液压传动技术ppt
- 1. 液压传动
- 2. 绪论 随着科学技术的不断发展,工业生产自动化程度的不断提高,作为机械制造与自动化专业的学生，从将来从事机械工程技术研究工作的需要出发，除必须具备机械及其工艺知识外，还必须掌握有关自动化方面的一些知识。液压传动是当代先进科学技术之一，它不但渗透在各种工业设备之中，而且是科学实践研究、自动化生产的有机组成部分。 液压传动课程是机械类专业的必修课，它在整个教学计划中，占有很重要的地位，它所介绍的内容，是机械工程技术人员必须掌握并不可缺少的基础技术知识。 该课程理论教学及实践教学的基本任务是：使学生掌握流体力学的基本理论；各种液压元件的工作原理、基本结构和主要特征；掌握典型液压回路的工作原理。达到能够正确选用元件、使用元件的目的。 液压传动与控制是研究以有压液体为能源介质实现各种机械的传动与控制的学科。
- 3. 1.1 液体传动系统的工作原理及组成 1.1.1 液压传动系统的工作原理 1.1.2液压传动系统的组成： （1）、能源装置 （2）、执行装置 （3）、控制调节装置 （4）、辅助装置
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- 5. 液压传动与控制1.2液压传动的优缺点及应用 1.2.1液压传动优缺点 一、优点 1、传递同等功率功率，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑； 2、传动平稳、反应快、冲击小； 3、容易实现无级调速、调速方便、调速范围大； 4、控制、调节简单，操纵方便。易实现自动化及远程控制； 5、易实现过载保护； 6、元件易实现标准化、系列化。 二、缺点 1、液体的泄露及压缩性使液压传动无法保证严格的传动比； 2、存在摩擦损失、压力损失、和泄露损失等，不宜作远距离传输； 3、不宜在低温和高温条件下工作； 4、液压传动装置对油液的污染比较敏感； 5、液压传动元件制造精度要求高，使用维护要求严，出现故障不易排除。
- 6. 1.2.2液压传动技术的应用 1.3液压传动技术的发展概况
- 7. 第2章 液压系统工作介质 2.1液压油 一、液压油的主要物理性质 1、密度与重度： 密度 ρ=m/v kg/m3 重度 γ=G/V=mg/v=ρg N/m3 温度t↑ρ、γ↓；压力p↑ρ、γ↑ 通常ρ=900 kg/m3 γ=8830 N/m3 2、压缩性：液体受压力作用发生体积变化的性质。 体积压缩系数：单位压力变化时，液体体积的相对变化量。 液压油β=（5~7）X10-10（Pa –1） 体积弹性模量K=1/β =（1.4~2.0）X109（Pa ）
- 8. 3、粘性：当流体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生阻止液体分子相对运动的内摩擦力,液体的这种性质特称为粘性。 （1）、动力粘度：当速度梯度等于1时，相接触的流层间单位面积上的内摩擦力。 牛顿内摩擦定律： 单位：Pa·s 静止液体不呈现粘性。 （2）、运动粘度： ν=μ/ρ (m2/s) 机械油的牌号：40°C时， mm2/s为单位ν平均值
- 9. 液压传动与控制（3）、相对粘度：（便于测量） 恩氏粘度、 赛氏粘度、雷氏粘度
- 10. 液压传动与控制（4）、粘度与压力、温度的关系 压力升高，粘度升高；温度升高，粘度下降。 二、液压系统对油液的要求与选用原则 1、要求： （1）、合适的粘度，且粘温性能好； （2）、润滑性能好，防锈； （3）、稳定性好； （4）、消泡性、抗乳化性好； （5）、凝固点低、闪点、燃点高； （6）、质地纯净、杂质少。 2、选用原则：主要考虑工作现场的温度、压力、流速、结构、经济等。
- 11. 1.2 静止液体的力学基本规律 静止液体：液体内质点间无相对运动、不呈现黏性的液体。 静止液体只能承受压法向力 1.2.1 液体静压力及其特性 静压力：液体内某点处单位面积所受的法向力叫压力p。 我国法定的压力单位为牛顿/米2(N/㎡ )，称为帕斯卡，简称帕(Pa)。 静压力性质： 1、静止液体内任意点所受到各方向的静压力都相等； 2、静压力方向总是指向作用面的内法线方向。
- 12. 1.2.2、静止液体中的压力分布规律 1、静止液体基本方程 式中：p—距液面h处压力 FG—作用在隔离体上的重力 上式表明： 1、液体静压力组成：a：表面力p0 b：质量力γh 2、压力随深度增加线性递增，斜率由液体密度决定。 3、等压面：压力相等的所有点组成的面。
- 13. 静压奇象
- 14. 1.2.3 帕斯卡原理 密闭容器中的液体，当外加压力p0发生变化时，只要液体仍保持原来的平衡状态，液体中所有各点，其压力都将发生同样大小的变化，这称为帕斯卡原理或静压传递原理。 由静压力基本方程式 p=p0+γh 可知，液体中任何一点的压力都包含有液面压力p0，或者说液体表面的压力p0等值的传递到液体内所有的地方。 通常在液压系统的压力管路和压力容器中，由外力所产生的压力p0要比液体自重所产生的压力γh大许多倍。即对于液压传动来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认为静止液体内各处的压力都是相等的。
- 15. 1.2.4 压力的表示方法及单位： 1、绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。 2、相对压力：以当地大气压力为标准测得的高于大气压的压力。 绝对压力=大气压力+相对压力（表压力） 3、真空度：某点的绝对压力比大气压小的那部分数值，称为该点 的真空度。 真空度=大气压力-绝对压力
- 16. 1.2.5 液体静压力作用在固体表面上的力 1、作用于平面上的力： 当承受压力作用的面是平面时，作用在该面上的压力的方向是互相平行的。故总作用力F等于油液压力p与承压面积A的乘积。即 对于图中所示的液压缸，油液压力作用在活塞上的总作用力为： F=p.A=p.D2/4 式中 p－油液的压力； D－活塞的直径。 2、作用于曲面上的力： 若承受压力的表面为曲面时，通常先求出液压作用力在三个坐标方向的分力，然后按力的合成原则求出其总的作用力 曲面上液体的作用力在某方向上的分力等于静压力 和曲面在该方向的投影面积的乘积。
- 17. 1.3 流动液体的力学基本规律 1.3.1 基本概念 1、理想液体与稳定流动： 理想液体：即无黏性又无压缩性的液体 实际液体：即有黏性又有压缩性的液体 稳定流：液体流动时，如果液体中任何一点的压力、速度、密 度等运动参数都不随时间变化，称液体的流动为稳定流。 非稳定流：如果液体中任何一点的压力、速度、密度有参数随 时间变化，称液体的流动为非稳定流。 2、流量和平均流量： 通流截面 ：垂直于液体流动方向的截面称为 通流截面 。 流量q：单位时间内流过通流截面的液体体积。单位：米3/秒（m3/s）或L/min 平均流速v：v=q/A
- 18. 1.3.2、流动液体的连续性方程 ——质量守恒定律 当理想液体在密闭管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体 的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一截面的液体质量 必然相等。如图所示，管道的两个通流面积分别为A1、A2，液体流速分别 为v1、v2，液体的密度为ρ， 则 =常量，即: 或 上式称为连续性方程，它说明在同一管路中无论通流面积怎么变化，只 要没有泄漏，液体通过任意截面的流量是相等的；同时还说明了在同一管 路中通流面积大的地方液体流速小，通流面积小的地方则液体流速大；此 外，当通流面积一定时，通过的液体流量越大，其流速也越大。 1、当A=C时，q↑， v↑； 2、当q=C时，A↑，v↓ 。 液体在管中流速与管径截面积成反比。
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- 20. 例1.1 如图1.9所示，两液压缸串联，油管内充满油液，已知液压缸Ⅰ活塞直径D1=100mm,运动速度v1=0.1m/s,液压缸Ⅱ的活塞直径D2=50mm，求液压缸Ⅱ的活塞移动速度。 解：
- 21. 对于图示的分支油路，显然流进的流量应等于流出的流量，故有Q=Q1+Q2。
- 22. 1.3.3 流动液体的能量方程——伯努利方程 1、理想流体的能量方程：理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。外力推动小段流体所做的功等于该流体动能的增量。 在图中任意取两个截面A1和A2，它们距离基准水平面的坐标位置分别为h1和h2，流速分别为v1、v2，压力分别为p1和p2。 （1）求作用在AB段液体上的力(重力和压力）在Δt时间内所做的功 ①压力所做的功 由连续性方程 ΔV-AA’或BB’微小段液体的体积 ②重力所做的功 Δm-AA’或BB’微小段液体质量
- 23. （2）求液体从AB段运动到A’B’段时动能的增量 动能的增量 根据动能定律,外力所做功等于 液体能量的增量， 故有 整理得
- 24. 其中： ——单位重量液体具有的压力能，称为比压能、压力头 ——单位重量液体具有的动能，称为比动能、速度头 ｈ——单位重量液体具有的势能，称为比势能、位置头 三者的量纲都是长度 伯努力方程的物理意义：在密闭管道内作稳定流动的理想流体具有三种形式的能量，即势能、压力能和动能。三者之间在流动过程中可以相互转换，但其任一截面的总能量为常数。 静压力基本方程则是伯努利方程（在速度为零时）的特例。
- 25. 例1、有油液从垂直安放的圆管管口流出其情况如图所示，如管径d=10cm，管口平均流速V1=1.4m/s，求管口垂直下方H=1.5m处的流速V2和油柱的直径。 解：对1、2两点所在水平面列伯努利方程 再根据连续性方程式得：
- 26. 2、实际流体的伯努利方程 其中:α１、α２——动能修正系数 ＨＷ——能量损失 注意：实际流体伯努力方程应满足以下条件： ①稳定流动、 连续不可压缩的液体，即密度为常数； ②密闭管路流动，各通流截面流量为常数； ③所选择的两个通流截面必须是渐变流，不考虑两截面间的流动状况。
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- 28. 例2：液压泵的吸油装置，吸油管直径d=19mm,油液的流量q=25L/min,液压泵吸油口处允许最小绝对压力p2=6.3×１０４Ｐa,油液密度ρ＝900kg/m3,各项压力损失总和为∑Δp=3×104Pa(包括油液通过吸油腔的压力损失、油管接头处的压力损失、滤油器的压力损失等）。试确定液压泵的吸油高度。 解：
- 29. 例3：计算泵的出口压力 如图所示，泵驱动液压缸克服负载而运动。设液压缸中心距泵出口处的高度为h，则可根据伯努利方程来确定泵的出口压力。选取I-I，II-II截面列伯努利方程以截面I –I为基准面。则有 因此泵的出口压力为 在液压传动中，油管中油液的流速一般不超过6m/s，而液压缸中油液的流速更要低得多。因此计算出速度水头产生的压力和γh的值比缸的工作压力低得多，故在管道中，这两项可忽略不计。这时上式可简化为 通过以上两例分析，可将应用伯努利方程解决实际问题的一般方法归纳如下： 1.选取适当的基准水平面； 2.选取两个计算截面；一个设在已知参数的断面上，另一个设在所求参数的断面上； 3.按照液体流动方向列出伯努利方程；
- 30. 1.3.4４流动液体的动量方程 单位时间内，流动液体动量的增量，等于该液体所受外力的和。 作用在液体上的力的大小等于液 体在力作用方向上的动量变化率 注意： ①液体流动是稳定流动； ②液体对固体壁面的作用力与液体所受外力大小相等、方向相反； ③用平均速度代替实际速度有误差，引进动量修正系数β。
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- 32. 例１分析图示两种情况下液体对固体壁面的作用力Ｆ’。 解：图ａ）中 Ｆ’方向与液流方向一致。 图ｂ）中 Ｆ’方向与液流方向一致。
- 33. 例２分析图示两种情况下液体对阀芯的轴向作用力Ｆ’。 解：图a）中 Ｆ’方向与vcosθ方向一致，使阀芯趋于关闭。 图ｂ）中 Ｆ’方向与vcosθ方向一致，使阀芯趋于关闭。
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- 35. 1.4 液体流动时的压力损失 实际流体伯努利方程 液压技术研究阻力的目的： 1、正确计算液压系统中的阻力 2、寻找减少流动阻力的途径 3、利用阻力形成的压差控制某些液压元件的工作
- 36. 1.4.1液体的流动状态： 1、层流与紊流： 雷诺实验: 层流:红色线条与周围液体 无掺混现象 紊流:液体质点在流动时除 沿轴向运动外还有横向 无规律的运动状态 2、雷诺数：用于判别流态 临界雷诺数： 当Re> Re临 时为紊流 当Re< Re临 时为层流
- 37. 1.4.2沿程压力损失 λ—沿程阻力系数 层流金属管λ=75/Re,橡胶管λ=80/Re 1.4.3局部压力损失 阀门、弯头、接头 标准阀类元件 1.4.4管路系统中总压力损失 1.4.5流速选择：见p25
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- 46. 1.5液体在小孔及缝隙中的流动 节流调速、控制泄漏 1.5.1流体经过小孔的流量——压力特性 小孔分类：l/d比较，薄壁孔，短孔，细长孔 1、薄壁孔：L/d<0.5 断面收缩系数CC 小孔流量的统一公式 1、细长孔：L/d >4 3、短孔 短孔流量系数：C’ =0.82
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- 48. 1.5.2液体流经缝隙的流量—压力特性 液压元件各零件间如有相对运动，就必须有一定的配合间隙。液压油就会从压力较高的配合间隙流到大气中或压力较低的地方，这就是泄漏。 稳定流动、层流情况下 1、流经平面间隙的流量
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- 50. ２、流经同心环状缝隙的流量：
- 51. 例：如图所示液压缸其活塞与缸体间采用间隙密封，已知活塞直径d=60mm，活塞长度l=50mm，活塞与缸体间半径方向间隙δ=0.04mm，液压缸进油压力p1=120×105Pa，回油压力p2=5×105Pa，活塞与缸体的相对运动速度为v=5m/s，油的密度ρ=900kg/m3，油的运动黏度ν=13cst，试求：a）、b）两种不同安装形式中，经过活塞与缸体的间隙从高压腔向低压腔的泄露量各为多少？ 解：该题属于在压差和剪切联合作用下，同心环形缝隙的流量计算问题。其流量 公式为： a） b）与上述同。
- 52. 1.6 液压冲击和气穴现象 1.6.1 液压冲击 1.液压冲击：液压系统中，由于运动部件急速换向或关闭压力油路时，在管路内 形成一个很高的瞬时压力峰值，这种现象称为液压冲击。 2.液压冲击的危害：引起设备振动，产生噪音,导致元件损坏，影响正常工作。 3.避免措施: (1)缓慢开关阀门; (2)限制管路中液流的速度; (3)系统中设置蓄能器和安全阀; (4)在液压元件中设置缓冲装置。
- 53. 1.6.2 气穴现象 1.气穴:在液压系统中,如果某处的压力低于空气分离压时，原来溶解于油液中的 空气就会分离出来，导致液体中形成大量的气泡的现象，称为气穴。 2.气穴的危害：引起压力和流量的脉动，局部产生高温高压，引起振动和噪音， 产生气蚀。 3. 预防措施 (1)减少流经小孔或缝隙的压力降； (2)正确确定液压泵结构参数和液压泵的管路； (3)管路要有良好的密封。
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