機械基礎 第2版 教學課件作者 胡家秀 第十二章　液 壓 傳 動

1、在線教務輔導網(wǎng)： :/教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：第十二章液 壓 傳 動 主編 液壓傳動是工業(yè)中常用的控制方式，它采用液壓完成能量的轉(zhuǎn)換。液壓傳動應用的基本原理是帕斯卡原理。圖12-1帕斯卡原理如圖12-1所示，在連通的液流平衡系統(tǒng)中，液體各處的壓強是相同的，此時，比較小的活塞1上面施加的相對壓力比較小，而較大的活塞2施加的壓力就比較大。因此，通過液體的傳遞，可以在不同端得到不同的壓力，從而達到傳遞及變換力的目的。液壓千斤頂就依此原理達到增力的目的。第十二章液 壓 傳 動第一節(jié)液壓泵第二節(jié)液壓缸第三節(jié)液壓控制閥第四節(jié)輔 助 元 件第

2、五節(jié)液壓基本回路及系統(tǒng)實例分析一、液壓泵的工作原理 以單柱塞液壓泵為例，圖12-2所示為這種泵的工作原理和圖形符號。柱塞2安裝在泵體4內(nèi)，柱塞在彈簧5的作用下和偏心輪1接觸。當偏心輪在外力作用下轉(zhuǎn)動時，柱塞作上、下往復運動。柱塞向下運動，柱塞頂端和泵體所形成的密封容積增大，形成局部真空，油箱3中的油液在大氣壓作用下，通過單向閥6進入泵體內(nèi)，單向閥7處于關(guān)閉狀態(tài)封住回油，防止系統(tǒng)油液回流，這時液壓泵完成吸油。當柱塞向上運動時，密封容積減小，這時單向閥6封住吸油口，避免油液流回油箱3，泵體內(nèi)的油液則經(jīng)單向閥7被壓入系統(tǒng)，完成壓油。若偏心輪不停地轉(zhuǎn)動，柱塞就不停地上、下往復運動，泵就不斷地從油箱吸油

3、向系統(tǒng)供油。泵的輸油量與密封工作容積變化的大小、柱塞每分鐘往復運動的次數(shù)成正比。 上述分析表明，液壓泵的工作由吸油過程和壓油過程兩部分組成。因此，保證液壓泵正常工作的必備條件為： 1) 應具備密封工作容積，且密封容積應能交替變化。 2) 要有完善的配油裝置(由圖中單向閥6、7組成)，以確保密封容積增大時從油箱吸油，容積減小時向系統(tǒng)壓油。 3) 吸油過程中，油箱必須與大氣相通，確保液壓泵吸油充分。一、液壓泵的工作原理圖12-2液壓泵工作原理和圖形符號a)原理圖b)圖形符號1偏心輪2柱塞3油箱4泵體5彈簧6、7單向閥8單向定量泵9雙向定量泵10單向變量泵11雙向變量泵二、常用液壓泵簡介圖12-3外

4、嚙合式齒輪泵工作原理圖1外嚙合齒輪(2個)2泵體3吸油腔4壓油腔 液壓泵的種類很多，按其結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、轉(zhuǎn)子泵和螺桿泵等；按供油方向能否改變，可分為單向泵和雙向泵；按排油量(無泄漏時，泵軸轉(zhuǎn)一周的排油量)是否能調(diào)節(jié)，可分為變量泵和定量泵；按額定壓力的高低可分為低壓泵、中壓泵和高壓泵三類。這里只介紹齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的工作原理與應用特點。(一) 齒輪泵 齒輪泵廣泛應用于汽車、汽車修理和鈑金設備液壓系統(tǒng)中，作為動力元件，向系統(tǒng)供給充足的液壓油。齒輪泵分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種，常用的是外嚙合式齒輪液壓泵，分為低壓式、中壓式、高壓式三種，工作原理基本相同。齒輪泵的特點如下：

5、 1)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作可靠，自吸能力強，對油液污染不敏感，工作流量大。 2)缺點是噪聲較大，流量、壓力脈動量大。 3)壓油腔壓力(系統(tǒng)工作壓力)大于吸油腔壓力(局部真空)，造成徑向力不平衡，使軸變形、軸承偏磨，泄漏加大(因徑向間隙增大)。為減小這種影響，常采取減小壓油口(一般齒輪泵壓油口均小于吸油口)的方法，減小高壓油在齒輪上的作用面積，降低徑向不平衡力。二、常用液壓泵簡介圖12-4葉片泵a)單作用式葉片泵工作原理圖b)雙作用式葉片泵工作原理圖1轉(zhuǎn)子2定子3泵體4葉片5傳動軸6配油盤(二) 葉片泵 圖12-4a所示為單作用式葉片泵的工作原理。傳動軸5帶動轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動，葉片4裝在轉(zhuǎn)子1的徑

6、向槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)滑動。轉(zhuǎn)子裝在定子2內(nèi)，兩者有一偏心距e，在轉(zhuǎn)子兩側(cè)裝有固定的配油盤6。二、常用液壓泵簡介(三)柱塞泵 柱塞泵分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩種。這里只介紹目前較多采用的軸向柱塞泵。 軸向柱塞泵的柱塞平行于缸體軸心線。如圖12-5所示，它主要由柱塞5、缸體7、配油盤10和斜盤1等零件組成。斜盤1和配油盤10固定，斜盤法線和缸體軸線交角為。圖12-5軸向柱塞泵工作原理圖1斜盤2滑履3壓板4、8套筒5柱塞6彈簧7缸體9軸10配油盤 由于軸向柱塞泵的柱塞與缸體均為圓柱表面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，容積效率高；同時，柱塞處于受壓狀態(tài)，能使材料的強度性能充分發(fā)揮，只要改變柱塞

7、的工作行程就能改變泵的排量。二、常用液壓泵簡介 在設計液壓傳動系統(tǒng)時，應根據(jù)設備的工作情況和系統(tǒng)要求的壓力、流量、工作性能合理選擇液壓泵。表12-1各類液壓泵的性能及應用一般在負載小、功率小的液壓設備，可采用齒輪泵、雙作用泵；精度較高的機械設備(磨床)，可選用雙作用葉片泵、螺桿泵；在負載較大，并有快速和慢速工作行程的機械設備(組合機床)，可選用限量式變量葉片泵和雙聯(lián)葉片泵；負載大、功率大的設備(刨床、拉床、壓力機)可選用柱塞泵；機械設備的輔助裝置，如物料輸送等不重要場合，可選用價格低廉的齒輪泵。第二節(jié)液壓缸 液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，運動形式

8、一般為直線往復式。汽車的液壓制動器、液壓翻斗車、單臂剪床刀口的移動控制等均用到各式液壓缸。 按結(jié)構(gòu)不同，液壓缸可分為活塞式、柱塞式、伸縮式等形式；按油壓作用形式可分為單作用式和雙作用式。一、活塞式液壓缸圖12-6單桿活塞式液壓缸a)單桿單作用式b)單桿雙作用式c)雙作用式職能符號1、8密封圈2蓋板3、9端蓋4墊圈5活塞桿6缸體7活塞 活塞式液壓缸分為單桿(單作用和雙作用)式、雙桿式。 圖12-6a所示為單桿單作用活塞式液壓缸的圖形符號，其工作進給時靠油壓作用移動，退回時靠彈簧力或其他外力作用移動。缸體上只有一個油孔(進出油兼用)。這種液壓缸適用于自卸汽車的液壓翻斗和汽車起重機吊臂變幅機構(gòu)。 圖

9、12-6b、c所示為單桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)原理和圖形符號。 設進入兩腔油液的流量為q(m3/s)，進入兩腔油液的壓力均為p(Pa)，活塞與活塞桿直徑分別為D、d(mm)，則根據(jù)帕斯卡原理，容易導出活塞速度v1、v2(m/s)及產(chǎn)生的推力F1、F2(N)為一、活塞式液壓缸圖12-7液壓缸工作原理a)左移b)右移c)差動連接 連接vqA4qD2v2qA24q(D2-d)F1=pA1F2=pA2(-) 分析可知，因為AA，所以vv、FF。這種單桿雙作用式液壓缸的特點常被用于實現(xiàn)機床的快速退回及工作進給。 當單桿雙作用活塞式液壓缸連成如圖12-7c所示形式時，由于用一個液壓泵同時供油于兩腔，會形成

10、差動速度v3的特殊性能，因此稱之為差動連接。一、活塞式液壓缸圖12-8雙桿活塞式液壓缸 圖12-8所示為雙桿活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)和圖形符號。該液壓缸均為雙作用式，與單桿式相比，液壓缸兩端均有活塞桿，使兩腔有效作用面積相等。其特點是：活塞左右移動速度、推力均相等，活塞帶動工作臺移動范圍大，因此常用于工作范圍要求大的機構(gòu)中，如平面磨床的工作臺液壓缸。二、其他典型液壓缸圖12-9其他典型液壓缸結(jié)構(gòu)原理圖及圖形符號a)柱塞式液壓缸b)伸縮套筒式液壓缸1、8缸體2、9端蓋3導向套4柱塞5壓蓋6二節(jié)活塞7一節(jié)活塞 其他常用的液壓缸主要有柱塞式和伸縮式液壓缸。圖12-9所示為兩種液壓缸結(jié)構(gòu)原理。圖12-9a所示

11、為柱塞式液壓缸的結(jié)構(gòu)原理及其圖形符號，圖12-9b所示為伸縮式液壓缸的結(jié)構(gòu)原理及其圖形符號。 如圖12-9a所示，柱塞4(受油壓作用面與傳力直徑相等，并制成一體)較粗，不易變形，而且柱塞在缸體1內(nèi)與缸體內(nèi)壁不相接觸(一般靠導向套3導向)，因此，缸體內(nèi)壁不需要精加工，簡化了缸體的加工工藝，適用于長行程液壓缸。為了減輕質(zhì)量，柱塞一般制成空心。柱塞缸一般制成單作用式，伸出靠壓力作用，縮回靠外載或自重作用。常用于叉車起升液壓缸、起重機變幅缸和伸縮套筒式缸。 伸縮套筒式液壓缸由多個柱塞套裝而成，各節(jié)伸出時行程大，縮回時結(jié)構(gòu)體積小。有單作用和雙作用兩種。此缸伸縮順序為：伸出由大節(jié)到小節(jié)逐次進行(大缸有效作

12、用面積大，同等壓力下推力大)；空載縮回時，由小節(jié)到大節(jié)(小節(jié)柱塞柱面積小，摩擦阻力小，易復位)逐次進行。伸縮套筒式液壓缸常用于起重機的懸臂和自卸汽車翻斗等處。其圖形符號如圖12-9b所示，為雙作用式伸縮液壓缸。第三節(jié)液壓控制閥 液壓控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)油液壓力、流量和流動方向的，使執(zhí)行機構(gòu)的推力、速度和運動方向符合要求。 液壓控制閥的類型很多，按功用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。從結(jié)構(gòu)上看，各類閥均由閥體、閥芯、閥芯控制件三部分組成。其中閥芯控制件有手動式、機動式、電動式、液動式、電液式等結(jié)構(gòu)。一、方向控制閥 方向控制閥是用來控制油液流動方向的閥類，按類型分為單向閥和換向閥。

13、單向閥是控制油液單方向流動的方向閥，按閥芯結(jié)構(gòu)分為球閥式、錐閥式，如圖12-10所示。 圖12-10b所示為錐閥式單向閥，閥的原始狀態(tài)是閥芯2在彈簧3作用下輕壓在閥座上。工作中隨著進油口P1處壓力的升高使其克服彈簧3的壓力將閥芯頂起，使閥門口打開，接通油路，這樣油便從進油口流入，從出油口流出。反之，當出油口處油壓高于進油口處的壓力時，油的壓力使閥芯緊緊壓在閥座上，油路不通。彈簧的作用是，閥門關(guān)閉時協(xié)助反流油液壓緊閥口，加強密封。彈力不能過大，以防油液正向流動時壓力損失太大。一般單向閥的開啟壓力為0.0350.05MPa；全部流量通過時的壓力損失一般不超過0.10.3MPa，并要求單向閥工作靈敏

14、可靠。一、方向控制閥圖12-10單向閥a)球閥式b)、c)錐閥式d)圖形符號1閥體2閥芯3回位彈簧一、方向控制閥圖12-11滑閥結(jié)構(gòu)1滑閥2閥體3閥孔4凸肩5環(huán)形槽 換向閥是用來改變油液流動路線以改變工作機構(gòu)的運動方向。它是利用閥芯相對閥體移動，接通或關(guān)閉相應的油路，從而改變液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)的。 按閥芯運動方式不同，換向閥可分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩類，其中滑閥式換向閥使用較多。一般所說的換向閥是指滑閥式換向閥。 (1)換向閥的結(jié)構(gòu)特點和換向原理滑閥式換向閥是靠閥芯在閥體內(nèi)沿軸向作往復滑動而實現(xiàn)換向作用的。因此，這種閥芯又稱滑閥。 下面以三位四通閥為例說明換向閥是如何實現(xiàn)換向的。如圖12-12所示

15、，三位四通換向閥有三個工作位置四個通路口。三個工作位置就是滑閥在中間以及滑閥移到左、右兩端時的位置，四個通路口即壓力油口P、回油口T和通往執(zhí)行元件兩端的油口A和B。由于滑閥相對閥體作軸向移動，改變了位置，所以各油口的連通關(guān)系就改變了，這就是滑閥式換向閥的換向原理。 (2)手動換向閥手動換向閥一般有二位二通、二位四通和三位四通等多種形式。圖12-13所示為手動換向閥，其中圖12-13a所示為三位四通自動復位式手動換向閥。 如果要滑閥在三個位置上都能定位，可以將右端的彈簧3改為如圖12-13b所示的定位式結(jié)構(gòu)。在閥芯右端的一個徑向孔中裝有一個彈簧和兩個鋼球，可以在三個位置上實現(xiàn)定位，如圖12-13

16、a、b所示，換向閥的圖形符號，分別如圖12-13c、d所示。一、方向控制閥圖12-12滑閥式換向閥的換向原理a)滑閥處于中位b)滑閥移到右端c)滑閥移到左端d)圖形符號一、方向控制閥圖12-13手動換向閥1手柄2閥芯3彈簧二、壓力控制閥圖12-14直動式溢流閥結(jié)構(gòu)原理圖a)原理圖b)結(jié)構(gòu)圖c)職能符號1調(diào)壓螺母2調(diào)壓彈簧3閥芯4阻尼孔 壓力控制閥是控制液壓系統(tǒng)中油液壓力的一種控制元件。根據(jù)結(jié)構(gòu)和作用不同可分為溢流閥、減壓閥、順序閥等類型，在此著重研究溢流閥的結(jié)構(gòu)、工作原理。 溢流閥的作用主要是溢流調(diào)壓和穩(wěn)壓，常用于定量液壓泵控制的系統(tǒng)中。圖12-14所示為直動式溢流閥原理和結(jié)構(gòu)圖。二、壓力控制

17、閥圖12-15變量泵系統(tǒng)圖a)穩(wěn)壓作用b)安全閥作用 直動式溢流閥只適用于低壓油路，在中高壓以上的油路中要采用其他形式的溢流閥。溢流閥的圖形符號如圖12-14c所示。三、流量控制閥圖12-16普通節(jié)流閥a)結(jié)構(gòu)圖b)節(jié)流口形式c)圖形符號1閥芯(三角槽式節(jié)口)2推桿3調(diào)壓螺母4彈簧5閥體 流量控制閥是靠改變節(jié)流口的大小來調(diào)節(jié)通過閥口的流量，以改變執(zhí)行機構(gòu)運動速度的液壓控制元件，簡稱流量閥。常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥等。這里主要介紹節(jié)流閥的工作原理和結(jié)構(gòu)。普通節(jié)流閥常用的節(jié)流口形式如圖12-16b所示，有針閥式、偏心式、軸向三角槽式等。第四節(jié)輔 助 元 件一、油箱二、過濾器三、蓄能器四、油

18、管和管接頭一、油箱圖12-17油箱結(jié)構(gòu)示意圖1吸油管2加油濾網(wǎng)3蓋4回油管5蓋板6油標7、9隔板8放油塞 油箱用來儲油、散熱，以及分離油液中空氣和雜質(zhì)。汽車液壓系統(tǒng)中一般采用單獨油箱，汽車修理設備中一般可利用設備座作為油箱，這樣可使結(jié)構(gòu)緊湊。二、過濾器圖12-18過濾器安裝位置a)粗濾器裝于液壓泵吸油管路b)、c)精濾器裝于節(jié)流閥之前d)精濾器裝于回油管路上e)圖形符號1一般符號2帶磁性濾芯的過濾器3帶堵塞指示器的過濾器 過濾器的作用是凈化工作油液，清除油液中雜物(灰塵、磨屑、油液氧化變質(zhì)的析出物等)，防止油路堵塞和元件磨損，確保系統(tǒng)正常工作。過濾器分為粗濾器(濾去雜物直徑d100m)和精濾器

19、(濾去雜質(zhì)直徑d=510m)兩類。粗濾器用于吸油管路或一些普通元件之前，濾掉粗雜質(zhì)；精濾器主要用于流量控制元件之前的油路中，保護精密元件。 分為網(wǎng)式、線隙式、紙濾式、燒結(jié)式和磁性紙濾芯式等形式。二、過濾器圖12-19蓄能器1充氣閥2氣囊3殼體4提升閥5油口 蓄能器是一種把壓力油儲存在耐壓容器內(nèi)，待需要時將其釋放出來的一種儲能裝置。 圖12-19所示為氣囊式蓄能器及圖形符號，這種蓄能器由充氣閥1、合成橡膠制成的氣囊2、殼體3、提升閥4組成，5是油口。四、油管和管接頭四、油管和管接頭 油管和管接頭是各元件組成系統(tǒng)時必需的連接和輸油元件。 油管分為銅管、鋼管、塑料管、尼龍管、橡膠軟管(內(nèi)布鋼絲加固網(wǎng)

20、)等，均為無縫管?？筛鶕?jù)系統(tǒng)工作壓力和額定流量來選擇適應系統(tǒng)要求的油管。 油管與管接頭的連接方式分為：焊接式、卡套式、管端擴口式、扣壓式等。第五節(jié)液壓基本回路及系統(tǒng)實例分析一、液壓基本回路二、液壓系統(tǒng)實例分析 液壓基本回路指的是由有關(guān)液壓元件組成的用來完成特定功能的典型油路結(jié)構(gòu)。用基本回路組成系統(tǒng)，完成較復雜的動作。圖12-20換向回路按油路功能不同，基本回路可分為壓力控制、速度控制、方向控制和多缸配合動作等回路。分析基本回路時，為了簡明起見，油路中只畫與回路，其余部分均省略不畫。 此回路屬于方向控制回路，以實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)運動方向的變換，工作機構(gòu)的換向大部分是由各類換向閥來控制的。一、液壓基本回

21、路圖12-20換向回路 圖12-20所示為采用二位四通電磁式換向閥控制的換向回路。當換向閥的電磁鐵YA通電時，左位接入系統(tǒng)，液壓泵輸出油液經(jīng)換向閥P、A進入液壓缸左腔推活塞右移，右腔油經(jīng)B、T回油箱；當電磁鐵YA斷電時，滑閥在彈簧作用下復位(圖示位置)，右位接入系統(tǒng)，油液經(jīng)P、B進入液壓缸右腔，推活塞左移，左腔油液經(jīng)A、T回油箱。隨著電磁鐵的通電與斷電，可控制液壓缸中活塞改變移動方向。一、液壓基本回路圖12-21調(diào)壓和限壓回路a)單級調(diào)壓回路b)雙壓力回路1高壓溢流閥2低壓溢流閥3.調(diào)壓和限壓回路 調(diào)壓和限壓回路均屬壓力控制回路，利用壓力控制閥控制系統(tǒng)或一支路上的油壓，以滿足執(zhí)行元件的要求。

22、(1)單級調(diào)壓回路圖12-21a所示為單級調(diào)壓回路， (2)雙壓力回路圖12-21b所示為雙壓力回路，應用于壓力機液壓系統(tǒng)中，一、液壓基本回路圖12-22滑閥控制的卸載回路a)三位四通電磁滑閥控制b)二位二通閥控制 在定量泵供油的液壓系統(tǒng)中，當執(zhí)行元件需短暫停留(如裝卸工件或測量)時，使液壓泵輸來的油直接回油箱，處于卸載空運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制油路稱為卸荷回路。卸荷的目的是節(jié)省功率、減少油液發(fā)熱、避免經(jīng)常起閉電動機，功率較大的液壓泵可利用此回路實現(xiàn)電動機輕載起動。一、液壓基本回路圖12-23速度控制回路a)速度換接b)進油節(jié)流調(diào)速c)回油節(jié)流調(diào)速d)旁路節(jié)流調(diào)速1液壓泵2溢流調(diào)壓閥3三位四通換向閥4節(jié)流閥5單向閥6二位三通電磁閥7液壓缸 速度控制回路包括調(diào)節(jié)工作行程速度的調(diào)速回路和使不同速度相互轉(zhuǎn)換的速度換接回路。(1)速度換接回路圖12-23a所示為快慢速度換接回路。一、液壓基本回路圖12-24串、并聯(lián)液壓缸的同步回路a)串聯(lián)b)汽車制動系統(tǒng)液壓并聯(lián)結(jié)構(gòu)c)并聯(lián)同步1制動踏板2制動主缸3輪轂4輪缸5制動蹄 同步回路屬多缸配合工作回路，是使兩個或兩個以上的液壓缸在運動中保持相同位移或相同速度的回路。 圖12-24所示為串聯(lián)、并聯(lián)液壓缸的同步回路。圖12-24a所示為兩雙桿液壓缸串聯(lián)，由同一液壓泵供油，要求