液压传动教案Word格式.docx

液压传动教案Word格式.docx

《液压传动教案Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压传动教案Word格式.docx（79页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：

1.能源装置它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。

2.执行装置它是把液压能转换成机械能的装置。

其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。

3.控制调节装置它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。

如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。

4.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。

5.工作介质传递能量的流体，即液压油等。

什么是液压传动?

液压系统的组成

1.能源装置2.执行机构3.控制装置4.辅助元件

1-2液压系统图图形符号

图1-3机床工作台液压系统的图形符号图

1—工作台2—液压缸3—油塞4—换向阀

5—节流阀6—开停阀7—溢流阀8—液压泵9—滤油器10—油箱

图1-2所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。

我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号（GB786—76）”。

我国制订的液压系统图图形符号（GB786—76）中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。

（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。

图1-3所示为图1-2（a）系统用国标《GB786—76液压系统图图形符号》绘制的工作原理图。

使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。

结构式、职能符号式

对液压系统图标准的说明

1-3液压传动的优缺点

液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：

（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。

（4）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。

液压传动的缺点是：

（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。

参观（现场教学）

1、本校实习工厂

平面磨床液压系统、外圆磨床液压系统、剪弯机液压系统

2、液压实验室

【授课题目】第二章液压流体力学基础

【授课教师】杨壮凌

【授课对象】CAD05/汽车修理05

【授课时间】第2、3、4周

【教学方法】授课

【选用教具】多媒体

【作业布置】P24习题

本章主要是为学习液压传动打下一个良好的流体力学基础，学习一些有关的必要的知识。

要求学习复习好以前学过的有关知识，如静止液体力学的的一些知识及液压油的性质等。

重点是学习和掌握流动液体力学的三大定律及其应用，这也是本章的难点，要求学生通过学习及练习一定要掌握。

第二章液压流体力学基础（8学时）

2-1液压油的性质和使用　

（1）

液压油的密度和重度、液压油的粘性、液压油的可压缩性、

对液压油的要求和选用

液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、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。

1.1液压油的分类：

普通液压油

专用液压油

1、石油基液压油

抗磨液压油

高粘度指数液压油

石油基液压油是以石油地精炼物未基础，加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油，不同性能、不同品种、不同精度则加入不同的添加剂。

合成液压油——磷酸酯液压油

2、难燃液压油水——乙二醇液压油

含水液压油油包税乳化液

乳化液

水包油乳化油

1）石油基液压油这种液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性

能的添加剂而成。

添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。

不同工作条件要求具有不同性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。

2）成添加剂磷酸脂液压油是难燃液压油之一。

它的使用范围宽，可达-54~135℃。

抗燃性好，氧化安定性和润滑性都很好。

缺点是与多种密封材料的相容性很差，有一定的毒性。

3）—乙二醇液压油这种液体由水、乙二醇和添加剂组成，而蒸馏水占35％~55％，因而抗燃性好。

这种液体的凝固点低，达-50℃，粘度指数高（130~170），为牛顿流体。

缺点是能使油漆涂料变软。

但对一般密封材料无影响。

4）乳化液乳化液属抗燃液压油，它由水、基础油和各种添加剂组成。

分水包油乳化液和油包水乳化液，前者含水量达90％~95％，后者含水量大40％。

2-2静止液体力学　　　　

（1）

液体的压力、绝对压力和表压力、帕斯卡定律（静压传递原理）、

液体压力作用在平面上和曲面上的力

液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此要研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其实际应用。

所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动，至于液体本身完全可以和容器一起如同刚体一样做各种运动。

因此，液体在相对平衡状态下不呈现粘性，不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力。

本节主要讨论液体的平衡规律和压强分布规律以及液体对物体壁面的作用力。

一、液体静压力及其特性

作用在液体上的力有两种类型：

一种是质量力，另一种是表面力。

质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，属于这种力的有重力、惯性力等。

单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于重力加速度。

表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。

表面力可以是其他物体（例如活塞、大气层）作用在液体上的力；

也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。

对于液体整体来说，其他物体作用在液体上的力属于外力，而液体间作用力属于内力。

由于理想液体质点间的内聚力很小，液体不能抵抗拉力或切向力，即使是微小的拉力或切向力都会使液体发生流动。

因为静止液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以静止液体只能承受压力。

所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。

液体内某质点处的法向力ΔF对其微小面积ΔA的极限称为压力p，即：

p＝limΔF/ΔA（2-14）

ΔA→0

若法向力均匀地作用在面积A上，则压力表示为：

p＝F/A（2-15）

式中：

A为液体有效作用面积；

F为液体有效作用面积A上所受的法向力。

静压力具有下述两个重要特征：

（1）液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。

（2）静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。

二、液体静力学方程

静止液体内部受力情况可用图2-3来说明。

设容器中装满液体，在任意一点A处取一微小面积dA，该点距液面深度为h，距坐标原点高度为Z，容器液平面距坐标原点为Z0。

为了求得任意一点A的压力，可取dA·

h这个液柱为分离体〔见图（b）〕。

根据静压力的特性，作用于这个液柱上的力在各方向都呈平衡，现求各作用力在Ｚ方向的平衡方程。

微小液柱顶面上的作用力为p0dA（方向向下），液柱本身的重力Ｇ＝γhdA（方向向下），液柱底面对液柱的作用力为pdA（方向向上），则平衡方程为：

pdA=p0dA+γhdA

故p=p0+γh（2-16）

为了更清晰地说明静压力的分布规律，将（2-16）式按坐标Ｚ变换一下，即以：

h=Z0-Z

代入上式整理后得：

p+γZ=p0+γZ0=常量（2-17）

上式是液体静力学基本方程的另一种形式。

其中Z实质上表示A点的单位质量液体的位能。

设A点液体质点的质量为m，重力为mg，如果质点从A点下降到基准水平面，它的重力所做的功为mgz。

因此A处的液体质点具有位置势能mgz，单位质量液体的位能就是

mgz/mg＝Z，Z又常称作位置水头。

而p/ρg表示A点单位质量液体的压力能，常称为压力水头。

由以上分析及式（2-1）可知，静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能，即具有两部分能量，而且各点的总能量之和为一常量。

分析式（2-16）可知：

（1）静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力p0和液体自重而引起的对该点的压力γh。

（2）静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点的压力相等，压力相等的所有点组成的面为等压面，很显然，在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。

（3）可通过下述三种方式使液面产生压力p0：

①通过固体壁面（如活塞）使液面产生压力；

②通过气体使液面产生压力；

③通过不同质的液体使液面产生压力。

三、压力的表示方法及单位

液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种表示方法。

因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压力是高于大气压力的那部分压力。

也就是说，它是相对于大气压（即以大气压为基准零值时）所测量到的一种压力，因此称它为相对压力或表压力。

另一种是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝对压力。

当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。

因此，某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。

如某点的绝对压力为4.052×

104Pa（0.4大气压），则该点的真空度为0.6078×

104Pa（0.6大气压）

由图2-4可知，绝对压力总是正值，表压力则可正可负，负的表压力就是真空度，如真空度为4.052×

104Pa（0.4大气压），其表压力为-4.052×

104Pa（-0.4大气压）。

我们把下端开口，上端具有阀门的玻璃管插入密度为ρ的液体中，如图2-5所示。

如果在上端抽出一部分封入的空气，使管内压力低于大气压力，则在外界的大气压力pa的作用下，管内液体将上升至h0，这时管内液面压力为p0，由流体静力学基本公式可知：

pa=p0+ρgh0。

显然，ρgh0就是管内液面压力p0不足大气压力的部分，因此它就是管内液面上的真空度。

由此可见，真空度的大小往往可以用液柱高度h0=（pa-p0）/ρg来表示。

在理论上，当p0等于零时，即管中呈绝对真空时，h0达到最大值，设为（h0max）r，在标准大气压下，

（h0max）r＝patm/ρg=10.1325/（9.8066ρ）=1.033/ρ

水的密度ρ=10-3kg/cm3，汞的密度为13.6×

10-3kg/cm3。

所以（h0max）r＝1.033×

10-3=1033cmH2O=10.33mH2O

或（h0max）r＝1.03313.6×

10-3=76cmHg=760mmHg

即理论上在标准大气压下的最大真空度可达10.33米水柱或760毫米汞柱。

根据上述归纳如下：

（1）绝对压力＝大气压力+表压力

（2）表压力＝绝对压力-大气压力

（3）真空度＝大气压力-绝对压力

压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。

由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍单位兆帕，符号MPa。

1Mpa=105Pa

四、帕斯卡原理

密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加Δp，则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp0也就是说，在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。

这就是帕斯卡原理或静压传递原理。

在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重（γh）所产生的压力大得多。

因此可把式（2-16）中的γh项略去，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。

根据帕斯卡原理和静压力的特性，液压传动不仅可以进行力的传递，而且还能将力放大和改变力的方向。

图2-6所示是应用帕斯卡原理推导压力与负载关系的实例。

图中垂直液压缸（负载缸）的截面积为A1，水平液压缸截面积为A2，两个活塞上的外作用力分别为F1、F2，则缸内压力分别为p1=F1/A1、p2=F2/A2。

由于两缸充满液体且互相连接，根据帕斯卡原理有p1=p2。

因此有：

F1=F2A1/A2（2-18）

上式表明，只要A1/A2足够大，用很小的力F1就可产生很大的力F2。

液压千斤顶和水压机就是按此原理制成的。

如果垂直液压缸的活塞上没有负载，即F1=0，则当略去活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞也不能在液体中形成压力。

这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动的一个基本概念。

五、液压静压力对固体壁面的作用力

在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。

因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为液体的压力p与受压面积A的乘积，其方向与该平面相垂直。

如压力油作用在直径为D的柱塞上，则有F=pA=pπD2/4。

当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但相等。

要计算曲面上的总作用力，必须明确要计算哪个方向上的力。

图2-7所示为液压缸筒受力分析图。

设缸筒半径为r，长度为l，求液压力作用在右壁部x方向的力Fx。

在缸筒上取一微小窄条，其面积为dA=lds=lrdθ，压力油作用在这微小面积上的力dF在x方向的投影为：

dFx=dFcosθ=pdAcosθ=plrcosθdθ

在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为：

Fx=

plrcosθdθ=2lrp（2-19）

式中，2lr为曲面在x方向的投影面积。

由此可得出结论，作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。

这一结论

对任意曲面都适用。

图2-8为球面和锥面所受液压力分析图。

要计算出球面和锥面在垂直方向受力F，只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积A，然后再与压力p相乘，即：

F=pA=pπd2/4

（2-20）

d为承压部分曲面投影圆的直径。

2-3流动液体力学

（2）

一、液体流动中的一些基本概念

二、流动液体的质量守恒定律──流量连续性方程

三、流动液体的能量守恒定律──伯努利方程式

四、流动液体的动量定律──动量方程式

§

2-4液体流动中的压力损失

（1）

一、液体运动的两种状态

层流与紊流、雷诺数、非圆截面管道雷诺数

二、直管中的压力损失（沿程损失）

2-5油液流经小孔和缝隙的流量计算

（1）

一、油液流经小孔的流量计算

二、油液流经缝隙的流量计算

2-6液压冲击和空穴现象

一、液压冲击

二、空穴现象

习题课（2学时）

【授课题目】第三章液压泵、液压马达

【授课时间】第5－7周

【教学方法】授课、实验

【选用教具】多媒体、实验室

【作业布置】P52习题

本章主要是学习液压传动系统的组成当中较重点的元件液压泵和液压马达，要求学生通过本章的学习了解各种液压泵及马达的特点、结构及其性能，在设计中能正确地选用这类元件。

本章的难点及重点是液压泵的能量转换，要求学生通过练习要掌握这部分内容。

第三章液压泵的液压马达（6学时）

3-1液压泵和液压马达概述

（1）

一、液压泵和液压马达工作原理

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵，图3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。

原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。

当a有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油箱a而实现吸油；

反之，当a由大变小时，a腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。

这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。

二、液压泵的分类

三、液压泵的流量和压力

工作压力、额定压力、排量、理论流量

四、能量转换和效率

3-2齿轮泵和齿轮马达

（2）

齿轮泵的工作原理、困油现象、流量计算和流量脉动、

高压齿轮泵的特点、内啮合齿轮泵、齿轮液压马达工作原理

当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。

随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。

这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。

齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。

当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。

泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位，用6只螺钉固紧如图3-3。

为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄露最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.025~0.04mm，大流量泵为0.04~0.06mm。

齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问题是：

当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.13~0.16mm。

为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开有油封卸荷槽16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。

在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承。

齿轮泵存在的问题

1、齿轮泵的困油问题

齿轮泵要能连续地供油,就要求齿轮啮合的重叠系数ε大于1,也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时,另一对齿轮已进入啮合,这样,就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间,在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积,一部分油液也就被困在这一封闭容积中〔见图3-5（a）〕,齿轮连续旋转时,这一封闭容积便逐渐减小,到两啮合点处于节点两侧的对称位置时〔见图3-5（b）〕,封闭容积为最小,齿轮再继续转动时,封闭容积又逐渐增大,直到图3-5（c）所示位置时,容积又变为最大。

在封闭容积减小时,被困油液受到挤压,压力急剧上升,使轴承上突然受到很大的冲击载荷,使泵剧烈振动,这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热等。

当封闭容积增大时,由于没有油液补充,因此形成局部真空,使原来溶解于油液中的空气分离出来,形成了气泡,油液中产生气泡后,会引起噪声、气蚀等一系列恶果。

以上情况就是齿轮泵的困油现象。

这种困油现象极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。

2、齿轮泵的径向不平衡力

齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。

如图3-7所示,泵的右侧为吸油腔,左侧为压油腔。

在压油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄漏油,具有大小不等的压力,就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。

液压力越高,这个不平衡力就越大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。

为了解决径向力不平衡问题,在有些齿轮泵上,采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力,但这将使泄漏增大,容积效率降低等。

CB—B型齿轮泵则采用缩小压油腔,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力,所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。

3-2叶片泵和叶片马达

（2）

叶片泵的结构较齿轮泵复杂,但其工作压力较高,且流量脉动小,工作平稳,噪声较小,寿命较长。

所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低液压系统中，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。

根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵，单作用叶片泵多为