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1、液压传动,第九章,知识目标,掌握液压传动的基础知识及各类液压基本回路的功能、组成和应用场合。 掌握各种液压元件结构原理、特点并熟悉其应用。,技能目标,能够看懂典型的液压系统图，独立分析典型的液压系统。,本章内容,91 液压传动原理及其系统组成,9.1.1 概述 液压油,1、密度 单位体积液体的质量称为该液体的密度。即 = 式中 V液体的体积（m3）； m体积为V时液体的质量（kg）； 液体的密度（kg/m3）。,2、可压缩性 液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体的可压缩性。对于一般的液压系统，可不考虑油液的可压缩性，即认为油液是不可压缩的。,3、黏性 液体在外力作用下发生流动（或有流动趋
2、势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的黏性。黏性是液体的重要物理特性，液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出黏性，静止的液体是不呈现黏性的。 液体黏性的大小用黏度表示。常用的黏度有动力黏度、运动黏度和相对黏度三种。 液体的黏度随液体的压力和温度而变。对液压油液来说，压力增大，黏度增大。但在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数值可以忽略不计。液压油液的黏度受温度的影响较大，随着温度的升高，油液的黏度下降。油液的黏度与温度之间的这种关系，称为油液的黏温特性。,4、其他特性 液压油还有其他一些物理化学物质，如稳定性、抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化
3、性、防锈性、润滑性和导热性等。这些性质对液压系统的正常工作都有一定影响。不同品种的液压油，这些性质的指标是不同的，具体应用时可查阅油类产品手册。,9.1.2液压传动工作原理 机床工作台液压系统的工作原理图,9.1.3 液压传动的组成部分 动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）。能量转换元件为液压泵。 执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。执行元件液压缸和液压马达。 控制部分用来控制和调节油液的压力、流量的流动方向和大小。控制元件有各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。 辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用，保证系统正
4、常地工作。辅助元件有管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。,9.1.4 液压元件的图形符号,GB/T786.11993液压气动图形符号对液压、气动元（辅）件的图形符号作了具体规定，常用液压元件及液压系统其他有关装置或器件的图形符号见附录。,9.2.1 基本概念 流量,单位时间内流过管路或液压缸某一截面的油液体积称为流量，用符号qv表示。若在时间t内，流过管路或液压缸某一截面的油液体积为V，则油液的流量,9.2 液压传动的基本理论,流量的单位为m3/s(米3/秒)，常用单位为L/min(升/分)。 换算关系为1m3/s=6104L/min,平均流速,油液通过管路或液压缸的平均流速
5、可用下式计算：,式中 油液通过管路或液压缸的平均流速，m/s,油液的流量，m3/s；,A管路的通流面积或液压缸（或活塞）的有效作用面积，m2,由于油液与管路壁或液压缸壁、油液内部之间的摩擦大小不同，因此油液流动时，在管路或液压缸某一截面上各点处的流速是不相等的，通常采用平均流速进行近似计算。,压力,油液的压力是由油液的自重和油液受到外力作用所产生的。在液压传动中，与油液受到的外力相比，油液的自重一般很小，可忽略不计。以后所说的油液压力主要是指因油液表面受外力（不计入大气压力）作用所产生的压力，即相对压力或表压力。,液压系统及元件的公称压力,液压气动系统及元件公称压力系列 MPa,液压系统及元件
6、在正常工作下，按试验标准连续运转（工作）的最高工作压力称为额定压力，超过此值，液压系统便过载。液压系统必须在额定压力以下工作。额定压力也是各种液压元件的基本参数之一。,压力形成,密闭容器内静止油液客观存在到外力挤压而产生压力（静压力），对于采用液压泵连续供油液压传动系统，流动油液在某处的压力也是因为受到其后各种形式负载（如工作阻力、摩擦力、弹簧力等）的挤压而产生的。除静压力外，由于油液流动还有动压力，但在一般液压传动中，油液的动压力很小，可忽略不计。因此，液压传动系统中流动油液的压力，主要考虑静压力。,液压传动系统中压力的形成,油液压力的形成,液压传动系统中负载的并联,9.2.2 基本原理 静
7、压传递原理,1、静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力。 2、油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面。 3、密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变。这称为静压力传递原理，即帕斯卡原理。,液流的连续性,理想液体（不可压缩的液体）在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，这称为液流连续性原理。油液的可压缩性极小，通常可视作理想液体。,液体在无分支管路中稳定流动时，流经管路不同截面时的平均流速与其截面面积大小成反比。管路截面积小（管径细）的地方平均流速大，管路截面积大（管径粗）的地方平均流速小。,压力流量损失和
8、功率计算,1、液压传动的压力损失,（1）液阻和压力损失,由于油液具有黏性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的阻力称为液阻。,（2）沿程损失与局部损失,1）沿程损失 油液在截面积相同的直管路中流动，由于管壁对油液的摩擦，油液的部分压力用于克服这一摩擦阻力，这种压力损失称为沿程损失。管路越长，沿程损失越大。 2）局部损失 油液流过管路弯曲部位、管路截面积突变部位及开关等地方，由于液流速度的方向和大小发生变化而产生的压力损失称为局部损失。在液压传动系统中，由于各种液压元件的结构、形状、布局等原因，致使管路的形式比较复杂，因而局部损失是主要的压力损失
9、。 油液流动产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，黏度下降，进而使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况，只要油液黏度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，是可以使压力损失控制在很小的范围内。,（3）压力损失的近似估算,影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法。 液压泵最高工作压力的近似计算式为,2液压传动的流量损失,（1）泄漏和流量损失,在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必须存在着一些间隙，当间隙的两端有压力时，就会有
10、油液从些间隙中流过。所以，液压系统中泄漏现象是存在的。 液压系统的泄漏和外泄漏两种。液压元件内部高、低压腔间的泄漏称为内泄漏。液压系统内部的油液漏到系统外部的泄漏称为外泄漏。,（2）流量损失的估算,3液压传动的功率计算,9.3 液压元件,9.3.1 液压泵 液压泵的工作原理,1凸轮 2柱塞 3弹簧 4密封油腔 5、6单向阀,泵的工作原理： 可变的密封容积； 吸油腔与压油腔隔开； 有与密封容积变化相协调的配油装置； 油箱与大气相通。,液压泵的类型,液压泵,柱塞式,叶片式,齿轮式,轴向柱塞式 径向柱塞式,单作用叶片式 双作用叶片式,外啮何式 内啮合式,液压泵,定量式,变量式,手动调节排量 自动调节
11、排量,恒压式 限压式 恒功率 恒 流量,液压泵的图形符号,齿轮泵,1、外啮合齿轮泵,当齿轮旋转时，在A腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到B腔，在B腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出,2、内啮合齿轮泵,当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油,叶片泵,1、单作用叶片泵,泵由转子1、定子2、叶片3、配油盘和端盖等主要零件组成。定子的内表面是圆柱形孔，定子和转子中心不重合，相距一偏心距。叶片可以在转子槽内灵活滑动（当转子转动时，叶片由离心力或液压
12、力作用使其顶部和定子内表面产生可靠接触）。配油盘上各有一个腰形的吸油窗口和压油窗口。,由定子、转子、两相邻叶片和配油盘组成密封工作腔。当转子按逆时针方向转动时，右半周的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，形成局部真空，于是通过吸油口和配油盘上的吸油窗口将油吸入。在左半周的叶片向转子里缩进，密封工作腔容积逐渐缩小，工作腔内的油液经配油盘压油窗口和泵的压油口输到系统中去。泵的转子每旋转一周，叶片在槽中往复滑动一次，密封工作腔容积增大和缩小各一次，完成一次吸油和压油，故称单作用泵。,(2)双作用叶片泵,它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段
13、过渡曲线组成的，且定子和转子是同心的。当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区；在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区。在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。这种泵的转子每转一转，完成两次吸油和压油，所以称双作用叶片泵。由于泵的吸油区和压油区对称布置，因此，转子所受径向力是平衡的，所以，又称平衡式液压泵。,柱塞泵,1、径向柱塞泵,径向柱塞泵输油量大，压力高，性能稳定，工作可靠，耐冲击性能好；但结构复杂，径向尺寸大，制造困难，且柱塞项部与定子内表面为点接触，易磨损，因而限制了它的使用，已逐渐被轴向柱塞泵替代,2、轴向柱塞泵,轴向柱塞泵是柱塞轴线平行于缸体轴线
14、的一种柱塞泵。如图5所示，泵主要由配油盘1、缸体2、柱塞3和斜盘4等组成。,9.3.2 液压缸 双活塞杆液压缸,单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。,1、单活塞杆液压缸,9.3.2 液压缸,参照下图，当供给液压缸的流量Q一定时，活塞两个方向的运动速度为：V1=Q/A1=4Q/D2 (向左） V2= Q/A2=4Q/(D2-d2) (向右） 当供油压力p一定，回油压力为零时 作用力： F1=p.A1=p.D2/4 (向右） F2=p.A2=p.(D2-d2)/4 (向左）,当其差动连接时，作用力为：
15、 F3=p(A1-A2)=p.(d2/4) 速度:v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1 所以 v3=Q/(A1-A2)=4Q/d2,符号意义参阅下图,单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞运动；也可以是活塞杆固定缸筒运动。无论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占空间长度都是两倍行程。（见下图）,双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用力和速度相等。 v=Q/A=4Q/(D2-d2) , F=p.A=p. (D2-d2)/4 v活塞（或缸筒）运动速度；Q供油流量；F活塞（或缸筒）上的作用力； p供油压力；A活塞有效面积
16、； D活塞直径；d活塞杆直径。 这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。,2、双活塞杆液压缸,双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。,双活塞缸机构示意,将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞有效行程的三倍。一般多用于小机床；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒和工作台相联接时，工作台运动所占空间长度为液压缸有效行程的两倍，适用于中型及大型机床。,液压缸的密封,1、间隙密封,这种方法的密封效果与间隙大小、间隙前后的压力差大小、配合表面长度及配合表面的加工精度状况有关，其可靠性较差，对加工精度要求较高；但活塞的运动阻力小，方法简单，润滑性能好，适用于尺寸较小、低压、高速工作状态下的活塞密封。0
