液压与气压传动复习资料本科.docx

1、液压与气压传动复习资料本科第一章 绪论考核目标考核知识点 液压系统的组成和优缺点 会计算液压油的粘度和三种粘度的转换 液压传动的基本概念考核要求 掌握液压传动的工作原理领会：主要参数、两个重要概念 液压系统的组成 领会并识记：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质在液压系统中的作用 液压油的粘度和三种粘度的转换领会并识记：粘度的三种表示方法和动力粘度的物理意义 重点与难点1、 液压系统的组成和优缺点2、 液压油的粘度和三种粘度的转换。1.1 液压传动发展概述机械的传动方式：机械传动通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。电气传动利用电力设备，通过调节电参数

2、来传递或控制动力的传动方式。 液压传动利用液体静压力传递动力 液体传动液力传动利用液体静流动动能传递动力流体传动 气压传动气体传动 气力传动1.2 液压传动的工作原理1.3 液压传动系统的组成一个完整的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：1.动力装置: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:是把液压能转换成机械能的装置。包括液压缸和液压马达。3.控制调节装置：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。包括压力、流量、方向等控制阀。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

3、.工作介质：传递能量的流体，即液压油等。1.4 液压系统的图形符号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(GB/T 786.1-93)”。我国制订的液压系统图图形符号(GB/T 786.1-93)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。1.5 液压系统的特点1、液压

4、传动的优点(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。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。(3)可在大范围内实现无级调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。(5)液压装置易于实现过载保护。(6)液压传动容易实现自动化。(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。2、液压传动的缺点(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，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，

5、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。第二章 流体力学基础 考核目标考核知识点 液体静压力及其性质 静压力方程 压力对固体壁面的总的作用力 几个基本概念 连续方程、伯努利方程及应用 管路压力损失计算 液体流经孔口及缝隙的特性 液压冲击和气穴现象考核要求 基本概念领会并识记：绝对压力、相对压力、真空度、理想液体、实际液体、层流、紊流雷诺数、液压冲击和气穴现象等概念 管路压力损失计算领会：沿程压力损失、局部压力损失产生的原因和计算方法 静压力方程、连续方程、伯努利方程及应用综合应用：计算泵吸油口

6、的真空度、吸油高度等 重点与难点1、 静压力基本方程、连续方程、伯努利方程2、绝对压力、相对压力、真空度等概念3、层流状态下沿程压力损失、局部压力损失的计算4、流经薄壁小孔的流量计算公式2.1 液压油2.1.1 液压油的物理性质1、液体的密度密度： = m/V kg/ m3 2、液体的粘性F=A 粘度的分类：动力粘度运动粘度相对粘度3、液体的可压缩性体积压缩系数 4、其它性质1）压力对粘度的影响 在一般情况下，压力对粘度的影响比较小。当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。 2）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

7、聚力减小，粘度就随之降低。2.1.2 对液压油的要求及选用1、对液压传动工作介质的要求 1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为：=11.510-635.310-6m2/s(25E50)2.润滑性能好在液压传动机械设备中，除液压元件外，其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。3.良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性5.对金属材料具有防锈性和防腐性6.比热、热传导率大，热膨胀系数小7.抗泡沫性好，抗乳化性好8.油液纯净，含杂质量少9.流动点和凝固点低，闪点(明火能

8、使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度)和燃点高2、选用 正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。2.2 流体静力学2.2.1 液体静压力及其特性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

9、内某质点处的法向力F对其微小面积A的极限称为压力p，即： 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。2.2.2 液体静力学方程 2.2.3 压力的表示方法及单位绝对压力、相对压力、真空度的关系是：(1)绝对压力大气压力+相对压力(2)相对压力绝对压力-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，1Pa1N/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。2.2.4 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

10、p，则容器内任意一点的压力将增加同一数值p0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。2.3液体动力学2.3.1 基本概念一、理想液体和恒定流动1、理想液体 ：理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。2、恒定流动：如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。二、迹线、流线、流束和通流截面迹线：迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线：流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间

11、曲线。在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。 (a)流线 (b)流束 流管：某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称流管。流束：充满在流管内的流线的总体，称为流束。通流截面：垂直于流束的截面称为通流截面。三、流量和平均流速1、流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。流过整个通流截面的流量为2、平均流速：假设通流截面上流速均匀分布，用v来表示，得= vA 则平均流速为：v = q/A四、流动状态、雷诺数1、流动状态层流和紊流 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

12、混杂，而是层次分明，能够维持安定的流束状态，这种流动称为层流。紊流：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，这种流动称为紊流或湍流。2、雷诺数 Re=vd/ 2.3.2连续性方程 质量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。 其中不可压缩流体作定常流动的连续性方程为：v1A1=v2A2 2.3.3伯努利方程1、理想液体的伯努利方程 即：（c为常数） 伯努利方程的物理意义为：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成的能量，即压力能、势能和动能。三种能量的总合是一个恒定的常

13、量，而且三种能量之间是可以相互转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。2、实际液体的伯努利方程 2.4液体流动时的压力损失分沿程压力损失和局部压力损失2.4.1沿程压力损失液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失。层流时：速度： 流量： 层流、湍流时：压力损失： 2.4.2局部压力损失 或2.4.3管路中的总压力损失2.5液体流经小孔和缝隙的流量薄壁小孔的流量： 流量通用公式： 2.6液压冲击及空穴现象1、液压冲击现象 1）液压冲击 在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变(变向或停止)，由于流动液体的惯性或运动

14、部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击(水力学中称为水锤现象)。在研究液压冲击时，必须把液体当作弹性物体，同时还须考虑管壁的弹性。2）空穴现象一般液体中溶解有空气，水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有(6%12%)体积的空气。成溶解状态的气体对油液体积弹性模量没有影响，成游离状态的小气泡则对油液体积弹性模量产生显著的影响。空气的溶解度与压力成正比。当压力降低时，原先压力较高时溶解于油液中的气体成为过饱和状态，于是就要分解出游离状态微小气泡，其速率是较低的，但当压力低于空气分离压pg时，溶解的气体就要以很高速度分解出来，成为游离微小气泡，并聚合长大，使原来充满

15、油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。油液的空气分离压随油温及空气溶解度而变化，当油温t=50时，pg4106Pa (绝对压力)。第三章 液压泵和液压马达 考核目标考核知识点 泵和马达的工作原理 泵和马达的性能参数 限压式变量叶片泵考核要求 泵和马达的工作原理领会：密封工作腔变化、配流装置的作用。 泵和马达的性能参数识记：压力、排量、理论流量、实际流量、转速、理论转矩、实际转矩、功率、容积效率、机械效率、总效率。简单应用：会计算有关参数3.1 液压泵概述液压泵基本工作条件（必要条件）：1 形成密封容积2 密封容积变化3 吸压油腔隔开（配流装置）3.1.1 液压泵的工作原

16、理及分类3.1.2 液压泵和液压马达的主要工作参数1、压力(1)工作压力；(2)额定压力；(3)最高允许压力。2、排量和流量(1)排量V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。(2)理论流量qi。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为V,其主轴转速为n,则该液压泵的理论流量qi为： (3)实际流量q 液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。 (4)额定流量qn 液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。3、功率和效率理论

17、功率： 液压泵的功率损失。实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。两者之间的差值即为功率损失，功率损失有容积损失和机械损失两部分。(2)液压泵的功率。输入功率Pi。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为T0，角速度为时,有： 输出功率Po。液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差p和输出流量q的乘积,即： (3)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,即：3.2 齿轮泵3.2.1齿轮泵的工作原理和结构1、 齿轮泵的工作原理2、齿轮泵存在的问题为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压

18、油口隔开，齿轮啮合时的重合度必须大于1， 有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故 在齿向啮合线间形成一个封闭容积。ab 容积缩小 p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。bc 容积增大 p 形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。消除困油的方法原则 ：ab 密封容积减小，使之通压油口bc 密封容积增大，使之通吸油口b 密封容积最小，隔开吸压油方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消除困油，CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平 移一段距离，效果更好2

19、）齿侧泄漏：约占齿轮泵总泄漏量的 5%径向泄漏约占齿轮泵总泄漏量的 20%25%端面泄漏* 约占齿轮泵总泄漏量的 75%80%提高齿轮泵压力的方法：浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮 端面，补偿磨损，减小间隙。弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。3）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

20、的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。3.2.2齿轮泵的流量计算齿轮泵的实际输出流量q(1/min)为： 3.3 叶片泵3.3.1 单作用叶片泵1、单作用叶片泵的工作原理 2、单作用叶片泵的流量计算 泵的实际输出流量为： 3、特点(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时,吸油压油方向也相反;(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内；(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压；(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24。4、限压式变量叶片泵3.3.2 双

21、作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理 2. 叶片泵的优缺点及其应用主要优点：(1)输出流量比齿轮泵均匀，运转平稳，噪声小。(2)工作压力较高，容积效率也较高。(3)单作用式叶片泵易于实现流量调节，双作用式叶片泵则因转子所受径向液压力平衡，使用寿命长。(4)结构紧凑，轮廓尺寸小而流量较大。主要缺点：(1)自吸性能较齿轮泵差，对吸油条件要求较严，其转速范围必须在500 1500 r/min范围内。(2)对油液污染较敏感，叶片容易被油液中杂质咬死，工作可靠性较差。(3)结构较复杂，零件制造精度要求较高，价格较高。叶片泵一般用在中压(6.3 MPa)液压系统中，主要用于机床控制，特别是双作用式叶片泵因

22、流量脉动很小，因此在精密机床中得到广泛使用。3.4 柱塞泵3.4.1.径向柱塞泵1.轴向柱塞泵的工作原理 2.轴向柱塞泵的排量和流量计算：轴向柱塞泵的实际数输出流量为: 一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11。3.轴向柱塞泵的结构特点 3.5 液压马达1、液压马达的分类液压马达与液压泵一样，按其结构形式分仍有齿轮式、叶片式和柱塞式；按其排量是否可调仍有定量式和变量式。3、液压马达在结构上与液压泵的差异（1）液压马达是依靠输入压力油来启动的，密封容腔必须有可靠的密封。（2）液压马达往往要求能正、反转，因此它的配流机构应该对称，进出油口的大小相等。（3）液压马达是依靠泵输出压力来进行工作的，不需

23、要具备自吸能力。（4）液压马达要实现双向转动，高低压油口要能相互变换，故采用外泄式结构。（5）液压马达应有较大的启动转矩，为使启动转矩尽可能接近工作状态下的转矩，要求马达的转矩脉动小，内部摩擦小，齿数、叶片数、柱塞数比泵多一些。同时，马达轴向间隙补偿装置的压紧力系数也比泵小，以减小摩擦。虽然马达和泵的工作原理是可逆的，由于上述原因，同类型的泵和马达一般不能通用。3.6 液压泵的选用液压系统中常用液压泵的性能比较性能外啮合轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵输出压力低压中压中压高压高压流量调节不能不能能能能效率低较高较高高高输出流量脉动很大很小一般一般一般自吸特性好较差较差差差对

24、油的污染敏感性不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感噪声大小较大大大一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构、功用和动转方式各不相同,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中,往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵;而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。第四章 液压缸 考核目标考核知识点 双杆活塞缸、单杆活塞缸的工作原理和结构 活塞式、柱塞式和其它几种液压缸的特点及图形符号 液压缸的设计要点，强度及刚度的校核 密封考核要求 双杆活塞缸、单杆活塞缸的工作原理识记：差动连接、简单应用：推力、速度的计算4.1

25、液压缸的类型及特点常见液压缸的种类及特点4.1.1 活塞式液压缸1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。(1)双杆式活塞缸。活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。缸筒固定式的双杆活塞缸。它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用活塞杆固定的形式。这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l的两倍(2l)，因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆

26、的两端，但必须使用软管连接。双杆活塞缸的推力F和速度v为：F=A(p1-p2)= (D2-d2) (p1-p2) /4；v=q/A=4q/(D2-d2) (2)单杆式活塞缸。活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：F1=p1A1-p2A2=(p1-p2)D2-p2d2/4 ; v1=q/A1=4q/D2 ;v2=q/A2=4q/(D2-d2) (3)差动油缸。差动连接时活塞推力F3和运动速度v3为：F3=p1(A1-A2)=p1d2/4

27、进入无杆腔的流量:v3=4q/d22.柱塞缸 柱塞缸输出的推力和速度各为：F=pA=pd2/4 ；i=q/A=4q/d2 4.2 液压缸的典型结构和组成4.2.1 液压缸的典型结构举例 4.2.2 液压缸的组成 液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如下。(1)缸筒和缸盖。缸筒和缸盖的常见结构形式。法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。螺纹连接式，它的缸筒端部结

28、构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图e所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。 (2)活塞与活塞杆。常见的活塞与活塞杆的连接形式。活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。卡环式连接方式。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。 (3)密封装置。间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，

29、但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。 (4)缓冲装置。 液压

30、缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。 (5)放气装置。 液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。第五章 液压阀第六章 液压辅助装置 考核目标考核知识点 阀的作用和分类。 各类阀特性和工作原理 职能符号 基本回路 先导式溢流阀的串联、并