液壓與氣壓傳動-緒論ppt課件

1、關(guān)鍵詞,液壓與氣壓傳動；工作原理；組成；特點及區(qū)別；應(yīng)用,實例應(yīng)用,液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式；氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。它們都是屬于自動控制領(lǐng)域的一門重要學(xué)科。液壓與氣壓傳動的應(yīng)用極為普遍，如圖0-1所示的這些機械設(shè)備都采用了液壓與氣壓傳動,液壓與氣壓傳動的基本工作原理非常相似，下面以液壓千斤頂為例來介紹液壓傳動的工作原理，如圖0-2所示,想一想,你看過護士打針嗎？護士手中的注射器是如何將藥液“吸入的”,一、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而

2、保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。并且，提、壓杠桿的速度越快，單位時間內(nèi)壓入大油缸9的油液越多，重物上升的速度越快。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄1使小活塞3向上移動，小活塞3下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄1，小活塞3下移，小活塞3下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔

3、的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,根據(jù)圖0-2液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟恚煞治鲆簤夯驓鈮簜鲃拥膲毫εc負載，速度與流量，液壓功率與輸出功率之間的關(guān)系,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,在圖0-2中，設(shè)小活塞和大活塞的面積分別為A1和A2，當(dāng)大活塞上有重物負載G時，大 活塞下腔的油液就會產(chǎn)生一定的壓力p，則 。根據(jù)帕斯卡原理（在密閉容腔內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點）可知，要頂起大活塞及重物負載G，就必須在小活塞下腔產(chǎn)生一個等值的壓力p，也就是說必須在小活塞上施加

4、力 F1，而 ，則 （0-1） 或 （0-2,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,由式（0-1）可知，當(dāng)負載G增大時，流體工作壓力p也要隨之增大，即 F1要隨之增大；反之，當(dāng)負載G很小時，流體壓力就很低，F(xiàn)1 也就很小。由此建立了一個很重要的基本概念，即在液壓和氣壓傳動中系統(tǒng)的工作壓力取決于外負載，而與流入的流體多少無關(guān)。 式（0-2）表明，當(dāng) 時，作用在小活塞上一個很小的力F1 ，便可以在大活塞上產(chǎn)生一個很大的力 F2，用以推動重物,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,在圖0-2中，若不計液體的泄漏、可壓縮性和系統(tǒng)的彈性變形等因素，則從小液壓缸中排出的液體體積一定等于進入大液壓缸中的

5、液體體積，從而推動了活塞的上升。設(shè)小液壓缸活塞和大液壓缸活塞的位移分別為 ， ，則有 （0-3） 或 （0-4） 式（0-4）表明兩活塞的位移與兩活塞的面積成反比。將式（0-3）兩邊同除以活塞運動的時間t，得 （0-5） 式中，v1 ，v2 小活塞和大活塞的平均運動速度； q1 ，q2 小液壓缸輸出的平均流量和大液壓缸輸入的平均流量,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,從式（0-5）可以得到一般公式 （0-6） 式（0-6）是液壓傳動中速度調(diào)節(jié)的基本公式。它表明調(diào)節(jié)進入缸體的流量q，即可調(diào)節(jié)活塞的運動速度v，這就是液壓與氣壓傳動能實現(xiàn)無級調(diào)速的基本原理。同時，該式還表明活塞的運動速度取決于

6、進入液壓（氣壓）缸（馬達）的流量，而與流體壓力大小無關(guān),第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,由圖0-2可知，大活塞（液壓缸）工作時輸出的瞬時功率為負載與速度的乘積，即 （0-7） 式中，P液壓缸輸出的功率。 式（0-7）表明，液壓傳動的功率等于液體的壓力p和流量q的乘積。由此可知，壓力 和流量是液壓傳動中的兩個重要的基本參數(shù)。它們相當(dāng)于機械傳動中的力和速度，兩者的乘積為功率。 從以上分析可知，液壓傳動和氣壓傳動是以流體的壓力能來傳遞動力的,如圖0-3所示為磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。其工作原理如下。 液壓泵4在電動機（圖中未畫出）的帶動下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過濾器2被吸入液壓泵4，由液壓

7、泵4輸入的壓力油通過手動換向閥9，節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱；如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖0-3（b）所示的狀態(tài)，則壓力油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱,二、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,工作臺19的移動速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥13開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥13關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進入節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥7流回油箱

8、。 如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖0-3（c）所示的狀態(tài)，液壓泵4輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài),第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,如圖0-4所示為一個簡單的使機罩（工作件）升、降的氣動系統(tǒng)。工作時，來自氣源的壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流閥1和手動換向閥2，進入氣缸4的下腔，推動活塞上升并通過活塞桿將機罩3托起；換向閥換位后氣缸下腔的氣體經(jīng)換向閥排入大氣，機罩在自重作用下降回原位，這樣就完成了機罩升、降的一個工作循環(huán),1節(jié)流閥；2手動換向閥；3機罩（工作件）；4氣缸 圖0-4 氣壓傳動系統(tǒng)圖,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,從上述例子可以看出，液壓與氣

9、壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)來進行工作的，一個完整的液壓與氣壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成。 動力元件：是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是將原動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成流體壓力能的元件。它是系統(tǒng)的心臟。最常見的動力元件是液壓泵或空氣壓縮機。 執(zhí)行元件：把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以驅(qū)動工作機構(gòu)的元件。執(zhí)行元件可以是作直線運動的液壓缸、氣缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達、氣動馬達,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,控制元件：是對液、氣壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的裝置，如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。這些元件的不同組合能使系統(tǒng)完成不同的功能。 輔助元件：上述3個組成部分以外的其他元件，如管道、管

10、接頭、油箱、濾油器、油霧器、空氣過濾器、蓄能器等，它們對保證液、氣壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。 傳動介質(zhì)：傳遞能量的流體，即液壓油或壓縮空氣,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,如圖0-3（a）和圖0-4所示的液壓與氣壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強、容易理解，但難于繪制。在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用流體傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路圖（GB/T 7862009）所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號來繪制，如圖0-5所示為用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖,三、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的圖形符號,1工作臺；2液壓缸；3活塞；4換向閥；5節(jié)流閥；6開停閥；7溢流閥；8液壓泵

11、；9濾油器；10油箱 圖0-5 磨床工作臺液壓系統(tǒng)的圖形符號圖,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在系統(tǒng)中連接上的相互關(guān)系，而不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，而不反映其過渡過程。使用圖形符號既便于繪制，又可使液壓與氣壓系統(tǒng)簡單明了,第一節(jié) 液壓與氣壓傳動的工作原理及組成,在功率相同的情況下，液壓傳動的體積小、質(zhì)量輕，因而動作靈敏，慣性小。 易于在較大的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，而且調(diào)速性能好。 液壓傳動工作平穩(wěn)，吸振能力強，便于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。 操縱簡便，易于采用電氣、液壓聯(lián)合控制以實

12、現(xiàn)自動化。 由于采用油液為工作介質(zhì)，液壓傳動系統(tǒng)的一些零部件之間可自行潤滑，使用壽命長,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,一、液壓傳動的優(yōu)缺點,在液壓傳動系統(tǒng)中，功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動著的油帶走，可避免機械本體溫度過高。 易于獲得很大的力或力矩，承載能力大。 液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,有一定的泄漏現(xiàn)象，使容積效率降低，不易實現(xiàn)定比傳動，而且會污染環(huán)境，還可能引起火災(zāi)和爆炸事故，同時對運動的平穩(wěn)性有一定的影響。 工作性能易受溫度變化的影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 維修保養(yǎng)較困難，工作量大。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障

13、時，故障原因不易查找，排除較困難。 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。 液壓傳動中有較多的能量損失（摩擦損失、壓力損失、泄漏損失等），因而傳動效率低，不宜作遠距離傳動,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運輸介質(zhì)的費用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題。 空氣黏度小（約為液壓油的萬分之一），因而在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。 與液壓傳動相比，氣壓傳動反應(yīng)快、動作迅速、維護簡單、管路不易堵塞,第二節(jié) 液壓與

14、氣壓傳動的特點及區(qū)別,二、 氣壓傳動的優(yōu)缺點,氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適于標準化、系列化、通用化。 氣動系統(tǒng)對工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓和電氣系統(tǒng)。 空氣具有可壓縮性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護，也便于儲氣罐貯存能量，以備急需。 排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設(shè)備可以自動降溫，長期運行也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,空氣具有可壓縮性，當(dāng)載荷變化時，氣動系統(tǒng)的動作穩(wěn)定性差，但可以采用氣液聯(lián)動裝置解決此問題。 工作壓力較低，結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而輸出功率較小。 空氣本身沒有潤滑性，需另

15、加潤滑裝置。 排氣噪聲大，需加消聲器,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,液壓傳動和氣壓傳動都是由若干元件組成的，都有動力元件、控制元件、執(zhí)行元件及輔助元件，都是利用介質(zhì)傳遞運動、動力和控制信號的。它們的工作原理和基本回路相同，但介質(zhì)不同，氣壓傳動采用的介質(zhì)是空氣，液壓傳動采用的介質(zhì)是液壓油。因此，液壓傳動和氣壓傳動在使用性能上存在一定差別，如表0-1所示,第二節(jié) 液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別,三、 液壓傳動和氣壓傳動的區(qū)別,表0-1 液壓傳動與氣壓傳動的性能比較,液壓與氣壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動

16、已有兩三百年的歷史。只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動作準的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標準的不斷制定、完善及各類元件的標準化、規(guī)格化、系列化，在工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)也得到了很大發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中去,第三節(jié) 液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用,由于

17、液壓與氣壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因而在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。但各部門應(yīng)用液壓傳動的出發(fā)點不同。工程機械采用液壓傳動的原因是結(jié)構(gòu)簡單，輸出力量大；航空工業(yè)采用的原因是質(zhì)量輕、體積??；機床中采用液壓傳動技術(shù)主要是可實現(xiàn)無級調(diào)速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運動；在電子工業(yè)、包裝機械、印染機械、食品機械等方面用氣壓傳動是因為氣壓傳動操作方便，且無油、無污染的特點。液壓與氣壓傳動在機械工業(yè)部門的應(yīng)用如表0-2所示,第三節(jié) 液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用,一、 液壓與氣壓傳動技術(shù)的應(yīng)用,表0-2 液壓與氣壓傳動在機械行業(yè)中的應(yīng)用,當(dāng)前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高

18、可靠性、高度集成化、小型化及輕量化等方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機直接控制（CDC）、機電一體化技術(shù)、計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向,第三節(jié) 液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用,二、 液壓與氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展,我國的液壓技術(shù)開始于20世紀50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖拉機和工程機械。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)后，開始自行設(shè)計液壓產(chǎn)品。經(jīng)過幾十年的艱苦探索和發(fā)展，目前我國的液壓元件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型的液壓元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液數(shù)字控制閥等。 在消化、吸收、推廣引進國外先進液壓技術(shù)的同時，我國正大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標準，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得更進一步的發(fā)展，在各種機械設(shè)備上的應(yīng)用也將更加廣泛,第三節(jié) 液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用,氣壓傳動技術(shù)在科技飛速發(fā)展的當(dāng)今世界將更加迅速。由于空氣具有無污染、防火、防爆、防電磁干擾，吸收振動和沖擊等優(yōu)點，在60年代末，人們開始用空氣作為工作介質(zhì)來傳遞動力做功。近年來氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已從交通運輸、采礦、鋼鐵、機械等工業(yè)迅速擴展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等工業(yè)部門,第三