流體傳動(dòng)與控制第一章緒論課件

流體傳動(dòng)與控制HydraulicsTransmissionandControl講授張軍偉課程簡(jiǎn)介課程目的

能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的液氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。

能分析液氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，排除系統(tǒng)故障。實(shí)現(xiàn)途徑

掌握流體傳動(dòng)的基本原理和應(yīng)用。掌握液氣壓傳動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。

掌握液氣壓傳動(dòng)基本回路和系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。課程性質(zhì)專業(yè)選修課教材

周憶、于今主編.流體傳動(dòng)與控制.科學(xué)出版社，2008年參考書(shū)目

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理論課學(xué)時(shí)

32H（其中Hydraulics:28H,Pneumatics:4H）主要內(nèi)容

第一部分液壓傳動(dòng)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葉片泵

3.5柱塞泵3.6液壓馬達(dá)

第4章液壓缸

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)及工作原理

4.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算第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

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)

8.6電液比例控制系統(tǒng)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

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1章緒論

Introduction1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及系統(tǒng)的組成第一部分液壓傳動(dòng)1、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)的分類：

就傳動(dòng)方式而言，常用的有以下幾種：

(1)機(jī)械傳動(dòng)：如齒輪、皮帶等傳動(dòng)。

(2)電氣傳動(dòng)；

(3)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)：以氣體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。

2）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：

①液力傳動(dòng)：主要利用液體動(dòng)能的液體傳動(dòng)；

②液壓傳動(dòng)：只利用液體壓力能。

(4)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工作介質(zhì)的物理特性

1.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850～900kg/m3

左右1.2液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)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）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。①

動(dòng)力粘度式（1.3）中為由液體種類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。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。動(dòng)力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2

）。以前沿用的單位為P（泊，dyne·s/cm2）。單位換算關(guān)系為:1Pa·s=10P（泊）=1000cP（厘泊）②

運(yùn)動(dòng)粘度液體的動(dòng)力粘度與其密度的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度，即:

（1.4）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：

1m2/s=104St（斯）=106cSt（厘斯）就物理意義來(lái)說(shuō)，ν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L(zhǎng)—HL22的普通液壓油在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22mm2/s（L表示潤(rùn)滑劑類，H表示液壓油，L表示防銹抗氧型）。圖2-2

幾種國(guó)產(chǎn)液壓油的粘度-溫度曲線

3.可壓縮性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：

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β=700--1000MPa。封閉在容器內(nèi)的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。1.2.2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。1.2.4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／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。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)

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)；(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。1.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)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，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（C