液压与气压传动概要.docx

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液压与气压传动概要

绪论

教学目的和要求：

了解液压系统的组成、工作原理、基本特征，优缺点及液压系统的应用与发展。

教学重点与难点：

液压传动的工作原理与基本特征。

教学内容：

液压传动的概况、工作原理、组成部分、图形符号及其优缺点。

一、液压传动区别于其它传动方式的基本特征

1.在液压传动中工作压力取决于负载，与流入的液体（流量）多少无关。

2.活塞移动速度正比于流入液压缸中油液流量q，与负载无关。

3.液压传动中的功率等于压力p和流量q的乘积。

二、在液压与气动系统中，要发生两次能量转变

1.把机械能转变为流体压力能的元件或装置称为泵或能源装置。

2.把流体压力能转变为机械能的元件称为执行元件。

三、液压传动的工作原理

液压传动是基于流体力学的帕斯卡定律，主要利用液体在密闭容积内发生变化时产生的压力来进行能量传递和控制。

它利用各种元件组成具有所需功能的基本回路，再由若干回路有机组合成传动和控制系统，从而实现能量的转换、传递和控制。

四、液压系统组成

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

把机械能转换成油液的压力能的装置，其作用是供给液压系统压力油，为系统提供动力，又称为系统的动力元件。

（2）执行元件

把油液的压力能转化成机械能，推动负载做功；其作用是在压力油的作用下输出力和速度。

（3）控制调节元件

控制或调节系统中油液的压力、流量或流动方向。

（4）辅助元件

上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等，主要保证系统的正常运行。

（5）工作介质

主要是传递动力与能量。

第一章流体力学基础

教学目的和要求：

了解液压油的特性、熟练掌握液压油的物理性质、会根据要求选用合适的油液。

熟练掌握流体静力学基本方程，流体动力学三个方程，管路压力损失及小孔、缝隙液流公式和基本概念，理解液压冲击与空穴现象成因，了解克服液压冲击与空穴的方法。

教学重点与难点：

1.压力传递原理及液压系统压力是由外界负载决定的概念。

2.定常流动时流体动力学方程及应用

3.压力损失公式与应用、小孔流量公式及应用。

教学内容：

1.液压油的物理性质和影响因素。

2.液体静力学基本方程及压力传递原理。

3.基本概念、动力学三个方程的推导及应用。

4.管路内压力损失分析与计算、层流、紊流、雷诺数等概念。

5.小孔流量公式与缝隙液流公式的推导和应用。

一、液压传动介质的物理性质

1密度

单位体积液体所具有的质量称为液体的密度。

体积为V、质量为m的液体的密度ρ为 

ρ＝m/V （kg/m3）

2可压缩性

（1）可压缩性

液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为液体的可压缩性。

液体的压缩性可用体积压缩系数k表示。

（2）体积压缩系数k

若压力为p0时液体的体积为V0。

当压力增加△p，液体的体积减小△V,则液体在单位压力变化下的体积相对变化量。

（3）液体体积模量

液体压缩率k的倒数，称为液体体积模量，以K表示

K＝1/k（Pa）

3流体的粘性

粘性的概念

液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力的存在而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。

常用的粘度表示方法有：

（1）动力粘度μ

动力粘度又称绝对粘度，它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。

动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dy=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：

（2）运动粘度ν

运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值：

ν=μ/ρm2/s

（3）相对粘度

相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性。

我国采用恩氏粘度。

温度对粘度的影响：

液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。

压力对粘度的影响：

液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。

二、流体静力学

1压力的表示方法

根据度量基准的不同，压力有两种表示方法：

（1）绝对压力:

以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为绝对压力；

（2）相对压力:

以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。

绝对压力与相对压力的关系:

 绝对压力=大气压力+相对压力

真空度：

如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。

真空度与绝对压力的关系：

真空度=大气压力-绝对压力

三、流体运动学与动力学

1理想液体：

既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。

2连续方程

质量守恒定律：

液体在密闭管路中做稳定流动时，单位时间流过任一过流断面的液体质量相等，这就是液流连续性原理。

液流连续方程是质量守恒定律在流体力学中的具体应用。

3能量方程

能量方程又称为伯努利方程，实际上是流动液体的能量守恒定律。

理想流体的能量方程（伯努利方程）：

伯努利方程中各项都代表一种形式的能量，而且都具有能量的意义，其单位为长度单位。

能量方程各项的名称与意义：

—压力水头，代表单位重力流体相对大气压力的压力能。

z—位置水头，代表单位重力流体相对基准面的位能。

—速度水头，代表单位重力液体所具有动能。

其物理意义是：

在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形式的能量，即压力能、势能和动能。

三种能量之间是可以相互转换，但三种能量的总和是一个恒定的常量。

即能量守恒定律。

4动量方程

动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。

用动量方程来计算液流作用在固体壁面上的力，比较方便。

动量定理：

作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即

四、管道流动和压力损失

1液体在圆管中流动有两种状态：

（1）层流：

在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持恒定的流束状态。

（2）湍流：

如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换。

2雷诺数：

液体流动时究竟是层流还是湍流，须用雷诺数来判别。

实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度υ有关。

但是，真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数：

3压力损失

实际液体有粘性，所以流动时粘性力要损耗一定能量，在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失。

压力损失分为两类：

（1）沿程压力损失

液体在等径直管内流动时因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。

（2）局部压力损失

液体流径管道的弯头、接头、阀口以及突然变化的截面等处时，因流速或流向发生急剧变化而在局部区域产生流动阻力所造成的压力损失，称为局部压力损失。

第二章能源装置及辅件

教学目的和要求：

熟练掌握液压泵的工作原理、结构类型、主要性能特点、主要参数计算；熟练掌握液压泵职能符号；理解各类辅助装置的作用原理、应用场合、图形符号及功用。

教学重点与难点：

1.液压泵功率与效率计算

2.限压式变量叶片泵p-q特性曲线及参数调整。

教学内容：

1.熟练掌握液压泵流量、压力、功率、效率等概念。

2.熟练掌握齿轮泵的结构特点、工作原理、性能及有关参数计算。

3.熟悉叶片泵的结构原理、性能、限压式变量叶片泵的p-q特性曲线的应用及参数调整方法，有关参数的计算。

4.柱塞泵的分类、结构原理、性能特点及参数计算。

5.各类辅助元件的结构特点、功用、选用及图形符号。

1液压泵的概念及分类

液压泵是液压传动系统的能量转换装置，在液压传动系统中属于动力元件。

它将原动机输入的机械能转换为工作液体的压力能，为液压传动系统提供具有一定压力和流量的液体。

液压泵按泵的排量是否可调，可分为定量泵和变量泵；按结构特点可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。

2构成容积式液压泵的基本条件

（1）形成密封容积：

具有密封的工作腔。

（2）密封容积变化：

密封工作腔容积大小交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通。

（3）吸压油口隔开：

吸油口和压油口不能连通。

3液压泵的排量V（m3/r或L/r或mL/r）

在无泄漏的情况下，泵轴每转一转，由其密封容腔几何尺寸变化计算排出液体的体积。

排量只与液压泵的几何体积有关。

4流量q（m3/s或L/min）

液压泵的流量分为：

理论流量qt，实际流量q和额定流量qs

（1）理论流量qt：

指在无泄漏的情况下，液压泵在单位时间内由理论结构计算而得的排出液体的体积。

理论流量公式：

qt＝Vn

（2）实际流量q

液压泵工作时单位时间内实际输出的油液体积。

排量、理论流量和实际流量三者间的关系：

理论流量=排量*转速

实际流量=理论流量*容积效率

5液压泵效率

实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率总是比输入功率小,两者之差值即为功率损失，分为容积损失和机械损失。

容积效率是指液压泵的实际流量与理论流量之比。

6齿轮液压泵

齿轮泵一般做成定量泵,按结构不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。

外啮合齿轮泵是包括泵盖和泵体，泵体内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮。

齿轮泵存在的三个问题：

（1）泄露：

①径向间隙，通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙,20%-25%；②轴向间隙，通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙，75%-80%；③啮合处齿面间隙，齿轮轮齿啮合线处的接触间隙。

（2）径向不平衡力：

作用于齿轮上的径向力由两部分组成：

一是液压力，二是啮合力。

啮合力是传递扭矩而产生的，约为不平衡径向液压力的15%。

（3）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（一般为1.05-1.1）,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,称为闭死容腔，一部分油液也就被困在这一封闭容积中。

当齿轮旋转时，此封闭腔容积发生变化，使油液受到压缩或膨胀，这种现象称为困油现象。

危害：

闭死容腔的体积由大变小时，压力异常升高，形成压力冲击，造成发热和振动；闭死容腔的体积由小变大时，压力急剧易形成局部真空，产生气穴和噪声。

解决轴向泄漏的措施：

采用轴向间隙自动补偿的方法，其原理是把与齿轮端面相接触的部件制作成轴向可移动的，如浮动轴套或浮动侧板；并将压油腔的压力油引入到可动部件背面的油腔中，使该部件始终受到一个与工作压力成比例的轴向力，压向齿轮端面，从而保证轴向间隙能与工作压力自动适应长期稳定。

减少径向不平衡力的措施：

A适当缩小压油液口，使压力油仅作用一个齿到两个齿的范围内，以减少作用在轴承上的径向力

B适当加粗齿轮轴径，并采用承载能力较大的滑动轴承或滚针轴承。

C适当加大径向间隙，在压力油的作用下，齿顶不会和壳体内表面产生摩擦。

D开压力平衡槽，但泄漏量增大，容积效率减小。

消除困油现象的措施：

为了消除困油现象的危害，通常在两侧端盖或轴承端盖开设两个卸荷槽。

当闭死容积变小，卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时，能通过卸荷槽与压油腔相通。

当困油腔由小变大时，能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。

7叶片液压泵

叶片液压泵有单作用式（变量泵）和双作用式（定量泵）两类。

分类：

按叶片泵输出排量是否可变，可分为定量叶片泵和变量叶片泵；

按每转吸、压油次数，可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。

第三章执行元件

教学目的和要求：

熟练掌握各类缸的F、V的计算方法，掌握双杆活塞缸的结构组成；熟练掌握液压马达的