液壓傳動與控制教材課件

液壓傳動與控制教材液壓傳動與控制教材12第一章液壓傳動概述§1.1液壓傳動的工作原理及工作特點

§1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)

§1.3液壓系統(tǒng)的組成

§1.4液壓系統(tǒng)的圖形符號

§1.5液壓傳動的主要優(yōu)缺點2第一章液壓傳動概述§1.1液壓傳動的工作原理及工作特3§1.1液壓傳動的工作原理及工作特點一.工作原理圖1－1二.工作特點3§1.1液壓傳動的工作原理及工作特點一.工作原理圖1－4451.液壓傳動是以液體為介質(zhì)，依靠運動液體的壓力能來傳遞動力的傳動。(液力傳動則是依靠運動液體的動能來傳遞動力的傳動。)2.液壓系統(tǒng)工作時能量轉(zhuǎn)換過程:3.液壓傳動系統(tǒng)的油液是在受控狀態(tài)下工作.(液壓傳動與液壓控制是密切相連的)4.液壓傳動系統(tǒng)必須滿足其液壓執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達）對力和速度方面的要求電動機機械能液體壓力能機械能液壓泵液壓缸液壓馬達51.液壓傳動是以液體為介質(zhì)，依靠運動液體的壓力能來傳遞動力6§1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)一.壓力p和負載F●活塞的平衡方程FpApA=F

當活塞有效作用面積A確定時P正比于F，壓力決定于負載。負載是第一性的

●壓力p單位面積上液體所受的作用力（壓強）壓力

p=F/A6§1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)一.壓力p和負載F●活塞的平7定義二.流量Q與速度v

活塞有效作用面積A確定時流量Q＝V/t＝AL/t＝Avt時間內(nèi)行程為L時，進入油缸的油液體積為V=ALQALQ正比于v，速度決定于流量三.液壓功率N＝Fv＝pAv＝pQ

v7定義二.流量Q與速度v活塞有效作用面積A確定時流量8一.能源裝置（能量轉(zhuǎn)換裝置）將系統(tǒng)元件按功能分為四個組成部分二.執(zhí)行元件（能量轉(zhuǎn)換裝置）壓力和流量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速電動機機械能液體壓力能能源裝置（液壓泵）液體壓力能機械能執(zhí)行裝置（直線運動-液壓缸）（回轉(zhuǎn)運動-液壓馬達）壓力和流量力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速§1.3液壓系統(tǒng)的組成8一.能源裝置（能量轉(zhuǎn)換裝置）將系統(tǒng)元件按功能分為四個組成9三.調(diào)節(jié)控制元件四.輔助元件控制液壓系統(tǒng)中油液的流量、壓力和流動方向主要包括各種控制閥、變量泵和變量馬達保證液壓系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定持久的工作是除以上三項外的其它裝置。如油箱、濾油器、油管、管接頭、壓力表等。9三.調(diào)節(jié)控制元件四.輔助元件控制液壓系統(tǒng)中油液的流量、10以下符號摘自GB/T786.1－93參照ISO1219－1977，括號內(nèi)的圖形符號為本書所用符號，摘自GB786－76。定量泵變量泵雙向變量泵單桿、雙作用活塞油缸單桿、單作用活塞油缸雙桿、雙作用活塞油缸§1.4液壓系統(tǒng)的圖形符號10以下符號摘自GB/T786.1－93參照ISO121911（）節(jié)流閥（直動式）溢流閥（）換向閥1）位：閥芯相對閥套的位置一位一個方框2）通：閥對外的通路▲一個斷頭一通，一個箭頭二通▲同一閥各位通路數(shù)相等。3）操縱方式（二位）（三位）11（）節(jié)流閥（直動式）溢流閥（）換向閥1）位：閥芯相對閥套12頂桿機械控制油箱單向閥濾油器單作用電磁控制手動控制液動控制圖1－2為圖1－1的職能符號圖（液壓系統(tǒng)工作原理圖）12頂桿機械控制油箱單向閥濾油器單作用電磁控制手動控制液動控131314液壓傳動與機械、電力等傳動相比，有以下優(yōu)缺點§1.5液壓傳動的主要優(yōu)缺點

優(yōu)點無級調(diào)速，調(diào)速范圍大體積小，質(zhì)量輕、功率大，即功率質(zhì)量比大易實現(xiàn)自動控制和過載保護可實現(xiàn)無間隙傳動，運動平穩(wěn)液壓元件的自我潤滑作用液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化系統(tǒng)中間的減速裝置可省，使傳動簡化14液壓傳動與機械、電力等傳動相比，有以下優(yōu)缺點§1.5液15

缺點液壓傳動系統(tǒng)對溫度和油液污染比較敏感，使用和維護要求高，故障排除較困難；為防止漏損，元件加工精度較高，液壓傳動系統(tǒng)成本可能較高；由于油液的壓縮性和泄漏等因素影響，液壓傳動不能保證嚴格的傳動比；15缺點第二章液壓油和液壓

流體力學(xué)基礎(chǔ)§2.1液壓油的性質(zhì)和選用

§2.2靜止液體力學(xué)

§2.3流動液體力學(xué)

§2.4液體在管道中的流動

§2.5液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量計算

§2.6液壓沖擊和空穴現(xiàn)象

第二章液壓油和液壓

流體力學(xué)基礎(chǔ)§2.1液壓油的性質(zhì)和1617一.

液體的密度ρ和重度γ§2.1液壓油的性質(zhì)和選用密度

1)定義:單位體積液體的質(zhì)量對于均質(zhì)液體：17一.液體的密度ρ和重度γ§2.1液壓油的性質(zhì)和選用182)單位國際單位制（SI）中，kg/m3182)單位193)密度與壓力、溫度的關(guān)系溫度升高，密度減小壓力增大，密度增大一般情況下，視密度ρ為常數(shù)礦物油，ρ=（850~960）kg/m3一般取ρ=900kg

/m3193)密度與壓力、溫度的關(guān)系溫度升高，密度減小一般取ρ=20

2.液體的重度γ

1)定義重度γ

：單位體積液體的重量3)單位：N/m32)與ρ的關(guān)系202.液體的重度γ1)定義重度γ：單位體積液體21“－”使β為正值（p為正時，V/V為負）二.

液體的壓縮性1.定義：液體的壓縮性－液體受壓后體積縮小的性質(zhì)FVpF+FV－Vp+p21“－”使β為正值（p為正時，V/V為負）二.液221)壓縮性系數(shù)β

物理意義：單位壓力增加時引起的液體體積的相對縮小率。2.液體壓縮性的表示方法222.液體壓縮性的表示方法232)液體的體積（容積）彈性模量βeβe越大，壓縮性越小，抗壓縮性能強液壓油βe油＝（1.4~2.0）109N/m2鋼βe鋼＝2.061011N/m2液壓油的可壓縮性比鋼大100~150倍物理意義：液體體積的相對縮小率為1時所需的壓力增加值232)液體的體積（容積）彈性模量βeβe越大，壓縮性越小，24AttentionPlease!））

靜態(tài)時，p/t=0（p＝常數(shù)）Q壓=0可忽略油液壓縮性。

動態(tài)時，p/t很大，尤其當行程L較大時，液體容積V較大，Q壓不能忽略。計壓縮性。24AttentionPlease!））靜態(tài)時253.等效體積（容積）彈性模量βe’液體容器壁氣體體積總體積氣體βg＝1.4p氣體體積占總體積的比例253.等效體積（容積）彈性模量βe’液體容器壁氣體體積總體26例表明：1）盡管液壓油混入少量空氣，βe′顯著下降Vg/VΣ=0.01、p＝35bar時，βe’～0.37109N/m2～0.25βe例：采用鋼管Vg/VΣ=0.05、p＝35bar時，βe’～0.09109N/m2～0.06βe2）增加壓力會提高βe’例：采用鋼管Vg/VΣ=0.01、p＝35bar時，βe’～0.37109N/m2Vg/VΣ=0.01、p＝140bar時，βe’～0.83109N/m2}增加了124%26例表明：1）盡管液壓油混入少量空氣，βe′顯著下降Vg/273）采用軟管，將更進一步顯著降低βe′例：Vg/VΣ=0.01p＝35bar采用鋼管時βe’＝0.37109N/m2采用軟管時βe’＝0.17109N/m2以溶解形式存在于液體中的空氣對液體的壓縮性無影響以混合形式存在于液體中的空氣對液體的壓縮性影響很大液壓系統(tǒng)設(shè)計和使用中應(yīng)盡量設(shè)法不使油液中混入空氣NOTICE273）采用軟管，將更進一步顯著降低βe′例：Vg/VΣ28

三.液體的粘性和粘度1.粘性定義液體在外力作用下流動時，分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對運動，而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力的性質(zhì)特點液體流動時才呈現(xiàn)粘性粘度大，液層間內(nèi)摩擦力大粘度小，液層間內(nèi)摩擦力小28三.液體的粘性和粘度1.粘性定義液體在外292.粘度（表示液體粘性大小的物理量）1)

絕對粘度（動力粘度）η液體粘性示意圖dyyyu0xhu0uu+dudu292.粘度（表示液體粘性大小的物理量）1)絕對粘度30實驗證明：液體流動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff液層的接觸面積速度梯度比例系數(shù)，表征液體粘性大小的物理參量，稱為粘性系數(shù)或絕對粘度30實驗證明：液體流動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff液層的接觸31單位面積上的內(nèi)摩擦力___內(nèi)摩擦應(yīng)力牛頓液體內(nèi)摩擦定律du/dy一定時，比例系數(shù)η大，τ大

η小，τ小單位：SI制PasC.G.S.制P（泊）1P(泊)＝1dyns/cm2＝100cP(厘泊)1Pas＝10P＝1000cP31單位面積上的內(nèi)摩擦力___內(nèi)摩擦應(yīng)力牛頓液體內(nèi)摩擦定律d322)

運動粘度υ定義單位SI制m2/sC.G.S.制1cm2/s=1St(斯)=100cSt1m2/s=104St=106cSt運動學(xué)量綱運動粘度υ動力學(xué)量綱動力粘度η！322)運動粘度υ定義單位SI制33運動粘度的使用補充理論分析和計算中常用η/ρ的組合，無特殊的物理意義液壓油劃分牌號的依據(jù)按GB/T1341-94(代替82)，等效采用ISO3448:1992(代替1975)液壓傳動用掖壓油的牌號是用40°C時的平均運動粘度的厘斯值來命名的。掖壓油的牌號也表示了這種油的粘度等級。例32號油粘度等級VG32，其40°C時平均粘度為32cSt82年以后開始采用國際通用的以40°C時運動粘度厘斯數(shù)的平均值來命名油牌號。牌號前冠以“N”，例N32號油91年后“N”取消過渡時期82年以前標準規(guī)定用50°C時平均運動粘度的厘斯值來命名油牌號33運動粘度的使用補充理論分析和計算中常用η/ρ的組34其它牌號對照可參考有關(guān)手冊、樣本示例1.34其它牌號對照可參考有關(guān)手冊、樣本示例1.35對于某一粘度等級，其粘度范圍距中心值的允許偏差約±10%。相鄰粘度等級間中心值相差約50%(去小數(shù)位)粘度等級2、3、5、7、10、15、22、

32、46、68……

常用10號至100號，主要集中在15號－68號

例32號油υmax=35.2cSt,υmin=28.8cSt35對于某一粘度等級，其粘度范圍距中心值的允許偏差約±10%363）

相對粘度（恩氏粘度）定義換算關(guān)系t°C200cm3被測液流過?2.8小孔時間t120°C200cm3蒸餾水流過?2.8小孔時間t2被測液恩氏粘度(t°C時)υ=7.31°E-6.31/°E（cst）°Et=t1/t2363）相對粘度（恩氏粘度）定義換算關(guān)系t°C373.

混合油液的粘度為使工作油液得到所需要的粘度，可采用兩種不同粘度°E1，°E2的油液按一定比例混合而得?；旌嫌鸵旱恼扯瓤捎孟率鼋?jīng)驗公式計算°E0＝[a°E1+b°E2-c(°E1-°E2)]/100°E1、°E2油液占體積百分數(shù)與a、b有關(guān)的實驗系數(shù)a(%)102030405060708090b(%)908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517系數(shù)c的數(shù)值:373.混合油液的粘度為使工作油液得到所需要的粘度，可采用384.粘度與溫度的關(guān)系溫度對油液粘度影響很大，油溫升高，粘度顯著下降粘度對系統(tǒng)性能(如功耗和泄漏等)影響很大，因此希望粘度隨溫度變化?。硿匦?圖2-3)好。粘溫性圖中，曲線斜率越小，粘溫性越好5.粘度與壓力的關(guān)系壓力對油液的粘度有一定影響。壓力升高，分子間距離越小，粘度越大。高壓時，壓力升高，粘度增大迅速；一般壓力范圍，粘度變化可忽略。(圖2－4)384.粘度與溫度的關(guān)系溫度對油液粘度影響很大，油溫升39四.

液壓油的選擇1.液壓油應(yīng)滿足的要求粘溫性能好良好的潤滑性良好的化學(xué)穩(wěn)定性質(zhì)量純凈，良好的抗泡沫性閃點要高，凝固點要低39四.液壓油的選擇1.液壓油應(yīng)滿足的要求粘溫性能402.液壓油的選擇首先考慮選擇合適的粘度(根據(jù)泵的種類、工作溫度、系統(tǒng)速度和工作壓力首先確定適用粘度)，然后再選擇合適的液壓油品種。1)粘度選擇的總原則：高壓、高溫、低速粘度較高減小泄漏低壓、低溫、高速粘度較低減小液體內(nèi)摩擦阻力和系統(tǒng)功耗402.液壓油的選擇首先考慮選擇合適的粘度(根據(jù)泵的種類、41(1)一般液壓系統(tǒng)的油液粘度在υ40=15-100cst2)粘度選擇的具體原則：環(huán)境溫度超過40°C時，適當提高油液粘度高速液壓馬達和快速液壓缸的液壓系統(tǒng)，選用粘度較低的液壓油液壓隨動系統(tǒng)，通常υ40<=15cSt高精度、有特殊要求的液壓系統(tǒng)，采用專用液壓油；一般液壓系統(tǒng)，采用機械油、汽輪機油、柴油機油、變壓器油等41(1)一般液壓系統(tǒng)的油液粘度在υ40=15-100c42(2)在一般環(huán)境溫度t<38°C的情況下，油液粘度可根據(jù)不同壓力級別來選擇。即低壓0<p<25(105Pa)υ40＝15～46cSt

中壓25<p<80(105Pa)υ40＝32～68cSt

中高壓80<p<160(105Pa)υ40＝46～90cSt

高壓160<p<320(105Pa)υ40＝68～100cSt(3)冬季選用粘度較低的油液，夏季應(yīng)當提高油液粘度42(2)在一般環(huán)境溫度t<38°C的情況下，油液粘度可43(4)按液壓泵類型泵類型工作溫度5-40°C工作溫度40-80°C葉片泵工作壓力<=7MPa30~5025~44工作壓力>7MPa50~7035~55齒輪泵30~7058~98軸向柱塞泵4042~93徑向柱塞泵30~5038~13543(4)按液壓泵類型泵類型工作溫度工作溫度葉工作壓力<=444445一.液體的壓力§2.2靜止液體力學(xué)｛質(zhì)量力表面力｛｛切向力法向力慣性力重力作用在液體上的力1.液體的壓力－液體在單位面積上所承受的法向作用力P=Fn/A液體某一點的壓力

45一.液體的壓力§2.2靜止液體力學(xué)｛質(zhì)量力表面力461)液體的壓力永遠指向作用面的內(nèi)法線方向（因為液體受拉、受切后即流動）2.

靜壓力的兩個性質(zhì)

2)靜止液體中任一點的壓力沿各個方向都相等（反證法：若有一方向不相等，即會產(chǎn)生流動，破壞靜止液體存在條件）

461)液體的壓力永遠指向作用面的內(nèi)法線方向2.靜壓力471).基準3

壓力的表示方法｛絕對真空---絕對壓力大氣壓---相對壓力（表壓力）絕對壓力、相對壓力、真空度三者的關(guān)系如下頁圖所示471).基準3壓力的表示方法｛絕對真空---絕對48pa大氣壓p2<paP=0p1相對壓力P1絕對壓力絕對真空p1>paP2絕對P2相對0pNOTICE48pa大氣壓p2<paP=0p1相對壓力P1絕對壓力絕對真49P2相對<pa時，負值

P2相對=-p2相對

=真空度

=pa-p2絕對當p2<pa時，有真空49當p2<pa時，有真空502).單位國際單位制（SI）

1N/m2=1Pa106Pa=1Mpa國際常用單位

1bar=105Pa工程單位

1at（工程大氣壓）=1kgf/cm2=9.8×104Pa≈1bar1mH2O（米水柱）=9.8×103Pa1mmHg（毫米汞柱）=1.33×102Pa502).單位國際單位制（SI）1N/m2=1Pa51二.

壓力的產(chǎn)生、傳遞和形成p0?△A+ρg△A

h=p?△A∴

p=p0+ρgh液體靜力學(xué)方程51二.壓力的產(chǎn)生、傳遞和形成p0?△A+ρg△A52｛液面上作用力（外力）

液體自重

壓力由兩部分產(chǎn)生1.壓力的產(chǎn)生p∝h壓力沿淹深呈線性分布等高面即等壓面在液壓技術(shù)中，常常：P?ρgh

因此，P≈P0

即靜壓力處處相等

p=p0+ρgh52｛液面上作用力（外力）液體自重壓力由兩部分產(chǎn)生1.532.壓力的傳遞P0P0+△pP

P

+△p

在密閉容器內(nèi)的靜止液體，若某點的壓力發(fā)生變化，該變化將等值、同時地傳到液體內(nèi)所有各點(液壓傳動的基本原理)巴斯卡定律例：連通器-液壓千斤頂∴

p=p0+ρgh532.壓力的傳遞P0P0+△p54任意液體F1F2Pp=F1/A1F2=pA2F2=F1A2/A1∵A2/A1>1∴F2>F1A1A2P54任意液體F1F2Pp=F1/A1∵A2/A1>1∴55當F2

大→P

大，F(xiàn)2

小→P小，

F2=0→P=0，壓力大小決定于負載阻力3.

壓力的形成當F1=0（不施加推力），P=0容器不密封p=0

壓力是在密閉容積中，前阻后推的情況下形成的(壓力是憋出來的)55當F2大→P大，F(xiàn)2小→P小，3.56三.靜壓力作用于固體壁面上的作用力⒈平面⒉曲面F=pAp承壓面積A

56三.靜壓力作用于固體壁面上的作用力⒈平面⒉曲面F=pAp57dθθprxydAdA=lrdθ?l57dθθprxydAdA=lrdθ?l58dF=pdA=plrdθdFx=dFcosθFx=∫dFx=∫-π/2π/2plrcosθdθFx=p2rl右半曲面在x方向投影面積液體壓力作用在曲面某一方向上的力等于液體壓力與曲面在該方向投影面積的乘積結(jié)論58dF=pdA=plrdθ右半曲面在x方向投影面積液59§2.3流動液體力學(xué)

重點是三個基本定律：質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程）能量守恒定律（伯努利方程）動量定律（動量方程）

59§2.3流動液體力學(xué)重點是三個基本定律：60一.基本概念1.理想液體

1).理想液體-無粘、不可壓縮的液體2).實際液體-有粘、可壓縮的液體

2.穩(wěn)定流動（恒定流動）1).穩(wěn)定流動（恒定流動）液體在流動時，通過空間某一固定點的所有液體質(zhì)點在該處的壓力、速度和密度都不隨時間變化

p=p(x,y,z)

v=v(x,y,z)ρ=ρ(x,y,z)60一.基本概念1.理想液體1).理想液體-無粘、不可612).非恒定流動液體在流動時，通過空間某一固定點的所有液體質(zhì)點在該處的壓力、速度和密度隨時間變化p=p(x,y,z,t)

v=v(x,y,z,t)ρ=ρ(x,y,z,t)612).非恒定流動液體在流動時，通過空間某一固定點的所有液623.流線1).跡線___某一液體質(zhì)點在空間位移的軌跡

2).流線___某一瞬時液流中一條條標志其各處運動狀態(tài)的曲線，曲線上各點的切線方向表示其各點處瞬時流動方向

性質(zhì)時變性恒定流動時，流線=跡線流線不能相交、轉(zhuǎn)拆，光滑曲線（一個點，瞬時只能有一個速度）

623.流線1).跡線___某一液體質(zhì)點在空間位移的軌跡633).流束_____流線的集合微小流束：流束截面dA0時的流束微小流束上各截面的參數(shù)u、p

、ρ可認為相等

流束dAu633).流束_____流線的集合微小流束：流束截面dA64AAvvBB4.通流截面、平均流速、流量1).通流截面與流束中所有流線正交的截面64AAvvBB4.通流截面、平均流速、流量1).通流652).

流量單位時間流過某一通流截面的液體體積AvuuQ=∫AudA單位：m3/s、cm3/s、L/min(1L=10-3m3=103cm3)652).流量AvuuQ=∫AudA單位：m3/s、cm663).平均流速v平均流速是一個假想的流速，但便于測量

vA=∫AudA=Q∴v=∫AudA/A=Q/A663).平均流速vvA=∫AudA=Q∴v=∫Aud67二.連續(xù)性方程-流動液體質(zhì)量守恒定律如下圖所示，取流束斷面1.2之間液體為控制體積

A1A2v1v212