液壓系統(tǒng)原理課件 液壓傳動(dòng)與控制

液壓傳動(dòng)與控制上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院1第一章

液壓傳動(dòng)概述§1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及工作特點(diǎn)

§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(hào)

§1.5液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)2§1.1液壓傳動(dòng)的工作原理及工作特點(diǎn)一.工作原理圖1－1二.工作特點(diǎn)341.液壓傳動(dòng)是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動(dòng)液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)。(液力傳動(dòng)則是依靠運(yùn)動(dòng)液體的動(dòng)能來(lái)傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)。)2.液壓系統(tǒng)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程:3.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油液是在受控狀態(tài)下工作.(液壓傳動(dòng)與液壓控制是密切相連的)4.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足其液壓執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）對(duì)力和速度方面的要求電動(dòng)機(jī)機(jī)械能液體壓力能機(jī)械能液壓泵液壓缸液壓馬達(dá)5§1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)一.壓力p和負(fù)載F●活塞的平衡方程FpApA=F

當(dāng)活塞有效作用面積A確定時(shí)P正比于F，壓力決定于負(fù)載。負(fù)載是第一性的

●壓力p單位面積上液體所受的作用力（壓強(qiáng)）壓力

p=F/A6定義二.流量Q與速度v活塞有效作用面積A確定時(shí)流量Q＝V/t＝AL/t＝Avt時(shí)間內(nèi)行程為L(zhǎng)時(shí)，進(jìn)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(gè)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(dòng)機(jī)機(jī)械能液體壓力能能源裝置（液壓泵）液體壓力能機(jī)械能執(zhí)行裝置（直線運(yùn)動(dòng)-液壓缸）（回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)-液壓馬達(dá)）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(dòng)方向主要包括各種控制閥、變量泵和變量馬達(dá)保證液壓系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定持久的工作是除以上三項(xiàng)外的其它裝置。如油箱、濾油器、油管、管接頭、壓力表等。9以下符號(hào)摘自GB/T786.1－93參照ISO1219－1977，括號(hào)內(nèi)的圖形符號(hào)為本書所用符號(hào)，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(hào)10（）節(jié)流閥（直動(dòng)式）溢流閥（）換向閥1）位：閥芯相對(duì)閥套的位置一位一個(gè)方框2）通：閥對(duì)外的通路

▲一個(gè)斷頭一通，一個(gè)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頂桿機(jī)械控制油箱單向閥濾油器單作用電磁控制手動(dòng)控制液動(dòng)控制圖1－2為圖1－1的職能符號(hào)圖（液壓系統(tǒng)工作原理圖）1213液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)相比，有以下優(yōu)缺點(diǎn)§1.5液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無(wú)級(jí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過(guò)載保護(hù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)液壓元件的自我潤(rùn)滑作用液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化系統(tǒng)中間的減速裝置可省，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化14缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)溫度和油液污染比較敏感，使用和維護(hù)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(dòng)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(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；15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(dòng)液體力學(xué)

§2.4液體在管道中的流動(dòng)

§2.5液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量計(jì)算

§2.6液壓沖擊和空穴現(xiàn)象

16一.

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(duì)于均質(zhì)液體：172)單位國(guó)際單位制（SI）中，kg/m3183)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

/m319

2.液體的重度γ

1)定義重度γ：?jiǎn)挝惑w積液體的重量3)單位：N/m32)與ρ的關(guān)系20“－”使β為正值（p為正時(shí)，V/V為負(fù)）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+p211)壓縮性系數(shù)β

物理意義：?jiǎn)挝粔毫υ黾訒r(shí)引起的液體體積的相對(duì)縮小率。2.液體壓縮性的表示方法222)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(qiáng)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(duì)縮小率為1時(shí)所需的壓力增加值23AttentionPlease!））

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

動(dòng)態(tài)時(shí)，p/t很大，尤其當(dāng)行程L較大時(shí)，液體容積V較大，Q壓不能忽略。計(jì)壓縮性。243.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25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(shí)，βe’～0.37109N/m2～0.25βe例：采用鋼管Vg/VΣ=0.05、p＝35bar時(shí)，βe’～0.09109N/m2～0.06βe2）增加壓力會(huì)提高βe’例：采用鋼管Vg/VΣ=0.01、p＝35bar時(shí)，βe’～0.37109N/m2Vg/VΣ=0.01、p＝140bar時(shí)，βe’～0.83109N/m2}增加了124%263）采用軟管，將更進(jìn)一步顯著降低βe′例：Vg/VΣ=0.01p＝35bar采用鋼管時(shí)βe’＝0.37109N/m2采用軟管時(shí)βe’＝0.17109N/m2以溶解形式存在于液體中的空氣對(duì)液體的壓縮性無(wú)影響以混合形式存在于液體中的空氣對(duì)液體的壓縮性影響很大液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用中應(yīng)盡量設(shè)法不使油液中混入空氣NOTICE27三.液體的粘性和粘度1.粘性定義液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力的性質(zhì)特點(diǎn)液體流動(dòng)時(shí)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282.粘度（表示液體粘性大小的物理量）1)

絕對(duì)粘度（動(dòng)力粘度）η液體粘性示意圖dyyyu0xhu0uu+dudu29實(shí)驗(yàn)證明：液體流動(dòng)時(shí)，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(duì)粘度30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(shí)，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＝1000cP312)

運(yùn)動(dòng)粘度υ定義單位SI制m2/sC.G.S.制1cm2/s=1St(斯)=100cSt1m2/s=104St=106cSt運(yùn)動(dòng)學(xué)量綱運(yùn)動(dòng)粘度υ動(dòng)力學(xué)量綱動(dòng)力粘度η！32運(yùn)動(dòng)粘度的使用補(bǔ)充理論分析和計(jì)算中常用η/ρ的組合，無(wú)特殊的物理意義液壓油劃分牌號(hào)的依據(jù)按GB/T1341-94(代替82)，等效采用ISO3448:1992(代替1975)液壓傳動(dòng)用掖壓油的牌號(hào)是用40°C時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度的厘斯值來(lái)命名的。掖壓油的牌號(hào)也表示了這種油的粘度等級(jí)。例32號(hào)油粘度等級(jí)VG32，其40°C時(shí)平均粘度為32cSt82年以后開始采用國(guó)際通用的以40°C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度厘斯數(shù)的平均值來(lái)命名油牌號(hào)。牌號(hào)前冠以“N”，例N32號(hào)油91年后“N”取消過(guò)渡時(shí)期82年以前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用50°C時(shí)平均運(yùn)動(dòng)粘度的厘斯值來(lái)命名油牌號(hào)33其它牌號(hào)對(duì)照可參考有關(guān)手冊(cè)、樣本示例1.34對(duì)于某一粘度等級(jí)，其粘度范圍距中心值的允許偏差約±10%。相鄰粘度等級(jí)間中心值相差約50%(去小數(shù)位)粘度等級(jí)2、3、5、7、10、15、22、

32、46、68……

常用10號(hào)至100號(hào)，主要集中在15號(hào)－68號(hào)例32號(hào)油υmax=35.2cSt,υmin=28.8cSt353）

相對(duì)粘度（恩氏粘度）定義換算關(guān)系t°C200cm3被測(cè)液

流過(guò)?2.8小孔時(shí)間t120°C200cm3蒸餾水

流過(guò)?2.8小孔時(shí)間t2被測(cè)液恩氏粘度(t°C時(shí))υ=7.31°E-6.31/°E（cst）°Et=t1/t2363.

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(yàn)公式計(jì)算°E0＝[a°E1+b°E2-c(°E1-°E2)]/100°E1、°E2油液占體積百分?jǐn)?shù)與a、b有關(guān)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)a(%)102030405060708090b(%)908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517系數(shù)c的數(shù)值:374.粘度與溫度的關(guān)系溫度對(duì)油液粘度影響很大，油溫升高，粘度顯著下降粘度對(duì)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(duì)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(shí)，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)38四.

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(rùn)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(diǎn)要高，凝固點(diǎn)要低392.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40(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(guò)40°C時(shí)，適當(dāng)提高油液粘度高速液壓馬達(dá)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(dòng)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(jī)械油、汽輪機(jī)油、柴油機(jī)油、變壓器油等41(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(jí)別來(lái)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(dāng)提高油液粘度42(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30~5038~1354344一.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(diǎn)的壓力

451)液體的壓力永遠(yuǎn)指向作用面的內(nèi)法線方向（因?yàn)橐后w受拉、受切后即流動(dòng)）2.

靜壓力的兩個(gè)性質(zhì)

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

461).基準(zhǔn)3

壓力的表示方法｛絕對(duì)真空---絕對(duì)壓力大氣壓---相對(duì)壓力（表壓力）絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空度三者的關(guān)系如下頁(yè)圖所示47pa大氣壓p2<paP=0p1相對(duì)壓力P1絕對(duì)壓力絕對(duì)真空p1>paP2絕對(duì)P2相對(duì)0pNOTICE48

P2相對(duì)<pa時(shí)，負(fù)值

P2相對(duì)=-p2相對(duì)

=真空度

=pa-p2絕對(duì)當(dāng)p2<pa時(shí)，有真空492).單位國(guó)際單位制（SI）

1N/m2=1Pa106Pa=1Mpa國(guó)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）=1.33×102Pa50二.

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｛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+ρgh522.壓力的傳遞P0P0+△pP

P

+△p

在密閉容器內(nèi)的靜止液體，若某點(diǎn)的壓力發(fā)生變化，該變化將等值、同時(shí)地傳到液體內(nèi)所有各點(diǎn)

(液壓傳動(dòng)的基本原理)

巴斯卡定律例：連通器-液壓千斤頂∴

p=p0+ρgh53任意液體F1F2Pp=F1/A1F2=pA2F2=F1A2/A1∵A2/A1>1∴F2>F1A1A2P54當(dāng)F2

大→P

大，F(xiàn)2

小→P小，

F2=0→P=0，壓力大小決定于負(fù)載阻力3.

壓力的形成當(dāng)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(lái)的)55三.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

56dθθprxydAdA=lrdθ?l57dF=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58§2.3流動(dòng)液體力學(xué)

重點(diǎn)是三個(gè)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(dòng)量定律（動(dòng)量方程）

59一.基本概念1.理想液體

1).理想液體-無(wú)粘、不可壓縮的液體2).實(shí)際液體-有粘、可壓縮的液體

2.穩(wěn)定流動(dòng)（恒定流動(dòng)）1).穩(wěn)定流動(dòng)（恒定流動(dòng)）液體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)空間某一固定點(diǎn)的所有液體質(zhì)點(diǎn)在該處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間變化

p=p(x,y,z)

v=v(x,y,z)ρ=ρ(x,y,z)602).非恒定流動(dòng)液體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)空間某一固定點(diǎn)的所有液體質(zhì)點(diǎn)在該處的壓力、速度和密度隨時(shí)間變化p=p(x,y,z,t)

v=v(x,y,z,t)ρ=ρ(x,y,z,t)613.流線1).跡線___某一液體質(zhì)點(diǎn)在空間位移的軌跡

2).流線___某一瞬時(shí)液流中一條條標(biāo)志其各處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線，曲線上各點(diǎn)的切線方向表示其各點(diǎn)處瞬時(shí)流動(dòng)方向

性質(zhì)時(shí)變性恒定流動(dòng)時(shí)，流線=跡線流線不能相交、轉(zhuǎn)拆，光滑曲線（一個(gè)點(diǎn)，瞬時(shí)只能有一個(gè)速度）

623).流束_____流線的集合微小流束：流束截面dA0時(shí)的流束微小流束上各截面的參數(shù)u、p

、ρ可認(rèn)為相等

流束dAu63AAvvBB4.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642).

流量單位時(shí)間流過(guò)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)653).平均流速v平均流速是一個(gè)假想的流速，但便于測(cè)量

vA=∫AudA=Q∴v=∫AudA/A=Q/A66二.連續(xù)性方程-流動(dòng)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