通常由系统中的(动力元件容积变化)来决定的。 设在t时间内，活塞A1移动了距离S1，活塞A2移动了距离S2 ， 则由于液体不

11、可压缩，有： A1S1=A2S2 A1S1 /t=A2S2 /t A1V1=A2V2 以Q为油缸1(或称为泵，看成一个手动泵)的流量，即系统的流量，Q=A2V2 所以 V2=Q/A2 可见，V2Q ，Q变化时, V2也随之变化，因此，工作机构的运动速度是由流量Q来满足的，这是液压传动一个很重要的特点。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,4.系统的功率决定于系统的流量和压力。 N =WV2 =(pA2)V2 =p(A2V2 )= pQ p-系统压力，Q-系统流量 上式说明，对油泵来说，它把发动机（手）的能量（机械能）转换为液体的能量； 对工作机来说，把液体的能量转换为机械能。

12、综上所述，液压传动是靠密闭容器内受静压力的液体来传递运动的一种方式，它是由油泵把发动机的机械能转化为液体能，再由油缸等液动机将液压能转化为机械能，以满足工作部件对运动和力的要求。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,两个最重要概念 1.系统压力决定于外负载。 如前述千斤顶中，如果W0，则p0。主动力是加不上去的。 负载是第一性的，压力是第二性的。 2.运动速度决定于流量。 V2=Q/A2,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,二、液压系统的组成 上面我们讨论了液压系统的工作原理及其特征，那么液压系统主要由哪几部分组成的呢?首先，要使液体具有压力p和流量Q就必须有相

13、应的装置，在液压传动中，称之为:,1.动力元件： 泵：为系统提供动力液，将发动机的机械能转化为液体的压力能，即, M,np,Q。,齿轮泵 柱塞泵,要满足工作对象对力和运动的要求，还必须有一定的装置，将液体能量变为机械能，这就是：,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,2.执行元件： 油缸，液压马达等。即p,QM,n（液压能转化为机械能，带动负载运动）。,液压缸,要满足工作机的工作要求，还必须有另外一些元件来调节、限定系统中的压力、流量，改变液流方向，这就是：,液压马达,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,溢流阀,换向阀,3.控制元件: 控制元件是用来控制系统的压力

14、、流量和液流方向的各种控制阀，它包括压力控制阀、流量阀、方向阀等。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,4.辅助元件：管线、油箱、滤网、蓄能器等，改善液压系统的工作条件，保证液压系统的正常工作。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,第三节 液压传动系统的图形符号,上面的液压系统图，称为半结构式原理图，可以想象一个完整的液压系统由很多液压元件和管路连接而成，用元件的结构示意图来表达一个液压系统往往因元件的纵横排列、管路的交错，既看不清楚，绘制又复杂，使用也不方便，所以国家规定用统一的图形符号绘制（GB/T 786

15、.1-1993）。附录中是一些常用的液压与气动元（附）件的图形符号，要求能够认识,记住。 （1）无特殊说明，都以静止位或零位表示； （2）只表明原理，参数另列； （3）水平或垂直绘制。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,磨床工作台液压系统的图形符号,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,第四节 液压传动的优缺点,优点：（与机械传动相比较，液压传动具有如下优点） 1.液压元件尺寸小，结构紧凑，重量轻（相对于电传动，同功率相比），与同功率电机相比，液压传动的泵的重量为电机的1/101/20, 如： 飞机上的泵: q=0.209kg/kw 现代电机: q=1.52kg

16、/kw 2.运动形式变化方便：液压传动可以很方便的将发动机的旋转运动变为执行机构的往复运动，也可以实现复杂的空间角转动。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,3.易获得较大的力：如油缸直径为d=30cm，推力为F=140吨时，所需要的液压力仅为p=200kg/cm2。 4.可在较大范围内调速，100:12000:1，而且是无级调速，调速方便。 5.可获得复杂的动作(即运动形式多种多样)，从而可以很容易地实现自动化控制、过载保护等。 6.由于用油作为工作介质，因此润滑性能良好，液压元件寿命长。 7.大部分液压元件是标准的，设计系统比较方便。,2013-09-01,山东理工大学 精密模具实验室,缺点: 1.不适于远距离传递（特别是动作要求精确的场合）。 2.制造精度要求高，使用和维修需要较高的技术水平，进入杂物会失灵，阀芯易卡住，弹簧易断，线性度不好，先导阀芯易磨损等。 3.由于工作介质为油，容易漏失，因此，不能实现定比传动（不如步进电机）