《机械基础》授课教案.docx

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《机械基础》授课教案

第九讲　液压传动

授课日期：

28/4

课　　题　液压传动概述·液压元件

课　　型：

课堂讲解后进行实验　

目的要求：

1、了解液压传动的基础知识

2、掌握液压传动的组成及工作原理。

3、掌握常见常见液压元件的结构、原理

重点难点：

1、液压传动的组成及工作原理。

2、常见液压元件的结构、原理

教　　具：

实物和挂图　

教学方式及时间分配：

课时总计4课时，教师课堂讲解3课时，实验1课时

　　　　　　　　　　（实验在本章课程结束后统一安排）

复习与课外作业：

　安排学生复习、预习；作业

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－1）

第九章：

液压传动

一、液压传动概述

（一）液压传动的概念及特点

1、液压传动概念

液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力来传递动力和进行控制的一种传动方式。

从1975年英国制成第一台水压机开始，至今已有近两百年的历史，第二次大战后，液压技术得到了迅速的发展和广泛的应用，目前液压元件质量的着重点是高压、大流量、微型化、集成化、低噪音和长寿命。

2、液压传动特点

与机械传动，电气传动等传动相比，液压传动具有结构紧凑、传动力大、定位精确、运动平稳、易于实现自动控制，机件润滑良好，寿命长等优点，因此，液压传动广泛应用于机械工业、冶金工业、石油工业、工程建筑，船舶、航空、军事、宇航等工业部门。

其不足之处在于传动效率较低，不宜作远距离传递，不宜于高温或低温条件下工作，以及液压元件精度要求高，成本高等缺点。

（二）液压传动的工作原理及液压系统的组成

1、液压系统的组成

　　　　　任何一个简单而完整的液压系统，均由以下四个部分组成：

（1）动力元件（油泵）：

其作用是向液压系统提供压力油，是系统的动力源。

（2）执行元件（油缸或马达）：

其作用是在压力油的作用下，完成对外作功。

（3）控制元件：

如溢流阀、节流阀、换向阀等，分别控制系统的压力、流量和流向，以满足执行元件对力，速度和运动方向的要求。

（4）辅助元件：

如油箱、油管、管接头、滤油器、蓄能器等。

2、液压传动的工作原理（图示讲解）

二　液压油、流量和压力

（一）液压油

液压油既是工作介质，又是润滑剂和冷却液。

油液的特性将会影响液压传动性能（如工作可靠性、灵敏性、系统效率及零件寿命等）

1、粘度

流体流动时，在流体内部产生内摩擦力的性质称为粘性，粘性的大小，可以用粘度来表示。

粘度大，液层的内摩擦力就大，油液就“稠”；反之，油液就“稀”。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－2）

由《工程流体力学》可知，流体的粘度有三种表示方法，即动力粘度η，运动粘度ν和相对粘度

°E（恩氏粘度）。

　　　运动粘度属于绝对粘度，其常用单位是cSt（厘沲）。

在我国法定计量单位及国际制中，运动粘度的单位是㎡/s，换算关系为：

　　　　　　　　　　　　1㎡/s＝104st＝106cSt

相对粘度属于条件粘度，温度为t°C时的恩氏粘度用°Et表示。

在液压传动系统中，一般以

50°C作为测试恩氏粘度的标准温度，用°E50表示。

2、影响油液粘度的主要因素　　　　　　　　　　　　　

（1）温度对粘度的影响

　　　　　石油基矿物油的粘度对温度的变化很敏感。

当温度升高时，粘度显著下降。

　　　　　油的粘温性能在国外常用粘度指数（V·I）表示。

它表示被试油液的粘度随温度变化的程度同标准油液粘度随温度变化程度比较的相对值。

粘度指数高，表示这种油的使用温度范围大。

（2）压力对粘度的影响

　　　　　从理论上讲，随着压力升高，油液的分子间距离缩小，粘度提高。

3、对液压油的要求和选择液压油的原则

1）对液压油的要求

（1）粘温特性好。

粘度指数不小于90；

（2）具有良好的润滑性；

（3）具有良好的化学稳定性；

（4）质量纯净，不含各种杂质。

（5）闪点（油蒸气自燃的温度）要高，凝固点要低。

2）选择油时应考虑的因素

（1）工作压力的高低：

压力高，应用粘度高的油，以减小泄漏，提高容积效率。

（2）环境温度：

温度高，应用粘度较高的油；反之，环境温度较低时，宜用粘度较低的油。

（3）工作部件运动速度的高低：

在运动速度较高时，为了减少压力损失，宜用粘度较低的油，反之，应用粘度较高的油。

（二）流量和压力

1、流量和平均速度

1）流量

流量是指单位时间内流过管道或液压缸某一截面的油液体积，通常用Q表示。

若在时间t内，渡过某一截面的液体体积为V，则流量为

　　　　　　　　　　　　　　　　　Q＝V/t

流量的单位为m3/s，它和目前工程中常用的单位L/min的换算关系为1m3/s＝6×104L/min。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－3）

2）额定流量

按试验标准规定，连续运转所必须保证的流量称为额定流量。

它是液压元件基本参数之一。

3）平均流速v

　　　　　v＝Q/A

式中　v——液体的平均流速，m/s

Q——流入液压缸或管道的流量，m3/s

A——活塞的有效作用面积或管道的流通面积，m3

4）活塞运动速度与流量的关系

如图所示：

假定在时间t内。

活塞2移动的距离为H2，则：

　　　　　　　　　　　　Q2＝A2H2/t

H2/t＝Q2/A2

式中　　H2/t——活塞运动速度（用v表示）

　　　　Q2/A2——液压缸内油液的平均流速v

由上分析可得：

（1）活塞的运动速度等于液压缸内油液的平均流速。

v＝Q/A

式中v——活塞的运动速度，m/s

Q——流入液压缸的流量，m3/s

A——活塞的有效作用面积，m3

（2）活塞的运动速度仅仅和活塞的有效作用面积及流入液压缸的流量两个因素有关，而和压力的大小无关。

（3）当活塞的有效作用面积一定时。

活塞的运动速度取决于流入液压缸中的流量。

2、液流连续性理论

　　　　　油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的，这就是液流连续性原理。

3、压力的建立与压力的传递

1）压力的概念

油液中的压力主要是由油液自重或油液表面受外力作用而产生的，忽略油液自重，油液压力是指液体表面受外力作用所产生的压力。

如图所示：

外力F与液体作用于活塞上的力FP

相等。

油液作用于活塞单位面积上的力

应为FP/A＝F/A。

我们把这种垂直压向

单位面积上的力称为压力P

　　　　　　　　　P＝F/A

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－4）

式中　P——油液压力，Pa（帕）；

F——作用在油液表面上的外力，N（牛顿）；

A——油液表面的承压面积，㎡。

2）额定压力

在正常条件，按试验标准规定连续运转的最高压力称为额定压力。

3）静止油液中压力的特征

帕斯卡原理：

在密闭容器中的静止油液体，当一处受到压力作用时，这个压力将通过液体传到连通器的任一点上，而且其压力处处相等。

因此，静止的油液中，任何一点所受到的各个方向的压力都相等地。

4）液压传动系统中压力的传递

综上所述，液压系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的；压力的大小决定于负载，并随负载变化而变化；当某处有几个负载并联时，则压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值；压力建立的过程是从无到有，从小到大迅速进行的。

三　液压元件

（一）液压泵

1、作用

　　　　　将原动机（如电机）输出的机械能转换为液体的压力能。

2、类型

　　　　按其流量是否可改变，分为定量油泵和变量油泵；

　　　　按其输油方向能否改变分为单向泵和双向泵；

　　　　按额定压力的高低分为低压泵、中压泵和高压泵；

　　　　按结构不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵等。

3、结构及工作原理

1）齿轮泵

（1）结构

（2）工作原理

（3）应用特点

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－5）

2）柱塞泵

（1）结构

（2）工作原理

（3）应用特点

3）叶片泵

（1）结构

（2）工作原理

（3）应用特点

（二）液压缸

1、作用

将液体的压力能转换为机构能。

2、类型

按运动形式不同，可分为推力油缸和摆动油缸。

按液压力作用方式，推力油缸可分为单作用式和双作用式。

按结构不同，可分为活塞式、柱塞式、伸缩套筒式和组合式。

3、结构及工作原理

1）双出杆活塞式液压缸

（1）结构

（2）工作原理

（3）应用特点

2）单出杆活塞式液压缸

（1）结构

（2）工作原理

（3）应用特点

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9－6）

西昌学院食品科学系授课计划

第十讲　液压传动

授课日期：

5/5

课　　题　液压元件·液压基本回路及分析

课　　型：

课堂讲解后进行实验　

目的要求：

1、掌握常见常见液压元件的结构、原理

2、掌握常见液压基本回路的构成、原理

3、能读懂液压原理图

重点难点：

1、常见液压元件的结构、原理

2、常见液压基本回路的构成、原理

教　　具：

实物和挂图　

教学方式及时间分配：

课时总计4课时，教师课堂讲解3课时，实验课时

　　　　　　　　　　（实验在本章课程结束后统一安排）

复习与课外作业：

安排学生复习、预习；作业

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10－1）

　　　　　　　　　　　　　　第九章　液压传动

　一、液压元件

（一）液压控制阀

液压控制阀是液压系统的控制元件，用来控制和调节液流方向、压力和流量，从而控制执行元件的运动方向、输出的力或力矩、运动速度、动作顺序，以及限制和调节液压系统的工作压力，防止过载等，根据用途和工作特点不同，控制阀主要分为三大类：

方向控制阀：

单向阀、换向阀等；

压力控制阀：

溢流阀、减压阀、顺序阀等；

流量控制阀：

节流阀、调速阀等。

1、方向控制阀

1）单向阀

（1）作用

只允许油液向一个方向运动。

（2）结构

（3）工作原理

2）换向阀

（1）作用

利用阀芯和阀体相对位置的改变，来控制液流的方向。

（2）类型

按阀芯运动方式：

滑阀和转阀；

按阀的位置和通道数：

二位二通，三位四通，三位五通等；

按阀的操纵方式：

手支动式、机动、电磁、流动、电液动；

按安装方式：

管式、板式，法兰式

（3）结构及工作原理　

用图作几个典型结构的讲解。

2、压力控制阀

1）溢流阀

（1）作用

　　　　保持系统的压力的恒定和防止液压系统过载，起安全保护作用。

（2）类型

　　　　按工作原理的不同，分直动型溢流阀和先导式溢流阀。

　（3）直动式溢流阀的结构及原理

　　　　　图示讲解。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10－2）　

2）减压阀

（1）作用

　　　　　用于降低液压系统中某一油路的压力，以满足执行机构的需要。

（2）类型

　　　　根据其具体作用不同，分为：

定值减压阀：

保持阀的出口压力为恒定。

定差减压阀：

保持阀进出口压力之差为恒定值。

定比减压阀：

保持进出阀的进出中压力之比为恒定值。

（3）定值减压阀的结构及原理

3）顺序阀

2、流量控制阀

在液压系统中用来控制液体流量的阀类通称为流量控制阀。

其工作原理是利用改变阀的流通截面积或改变阀的流道长度来调节流量，使执行元件获得要求的速度。

常用的流量控制阀有节流阀和调速阀，它们又可与单向阀，行程阀等组合成复合式流量控制阀。

1）常见节流阀节流口的形式

2）节流阀的结构、原理（图示讲解）

（1）单向节流阀

（2）普通节流阀

3）调速阀的结构、原理

图示讲解。

（二）液压辅助元件

1、滤油器

（1）作用

只允许油液向一个方向运动。

（2）结构

（3）工作原理

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10－3）

2、蓄能器

（1）作用

只允许油液向一个方向运动。

（2）结构

（3）工作原理

3、油箱

四、液压基本回路分析

（一）方向控制回路

1、换向回路

2、锁紧回路

（二）压力控制回路

1、调压回路

1）限压回路

2）多级压力回路

2、减压回路

1）一级减压回路

2）二级减压回路

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10－4）

3、增压回路

4、卸载回路

1）靠换向阀机能卸载的卸载回路

2）用先导型电磁式溢流阀卸载的回路

5、平衡回路

（三）速度控制回路

1、进油节流调速回路

2、回油节流调速回路

3、旁路节流调速回路

（10－5）