第1章液壓與氣壓傳動基礎(chǔ)液壓與氣壓傳動的工作原理一液壓與氣壓傳動的組成

二液壓與氣壓傳動的應用三液壓與氣動技術(shù)的基本理論

四第一頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣壓傳動的工作原理液壓與氣壓傳動技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是近年來，隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣壓傳動進入了一個新的發(fā)展階段，其廣泛地應用在機械制造業(yè)、起重設(shè)備、礦山機械、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、化工機械及軍事行業(yè)中。特別是在機床行業(yè)中應用液壓與氣壓傳動技術(shù)實現(xiàn)機床往復、機床回轉(zhuǎn)、機床進給、機床仿行及各種輔助運動。液壓與氣壓傳動技術(shù)是以流體—液壓油液(或壓縮空氣)為工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的一種傳動形式，它們的工作原理基本相同。第二頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓千斤頂由液壓泵和液壓缸兩部分構(gòu)成。液壓泵(手動柱塞泵)由杠桿1、泵體2、小活塞3及單向閥5和7組成。液壓缸由缸體10和大活塞9組成，為確保液壓千斤頂正常工作，活塞與缸體、活塞與泵體接觸面之間的配合既要使活塞在缸體和泵體中移動，又要形成可靠的密封。液壓傳動的工作原理第三頁，編輯于星期五：十六點十六分。結(jié)論：液壓傳動是依靠密封的變化來傳遞運動、依靠油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力的。液壓傳動裝置實質(zhì)上就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，然后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，以驅(qū)動工作機構(gòu)完成各種要求動作。液壓傳動的工作原理第四頁，編輯于星期五：十六點十六分。氣壓傳動工作原理氣壓傳動工作原理和液壓傳動基本相同，也是能量轉(zhuǎn)換的過程。只是工作介質(zhì)是空氣，不是液壓油。下面以氣動剪切機為例說明。第五頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣壓傳動的組成液壓傳動系統(tǒng)除工作介質(zhì)外，主要由動力元件、執(zhí)行元件、控制調(diào)節(jié)元件和輔助元件4部分組成第六頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣壓傳動的組成各部分的名稱和所包含的主要液壓元件及作用序號組成作用1動力元件液壓泵將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是液壓系統(tǒng)的動力源2執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，在壓力油的推動下輸出力和速度，以驅(qū)動工作部件3控制調(diào)節(jié)元件各種閥類元件，如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等控制液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力、流量和流動方向，以保證執(zhí)行元件完成預期的工作運動4輔助元件油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力計、流量計等散熱、貯油、輸油、連接、過濾、測量壓力和流量，以保證系統(tǒng)正常工作第七頁，編輯于星期五：十六點十六分。氣壓傳動的組成氣壓傳動系統(tǒng)主要組成有四部分。

(1)氣源裝置是獲得壓縮空氣的設(shè)備與裝置。包括空氣壓縮機、貯氣罐、空氣凈化裝置等。其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。應用氣動設(shè)備較多的廠礦，集中建立壓縮空氣站，再由壓縮站統(tǒng)一向各用氣點分配輸送壓縮空氣。

(2)執(zhí)行元件是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量裝置，包括氣缸(直線運動)和氣馬達(回轉(zhuǎn)運動)。

(3)控制元件是用來控制壓縮空氣的壓力、流量、方向，以便使執(zhí)行元件完成預定運動的元件，主要包括壓力閥、流量閥、方向閥、邏輯元件和行程閥等。

(4)輔助元件是將壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及元件間連接等所需的不可缺少的元件裝置，包括過濾器、油霧器、消聲器以及管件等。第八頁，編輯于星期五：十六點十六分。氣壓傳動系統(tǒng)組成第九頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣壓傳動的優(yōu)、缺點及應用液壓傳動的優(yōu)點（1）在傳遞同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。據(jù)統(tǒng)計，液壓馬達的重量只有同功率電動機重量的10%～20%，而且液壓元件可在很高的壓力下工作，因此液壓傳動能夠傳遞較大的力或力矩。（2）液壓裝置由于重量輕、慣性小、工作平穩(wěn)、換向沖擊小，易實現(xiàn)快速啟動，制動和換向頻率高。對于回轉(zhuǎn)運動每分鐘可達500次，直線往復運動每分鐘可達400～1000次。這是其他傳動控制方式無法比擬的。（3）液壓傳動裝置易實現(xiàn)過載保護，安全性好，不會有過負載的危險。（4）液壓傳動裝置能在運動過程中實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大（可達范圍1∶2000）速度調(diào)整容易，而且調(diào)速性能好。（5）液壓傳動裝置調(diào)節(jié)簡單、操縱方便，易于自動化，如與電氣控制相配合，可方便的實現(xiàn)復雜的程序動作和遠程控制。（6）工作介質(zhì)采用油液，元件能自行潤滑，故使用壽命較長。（7）元件已標準化，系列化和通用化。便于設(shè)計、制造、維修、推廣使用。（8）液壓裝置比機械裝置更容易實現(xiàn)直線運動。第十頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓傳動的缺點（1）由于接管不良等原因造成液壓油外泄，它除了會污染工作場所外，還有引起火災的危險。（2）液壓系統(tǒng)大量使用各式控制閥、接頭及管子，為了防止泄漏損耗，元件的加工精度要求較高。（3）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。（4）油溫上升時，粘度降低；油溫下降時，粘度升高。油的粘度發(fā)生變化時，流量也會跟著改變，造成速度不穩(wěn)定。（5）系統(tǒng)將機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能，再把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能做功，能量經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換損失較大，能源使用效率比傳統(tǒng)機械低。（6）液壓傳動由于在兩次能量轉(zhuǎn)換過程中存在機械摩擦損失、液體壓力損失和泄漏損失等，故不宜遠距離傳輸。（7）液壓傳動裝置出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除。第十一頁，編輯于星期五：十六點十六分。氣壓傳動的優(yōu)點（1）采用空氣作為傳動介質(zhì)，來源方便，取之不盡，用后直接排人大氣而不污染環(huán)境，且不需回氣管路。（2）氣動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，安裝自由度大，使用、維護方便，使用成本低。（3）空氣對環(huán)境的適應性強，特別是在高溫、易燃、易爆、高塵埃、強磁、輻射及振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電氣及電子控制都優(yōu)越。（4）空氣的黏度很小，在管路中流動時的壓力損失小，管道不易堵塞，空氣也沒有變質(zhì)問題，所以節(jié)能、高效。它適用于集中供氣和遠距離輸送。（5）與液壓傳動相比，氣壓傳動反應快，動作迅速，一般只需0．02～o．03s就可建立起需要的壓力和速度。因此，它特別適用于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。（6）調(diào)節(jié)控制方便，既可組成全氣動控制回路，也可與電氣、液壓結(jié)合實現(xiàn)混合控制。第十二頁，編輯于星期五：十六點十六分。氣壓傳動的缺點（1）由于空氣的可壓縮性大，所以氣動系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，負載變化時對工作速度的影響較大，速度調(diào)節(jié)較難。（2）由于工作壓力低，且結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，所以氣動系統(tǒng)不易獲得較大的輸出力和力矩。因此，氣壓傳動不適用于重載系統(tǒng)。（3）空氣無潤滑性能，故在系統(tǒng)中需要潤滑處應設(shè)潤滑給油裝置。第十三頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣動技術(shù)的應用與發(fā)展概況液壓與氣壓傳動相對于機械傳動來說是一門新興技術(shù)。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機床行業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍的應用。隨著原子能、空間技術(shù)、電子技術(shù)等方面的發(fā)展，液壓技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域滲透，發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)。現(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化發(fā)展水平的重要標志之一。如發(fā)達國家生產(chǎn)的95％的工程機械、90％的數(shù)控加工中心、95％以上的自動生產(chǎn)線都采用了液壓傳動。第十四頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣動技術(shù)的應用與發(fā)展概況近年來氣動技術(shù)的應用領(lǐng)域已從汽車、采礦、鋼鐵、機械工業(yè)等重工業(yè)迅速擴展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。和液壓技術(shù)一樣，當今氣動技術(shù)亦發(fā)展成包含傳動、控制與檢測在內(nèi)的自動化技術(shù)，成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)在包裝設(shè)備、自動生產(chǎn)線和機器人等方面不可缺少的重要手段。由于工業(yè)自動化以及FMS的發(fā)展，要求氣動技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性、降低總成本與電子工業(yè)相適應為目標，進行系統(tǒng)控制技術(shù)和機電液氣綜合技術(shù)的研究和開發(fā)。顯然，氣動元件的微型化、節(jié)能化、無油化是當前的發(fā)展特點，與電子技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的自適應元件，如各類比例閥和電氣伺服閥，使氣動系統(tǒng)從開關(guān)控制進入到反饋控制。計算機的廣泛普及與應用為氣動技術(shù)的發(fā)展提供了更加廣闊的前景。第十五頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓與氣動技術(shù)的基本理論液壓油是液壓傳動的工作介質(zhì)，了解液壓油的工作性質(zhì)，掌握其正確的選用方法，才能保證系統(tǒng)可靠有效地工作。在液壓傳動中液體是不斷地流動的，研究流體流動的規(guī)律為本任務的主要內(nèi)容。第十六頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓油的有關(guān)物理性質(zhì)

1．密度

2．可壓縮性

3．黏性和黏度

4．黏度與溫度、壓力的關(guān)系溫度對油液的黏度影響較大，隨著溫度升高，油液的黏度將下降。當液體所受的壓力增加時，其分子間的距離減小，內(nèi)聚力增大，黏度也隨之增大。對一般液壓系統(tǒng)，當壓力在20MPa以下時，壓力對黏度的影響不大，通常忽略不計。第十七頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓油的選用液壓油在液壓傳動中不僅起傳遞能量的作用，而且還對液壓傳動中液壓元件起潤滑、冷卻和防銹的作用。液壓油的選擇主要是根據(jù)工作條件選用適宜的黏度。

(1)環(huán)境溫度環(huán)境溫度較高時，宜選用黏度較大的液壓油。

(2)液壓系統(tǒng)的工作壓力系統(tǒng)工作壓力較高時，宜選用黏度較大的液壓油，以減少泄漏。

(3)運動速度執(zhí)行元件運動速度較高時，宜選用黏度較小的液壓油，以減少由于液體摩擦而造成的損失。

(4)液壓泵的類型在液壓系統(tǒng)的所有元件中，以液壓泵對液壓油的性能最為敏感。因此常根據(jù)液壓泵的類型及要求來選擇液壓油的黏度。第十八頁，編輯于星期五：十六點十六分。液壓油的選用液壓油的產(chǎn)品牌號由類別、品種和數(shù)字三部分組成。類別代號中的L表示潤滑油、H表示液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，數(shù)字表示工作介質(zhì)黏度等級，用溫度為40℃時的運動黏度平均值(mm2／s)表示。例如L—HL46號液壓油，是指這種油在40℃時的運動黏度平均值為46mm2／s。代號L-HL7L-HL1OL-HL15HL-22L-HL32L-HL46L-HL68L-HL1OOL-HL150運動黏度(mm2／s)4．14～5．066．12～7．4813．5～16．519．8～24．228．8～35．241．4～50．661．2～74．890．O～110135～165主要用途本產(chǎn)品為精制礦油，常用于低壓液壓系統(tǒng)，也適用于要求換油期較長的輕負荷機械的非循環(huán)潤滑系統(tǒng)第十九頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體靜力學1.靜壓力液體靜壓力具有下列兩個特性。（1）液體靜壓力垂直于其受壓平面，且方向與該面的內(nèi)法線方向一致。（2）靜止液體內(nèi)任意點處所受到的靜壓力在各個方向上都相等。第二十頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體靜力學2.壓力的表示方法壓力的表示方法有兩種，即絕對壓力和相對壓力。絕對壓力是以零壓力為基準的壓力，相對壓力是以大氣壓力為基準的壓力。絕大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，所以相對壓力也稱為表壓力。相對壓力與絕對壓力的關(guān)系為相對壓力=絕對壓力—大氣壓力第二十一頁，編輯于星期五：十六點十六分。壓力的表示方法當絕對壓力低于大氣壓力時，比大氣壓力小的那部分數(shù)值稱為真空度。即真空度=大氣壓力—絕對壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系如圖1-5所示第二十二頁，編輯于星期五：十六點十六分。壓力的傳遞——帕斯卡原理由靜力學基本方程式可知，靜止液體內(nèi)任一點處的壓力都包含有液面上的壓力，這說明在密閉容器中，由外力作用所產(chǎn)生的壓力可以等值地傳遞到液體內(nèi)部的所有各點。這就是帕斯卡原理，或稱為靜壓傳遞原理。第二十三頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體作用在固體壁面的力靜止液體和固體壁面相接觸時，固體壁面上各點在某一方向上所受靜壓力作用力總和，便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。在液壓傳動計算中質(zhì)量力(pgh)可以忽略，靜壓力處處相等，所以可認為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。第二十四頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體動力學液體動力學是研究作用在液體上的力與液體運動之間的關(guān)系1．基本概念（1）理想液體既無黏性又不可壓縮的假想液體稱為理想液體；既有黏性又可壓縮的液體稱為實際液體。（2）穩(wěn)定流動液體流動時，若液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動稱為穩(wěn)定流動(亦稱定常流動、恒定流動)。反之，只要壓力、速度和密度中有一個隨時間而變化的流動，就稱為非穩(wěn)定流動(非定常流動、非恒定流動)。

第二十五頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體動力學（3）過流斷面、流量和平均流速過流斷面：液體流動時，垂直于液體流動方向的截面稱為過流斷面(或稱通流截面)，常用A表示。流量：單位時間內(nèi)流過某過流斷面液體的體積稱為流量平均流速：單位時間t內(nèi)流過過流斷面的流量第二十六頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體動力學2.連續(xù)性方程當液體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多也不會減少，所以在單位時間內(nèi)流過每一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖所示，管道的兩個通流面積分別為A1、A2，液體流速分別為v1、v2，液體的密度為ρ，則ρv1A1=ρv2A2=常量即:v1A1=v2A2=Q＝常量或v1/v2=A2/A第二十七頁，編輯于星期五：十六點十六分。伯努力方程（1）理想液體的伯努力方程理想液體沒有粘性，它在管內(nèi)作穩(wěn)定流動時沒有能量損失。根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。在圖中任意取兩個截面A1和A2，它們距離基準水平面的坐標位置分別為Z1和Z2，流速分別為v1、v2，壓力分別為p1和p2，根據(jù)能量守恒定律有：

P1/r+z1+v12/2g=P2/r+z2+v22/2g

可改寫成P/r+z+v2/2g=常量第二十八頁，編輯于星期五：十六點十六分。伯努力方程（2）實際液體的伯努力方程實際液體具有粘性，當它在管中流動時，為克服內(nèi)摩擦阻力需要消耗一部分能量，所以實際液體的伯努利方程為：P1/r+Z1+V12/2g=P2/r+Z2+V22/2g+hw(注：hw—以水頭高度表示的能量損失。)當管道水平放置時，由于z1=z2，方程可簡化為：P1/r+V12/2g=P2/r+V22/2g+hw當管道為等徑直管且水平放置時，方程可簡化為：P1/r=P2/r+hw第二十九頁，編輯于星期五：十六點十六分。動量方程動量方程是剛體力學中的動量定理在流體力學中的具體應用。動量方程是用來分析流動液體與限制其流動的固體壁面問相互作用力的大小及方向的。動量定理指出：作用在物體上的力的大小等于物體在力所作用方向上的動量變化率在管流中，任意取出被通流截面1、2，截面上的流速為v1、v2。該段液體在t時刻的動量為（mv)，于是有：

F＝（mv)/t＝ρQ(v2－v1）上式即為液體穩(wěn)定流動時的動量方程。等式左邊為作用于控制體積上的全部外力之和，等式右邊為液體的動量變化率。上式表明：作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時間內(nèi)流出與流入控制表面的液體動量之差。第三十頁，編輯于星期五：十六點十六分。液體流動時的壓力損失液體在管路中流動，為了克服油液分子之間、油液與管壁之間的內(nèi)、外摩擦力，必然造成壓力損失，它主要包括：（1）沿程壓力損失