液压与气动技术 教学课件 ppt 作者 牟志华 张海军 项目一

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1、液压与气动技术,1,任务1 液压传动认识,项目一 液压传动基础知识,液压与气动技术,2,任务1 液压传动认识,任务目标： 通过液压千斤顶的工作过程掌握液压传动的基本工作原理； 了解液压传动的优缺点； 了解液压传动的应用与发展。 1.液压传动的工作原理 液压与气压传动的基本工作原理是相似的，现以液压千斤顶的工作过程来简述液压传动的工作 原理，图1-1所示为该液压系统的工作原理示意图。由图可知，该系统由举升液压缸和手动液压泵两 部分组成，大油缸6、大活塞7、单向阀5和卸油阀9组成举升液压缸，杠杆手柄1、小活塞2、小油缸 3、单向阀4和5组成手动液压泵。活塞和缸体之间既保持良好的配合关系，又能实现可

2、靠的密封。 提起手柄1使小活塞2向上移动，小活塞2下端密封的油腔容积增大，形成局部真空，这 时单向阀5关闭并阻断其所在的油路，而单向阀4打开使其所在油路畅通，油箱10中的液压,液压与气动技术,3,任务1 液压传动认识,油就在大气压的作用下通过吸油管道进入并充满小缸体3，完成一次吸 油动作；用力压下手柄1，小活塞2下移，小活塞2下腔容积减小，腔内 压力升高，这时单向阀4关闭同时阻断其所在的油路，当压力升高到一 定值时单向阀5打开，小油缸3中的油液经管道输入大油缸6的下腔，由 于卸油阀9处于关闭状态，大油缸6中的液压油增多迫使大活塞7向上移 动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀5自动关闭，使油

3、液不能 倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不 断地把油液压入大油缸6下腔，使重物8逐渐地升起。如果打开卸油阀9， 图1-1液压千斤顶的工作原理示意图 大活塞7在其自重和重物8的作用下下移，大油缸6下腔油液便通过管道 1-杠杆手柄； 2-小活塞；3-小油缸； 流回油箱10中，重物8就向下运动。这就是液压千斤顶的工作原理。 4、5-单向阀；6-大油缸； 通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动 7-大活塞；8-重物；9-卸油阀； 的基本工作原理如下： 10-油箱 (1)液压传动是利用有压力的液体（液压油）作为传递运动和动力的工作介质；,液压与气动技术,4,

4、任务1 液压传动认识,(2)液压传动中要经过两次能量转换，先将机械能转换成油液的压力能，再将油液的压力能转换 成机械能； (3)液压传动是依靠密封容器或密闭系统中密封容积的变化来实现运动和动力的传递。 2. 液压传动的优缺点 （1） 优点 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。 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

5、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。 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，,液压与气动技术,5,任务1 液压传动认识,范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 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。 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。 液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，

6、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。 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。 （2） 缺点 液压系统中的漏油、液压油的可压缩性等因素，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。 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响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。,液压与气动技术,6,任务1 液压传动认识, 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。 液压传动要求有单独的能源，

7、不像电源那样使用方便。 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。 3. 液压传动的应用 驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机 械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四位一体。由于 液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年 的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应 用越来越广泛。 在机床上，液压传动常应用在以下的一

8、些装置中：,液压与气动技术,7,任务1 液压传动认识,（1）进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车 床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传 动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。 这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇 进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以 用液压传动来实现的。 （2）往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复 直线

9、运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。 （3）仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。 其精度可达 0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。 （4）辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部 件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机 床结构，提高机床自动化程度。,液压与气动技术,8,任务1 液压传动认识,（5）静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体 静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度

10、。 液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表1-1所示。 表1-1液压传动在各类机械行业中的应用,液压与气动技术,9,任务1 液压传动认识,4.液压传动的发展 自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世 纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出 现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液 压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。 本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此， 液压传动真正的发展也

11、只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪 声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、 计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压 传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的 液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种 机械设备上得到了广泛的使用。,液压与气动技术,10,任务2 了解液压油,任务目标 了解液压油的作用； 掌握液压油黏性的物理意义； 掌握

12、液压油的黏温特性及可压缩性； 掌握液压油的选择。 知识与技能： 液压油是液压传动系统中的工作介质，而且还对液压装置的机构、零件起着润滑、冷却和防锈 作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液 压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油也是很重要的。,液压与气动技术,11,任务2 了解液压油,1.液压油的物理性质 （1） 液压油的密度 单位体积某种液压油的质量称为该种液压油的密度，以表示，即 ( ) (1-1) 式中: 液压油的体积 体积为的液压油质量 液压油的密度随压力的增加而加大，随温度的升高而减小，但一般情况下，由压力和温度引起 的这种变化都较小，

13、可以忽略不计，故在实际应用中可认为液压油的密度不受压力和温度变化的影 响。 （2）液压油的粘性 物理意义 液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力要阻碍液体分子之间相对运动，因而产生 一种内摩擦力，这一特性称液体的粘性。粘性的大小用粘度表示，粘性是液体重要的物理 特性，也是选择液压油的重要依据之一。,液压与气动技术,12,任务2 了解液压油,液体流动时，由于液体的粘性及液体和固体壁面间的附着力，流动液体内部各层间的速度大小不 等。如图1-2所示，设两平行平板间充满液体，下平板不动，而 上平板以速度 向右平动。由于液体的粘性作用，紧贴于下平板 的液体层速度为零，紧贴于上平板的液体层速度为，

14、而中间各层 液体的速度则根据该层到下平板的距离大小近似呈线性规律分布。 因此，不同速度流层相互制约而产生内摩擦力。 实验测定结果指出，液体流动时相邻液层之间的内摩擦力F与 液层间的接触面积A和液层间的相对速度 成正比，而与液层间的 距离 成反比，即 图1-2液体粘性示意图 （1-2）,式中：,比例常数，称为液体的粘性系数或粘度；,速度梯度,液压与气动技术,13,任务2 了解液压油,若以来表示单位接触面积上的内摩擦力，即切应力，则由式（1-2）可得 （1-3） 式（1-3）表达的是牛顿的液体内摩擦定律。 在液体静止时，由于 ，液体内摩擦力为零，因此，静止的液体不呈现黏性。 黏度 流体黏性的大小用

15、度黏来表示。常用的黏度有动力黏度、运动黏度和相对黏度。 动力黏度 动力黏度又称绝对黏度，可由式（1-2）导出，即 （1-4）,液压与气动技术,14,任务2 了解液压油,由式（1-4）可知动力黏度 的物理意义是：液体在单位速度梯度（ ）下流动时，单位 接触面积上的内摩擦力的大小。 动力黏度的国际(SI)计量单位为牛顿秒米2，符号为Nsm2，或为帕秒，符号为 Pas。 运动黏度 某种液体的运动黏度是该液体的动力黏度与其密度的比值，即： (1-5) 在SI中，液体的运动黏度的单位为米2秒，符号为m2s，由于该单位偏大，实际上常用cm2 s、mm2s以及以前沿用的非法定计量单位cSt（厘斯），它们之间

16、的关系是1m2s=104 cm2s =106mm2s=106cSt。 运动黏度 没有什么明确的物理意义，因在理论分析和计算中常遇到 的比值，为 方便起见用表示。国际标准化组织ISO规定，各类液压油的牌号是按其在一定温度下运动黏,液压与气动技术,15,任务2 了解液压油,度的平均值来标定的。我国生产的全损耗系统油和液压油采用40时的运动粘度值（mm2s）为其 黏度等级标号，即油的牌号。例如牌号为L- HL32的液压油，就是指这种油在40时的运动黏度值 平均值为32 mm2s。 相对黏度 相对黏度又称条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定条件下测出来的液体黏度。各国采用的 相对黏度单位有所不同，美国采用赛氏黏度，英国采用雷氏黏度，法国采用巴氏黏度，我国采用恩