流體傳動(dòng)與控制第一章

1、 周憶、于今主編. 流體傳動(dòng)與控制. 科學(xué)出版社，2008年 有關(guān)“液壓與氣壓傳動(dòng)”教材 王春行主編.液壓伺服控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，1996 32h（其中hydraulics:28h,pneumatics:4h） 第一部分 液壓傳動(dòng) l第1章 緒論1.1 液壓傳動(dòng)的工作原理及系統(tǒng)的組成1.2 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1.4 液壓傳動(dòng)與控制的發(fā)展概況l 第2章 液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 流體靜力學(xué)2.3 流體動(dòng)力學(xué)2.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失2.5 孔口及縫隙的流量壓力特性2.7 液壓沖擊及氣穴l 第3章 液壓泵、液壓馬達(dá)3.1 概述3.2 液壓泵的性能參數(shù)3.3 齒輪泵3.4

2、 葉片泵3.5 柱塞泵3.6 液壓馬達(dá)l 第4章 液壓缸4.1 液壓缸的類(lèi)型、特點(diǎn)及工作原理4.2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算l 第5章 控制元件5.1 概述5.2 壓力控制閥5.3 流量控制閥5.4 方向控制閥5.5 其他液壓閥l 第6章 輔助元件6.1 油箱6.2 管路和管接頭6.3 蓄能器6.4 過(guò)濾器6.5 熱交換器6.6 密封裝置l 第7章 基本回路7.1 方向控制回路7.2 壓力控制回路7.3 速度控制回路7.4 同步控制回路7.5 順序動(dòng)作回路l 第8章 典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng)8.1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)8.2 液壓機(jī)床液壓系統(tǒng)8.3 塑料注射成型機(jī)械液壓系統(tǒng)8.5 鋁箔軋機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)

3、8.6 電液比例控制系統(tǒng)l 第9章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算9.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例l 10章 伺服控制系統(tǒng)10.1 液壓伺服系統(tǒng)概述10.2 伺服閥10.3 機(jī)液伺服系統(tǒng)10.4 電液伺服系統(tǒng)第二部分 氣壓傳動(dòng)l 第11章氣壓傳動(dòng)概述11.1 氣壓傳動(dòng)的組成及工作原理11.2 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)l 第12章 氣源裝置及附件12.1 氣源裝置12.2 氣動(dòng)輔助元件 l 第13章 氣動(dòng)執(zhí)行元件13.1 直線運(yùn)動(dòng)氣缸13.2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)氣缸l 第14章 氣動(dòng)控制元件14.1 方向控制閥14.2 流量控制閥14.2 氣動(dòng)邏輯閥l 第15章 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)15.1 典型氣動(dòng)回路（

4、一）15.1 典型氣動(dòng)回路（二） 15.2 氣動(dòng)邏輯回路 第一部分 液壓傳動(dòng)1 1、傳動(dòng)的定義：、傳動(dòng)的定義： 原動(dòng)機(jī)配力機(jī)工作機(jī)（例如汽車(chē)、機(jī)床）2、傳動(dòng)的傳動(dòng)的分類(lèi)： 就傳動(dòng)方式而言，常用的有以下幾種： (1) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)：如齒輪、皮帶等傳動(dòng)。 (2) 電氣傳動(dòng)電氣傳動(dòng)； (3) 流體傳動(dòng)流體傳動(dòng)：是以流體為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞 和控制的傳動(dòng)。 包括：1）氣體傳動(dòng)氣體傳動(dòng)：以氣體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。 2）液體傳動(dòng)液體傳動(dòng)：以液體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。 根據(jù)工作原理不同，液體傳動(dòng)又可分為： 液力傳動(dòng)液力傳動(dòng)：主要利用液體動(dòng)能的液體傳動(dòng)； 液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)：只利用液體壓力能。

5、 (4) 復(fù)合傳動(dòng)復(fù)合傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)的定義：用液體作為工作介質(zhì)，在密封的回路里，以液體的壓力能進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式，稱之為液壓傳動(dòng)。1.1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 例1：手動(dòng)千斤頂 工作原理 系統(tǒng)組成 例2：磨床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 工作原理及組成1.1.2、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 能源（動(dòng)力）裝置 執(zhí)行裝置 控制調(diào)節(jié)裝置 輔助裝置 傳動(dòng)介質(zhì)液壓系統(tǒng)原理圖升降油缸回轉(zhuǎn)油缸回轉(zhuǎn)鎖緊油缸平臺(tái)鎖緊油缸回轉(zhuǎn)油缸防爆閥換向閥液壓油泵節(jié)流閥1.1.3 液壓系統(tǒng)圖及圖形符號(hào)液壓系統(tǒng)原理圖升降油缸回轉(zhuǎn)油缸回轉(zhuǎn)鎖緊油缸平臺(tái)鎖緊油缸回轉(zhuǎn)油缸防爆閥換向閥液壓油泵節(jié)流閥1.1.3 液壓系統(tǒng)圖及圖形符號(hào)1.2.1 工

6、作介質(zhì)的物理特性 1.1.密度密度 單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為v、質(zhì)量為m的液體的密度 為： 礦物型液壓油的密度隨溫度和壓力而變化的，但其變動(dòng)值很小，可認(rèn)為其為常數(shù)，一般礦物油系液壓油在20時(shí)密度約為850900 kg/m3 左右vm 2. 2.流體的粘性流體的粘性（1）牛頓流體內(nèi)摩擦定律 液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。 以 表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則 （1.3） 為比例常數(shù)，有時(shí)稱為粘性系數(shù)或動(dòng)力粘度。（2

7、）粘度 液體的粘性大小可用粘度來(lái)表示。粘度的表示方法通常有三種：動(dòng)力粘度 、運(yùn)動(dòng)粘度 、相對(duì)粘度 e 。dzdu 動(dòng)力粘度u 式（1.3）中 為由液體種類(lèi)和溫度決定的比例系數(shù)，它是表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)。如果用它來(lái)表示液體粘度的大小，就稱為動(dòng)力粘度，或稱絕對(duì)粘度。 u 動(dòng)力粘度 的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。u 動(dòng)力粘度的單位為pas（帕秒，ns/m2 ）。以前沿用的單位為p（泊，dynes/c m2）。單位換算關(guān)系為: 1pas = 10p（泊）= 1000 cp（厘泊） 運(yùn)動(dòng)粘度 u 液體的動(dòng)力粘度 與其密度 的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度 ，即: （1.

8、4）u 運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m2/s。以前沿用的單位為st（斯）。單位換算關(guān)系為： 1 m2/s=104 st（斯）=106 cst（厘斯） u 就物理意義來(lái)說(shuō)，不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它來(lái)標(biāo)志液體粘度，液壓油液的粘度等級(jí)是以40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度（以mm2/s計(jì)）的中心值來(lái)劃分的。 例如，牌號(hào)為lhl22的普通液壓油在40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22 mm2/s（l表示潤(rùn)滑劑類(lèi)，h表示液壓油，l表示防銹抗氧型）。 相對(duì)粘度 u 相對(duì)粘度又稱條件粘度，它是按一定的測(cè)量條件制定的。根據(jù)測(cè)量的方法不同，可分為恩氏粘度e、賽氏粘度ssu、雷氏粘度re等。我國(guó)和德國(guó)等國(guó)家采用恩氏粘度。 粘度的影響因素u 液體的

9、粘度隨液體的壓力和溫度而變。u 對(duì)液壓油來(lái)說(shuō)，壓力增大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計(jì)。u 液壓油的粘度對(duì)溫度變化十分敏感。溫度升高時(shí)，粘度下降。在液壓技術(shù)中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。 粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度曲線表示。圖2-2 幾種國(guó)產(chǎn)液壓油的粘度-溫度曲線 3.可壓縮性 u 液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱為液體的 可壓縮性。 液體的壓縮性可用體積壓縮系數(shù) 表示。 （1.5） 液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量，以 表示，即： u 液壓油的體積彈性模量和溫度、壓力以及含在油液中的空氣有關(guān)。一般在分析時(shí)取=700-1000mpa。 封閉在容器內(nèi)的

10、液體在外力作用下的情況極像一個(gè)彈簧（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。 液體的可壓縮性很小，在一般情況下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí)可以不考慮可壓縮的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，就需要考慮液體可壓縮性的影響。 01vvp11.2.2 液壓傳動(dòng)對(duì)工作介質(zhì)的要求 1) 合適的粘度，較好的粘溫特性。 2) 潤(rùn)滑性能好。 3) 質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。 4) 對(duì)金屬和密封件有良好的相容性。 5) 對(duì)熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性。 6) 抗泡沫好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。 7) 體積膨脹系數(shù)小，比熱容大。 8) 流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)(明火能使

11、油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時(shí)的溫度)和燃點(diǎn)高。 9) 對(duì)人體無(wú)害，成本低。 對(duì)軋鋼機(jī)、壓鑄機(jī)、擠壓機(jī)和飛機(jī)等液壓系統(tǒng)則須突出耐高溫、熱穩(wěn)定、不腐蝕、無(wú)毒、 不揮發(fā)、防火等項(xiàng)要求。1.2.3 工作介質(zhì)的分類(lèi)和選用 液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的品種以其代號(hào)和后面的數(shù)字組成，代號(hào)為l是石油產(chǎn)品的總分類(lèi)號(hào)，h表示液壓系統(tǒng)用的工作介質(zhì)，數(shù)字表示該工作介質(zhì)的粘度等級(jí)。例如，例如，lhl22lhl22的普通液壓油的普通液壓油 l l表示潤(rùn)滑劑類(lèi)表示潤(rùn)滑劑類(lèi) h h表示液壓油表示液壓油 l l表示防銹抗氧型表示防銹抗氧型 2222表示在表示在4040時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22 mm22 mm2

12、2/s/s 選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)一般需考慮以下幾點(diǎn)：（1）液壓系統(tǒng)的工作條件（2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境（3）綜合經(jīng)濟(jì)分析1.2.4 工作介質(zhì)的污染及控制 工作介質(zhì)的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用、管理以及污染控制，是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長(zhǎng)液壓元件使用壽命的重要手段。 1.污染的根源 進(jìn)入工作介質(zhì)的固體污染物有四個(gè)根源：已被污染的新油、殘留污染、侵入污染和內(nèi)部生成污染。 2.污染的的危害 液壓系統(tǒng)的故障75以上是由工作介質(zhì)污染物造成的。 3.污染的測(cè)定和等級(jí) 污染度測(cè)定方法有測(cè)重法和顆粒計(jì)數(shù)法兩種。 我國(guó)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb

13、t14039-93液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)和目前仍被采用的美國(guó)nasl638油液污染度等級(jí)。 4.工作介質(zhì)的污染控制 工作介質(zhì)污染的原因很復(fù)雜，工作介質(zhì)自身又在不斷產(chǎn)生污染物，因此要徹底解決工作介質(zhì)的污染問(wèn)題是很困難的。為了延長(zhǎng)液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，將工作介質(zhì)的污染度控制在某一限度內(nèi)是較為切實(shí)可行的辦法?？刂莆廴镜闹饕胧?(1) 對(duì)元件和系統(tǒng)進(jìn)行清洗，才能正式運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2) 防止污染物從外界侵入。 (3) 在液壓系統(tǒng)合適部位設(shè)置合適的過(guò)濾器。 (4) 控制工作介質(zhì)的溫度。 工作介質(zhì)溫度過(guò)高會(huì)加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物，縮短它的使用期限。 (5) 定期檢查和

14、更換工作介質(zhì)。 定期對(duì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，分析其污染度，如已不合要求，必須立即更換。更換新的工作介質(zhì)前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)徹底清洗一遍。液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例輕軌換輪檢修裝置1.2.5 液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例輕軌換輪檢修裝置液壓泵站液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例輕軌車(chē)輪檢修裝置液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例履帶驅(qū)動(dòng)馬達(dá)液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例汽車(chē)液壓抓具液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 液壓傳動(dòng)的各種元件、可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置；(2) 重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快；(3) 操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá) 2000:1)；

15、(4) 可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；(5) 一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；(6) 很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；(7) 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過(guò)程，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn) (1) 由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。 (2) 工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 (3) 液壓元件的制造精度要求較高，因而價(jià)格較貴。 (4) 由于液體介質(zhì)的泄漏及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的定比傳動(dòng)。 (5) 液壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平。 主要的發(fā)展動(dòng)向是： 1）正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、 高度集成化的方向發(fā)展； 2）與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合