液壓第一章概述

液壓第一章概述第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

本章主要內(nèi)容為：①

液壓傳動的定義；②液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成；③液壓傳動的優(yōu)缺點；

④液壓傳動的工作介質(zhì)。2第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1液壓傳動定義與發(fā)展概況

1.1.1液壓傳動的定義

一部完整的機器是由原動機、傳動機構(gòu)及控制部分、工作機（含輔助裝置）組成。

◆傳動機構(gòu)通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構(gòu)。

◆流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動?！粢簤簜鲃雍鸵毫鲃泳且砸后w作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。

◆液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。

3第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

液壓傳動（Hydraulics）是以液體為工作介質(zhì)，通過驅(qū)動裝置將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓的壓力能，然后通過管道、液壓控制及調(diào)節(jié)裝置等，借助執(zhí)行裝置，將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動。

？

那么，到底什么是液壓傳動呢？

4第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

管道如圖所示的系統(tǒng)中，有兩個不同直徑的液壓缸2和4，且缸內(nèi)各有一個與內(nèi)壁緊密配合的活塞1和5。假設(shè)活塞在缸內(nèi)自由滑動（無摩擦力），且液體不會通過配合面產(chǎn)生泄漏。缸2、4下腔用一管道3連通，其中充滿液體。這些液體是密封在缸內(nèi)壁、活塞和管道組成的容積中的。泵缸5第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

這個系統(tǒng)傳遞力：

如果活塞5上有重物W,則當活塞1上施加的F力達到一定大小時，就能阻止重物W下降，這就是說可以利用密封容積中的液體傳遞力。泵缸6第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

這個系統(tǒng)傳遞運動：

由于作用在密封容器內(nèi)平衡液體表面上的壓強（液壓力）將均勻地傳遞到液體中所有各點上，且不改變大小（帕斯卡定律），這樣：當活塞1在力F力作用下向下運動時，重物將隨之上升，這說明密封容積中的液體不僅可以傳遞力，還可以傳遞運動。泵缸7第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

為什么要用液壓傳動呢？

將能量從機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，而后又將液壓能轉(zhuǎn)換為液壓能，何必多此一舉呢？

幾乎所有的機械或機器都需要傳動機構(gòu)。這因為原動機一般很難直接滿足執(zhí)行機構(gòu)在速度、力、轉(zhuǎn)矩或運動方式等方面的要求，必須通過中間環(huán)節(jié)——傳動裝置進行調(diào)節(jié)控制。液壓傳動就是這種調(diào)節(jié)控制方式中的一種。其它的傳動方式有：

機械傳動（mechanics）:常用零件為齒輪，曲軸。軸，皮帶等。

氣壓傳動（pneumatics）:常用空氣或其它氣體為傳輸介質(zhì)。

電器傳動（electrics）:常用零件是直流電機,可控硅,交流電機變頻器等.8第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

壓力取決于負載仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。如果活塞5上作用的W為0…如果工作負載為W…如果液壓缸4和活塞5被一容器取代…活塞5上作用的W為0…在不計活塞磨擦力和活塞自重的情況下，此時系統(tǒng)的液壓力回是多少呢？很明顯在活塞5下的壓力這時活塞1下的壓力，主動力F1只能為0，也就是說主動力是加不上去的。泵缸1234A15A29第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

壓力取決于負載仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。如果活塞5上作用的W為0…如果工作負載為W…如果液壓缸4和活塞5被一容器取代…泵缸1234A15A210第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

如果簡化模型中液壓缸4和活塞5被一容器取代：如圖所示。在活塞1上施加F1的力后，如果容器4、管路3、液壓缸2及活塞1有足夠的壓強，就可以認為工作負載是無窮大的，那么，系統(tǒng)中的液體壓力將為：根據(jù)帕斯卡原理，該壓力P1將在這個封閉的液體間等值傳遞，管道3和容器4內(nèi)各點都將產(chǎn)生大小和P1相等的液體壓力。1缸2A1A23411第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

壓力取決于負載仍回到前面的簡化模型為了能提升重物W，必須在活塞1上施加主動力F1,這時，重物W就是工作的負載。如果活塞5上作用的W為0…如果工作負載為W…如果液壓缸4和活塞5被一容器取代…泵缸1234A15A212第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

Q運動速度取決于流量請看右下圖，由圖可知：活塞1向下移動h1,通過液體的能量傳輸，將使活塞5上升一段距離h2，很顯然h1≠h2。由于不存在泄露及忽略液體的可壓縮性，所以在Δt時間里從液壓缸2中擠出的液體體積，將等于通過管道3擠入液壓缸4的體積。即：兩邊同除：則v2缸2A1A234h1h2113第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

下面介紹一個概念：流量Q(Flow)。單位時間內(nèi)從液壓缸2中排出的液體體積或擠入液壓缸4的體積稱為流量Q(Flow)。那么，上式（）實質(zhì)上就是說排出液壓缸2的流量等于擠入液壓缸4的流量。由上式可得負載的運動速度。則：活塞5的運動速度只取決于液壓缸4的流量。即：在液壓系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的速度只取決于流量。v2缸2A1A234h1h214第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1液壓傳動的定義

液壓系統(tǒng)中，功率表達式N=pQ，壓力p和流量Q是液壓傳動中最基本也是最重要的參數(shù)。由于N1=N2=pQ（不考慮任何損失），因此液壓系統(tǒng)中的能量傳輸和轉(zhuǎn)換是守恒的，滿足能量守恒定律。能量的表示方法由于（帕斯卡原理）及活塞1的輸入功率：活塞5的輸入功率：v2缸2A1A234h1h2115第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2液壓傳動的發(fā)展概況

■從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有2～3百年的歷史。

■第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機床到本世紀30年代才用上了液壓傳動。

泵缸16第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2液壓傳動的發(fā)展概況

■近30年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了應(yīng)用，如工程機械、數(shù)控加工中心、冶金自動線等。

★采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。

17第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

液壓千斤頂

液壓千斤頂常用于頂升重物,如頂起汽車以便拆換輪胎……18第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

液壓千斤頂在杠桿上沒有作用力時,負載可以停止在任意位置;在液壓缸行程范圍內(nèi),可以將負載提升到任意位置。

其實液壓千斤頂是前面討論過的簡化模型的進一步完善，它具有以下一些簡化摸型所不具備的功能：19第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

20第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

油缸（執(zhí)行元件）手動油泵（油源）液壓千斤頂?shù)南到y(tǒng)中，小缸、小活塞以及單向閥4和7組合在一起，就可以不斷從油箱中吸油和將油壓入大缸，這個組合體的作用是向系統(tǒng)中提供一定量的壓力油液，稱為液壓泵。大活塞和缸用于帶動負載，使之獲得所需運動及輸出力，這個部分稱為執(zhí)行機構(gòu)。

放油閥門11的啟閉決定執(zhí)行元件是否向下運動，是一個方向控制閥。另外，要進行動力傳輸必須借助液壓傳動介質(zhì)。21第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺磨床工作時，要求其工作臺水平往復(fù)運動。實現(xiàn)工作臺水平往復(fù)運動控制的是一套液壓控制系統(tǒng)，如圖所示是一臺磨床的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。22第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

液壓缸液壓泵節(jié)流閥換向閥油箱磨床工作臺23第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床的液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵4的動力是由電機驅(qū)動的,其作用是向系統(tǒng)提供一定流量的壓力油。該泵是由一對相互嚙合的齒輪來完成吸油和排油過程的，是一種齒輪泵。雖然，它的結(jié)構(gòu)和千斤頂?shù)氖謩颖貌煌?，且動力是由電機驅(qū)動的，但其功能都相同，都是向系統(tǒng)提供具有一定流量和壓力的油液。1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺

圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

磨床工作臺液壓泵油箱24第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

磨床工作臺1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺

液壓缸由液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥11，節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。

節(jié)流閥換向閥25第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

液壓缸

當手動換向閥15換向后，液壓油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動。

磨床工作臺換向閥

當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。

節(jié)流閥26第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺換向閥

如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1．1（C）所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。27第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺溢流閥液壓系統(tǒng)中工作的零部件都有一定的承載范圍，當系統(tǒng)的工作壓力超過這個承載范圍時，就可能會出現(xiàn)安全事故，如管道爆裂、電機過熱奈至燒毀等。液壓系統(tǒng)一般采用設(shè)置安全閥的方法，來限制系統(tǒng)的最大工作壓力，保護人生設(shè)備的安全。28第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作臺溢流閥除了前面討論的各個環(huán)節(jié)外，液壓系統(tǒng)要能正常工作，還必須有儲存油的容器——油箱，有連接各元器件的管道，還得有過濾系統(tǒng)的油液，防止雜質(zhì)進入泵和液壓系統(tǒng)的過濾器，另外還有蓄能器，壓力表等。29第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成

從千斤頂和磨床的液壓系統(tǒng)組成和工作原理可以看出，液壓系統(tǒng)一般有以下幾個部分組成：動力元件傳動介質(zhì)控制元件輔助元件執(zhí)行元件30第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成

從圖1.1可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行工作的，一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成：

（l）液壓泵（動力元件）：是將原動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。

（2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以驅(qū)動工作機構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達。

（3）控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。

（4）輔助元件：上述三個組成部分以外的其它元件，如：管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。

31第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3液壓系統(tǒng)的圖形符號

圖1．1（a）所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強，容易理解，但難于繪制。

在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用液壓與氣動圖形符號（參看附錄）來繪制，如圖1．2所示。

32第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

圖1.2用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖

l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；

4-溢流閥；5-手動換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向間；8-活塞；9-液壓缸

液壓缸液壓缸換向閥換向閥節(jié)流閥節(jié)流閥液壓泵液壓泵溢流閥溢流閥油箱油箱33第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。

液壓缸液壓泵節(jié)流閥換向閥油箱溢流閥34第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3液壓傳動的優(yōu)缺點

1.3.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點

液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點：

（1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。（2）液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；

（3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向；

（4）操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達2000：1），它還可以在運行的過程中進行調(diào)速；35第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點

（5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；

（6）容易實現(xiàn)直線運動；

（7）既易實現(xiàn)機器的自動化，又易于實現(xiàn)過載保護，當采用電液聯(lián)合控制甚至計算機控制后，可實現(xiàn)大負載、高精度、遠程自動控制。

（8）液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用。

36第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點

（1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。

（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）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。

（4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。37第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4液壓傳動的工作介質(zhì)

1.4.1液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求

液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油。液壓介質(zhì)的性能對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的基本要求如下：

（l）有適當?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?/p>

粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。

液壓介質(zhì)粘度用運動粘度表示。在國際單位制中的單位是，而在實用上油的粘度用（cSt，厘沲）表示。粘度是液壓油（液）劃分牌號的依據(jù)。按國標GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號用粘度的等級表示，即用該液壓油在40℃時的運動粘度中心值表示。（參見書：表1.1）

38第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。

一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應(yīng)采用高牌號液壓油；低溫時或泵的吸入條件不好時（壓力低，阻力大），應(yīng)采用低牌號液壓油。

（2）氧化安定性和剪切安定性好。

（3）抗乳化性、抗泡沫性好。

（4）閃點、燃點要高，能防火、防爆。

（5）有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。

（6）對人體無害，成本低。

39第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2液壓介質(zhì)的種類

液壓傳動介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）進行分類，主要有石油基液壓油和難燃液壓液兩大類。

1.4.2.1石油基液壓油

（1）L-HL液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當前我國供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0℃以上的工作環(huán)境。其牌號有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代號L-HL中，L代表潤滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型，最后的數(shù)字代表運動粘度。

40第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，加有極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于-15℃以上的高壓、高速工程機械和車輛液壓系統(tǒng)。

其牌號有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150（3）L-HG液壓油（又名液壓一導(dǎo)軌油）：除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導(dǎo)軌潤滑時有良好的防爬性能。適用于機床液壓和導(dǎo)軌潤滑合用的系統(tǒng)。41第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）：用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而